Autor: Jan Toman
Intenzita metabolismu neboli množství přijaté, transformované a využité energie souvisí s ekologií druhu, jeho populační dynamikou, rozšířením a rychlostí odštěpování nových druhů. Podle nejnovějšího výzkumu založeného na atlantických měkkýších na ní navíc závisí také rychlost vymírání, což by z intenzity metabolismu mohlo činit jeden z nejdůležitějších faktorů určujících směřování makroevoluce.
Lvi a krokodýli jsou dravci. Na první pohled ale zastávají úplně odlišné ekologické strategie. Velkou roli v tom hrají jejich energetické nároky. Lvi musí žrát jednou za několik dní, krokodýli můžou strávit bez potravy celé měsíce. Intenzita metabolismu očividně představuje důležitý faktor ovlivňující ekologii druhu. Z makroevolučního hlediska je podstatné, že intenzita metabolismu souvisí také s mírou odštěpování dceřiných linií, potenciálních zakladatelů nových druhů. Nová studie založená na atlantických mlžích posledních pěti milionů let navíc ukázala, že intenzita metabolismu souvisí také s intenzitou vymírání. Vymřelé druhy plžů a mlžů prokazatelně oplývaly vyšší intenzitou metabolismu než druhy, které se dožily dneška. Celý fenomén se výrazněji uplatňuje u druhů s malým rozšířením, což značí, že by mohl souviset s tendencí k odštěpování nových, specializovaných, ale k vymření náchylnějších druhů. Intenzita metabolismu je podle všeho úzce propojená s celým komplexem individuálních vlastností, které ovlivňují pravděpodobnost vymření druhu či odštěpení druhu dceřiného a potažmo spoluurčují makroevoluční osudy celých velkých taxonů.
U organismů, které neudržují aktivně tělesnou teplotu, intenzita metabolismu dosti těsně souvisí s velikostí těla a teplotou prostředí, takže na základě velikosti jednotlivých blízce příbuzných druhů a teploty prostředí můžeme odhadnout intenzitu metabolismu. Dále u nich intenzita metabolismu souvisí se způsobem získávání potravy, mírou aktivity, rychlostí produkce potomstva, populační hustotou a spoustou dalších vlastností. V globálním měřítku potom ovlivňuje trendy v geografických gradientech druhové bohatosti. Zvýšená intenzita metabolismu za vyšších teplot tak má dost možná prsty i v tom, že tropy hostí více druhů než oblasti vyšších zeměpisných šířek.
Intenzita metabolismu studovaných mlžů (nahoře) a plžů (dole). Hodnoty pro vymřelé druhy jsou zvýrazněné oranžově, hodnoty vztahující se k druhům, které přežily dodnes, modře. Zcela vlevo je celkové srovnání, uprostřed výsledky pro široce rozšířené druhy a vpravo výsledky získané od druhů s úzkým rozšířením. Podle Strotz et al. 2018.
Mohla by ale intenzita metabolismu ovlivňovat také riziko vymření? Podle nové studie zveřejněné ve vědeckém časopisu Proceedings of the Royal Society of London B: Biological Sciences je to velice pravděpodobné. Aby vědci zmapovali možné souvislosti mezi evoluční dlouhověkostí druhů a intenzitou jejich metabolismu, zaměřili se na mlže a plže západního Atlantiku. Nejprve shromáždili údaje o proměnách měkkýší fauny od pliocénu do dneška. Za období dlouhé zhruba 5,3 milionu let vědci napočítali bezmála tři stovky dobře identifikovatelných druhů, které mohli zahrnout do studie. 178 jich během sledovaného období vyhynulo, zbylé druhy se dožily dnešních dní.
Za normálních okolností vycházejí vědci při studiu metabolismu a jeho ekologických souvislostí z intenzity klidového metabolismu. Ta se měří jednoduše jako objem prodýchaného vzduchu (nebo jeho obdoby) za jednotku času. Podobný odhad je ovšem u vymřelých druhů prakticky neproveditelný. Vědci proto museli pro každou taxonomickou skupinu studovaných měkkýšů odvodit specifickou závislost mezi intenzitou klidového metabolismu, velikostí a teplotou prostředí. Poslední faktor naštěstí mohli výzkumníci pro fosilní druhy odečíst z poměrně spolehlivého klimatického modelu. Následně podle odhalených závislostí vypočítali intenzitu metabolismu všech studovaných druhů.
Výsledky následné statistické analýzy ukázaly, že vymřelé druhy plžů a mlžů vykazovaly v porovnání s těmi, které se dožily dneška, prokazatelně intenzivnější metabolismus. Tyto výsledky jsou přitom robustní a není pravděpodobné, že by se jednalo o chybu, nebo důsledek nějakého třetího faktoru. Daleko výrazněji se potom pozorovaný rozdíl v intenzitě metabolismu mezi vymřelými a žijícími měkkýši projevil u druhů, které mají jen omezené rozšíření. Ani v tomto ohledu se patrně nejedná o artefakt, i když fakt, že široce rozšířené druhy patří jen do několika čeledí, nabádá k opatrnosti. Když vědci nasadili u plžů i mlžů stejnou závislost pro odvození metabolické intenzity, ukázalo se, že u plžů pozorované rozdíly mezi úzce a široce rozšířenými druhy mizí. Z toho vyplývá, že velké taxonomické skupiny se očividně liší i v základech svého metabolického uspořádání.
Přednostní vymírání úzce rozšířených, a tedy většinou specializovaných, druhů navíc naznačuje, že by celý fenomén mohl souviset s mírou speciace. Ty taxony, které intenzivněji odštěpují nové specializované druhy, mohou být k vymření náchylnější než ty, které sestávají z dlouhověkých univerzálně přizpůsobených druhů. Podobnou závislost předpokládají evoluční biologové už dlouhou dobu a existují pro ni i různé doklady. Závislost speciace, extinkce, intenzity metabolismu, ekologie druhu, teploty, geografického rozšíření a dalších faktorů ale naznačuje, že osud evoluční linie v dlouhém časovém měřítku ovlivňuje provázaný slepenec mnoha různých vlastností.
Třešničkou na dortu potom bylo odhalení, že se v průběhu posledních zhruba pěti milionů let nemění souhrnná metabolická aktivita studovaných druhových společenstev. Navzdory hromadným i průběžným vymíráním, změnám druhové bohatosti, výkyvům teplot či chemismu vody a střídání dob ledových a meziledových zůstává poměrně konstantní. To značí, že by energetická intenzita ekosystémů mohla zůstávat v dlouhých obdobích mezi makroevolučními „skoky“, jako byl vynález fotosyntézy či aerobního dýchání, mimořádně stabilní. Podobné dalekosáhlé důsledky odhalených závislostí ale potvrdí či vyvrátí až další výzkum.
Zdroj: Strotz LC, Saupe EE, Kimmig J & Lieberman BS (2018): Metabolic rates, climate and macroevolution: a case study using Neogene molluscs. Proceedings of the Royal Society of London B: Biological Sciences, 285.