Podivuhodná evoluce ostrorepů. Od pozdní jury se tvarově nezměnili, zato vyrostli na několikanásobek.

Autor: Jan Toman

Ostrorepi se za stamiliony let takřka nezměnili a bývají proto považováni za živoucí fosilie. Podle nové studie však různé aspekty jejich tělní stavby „zamrzaly“ v různou dobu. To vrhá nové světlo i na obecné úvahy o charakteru evoluce.

Ostrorepi jsou tak podivní členovci, že bychom je na první pohled zařadili spíše do prvohorních než současných moří.  Ještě pozoruhodnější je však jejich evoluce. Podle nejnovějších výsledků se zdá, že přinejmenším od karbonu (tedy v posledních zhruba 330 milionech let) ostrorepi příliš nemění svůj individuální vývoj a od pozdní jury (tedy v posledních asi 150 milionech let) ani celkový tvar těla. Také celková tvarová bohatost skupiny dosahovala nejvyšších hodnot v prvohorách a směrem k současnosti spíše mizí. Na druhou stranu ovšem ostrorepi za poslední stamiliony let „vyrostli“ z centimetrových velikostí až nad metr. Slouží tak jako živoucí příklad, že některé linie skutečně mohou přejít do evoluční stáze, ale že tato stáze má spíše mozaikovitý charakter.

Kdyby příliv na pobřeží Ameriky či Asie vyvrhl živého trilobita, jednalo by se o senzaci první kategorie. Když se to samé stane s některým ze čtyř žijících druhů ostrorepů, vodních členovců ze skupiny klepítkatců, jde o další všední den. A to přesto, že jsou dnešní ostrorepi takřka k nerozeznání od prvohorních zástupců, kteří se spolu s trilobity proháněli oceány před stamiliony let.

Ostrorepy z tohoto důvodu můžeme zařadit mezi živoucí fosilie, organismy jako jsou cykasy, loděnky nebo latimérie, které se za celé éry prakticky nezměnily. Na rozdíl od řady jiných „Metuzalémů“ jsou však zajímaví i z čistě praktického hlediska. Když necháme stranou pochybnou praktiku, kdy jsou používáni jako návnady při rybolovu, zásadní je využití ostrorepů ve farmaceutickém průmyslu. Jejich modrou krev s obsahem mědi totiž využívají farmaceutické firmy k výrobě důležitých testů detekujících bakteriální toxiny.

Zkrátka, ostrorepi patří mezi nejpodivuhodnější v současnosti žijící zvířata. Opravdu se ale za stamiliony let takřka nezměnili? Nebo jsme pouze jejich evoluční inovace přehlédli – například proto, že se týkaly znaků, které se na zkamenělinách dobře nezachovávají? Na tyto otázky se nedávno pokusil nalézt odpovědi mezinárodní tým paleontologů s českou účastí.

Výzkumníci nejprve digitalizovali tvary ostrorepů, kteří žili v obdobích mezi raným karbonem před asi 330 miliony let a dneškem. Následně se zaměřili na to, jakým tvarovým proměnám ostrorepi v průběhu času podléhali. Zvláštní pozornost přitom věnovali otázce, jestli se v průběhu času měnilo i tempo nebo charakter jejich změn. Do třetice se podívali na to, jak ostrorepi v průběhu věků dospívali a zda se tento proces nějak měnil.

Výsledné analýzy ukázaly, že u ostrorepů skutečně můžeme mluvit o evoluční stázi, malé proměnlivosti v rámci desítek až stovek milionů let. Jen spolu s tím musíme zmínit několik důležitých ALE. Především neplatí, že by se za více než 300 milionů let ostrorepi z tvarového hlediska vůbec neměnili. Zejména prvohorní skupiny nezřídka dosahovaly z dnešního hlediska exotických tvarů vyznačujících se mimo jiné dlouhými ostny. Ty mohly souviset například s životem v okrajových prostředích – sladkých nebo poloslaných, případně rychle proudících, vodách.

Stáze u ostrorepů nastupovala plíživě. Jak ukázala analýza individuálního vývoje různých ostrorepích skupin, už v karbonu některé jeho aspekty ztratily veškerou proměnlivost. To se týká zejména způsobu, jakým rostla přední a střední část krycího krunýře. Stav, kdy u všech jedinců daného druhu probíhá vývoj po stejných cestách a neumožňuje velké odchylky, kterých by se mohl chytit přirozený výběr, je běžně výsledkem tzv. vývojových omezení. Ta vývoj stabilizují a ostiňují efekty mutací či nepřízně okolí. Evoluční omezení tak na jednu stranu vymezují směr, kam se další evoluce druhu může vydat a kam už ne, na druhou stranu ale přinášejí neoddiskutovatelné krátkodobé výhody jedincům – dodává jim odolnost proti působení škodlivých vlivů, třeba mutagenů. A bezprostřední výhoda je to, co obvykle v evoluci hraje rozhodující roli.

Evoluční historie ostrorepů v kostce. Na ose x vidíme čas směrem k dnešku, na ose y počty rodů ostrorepů v daných obdobích. Různé barvy v sloupcích značí relativně podíl jednotlivých čeledí. Podle Russela a kol. 2022.

Zatímco individuální vývoj ostrorepů pomalu „zamrzal“, výsledné tvary krunýřů se v karbonu ještě mezi různými druhy lišily. A to často velmi výrazně. S tím souhlasí i poznatek, že nejvyšší tvarové bohatosti dosáhli ostrorepi právě v tomto období. V následujících více než 300 milionech let, tedy od karbonu k dnešku, se potom už jen snižovala. Relativně vysokých hodnot dosáhla ještě v triasu, ale od pozdní jury už se mezi zkamenělinami setkáme jen s variacemi na tvar dnes žijících ostrorepů.

Jediný aspekt, ve kterém se ostrorepi i nadále vyvíjeli, byla velikost. Zatímco v prvohorách se pohybovali na milimetrové až centimetrové škále, v druhohorách už jsme mohli narazit i na čtvrtmetrové zástupce a dnes některé druhy ostrorepů dorůstají více než metru. Pozoruhodné přitom je, že v souvislosti s přibýváním větších druhů ubývalo těch menších. Jaký faktor za tímto růstem mohl stát, zda to byli predátoři, nebo nějaký rys neživého prostředí, je však stále záhadou.

Jak můžeme postupné snižování tvarové bohatosti vysvětlit? Nabízejí se v podstatě tři možnosti. Podle první teorie jde o důsledek toho, že v dávné minulosti na Zemi žilo méně různorodých živočichů. Nově se rozvíjející skupiny proto mohly ve své evoluci vyrazit prakticky libovolným směrem a explozivně se rozrůznit. Jak ovšem druhů přibývalo, začínalo být v prostředí těsněji. Takřka každý zdroj či životní strategii už někdo využíval, a tak nakonec mělo šanci uspět jen daleko méně dceřiných druhů než na počátku.

Druhá teorie vychází z podobných úvah, jako vývojová omezení zmíněná výše. Vývoj živočichů byl podle ní z počátku relativně volný a potomci se tak od rodičů mohli i výrazně odlišovat. Na jedinci se projevila prakticky každá mutace. To sice dávalo přirozenému výběru hodně „paliva“ ve formě výrazně se odlišujících individuí, velká část z nich ale vůbec nemusela být životaschopná. Krátkodobě tak byli ve velké výhodě jedinci, kteří dokázali dosáhnout dospělosti bez ohledu na náhodné mutace a nepříznivé výkyvy prostředí. Když k tomu přičteme obecnou tendenci ke hromadění stabilních a dále neproměnlivých prvků (v tomto případě elementů vývoje), tedy univerzálně působící proces třídění podle stability, je zřejmé, že skupiny jako ostrorepi by ve svých počátcích měly být daleko proměnlivější než dnes. Právě tímto mechanismem vysvětluje postupné zamrzání evoluce jednotlivých evolučních větví teorie zamrzlé evoluce.

Třetí teorie vlastně nenabízí vysvětlení, ale spíše odvysvětlení celého fenoménu. Zcela logicky se podle ní dnes setkáme spíše s potomky těch skupin, které byly někdy v minulosti úspěšné a rozrůznily se na mnoho druhů a dceřiných linií. Skupiny, které takového úspěchu nikdy v minulosti nedosáhly, v mezičase s velkou pravděpodobností vymřely. Jejich často pouze jediná evoluční linie při změně prostředí, na které byla adaptována, vyhynula. I v evoluci zkrátka platí, že není dobré dávat všechna vejce do jednoho košíku.

Když se vrátíme k ostrorepům, třetí možnost se nezdá příliš pravděpodobnou. Druhová bohatost ostrorepů totiž podle všeho nikdy nebyla příliš svázaná s tou tvarovou. Ostrorepi například odštěpovali neobvykle mnoho druhů v pozdní křídě, tedy v období, kdy už měli napevno vězet v evoluční stázi. Autoři studie také tvrdí, že k jejich druhové bohatosti v jejich nejúspěšnějších obdobích nejvíce přispívaly právě ty skupiny, které záhy vymřely a nikoli ty, které se dožily dneška.

Co se týče zbývajících vysvětlení, ta se mezi sebou nevylučují. Svou roli mohlo sehrát jak postupné obsazování ekologického prostředí, tak evoluce individuálního vývoje. Jak však naznačuje objev, že si ostrorepi už od počátků své evoluce nesli řadu evolučních omezení, vývojové vysvětlení patrně bude hrát prim.

Hlavním poselstvím výzkumu však není, že některé evoluční linie podléhají evoluční stázi, nebo že bývají z tvarového hlediska nejbohatší krátce po svém vzniku. Nejdůležitějším objevem je, že evoluční „zamrzání“ může postupovat mozaikovitě. Určité aspekty vývoje, stavby či fungování organismu mohou zcela ztrácet svou proměnlivost, zatímco jiných se tyto změny vůbec netýkají. Kvůli postupnému zamrzání jednotlivých znaků, a tedy uzavírání cest možných vývojových změn je tak evoluce nejspíše přinejmenším u mnohobuněčných živočichů odkázaná na hledání čím dál křivolačejších cest, jak dosáhnout nových přizpůsobení měnícím se podmínkám.

Zdroj: RD Bicknell, J Kimmig, GE Budd, … & NE Campione (2022): Habitat and developmental constraints drove 330 million years of horseshoe crab evolution. Biological Journal of the Linnean Society, blab173.

Facebook Comments