Autor: Jan Toman
Před několika dny dorazila na pulty knihkupectví nová kniha Jana Tomana Evoluce3. Kromě mnoha novinek z oboru evoluční biologie se v ní čtenář dočte o třídění z hlediska stability, které podle teorie zamrzlé evoluce může stát za řadou nápadných pravidelností, jež se opakují v evoluci života.
V biologické evoluci se uplatňují různé dlouhodobé trendy. Od starohorních mikrobů až po dnešní mravenčí kolonie je ale nejnápadnějším růst nejvyšší dosažené úrovně komplexity organismů. Tento trend se všemi jeho souvislostmi až dosud nedokázala úspěšně vysvětlit žádný teoretický koncept. Podle teorie zamrzlé evoluce však může jít o přímý důsledek hromadění dále neproměnlivých genů, prvků vývoje, tělní stavby a fungování v důsledku třídění z hlediska stability. Jakmile v důsledku tohoto procesu klesne schopnost organismů vytvářet výrazné evoluční novinky pod určitou úroveň, výhodu získají ty organismy, které překážku dokážou nějakým způsobem obejít. Jediným zaručeným způsobem, jak proměnlivost obnovit, je přitom přechod na vyšší úroveň organizace. Třídění z hlediska stability ovšem úřaduje i zde, a tak se po nějaké době celá situace opakuje. Tomuto scénáři růstu organismální komplexity nasvědčuje i celá řada souvisejících jevů, pro které teorie zamrzlé evoluce rovněž nabízí vysvětlení.
Často se objevuje názor, že je biologická evoluce zcela náhodná, nesleduje žádný směr a nelze ji předpovědět. To ale platí jen zčásti, jak se ale čtenář může dočíst už v první části knihy Evoluce3. V makroevoluci – evoluci ve velkém časovém a prostorovém měřítku probíhající nad úrovní druhů – se uplatňuje celá řada trendů. Kamenem úrazu je, že tyto trendy můžeme studovat jen velmi obtížně. Některé, jako třeba zesložiťování švů na schránkách druhohorních nautiloidů, můžeme docela dobře doložit. Ovšem ruku na srdce, kolik lidí vzrušuje skupina dávno vymřelých příbuzných dnešních loděnek? Co by nás skutečně zajímalo, je, zda v průběhu existence života dochází ke zvětšování organismů, jejich přizpůsobenosti, složitosti, nebo třeba účinnosti při využívání energie. Zkrátka, jestli se prolínají evolucí života nějaké dlouhodobé, globální, trendy.
Naštěstí to vypadá, že se alespoň jeden z těchto globálních trendů v historii pozemského života skutečně uplatňuje. Jde o zvyšování složitosti organismů, konkrétně jejich nejvyšší dosažené hierarchické komplexity. Tu si můžeme představit jako počet stavebních či funkčních úrovní organismů. Před čtyřmi miliardami let bychom na Zemi nalezli pouze drobné mikroorganismy podobné dnešním bakteriím. Před necelými dvěma miliardami let se tyto mikroorganismy spojily a vytvořily složitější buňky. Následoval vznik mnohobuněčných organismů, živočichů a jejich odvozenějších, dvoustraně souměrných, forem. Jednou z posledních zastávek na cestě za zvyšováním hierarchické komplexity byly koloniální mnohobuněčné organismy, nebo dokonce superorganismy typu mravenišť, včelstev nebo termitích kolonií.
Společně s tímto trendem se uplatňuje ještě jedna další zákonitost – evoluční linie zejména pohlavních organismů postupně snižují svou proměnlivost. Krátce po svém odštěpení od mateřské linie se mnohou měnit v celé řadě různých, třeba i velmi důležitých, znaků. Postupně se ale variace, které jsou schopné vytvářet, redukují na drobné obměny jednoho postupně „zamrzajícího“ motivu. Typickým příkladem jsou dvoustraně souměrní mnohobuněční živočichové. Ti mohli krátce po svém vzniku v období kambria měnit i základy své tělní stavby, takže máme problém celou řadu jejich zástupců vůbec zařadit. Později už žádné nové kmeny mnohobuněčných živočichů nevznikly a jejich zástupci až na malé výjimky vytvářejí pouze variace na už zavedený „tělní plán“.
Tohoto druhého trendu, makroevolučního zamrzání, si všímá teorie zamrzlé evoluce. Podle této teorie, kterou rozvíjí zejména členové Laboratoře evoluční biologie pod vedením autora konceptu profesora Jaroslava Flegra, dochází k postupnému hromadění dále neproměnlivých genetických jednotek i celých strukturních, funkčních a vývojových jednotek. Příčiny toho, proč se dané jednotky nemohou měnit, se různí. Vliv některých genových variant na biologickou zdatnost nositelů například tak silně závisí na frekvenci, že za realistických podmínek nemůže dojít k úplnému převládnutí nebo vymizení dané varianty. Jiné geny, jejich skupiny, nebo celé moduly zase mohou dosahovat takové důležitosti pro vývoj, fungování či stavbu organismů, že by jejich sebemenší změna vedla ke smrti.
Principem třídění z hlediska stability, jemuž se kniha také obsáhle věnuje, dochází k postupnému hromadění těchto dále neproměnlivých jednotek. Výsledkem je snižování proměnlivosti celé evoluční linie. K procesu samotnému samozřejmě nedochází zcela slepě. Vzhledem k tomu, že organismy s určitou genetickou architekturou mohou dosahovat větší zdatnosti, nebo přednostně produkovat v daném prostředí výhodné varianty potomků, mluví se v tomto ohledu spíše o evoluci evolvability. Díky ní se vývoj a fungování organismů stávají méně náchylnými na změny prostředí i náhodné mutace. Jejím přímým důsledkem je také často velmi nápadné modulární uspořádání živočichů či rostlin. Organismy za to ovšem platí nemalou cenu – postupně ztrácí schopnost vytvářet zásadní evoluční novinky a výrazně odlišné formy.
Třebaže makroevoluční zamrzání mohou evoluční linie několika cestami zpomalit, samotný proces je nejspíše efektivně nevratný. Právě díky němu ale patrně můžeme vysvětlit trend zvyšování nejvyšší dosažené úrovně hierarchické komplexity organismů! Když se totiž neschopnost vytvářet velké evoluční novinky stane nadměrnou překážkou, výhodu získají ty organismy, které limitaci dokážou nějak obejít. Prakticky vždy jsou to přitom organismy, které dosáhly vyšší úrovně tělesné organizace – například díky rozparcelování těla, zmnožení téhož jedince jako u kolonií či mnohobuněčných organismů, nebo díky spojení s jiným organismem v symbiotickém vztahu. Organismus vyšší úrovně může s do velké míry evolučně zamrzlými jednotkami úrovně nižší nakládat jako s kostkami stavebnice – nemohou se sice příliš měnit, jejich kombinováním a spojováním ale mohou vznikat i výrazné evoluční novinky.
Problémem je, že k třídění dále neproměnlivých jednotek na základě stability dochází i na této vyšší úrovni. Zamrzání tudíž pokračuje a po nějaké době se nutností stane další přechod na ještě vyšší úroveň hierarchické organizace. V rámci tohoto „koloběhu“ navíc dochází k postupné integraci původních jednotek, jejich rozrůzňování, spojování a na nižších úrovních i zjednodušování. Všechno to jsou přitom zajímavé makroevoluční jevy, pro které biologové dosud nenalezli jednu uspokojivou odpověď. Aby toho nebylo málo, teorie zamrzlé evoluci nabízí odpověď i na otázku, proč zvyšování hierarchické komplexity v historii naší planety postupně zrychluje. Tu, stejně jako řadu dalších zajímavostí, však naleznete až v knize samotné…
Zdroj: J Toman (2020): Evoluce3: Evoluční trendy, evolvabilita a teorie zamrzlé evoluce. Academia, Praha.