Autor: Jan Toman
Už od Darwinových dob biologové zdůrazňují pozvolný průběh přizpůsobování jako jeden z typických rysů biologické evoluce. Ani toto pravidlo ale nemusí platit vždy a všude – třeba taková „pistolnická“ klepeta krevet z čeledí Alpheidae a Palaemonidae mají patrně původ v několika skokových změnách.
Ačkoli moderní evoluční biologie uznává, že četné vlastnosti organismů mohly vzniknout skokově, složité adaptace stále považuje za důsledek pozvolného přizpůsobování. Přinejmenším v některých případech je ale takový scénář jen těžko představitelný. Jedním z nich je i původ „pistolnických“ garnátů, nebo obecněji krevet, respektive jejich klepet, která se vyznačují schopností tak rychlého sklapnutí, že od sebe roztrhnou molekuly vody za vzniku ohlušující imploze. Podobný systém nemůže fungovat napůl – buď od sebe molekuly vody klepeto roztrhne, nebo ne. Jiný, než skokový vznik této adaptace se proto vždy zdál takřka vyloučený. Zdokumentovat detailní stavbu „pistolnických“ klepet a všechny aspekty jejich fungování, stejně jako jednotlivé evoluční kroky, které jejich vzniku předcházely, se ale biologům podařilo až docela nedávno.
Starobylá poučka „Natura non facit saltus“ neboli „příroda skoky nedělá“ představuje jeden ze základních kamenů moderní přírodovědy. Ochotně se jí při vysvětlování evoluce chopil i Charles Darwin, neboť jeho teorie počítala s pozvolným přizpůsobováním organismů podmínkám prostředí. K opačnému názoru dospěli na konci 19. století mutacionisté a zejména jejich extrémní odnož, saltacionisté. Podle těchto badatelů hrály v evoluci, zvláště při vzniku taxonů vyšší úrovně, zásadní roli náhlé skokové změny s výraznými následky pro vzhled a fungování organismů. Přežít a dále se rozrůznit měla pouze „nadějná monstra“, zatímco organismy s neefektivní stavbou či jedinci úplně neživotaschopní zanikli.
Dnes, na rozdíl od přelomu století, nestojí obě teorie proti sobě. Zásadní roli mutací, stejně jako fakt, že změny DNA mohou mít výrazné následky pro vzhled a fungování organismů, uznává každý evoluční biolog. Jednodušší skokové změny, jako třeba mutaci vedoucí ke změně směru vinutí ulity, nikdo nezpochybňuje. „Nadějná monstra“, například radikálně pozměněné octomilky s očima na nohou nebo druhým párem křídel, biologové vytvořili i v laboratoři a debatuje se o tom, jestli některé skupiny organismů jako například želvy nebo tarbíci nemohly vzniknout obdobnými skoky. Konkrétně ovšem větší roli skokových změn v evoluci nikdo nezdokumentoval.
Tápání ukončil až čtyřčlenný mezinárodní tým biologů, který před pár dny ve vědeckém časopisu Current Biology demonstroval, že cestou evolučních skoků pravděpodobně vznikly dvě čeledi krevet „pistolnic“. Jak naznačuje už neobvyklý název těchto drobných korýšů, jejich hlavní devizou jsou unikátně stavěná klepeta schopná vydávat omračující rány. Klíčem je docílit sklapnutí tak rychlého, že od sebe roztrhne molekuly vody za vzniku jevu zvaného kavitace. Výsledná dutina vakua dosáhne teploty až 5000 °C a s hromovým třeskem doprovázeným intenzivním zábleskem imploduje.
Krevety mohou kavitaci používat k útoku i obraně, manipulaci s prostředím nebo komunikaci se svými druhy. Někdy se dokonce říká, že většina praskavého ruchu, který slyšíme pod hladinou moře, pochází právě od těchto drobných tvorů. Schopnost kavitační „střelby“ v každém případě umožnila explozivní rozvoj čeledí Alpheidae a Palaemonidae, které dnes zahrnují tisíce druhů.
Jak se ale krevety, které jako by konstruovala spíše zbrojovka než „slepá“ evoluce, mohly vlastně vyvinout? „Pistolnické“ sklapnutí buď funguje, nebo nefunguje. Buď je dost rychlé na to, aby spustilo kavitační efekt, nebo ne. Neexistuje nic mezi. Zatímco svaly geparda, srst ledního medvěda nebo ucho netopýra se mohly postupně vyvíjet k čím dál větší efektivitě, klepeta krevet „pistolnic“ mohla vzniknout jedině skokem.
Výše zmínění biologové si kladli stejnou otázku, a tak s pomocí několika mikroskopických metod, počítačové tomografie, vysokorychlostních kamer a fyzických experimentů s vlastnoručně vytisknutými modely analyzovali klepeta 114 druhů čeledí Alpheidae, Palaemonidae a blízce příbuzných krevet.
Není pochyb o tom, že k dostatečně rychlému sklapnutí korýši musí účinně uložit energii a potom ji v jednom kritickém okamžiku uvolnit. Právě to umožňuje prostřednictvím uzamknutí napnutého svalu specifická stavba „pistolnických“ klepet, kterou vědci vůbec poprvé detailně popsali. Nově se potom výzkumníkům podařilo odhalit první krok na cestě ke kavitaci – inovativní druh skloubení, který se vyskytuje u širšího příbuzenstva „pistolnických“ krevet. Tento vynález zvětšuje flexibilitu klepet a zajišťuje jejich rychlejší sklapávání. Primárně jej tudíž mohl preferovat přirozený výběr, zatímco v druhém plánu sehrál roli preadaptace k „pistolnickým“ klepetům.
Tři po sobě následující typy kloubního spojení u „pistolnických“ krevet. Teprve poslední umožnil garnátům vytvářet rány prostřednictvím kavitačního efektu. Podle Kaji et al., 2018.
Z „flexibilního“ kloubu se také dvakrát nezávisle na sobě pravá „pistolnická“ klepeta vyvinula. Jeho drobnou úpravou vznikl kloub s hřebenem, za kterým se sval může zachytit a začít akumulovat energii. Takový kloub dnes nalezneme jen u mála druhů. Jedná se o jakýsi přechodný stav, který sice umožňuje rychlé sklapnutí, ale nikoli vytvoření kavitačního efektu. Pozoruhodným rysem krevetí evoluce však je, že ke vzniku takřka totožného kloubu tohoto typu došlo dvakrát nezávisle na sobě. V obou případech následně mohlo jen zvýšením variability ve vlastnostech kloubu dojít k tomu, že někteří jedinci začali při sklapování „pistolnicky“ práskat – vytvářet kavitační efekt. Tento stav se fixoval a dal základ mnoha specializovaným druhům, které stavbu kloubu dále zdokonalily.
Každý z po sobě následujících typů kloubů se vyznačuje rostoucí rychlostí sklapnutí. Při studiu těchto událostí výzkumníci narazili na samotné limity soudobé techniky. Sklapnutí totiž u nejspecializovanějších druhů trvá méně než půl milisekundy a nachází se tak na hranici zachytitelnosti. Ze stavebního hlediska panují mezi jednotlivými typy kloubů jen minimální rozdíly. Změny v úponech svalů, pohyblivosti klepet či tvaru kloubů a jejich částí dokáže odlišit jen odborník. Zcela zásadně se však jednotlivé typy kloubů a potažmo klepet liší svým fungováním. Právě tato vlastnost je patrně předpokladem možného skokového průběhu evoluce.
Těžko říct, nakolik je „skoková evoluce“ v přírodě častá. V každém případě se ale zdá, že by podobné události nemusely být úplně výjimečné. Jak zmiňují autoři studie, evoluce některých cichlidovitých ryb, kast termitů, nebo přilnavých gekoních prstů mohla mít právě takovýto charakter.
Zdroj: Kaji T, Anker A, Wirkner CS & Palmer AR (2017): Parallel Saltational Evolution of Ultrafast Movements in Snapping Shrimp Claws. Current Biology 28.