Teorie Gaia může platit. Stačí zapojit principy třídění z hlediska stability.

Autor: Jan Toman

Teorie Gaia, podle které naše planeta ve spolupráci s pozemskými organismy aktivně udržuje podmínky vhodné pro život, od počátku dráždila zástupy biologů. Podle nejnovějších poznatků ovšem ze strany Země ani jejích obyvatel není třeba žádných altruistických zásahů ve prospěch celku, protože dlouhodobě stabilní biosféra mohla vzniknout tříděním z hlediska stability.

Teorii Gaia formuloval britský lékař James Lovelock v 70. letech 20. století. Třebaže v ní záhy našli zalíbení nejrůznější badatelé, od počátku ji provází opar mystiky. Rozhodně platí, že geologické, chemické a atmosférické cykly na naší planetě prostřednictvím série zpětných vazeb dlouhodobě udržují podmínky vhodné pro život. Nemůžeme popřít ani fakt, že jsou tyto cykly významně ovlivněné životními pochody živých organismů. Může se ale jednat o adaptaci? Podle většiny biologů hlavního proudu nikoli. Čím víc by obyvatelé naší planety do „veřejného blaha“ investovali, tím lehčí obětí by se stali pro sobecké jedince vkládající čas, zdroje a energii jen do vlastní zdatnosti. Podobně přizpůsobený systém navíc nemohl vzniknout ani výběrem (selekcí) na úrovni celých planet. Země je oázou v kosmické prázdnotě a se žádnými srovnatelnými tělesy nesoupeří. Přesto se ukazuje, že gaiánské uspořádání nemusí představovat jen kolosální náhodu. Jak jsme navrhli v našem nedávném článku (o kterém jsme referovali i na Bíglu), stabilita podobných dynamických systémů může narůstat tříděním jejich komponent z hlediska stability. Celou myšlenku důkladněji rozpracovala skupina britských vědců a ukázala, že stabilní podmínky vhodné pro výskyt života může dlouhodobě udržovat nebo dokonce zlepšovat kombinace individuální a ekosystémové selekce za působení sekvenčního třídění a třídění na základě stability.

Když Lovelock formuloval svou teorii o intimním propojení biologických a geochemických pochodů, možná ani netušil, jak výbušný materiál vědeckému světu k posouzení předkládá. Začalo to už jménem. Na radu svého souseda, spisovatele Williama Goldinga (nositele Nobelovy ceny a autora mj. světoznámého románu Pán much), dal své teorii název po řecké bohyni Země jménem Gaia. Úmyslně či neúmyslně se tak přihlásil k dlouhé tradici sahající od antických dob až k hnutí New Age, která považuje naši planetu a všechny její obyvatele za součást jedné entity, která dokáže jednat ve svůj prospěch.

Co naplat, že Lovelock později začal razit pro teorii Gaia spíše neutrální název geofyziologie. Ve své době se stal tak trochu obětí až příliš lákavé „značky“ – teorie Gaia okolo sebe shromáždila početnou skupinu vědců z nejrůznějších okrajových proudů, excentriků, nadšenců i mystiků. To vše v době nejtvrdšího neodarwinismu. Jen pár let po Lovelockovi vydal svou stěžejní knihu Sobecký Gen nestor evoluční biologie Richard Dawkins. Ve vrcholící moderní evoluční syntéze nebylo pro nezištné altruisty ani výběr na úrovni ekosystémů žádné místo. Pomoc druhým se vykládala jako dobře vypočítaná investice, přizpůsobování organismů jako výhradní důsledek souboje na úrovni genů a jejich variant. Dokonce i na takové jevy jako symbiotický vznik některých buněčných organel z původně nezávislých organismů se evoluční biologové hlavního proudu dívali s podezřením.

Procesy, které se mohou na různých škálách uplatňovat při vývoji gaiánského uspořádání fungování planety. Podle Lenton et al. 2018.

Nač chodit okolo horké kaše, z teorie Gaia se v důsledku toho stal biologický disent sdružující různé nesourodé skupiny badatelů. Od počátku přitom bylo jasné, že působením přirozeného výběru mohl podobně uspořádaný systém vzniknout jen těžko. Tlak selekce na společné investice do biosféry a jejího stabilního fungování se nemůže rovnat s individuální výhodou jedince. I ten nejorganizovanější zpětnovazebný systém by se brzy zhroutil pod přívalem sobeckých mutantů a zabránit by tomu rozhodně nedokázal daleko slabší výběr na úrovni skupin či druhů. Pokud by se život mohl šířit z planety na planetu a tato tělesa mezi sebou soupeřila, pak by se snad gaiánské uspořádání mohlo vyvinout. K ničemu takovému ale očividně nedochází.

Různé důmyslné modely ovšem ukázaly, že by na myšlence Gaii něco mohlo být. Počítačová simulace Daisyworld, česky „svět sedmikrásek“, například demonstrovala, že se organismy mohou stát součástí zpětnovazebných cyklů. Pokud na simulované planetě rostly bílé sedmikrásky spíše odrážející sluneční paprsky a černé sedmikrásky paprsky spíše pohlcující, dokázala planeta vykompenzovat i docela výrazné výkyvy v přísunu slunečního záření. Když aktivita slunce poklesla, ve výhodě byly černé sedmikrásky, rozrostly se na větší plochu a planetu oteplily. Nižší sluneční aktivita naopak zvýhodňovala bílé sedmikrásky, jejichž větší zastoupení planetu ochladilo.

Jak ovšem ve vědeckém časopisu Trends in Ecology and Evolution shrnují britští vědci, zpětnovazebné cykly látek a energie mohou v biologických systémech vznikat i tehdy, když individuální a globální výhoda nejsou důsledkem stejné vlastnosti. Jednou z možností je evoluční dynamika plynoucí z teorie Černé královny. Na rozdíl od teorie Červené královny, která si všímá toho, že mezi sebou organismy vedou nikdy nekončící koevoluční závody, zdůrazňuje teorie Černé královny důsledky „evoluční lenosti“. Pokud se někde sejde skupina druhů, například mikrobů, každý z nich bude využívat trochu jiné zdroje a produkovat trochu jiné odpadní produkty. Řada odpadních produktů přitom může sloužit jako zdroje pro jiné členy konsorcia. Ti si je tak už nemusí sami vyrábět a tuto schopnost postupně ztrácí.

Během generací se mikrobi pod tlakem na efektivitu přizpůsobují vzájemnému soužití, až bez sebe nakonec třeba ani nedokáží přežít. Zastoupení jednotlivých druhů přitom může podléhat negativní zpětné vazbě a celá konsorcia díky tomu mohou kompenzovat i docela výrazné výkyvy podmínek. Podobné vzájemně přizpůsobené skupiny druhů rovněž mohou za přísunu energie (například ze slunečního záření) efektivně zprostředkovávat cykly nejrůznějších látek.

Pokud spolu mohou jednotlivá konsorcia soupeřit, může dokonce docházet k šíření takových koevolvovaných skupin druhů, které podmínky svého prostředí regulují efektivněji. V takovém případě se mohou fixovat i vlastnosti konsorcií, které přímo nesouvisí s recyklací látek, ale třeba také udržováním fyzických faktorů jako jsou teplota nebo pH vody. Háček ovšem spočívá v tom, že podobný mechanismus funguje jen v různorodém, ostrůvkovitém, prostředí a pouze tehdy, když se rozdílný úspěch lépe a hůře koordinovaných skupin druhů projevuje už během života jedinců.

Takže zpátky na začátek. Jaký proces mohl vést k tomu, že se mezi sebou koordinovaly nejrůznější abiotické cykly s činností organismů na škále tisíců, statisíců a milionů let? První možnost nazývají britští autoři „sekvenční selekcí“. Nejde ale o moc víc než evoluci způsobem pokus-omyl. Když život vznikne, vyvíjí se určitým směrem. Výsledná společenstva mohou zlepšovat podmínky prostředí pro život, nebo je naopak zhoršovat. Dlouhodobý úspěch je ale zaručen jen v případě, když se ustanoví společenstvo, které pomocí zpětnovazebných mechanismů udržuje podmínky vhodné pro vlastní existenci. Takový stav systému potom trvá nejdelší dobu. Na počátku existence života se tak mohlo vystřídat třeba i několik nestabilních uspořádání naší planety, my se však setkáváme s tím posledním, stabilním. Počítačové modely ukázaly, že se biosféra podobným způsobem opravdu může vyvíjet. Pravděpodobnost, že systém dosáhne konkrétního pro život příhodného uspořádání sice s počtem faktorů prostředí pozvolna (lineárně) klesá, počet těchto stabilních uspořádání ale s množstvím faktorů prostředí daleko rychleji (exponenciálně) roste.

Ještě významnější by ale mohl být poslední proces, „přežití trvanlivějších“. Vzhledem k tomu, že v čase dochází k hromadění perzistentnějších druhů, ekosystémů a procesů, dochází také k tomu, že se postupně hromadí a převažují takové entity a procesy, které prostředí vhodné pro své vlastní přežití stabilizují. Entity či procesy, jejichž přítomnost Zemi naopak z rozmezí podmínek vhodných pro přítomnost rozvinutého života vyvádí, svým vlastním přičiněním mizí. Že vám to něco připomíná? Samozřejmě. Předchozí dva gaiánské procesy jsou pouze obšírnějším popisem třídění z hlediska stability na úrovni společenstev a celé planety, které jsme v teoretickém článku popsali už dříve. Zajímavější myšlenkou je, že v evoluci může trvale působit selekční tlak na zvýšení produktivity organismů, který v delším časovém měřítku zrychluje cyklování látek a vede k efektivnějšímu udržování podmínek prostředí. Právě tento zpětnovazebný proces by mohl vysvětlit záhadné zlepšování příhodnosti pozemského prostředí pro složitější organismy.

Sečteno a podtrženo, na gaiánském charakteru Země se mohly podepsat procesy zahrnující působení přirozeného výběru v užším slova smyslu na úrovni jedinců, druhů i jejich vzájemně přizpůsobených skupin. Klíčovou roli v tomto procesu ale patrně hraje třídění z hlediska stability na několika úrovních.

Zdroje:

Lenton TM, Daines SJ, Dyke JG, Nicholson AE, Wilkinson DM & Williams HT (2018): Selection for Gaia across multiple scales. Trends in Ecology & Evolution, 33.

Toman J & Flegr J (2017): Stability-based sorting: The forgotten process behind (not only) biological evolution. Journal of Theoretical Biology, 435.

Facebook Comments