Evoluce věčně živá. V čem tkví podstata biologické rozmanitosti?

Od prvního vydání Darwinovy přelomové knihy o vzniku druhů letos uplyne 165 let. I přes rozvoj nejmodernějších metod zůstávají však základní otázky stále stejné. Jak druhy vznikají? A v čem tkví podstata biologické rozmanitosti? Přečtěte si hlavní téma z A / Magazínu a zjistíte, na jakých projektech pracují Miloš Macholán z Ústavu živočišné fyziologie a genetiky AV ČR nebo Jaroslav Piálek a Josef Bryja z  Ústavu biologie obratlovců AV ČR. Dozvíte se, že Českem prochází myší hybridní zóna, proč je Etiopie přírodní laboratoří i z jakého důvodu se musel překreslit evoluční strom čeledi myšovitých.   

Charlese Darwina vždycky fascinovala příroda a svět kolem něj. Od útlého věku hořel touhou po poznání a objevech. Když se mu proto v pouhých dvaadvaceti letech v roce 1831 naskytla příležitost zúčastnit se plavby na průzkumné lodi Beagle, dlouho neváhal. Největším oříškem bylo přesvědčit otce, který se synovou cestou zpočátku nesouhlasil. Považoval ji za ztrátu času. Mladík si za vydatné pomoci svého strýce cestu prosadil a dobře udělal. Téměř pětileté putování po málo probádaných koutech Jižní Ameriky, jihu Afriky, Austrálie a Nového Zélandu zcela změnilo nejen jeho život, ale klíčovým způsobem ovlivnilo celý vědecký obor, jemuž se rozhodl věnovat.

Dvě třetiny času expedice strávil Darwin zkoumáním rozmanitého života na pevninách. V Argentině studoval fosilie velkých savců, na Galapážském souostroví pozoroval rozličné druhy pěnkav a obří želvy. Sesbíral množství různých přírodnin a přivezl je k dalšímu studiu do Velké Británie. Při sledování přírodní rozmanitosti si kladl otázky, jak druhy na různých místech a v různých časech vznikají a proč některé z nich vymírají. Své poznatky si systematicky zapisoval a promýšlel a pečlivě studoval také závěry jiných přírodovědců své doby. V roce 1859 potom vydal knihu O vzniku druhů přírodním výběrem, v níž předložil rozsáhlé důkazy o postupném vývoji organismů a představil pojem přírodního výběru jako klíčového mechanismu evoluce.  

Revoluční pojem evoluce
„Až donedávna se velká většina přírodovědců domnívala, že druhy jsou neměnné výtvory a byly stvořeny odděleně. Několik málo přírodovědců naopak věřilo, že se druhy uzpůsobují a že dnešní formy života jsou běžně zplozenými potomky dříve existujících forem,“ píše Charles Darwin v prologu knihy.

Jakkoli jej dnes běžně vnímáme jako otce evoluční teorie, Darwin nebyl prvním, kdo s touto hypotézou přišel. Sám Darwin ve své knize zmiňuje francouzského myslitele Jeana Baptista Lamarcka, který se o vývoji druhů zmiňoval už počátkem 19. století. Evoluční myšlenky ale formuloval dokonce už i Charlesův dědeček Erasmus Darwin ve svém veršovaném pojednání Zoonomia na konci 18. století.   

„Většinu lidí asi překvapí, že mezi první evolucionisty patřil i slavný básník a dramatik Johann Wolfgang Goethe. Asi jen pár odborníků na české národní obrození pak ví, že o evoluci psal ve svém Wšeobecném rostlinopisu z roku 1846 i jeden z našich nejvýznamnějších přírodovědců té doby Jan Svatopluk Presl,“ říká evoluční biolog Miloš Macholán z Ústavu živočišné fyziologie a genetiky AV ČR.

Fakt, že se podobné ideji ve stejné době věnovalo více odborníků, ale nikterak nesnižuje význam Charlese Darwina. Oprávněně jej považujeme za zakladatele moderní teorie evoluce, protože ji svým systematickým přístupem a zároveň srozumitelným stylem dokázal celistvě popsat a zasadit do potřebného kontextu. Především ji pak propojil s teorií přírodního výběru, která pomohla vysvětlit, proč a jak se druhy vyvíjejí.

Moravská stopa
Nejzávažnější nesnází, které darwinovská evoluce ve své době čelila, byla neexistence odpovídající teorie dědičnosti, která by vysvětlovala uchování mezigeneračních variací, na nichž se měl přírodní výběr podílet. Chybějícím článkem byla mendelovská genetika. Zdá se těžké tomu uvěřit, ale přestože brněnský augustinián Gregor Johann Mendel publikoval své objevy zákonů dědičnosti v roce 1866, Darwin se o nich nedozvěděl. Ostatně podobně jako většina přírodovědců té doby.

Mendelovské zákony dědičnosti znovuobjevilo a nezávisle na sobě ověřilo několik vědců až roku 1900. O dvě až tři desítky let později pak jiní teoretici propojili matematické zákonitosti genetiky s Darwinovou teorií přírodního výběru. „Z mého pohledu patří právě propojení Darwinovy evoluční teorie a Mendelovy teorie dědičnosti k nejvýznamnějším milníkům dějin evoluční biologie. Neodarwinismus znamenal velký průlom,“ vysvětluje Miloš Macholán.

Evoluční laboratoře
Na téma evoluční teorie je možné pohlížet z mnoha různých úhlů. V širší perspektivě lze diskutovat o historii a jejím vývoji, nebo se dokonce dotknout vášnivé (zejména americké) debaty mezi evolucionisty, kteří zastávají vědecký postoj, a kreacionisty, prosazujícími doslovný výklad Bible. Anebo můžeme zůstat více nohama na zemi a zaměřit se na konkrétní vědecké projekty, jež dále posouvají naše znalosti o vzniku a vývoji živočišných druhů.

Pro následující stránky volíme poslední jmenovanou cestu. Pootevřeme například „okno do evoluce“, jak se metaforicky přezdívá takzvaným hybridním zónám. Jde o geografické oblasti, ve kterých se dvě geneticky odlišné populace setkávají, kříží a vzniká v nich hybridní potomstvo. Může tam vzniknout nový druh? Proč se mezi sebou nemohou jednotlivé druhy křížit? Jaké geny mají na starosti speciaci, tedy vznik druhů nových?

Pomyslně také navštívíme „přírodní evoluční laboratoř“ – takto se říká místům, v nichž dochází k intenzivnímu vývoji biologické rozmanitosti, třeba vlivem výjimečných klimatických podmínek. Jednou z nich je Etiopská vysočina, kterou nejnovější výzkumy českých vědců potvrzují jako jednu z klíčových kolébek biologické rozmanitosti Afriky.

Jak vzniká druh?
Existence různých živočišných nebo rostlinných druhů je očividná. Stačí se podívat v zimě na krmítko – vrabce od sýkorky nebo straky asi rozpoznáme. Dub s modřínem si zřejmě také nikdo nesplete. V přírodě se tedy vedle sebe ve stejném prostředí vyskytují různé druhy. Proč ale vlastně? Jak je možné, že se v průběhu času spolu nezkříží třeba právě zmiňovaní vrabci a sýkorky a neutvoří nový druh? A naopak, proč se různé rasy psů spolu běžně kříží, i když si vůbec podobné nejsou?

V genetické informaci každého druhu zřejmě musí existovat něco, co není kompatibilní s jiným druhem. Evoluční biology zabývající se speciací zajímá podstata této genetické bariéry. Pokládají si otázky: kolik genů způsobuje reprodukční izolaci a jak velký mají účinek? Interagují vzájemně? Stojí za jejich evolucí přírodní výběr, nebo jde o náhodné procesy?

Hledat odpovědi třeba u sýkorek a vrabců by bylo příliš složité, protože rozdíly mezi nimi jsou na genetické úrovni poměrně velké – od doby, kdy se oddělily od společného předka, uplynulo hodně času. Proto je potřeba zaměřit se na druhy ve stadiu zrodu – takové, mezi nimiž reprodukční bariéra není propastná.

Existují v zásadě dvě možné strategie, jak reprodukční bariéry studovat. První počítá s experimentální hybridizací, při které vědci cíleně a za jasně definovaných podmínek kříží v laboratoři jedince odlišných druhů. Jiná strategie pak využívá přirozené geografické hybridní zóny.

Prvním způsobem objevil v roce 1993 Chung-I Wu s kolegy z Chicagské univerzity speciační gen u „banánových mušek“, octomilek rodu Drosophila, které patří k nejvděčnějším laboratorním živočichům. Gen pojmenovali poeticky Odysseus (zkráceně OdsH) podle bájného řeckého hrdiny. „Stejně jako Odysseus, který se svými spolubojovníky lstí vnikl do nedobytné Tróje ukryt v útrobách dřevěného koně, i gen tohoto jména, jakmile se ocitne v cizím genomu, způsobuje sterilitu samců, tedy z evolučního hlediska v podstatě jejich genetickou smrt,“ říká Miloš Macholán.

Myší sousedky
Co se podařilo zjistit u octomilek, nemusí však platit u jiných organismů. Například u myši, která je také častým laboratorním zvířetem, se na snížení zdatnosti myších hybridů může spolupodílet několik desítek nebo i stovek genů s různými účinky.

Myši ale mají jinou výhodu – k výzkumu jejich hybridizace je totiž možné využít jedinečnou přírodní laboratoř – hybridní zónu, v níž se setkávají dva poddruhy myši domácí a jejíž část prochází západním cípem našeho území.

„Předek myši domácí vznikl přibližně před půl milionem let. Populace myší se pak oddělily někde na planinách dnešního Íránu a postupně se šířily do celého světa. Jedna část šla severní cestou, nad Kavkazem, a druhá zamířila jižně kolem pobřeží Středozemního moře, a to buď sama, nebo společně s lidmi na lodích,“ přibližuje Jaroslav Piálek z Ústavu biologie obratlovců AV ČR.

Severní cestou po kontinentu přicházely myši, které daly vznik poddruhu Mus musculus musculus. Osídlily východní a střední Evropu, severní Asii a Dálný východ. Pokud tedy doma ve spíži najdete myšku, bude to s velkou pravděpodobností právě tento poddruh. Jestliže ale máte chalupu někde u Chebu, není vyloučené, že vaše myška bude náležet k západnímu poddruhu Mus musculus domesticus. Tento poddruh se vyvinul z myší, které se do Evropy dostaly jižní cestou přes Blízký východ a Středomoří.

V průběhu dlouhého putování se genetická výbava populací pozměnila, i když (zatím) ne natolik, aby se rozrůznily v odlišné druhy. Oba poddruhy – zjednodušeně je můžeme označit za západní a východní – se pak potkaly v oblasti střední Evropy. V místě setkávání se vzájemně křížily a plodily hybridní potomstvo. Utvořily tak pás hybridních populací, který je více než 2,5 tisíce kilometrů dlouhý, ale zhruba jen 10 kilometrů široký a sahá od Skandinávie na severu přes západní Čechy a Bavorsko k Balkánu a k Černému moři.  

Obr. Mapka myší hybridní zóny, která prochází částečně i Českou republikou.

„V hybridní zóně se mění genetické znaky typické pro každý poddruh a my můžeme tuto modelovou skutečnost využít pro studium speciace,“ pokračuje Jaroslav Piálek. K výzkumu je zapotřebí nachytat myšky obou poddruhů, odebrat jejich vzorky DNA a podrobit je detailním analýzám. Zároveň si pracoviště Ústavu biologie obratlovců AV ČR ve Studenci už více než dvacet let buduje speciální chovy, které obývají nikoli klasické laboratorní myší kmeny, ale inbrední linie pocházející z divokých populací obou poddruhů i dalších druhů myší (označují se zkratkou WDS z anglického wild-derived strain). V současné době se ve studeneckém chovném zařízení nachází více než dva tisíce jedinců devadesáti různých kmenů.

Výhodou divokých myší, včetně těch chovaných v zajetí, je jejich větší genetická pestrost proti vyšlechtěným laboratorním myším (které navíc většinou pocházejí pouze ze západního poddruhu myši domácí). Už před časem sice po dlouhodobém úsilí tým Jiřího Forejta z Ústavu molekulární genetiky AV ČR odhalil jeden z hlavních genů myší hybridní sterility (a první speciační gen popsaný u savců) Prdm9 (psali jsme o něm v A / Věda a výzkum 1/2017). Jenže objev se týkal kříženců divokých a laboratorních myší, zatímco v přirozené hybridní zóně mechanismus sterility funguje komplexněji. Jen variant genu Prdm9 eviduje odborná literatura u myši domácí více než čtyři stovky.

Aby zjistili více, kříží vědci ve studeneckém chovném zařízení samce a samice každého kmene a sledují, z jakých typů křížení vzejdou neplodní potomci. Z molekulárních analýz vědí, který kmen má jakou kombinaci alel (variant) daného genu, a z toho pak odvozují, které z nich vedou ke sterilitě.

„Ukazuje se, že negativních kombinací variant Prdm9 genu je více než těch dosud popsaných. Navíc ke sterilitě můžou vést různé mechanismy a může být kódována různými geny na X chromozomu. Jinými slovy, sterilita se v průběhu evoluce musela u myší vyvinout vícekrát,“ dodává Jaroslav Piálek.

Soupeření genů
Charles Darwin přišel s promyšleným konceptem přírodního výběru, který je motorem evoluce. Do dalších pokolení podle něj přežijí a lépe budou prospívat ti jedinci, kteří se lépe přizpůsobí měnícímu se prostředí. Naopak ti, u nichž se vyvinou škodlivé nebo nepraktické odchylky, jsou odsouzeni k zániku. Darwin tuto hypotézu představoval na mnoha očividných příkladech z přírody, dnes ale víme, že k selekcím a soubojům dochází i na molekulární úrovni. Už od šedesátých let 20. století evoluční teorie pracuje s metaforickým termínem sobecký gen, jejž koncem let sedmdesátých zpopularizoval Richard Dawkins.

Podle teorie sobeckého genu není hlavní jednotkou přírodního výběru jednotlivec nebo skupina, ale gen. Jednotlivé alely mezi sebou soupeří o zastoupení v dalších generacích a organismy jsou jejich pouhými „vehikly“, které si zkonstruovaly, aby mohly účinněji přenášet své kopie dál.

„Teorie sobeckého genu do evoluční teorie vnesla nový, genový pohled. Takové změny perspektivy jsou většinou podnětné a inspirativní, což v tomto případě platí,“ komentuje Miloš Macholán. „Je pravda, že dnes už známe celou řadu případů, kdy si nějaký gen nebo skupina genů takříkajíc jedou na svoje triko bez ohledu na to, co svým nositelům způsobí,“ dodává.

Jeden zajímavý příklad konfliktu na genomové úrovni, který vede k „závodu ve zbrojení“ mezi geny, odhalil Miloš Macholán s kolegy právě v myší hybridní zóně. Ví se, že potomci pocházející z hybridního křížení bývají méně životaschopní a plodní. Podle tzv. Haldaneova pravidla se tyto problémy hybridů týkají především samců (resp. jedinců heterogametického pohlaví, což jsou u savců samci, kteří nesou pohlavní chromozomy X a Y).

Pokud by toto pravidlo skutečně platilo, musel by postupem času přírodní výběr v mnohem větší míře dopadnout na hybridní samce než samice myší. Jinými slovy, chromozom Y (který mají pouze samci) by neměl přecházet přes hybridní zónu.  

„Některé výsledky, například z Dánska, tomu nasvědčovaly, my jsme ale objevili rozsáhlé oblasti, kde masivně proniká chromozom Y východního poddruhu do areálu poddruhu západního. Myslím, že to mnoho zahraničních kolegů trochu zaskočilo, jde opravdu o něco mimořádného,“ říká Miloš Macholán.

„Prokázali jsme, že tento jev souvisí s ‚válkou‘ mezi geny právě na pohlavních chromozomech X a Y. Protože samice mají dva X a samci jako jediní Y, oba chromozomy mají odlišné evoluční zájmy, které se projevují snahou vychýlit poměr pohlaví buď ve prospěch samic, anebo naopak samců,“ dodává evoluční biolog.

I přes evidentní boj mezi „samčími“ a „samičími“ chromozomy nicméně zůstávají myší populace v dlouhodobém měřítku stabilní. Není to tedy tak, že by pomyslná dívčí válka zdecimovala všechny myší samce. Mechanismus přírodního výběru totiž nakonec vrátí poměr pohlaví zpátky k normálu, tedy zhruba jedna ku jedné.

Etiopie – přírodní laboratoř
Pás hybridní zóny myši domácí procházející částečně Českou republikou nabízí jedno z klíčových „oken do příběhu evoluce“. Další zajímavou oblastí – i když z trochu odlišných důvodů – je Etiopská vysočina. Také ona nám nabízí možnost nahlédnout do procesu vzniku druhů přírodním výběrem.

Přestože se od naší domoviny nachází dále než myší hybridní zóna, stala se jednou z klíčových vědeckých destinací českých biologů. „Byla to trochu náhoda, ostatně jako spousta věcí ve vědě. Měli jsme projekt na výzkum mechanismů vzniku biologické rozmanitosti ve východní Africe, od Keni po Mosambik. Trochu neplánovaně jsme udělali krátkou expedici i do Etiopie a byli jsme uchváceni tím, jak je jiná od zbytku regionu,“ vzpomíná na rok 2012 Josef Bryja z Ústavu biologie obratlovců AV ČR.    

Etiopie je svou krajinou naprosto jedinečná a na Afriku – jak si ji běžně představujeme – vlastně velmi netypická. Z nízko položených savan, pouští a polopouští, kdy nejnižší místo leží 115 metrů pod mořskou hladinou, vystupuje monumentální masiv vysočiny. Její nejvyšší vrcholy dosahují impozantních výšek – hora Tullu Dimtu v pohoří Bale měří 4377 metrů a Ras Dašen v Simienských horách dokonce 4550 metrů. Celý masiv rozděluje hluboké údolí Velké příkopové propadliny, jejíž dno zaplňují jezera obklopená suchou savanou. Krajinu brázdí i další hluboká údolí s velkými řekami, například Modrým Nilem. Přítomnost velmi vysokých hor a zároveň hlubokých proláklin spolu s relativně velkou geografickou izolovaností od ostatních afrických hor vytváří ze země unikátní přírodní laboratoř pro nejrůznější evoluční experimenty.

Od roku 2012 se tým Josefa Bryji vrací do východní Afriky opakovaně. Navázal vztahy s místními odborníky, na detašovaném pracovišti ústavu ve Studenci nyní působí už druhý etiopský doktorand, naopak brněnští studenti biologie z Masarykovy univerzity mají možnost strávit semestr na jedné z etiopských univerzit.  

Etiopský terén je pro vědce velmi zajímavý, protože není příliš prozkoumaný. Počty formálně popsaných druhů dlouho ukazovaly, že největší biologická rozmanitost Afriky se nachází v bývalých britských koloniích, například v horách Ugandy nebo Keni. Důvod je prozaický – druhovou rozmanitost ve svých koloniích aktivně popsali britští taxonomové už na začátku 20. století. Evoluční studie z jiných koutů Afriky, včetně unikátní Etiopské vysočiny, kterou Evropané nikdy nekolonizovali, chyběly. Navíc až do osmdesátých let 20. století byly tamní horské vrcholy pro vědce v podstatě nedostupné, nevedly k nim žádné cesty. Změnilo se to teprve nedávno.

„Jsou tam velmi příkré kopce, které se však dnes dají zdolat poměrně jednoduše. Třeba v pohoří Bale autem vyjedete z nějakých osmi set metrů do čtyř a půl tisíce během pár hodin a projíždíte přitom ze savany přes horské tropické lesy, postupně se snižující vřesovcovité porosty až dojedete do tundry. Za krátkou chvilku se ocitnete v úplně jiném světě, nahoře si připadáte jako někde v Norsku,“ vypráví Josef Bryja.

Každý ze jmenovaných ekosystémů obývají zástupci zcela odlišné fauny. Zvířata se v průběhu evoluce přizpůsobovala příkrému gradientu ekologických podmínek (které jsou závislé na nadmořské výšce) a velmi silný selekční tlak vedl k tomu, že se tam vyvinuly naprosto originální organismy specializované na dané podmínky. Takovým rostlinám či živočichům se říká endemity, což znamená, že se nevyskytují nikde jinde na světě.

Obr. Příkladem živočicha, který se vyskytuje pouze na etiopské vysočině, je vlček etiopský (Canis simensis).

U etiopských savců dosahuje endemismus více než 10 procent – mezi nejznámější příklady patří vlček etiopský, nyala horská nebo pavián dželada. U méně pohyblivých skupin je úroveň evoluční unikátnosti ještě vyšší. Třeba mezi hlodavci se více než 40 procent etiopských druhů vyskytuje pouze v různých ekosystémech Etiopské vysočiny. Některé druhy téměř v nezměněné podobě obývají místní izolovanou vysočinu miliony let (nazýváme je paleoendemity). Zároveň tam ale existuje i mnoho „nových“ druhů, tedy takových, které se rozrůznily v důsledku měnících se podmínek (z evolučního hlediska) teprve nedávno.  

Tým Josefa Bryji se v subsaharské Africe zaměřuje zejména na výzkum drobných savců, například hmyzožravců, bércounů a hlodavců. Právě na těchto skupinách se dají poměrně dobře prozkoumat postupné morfologické i genetické evoluční změny. Detailní analýzy už přinesly nejedno překvapení. 

Úspěšná myší odysea 
Jedno z prvních nečekaných zjištění přišlo záhy po úvodní cestě do Etiopie. Josef Bryja s kolegy každý den během expedice nastražovali pastičky a snažili se odchytit drobné savce ke genetickým analýzám. Ne vždy se dařilo, do stovek pastí, které denně v pozdním odpoledni roznášeli a brzy ráno znovu hledali v krajině, se podařilo odchytit někdy jen jedno či dvě zvířata. Až vystoupali na horu vyšší než dvě Sněžky, usmálo se na ně štěstí. V horské tundře v pohoří Arsi se do pasti chytila myška s relativně krátkým ocasem a černým pruhem na zádech. Vědci tušili, o jaký druh by mohlo jít, ale jisti si nebyli. Podle vzhledu odhadovali na jedince rodu Muriculus, myš hřbetopruhou (Muriculus imberbis).

„Jedná se o velmi vzácné zvíře. Do té doby bylo známé jen z několika málo starých muzejních exponátů, považovalo se za vymřelé. Nikdo pořádně nevěděl, kam přesně v rámci vývojového stromu patří, proto bylo zařazováno do samostatného rodu hlodavců,“ komentuje Josef Bryja. „Nám se úplnou náhodou hned na první výpravě v roce 2012 podařilo odchytit živý exemplář. Byl jsem velmi zvědavý, jak dopadne genetická analýza,“ dodává.

Obr. Myš domácí

Evoluční strom čeledi myšovitých je obrovský, čítá přes 150 rodů a 800 druhů. Po českém nálezu se musel překreslit, protože se ukázalo, že tajemný Muriculus patří k jiné větvi. Netvoří samostatný rod, ale je jedním z druhů rodu Mus (stejně jako třeba myš domácí). 

Jak už víme z předchozí části textu, příslušnice rodu Mus se do světa rozšířily z Asie. V Africe pak vytvořily vlastní skupinu, která se dále rozrůznila. „Rekonstruovali jsme fylogenezi celého rodu v Africe a zjistili jsme, že první radiace, tedy rozrůznění druhů, nastala právě na území dnešní Etiopie,“ říká Josef Bryja. Předek současné myši hřbetopruhé se od většiny dalších afrických myší odštěpil relativně brzy na začátku pliocénu (před čtyřmi až pěti miliony let) a s několika dalšími druhy zůstal jako takzvaný paleoendemit ve východoafrických horách. 

Před asi třemi miliony let sestoupily některé myši z tohoto rodu z hor dolů do savan a přizpůsobily se novým životním podmínkám. Jejich tělo se zhruba třikrát zmenšilo, což jim umožnilo kolonizovat rozsáhlé savanové oblasti na celém kontinentu. Zatímco horské myši jsou jen o něco menší než třeba klasické laboratorní myši, savanové myšky v Africe patří se svými třemi až pěti gramy k nejmenším savcům světa (celý podrod díky tomu získal i výstižné vědecké jméno Nannomys). 

Kolébka rozmanitosti
K velmi podobným výsledkům dospěli vědci u dalšího živočicha ze skupiny hlodavců, u hlodouna velkohlavého (Tachyoryctes macrocephalus). „Na celém světě se vyskytuje pouze v afroalpinské tundře v etiopském pohoří Bale, v nadmořských výškách nad tři tisíce metrů.

Je to opravdu zvláštní tvor,“ uvádí Josef Bryja. Hlodoun velkohlavý je obrem mezi ostatními hlodouny (svědčí o tom i jeho anglický název giant root-rat), může vážit až jeden kilogram, má veliké vyčnívající zuby a oči v horní části hlavy, které mu slouží jako periskop, jímž prozkoumává okolí. Obývá totiž bezpečí podzemních nor, ale pro potravu se vydává nad zem, kde se stává oblíbenou kořistí vlčka etiopského (nejohroženější psovité šelmy na světě).   

Všichni ostatní hlodouni, kteří žijí jinde v Africe, kromě Etiopie třeba v Ugandě nebo Keni, jsou poloviční nebo třetinoví a žijí mnohem skrytěji, téměř neopouštějí podzemní nory. Tyto menší hlodouny rozdělili britští taxonomové do dalších jedenácti různých druhů.

„Naše genomická analýza ale ukázala, že všechno je úplně jinak. Evoluční rozmanitost hlodounů v Etiopii je obrovská a hlodoun velkohlavý v Bale je jen jednou z vnitřních větví na jejich fylogenetickém stromu,“ říká Josef Bryja. „V důsledku extrémního prostředí v horské tundře se pouze jeho tělo několikrát zvětšilo a oči přesunuly na horní část hlavy. Naopak všichni neetiopští hlodouni jsou výsledkem jediné kolonizace pocházející z etiopských hor, geneticky jsou téměř úplně stejní. Jednou studií jsme vlastně zrušili jedenáct různých druhů,“ usmívá se biolog.

Obr. Podivuhodný hlodoun velkohlavý (Tachyoryctes macrocephalus) obývá jediné místo na světě - afroalpinskou tundru v pohoří Bale v Etiopii.

Že je Etiopská vysočina důležitou kolébkou africké biodiverzity, potvrzuje i příklad bělozubek – drobných zástupců řádu hmyzožravci. Bělozubky jsou se svými více než 220 druhy druhově nejbohatším rodem savců na světě. Připodobnit bychom si je mohli třeba k známějším rejskům. Badatelé shromáždili genetická data z 511 vzorků z celého Východoafrického horského pásma – nejrozsáhlejší datový soubor afrických hmyzožravců vůbec.

„Na základě genomických analýz jsme u horských bělozubek odhalili šest odlišných evolučních skupin. Pět z nich se nacházelo v Etiopské vysočině, což znamená, že podobně jako u hlodounů právě zde došlo k jejich prvotnímu rozrůznění. Odtud se pak následně během dvou migračních vln rozšířily do dalších míst v Africe,“ vysvětluje Josef Bryja.

Analýzy rovněž identifikovaly několik nových druhů v etiopských horách, v Keni a Ugandě. Některé z nich váží pouze tři gramy a nedorůstají více než pěti centimetrů. Podobně jako výše zmíněné savanové myšky tak i tyto bělozubky jsou jedněmi z nejmenších savců na světě. 

Slon myší velikosti
Dalším příkladem neobyčejné genetické rozmanitosti východní Afriky jsou bércouni. Necvičené oko na první pohled bércouna zařadí někam mezi myši (hlodavce) nebo bělozubky a rejsky (hmyzožravce). Mají protáhlý štíhlý čenich a ocásek podobný krysímu. Molekulárně-genetické analýzy nicméně už před více než dvěma desítkami let odhalily, že bércouni patří do prastaré skupiny Afrotheria. Je až k nevíře, že nesourodou rodinu Afrotheria bércouni sdílejí s podzemními zlatokrty, hrabáči, s mnohem většími slony, a dokonce mořskými sirénami.

Afrotheria – jak už název napovídá – jsou savci afrického původu. Od ostatních placentálních savců se jejich předci oddělili před zhruba 100 až 80 miliony let, po fragmentaci prakontinentu zvaného Gondwana se pak vyvíjeli další desítky milionů let v africké izolaci. Nejstarší fosilní doklady živočichů této skupiny pocházejí ze starších třetihor. I když na první pohled nemusí být příbuznost bércouna, slona nebo mořské sirény zjevná, genetika hovoří jasně.

Zevní podobnost nemusí nutně souviset s evoluční příbuzností. Bércouni a sloni se postupem evoluce vyvinuli v odlišně vypadající zvířata proto, že se oba druhy přizpůsobovaly jiným životním podmínkám. Bércoun se vzhledově podobá myši nebo rejskovi právě proto, že s nimi sdílel podobný prostor. Tomuto jevu se říká konvergentní evoluce.

Obr. Bércoun Petersův (Rhynchocyon petersi) je jedním z druhů bércounů. Dříve se uvažovalo o jejich příbuznosti s hmyzožravci, se zajíci nebo kopytníky. Dnes jsou vedeni jako samostatný řád patřící do široké skupiny prapůvodních afrických řádů, v níž bychom našli například slony, damany, bodlíny či hrabáče. Souhrnně jim říkáme Afrotheria.

Přestože se bércouni vyskytují ve velké části Afriky, znalosti o nich jsou nerovnoměrné. Většina studií se dosud zaměřovala na jedince z Jihoafrické republiky a okolních zemí, zatímco východní část kontinentu zůstávala na okraji zájmu. Českému týmu se podařilo v posledních patnácti letech shromáždit nový, dosud nejrozsáhlejší genetický materiál bércounů z východní Afriky – z Etiopie, Keni, Tanzanie, Zambie, Malawi, Mosambiku a unikátní vzorky z Angoly. Výsledky opět vedly k přepisování taxonomických tabulek.

Genetické analýzy například odhalily blízkou příbuznost bércouna rezavého (Elephantulus rufescens) s bércounem somálským (Elephantulus revoilii). Tento výsledek sice potěší znalce bércounů, nám ostatním ale nic moc neřekne – nicméně k objevu se váže zajímavá historka. Bércoun somálský byl považován za vyhynulého, naposledy živého jedince lidé spatřili někdy před padesáti lety. Až v únoru 2019 se poštěstilo týmu amerických vědců najít populaci tohoto živočicha ve vyprahlých polopouštích Džibutska. Genetika prokázala, že jde o evolučně velmi odlišnou větev bércounů, a biologové pro ni vytvořili nový rod nazvaný Galegeeska.

Přestože sekvence genomu mnohem rozšířenějšího bércouna rezavého byly ve veřejné databázi GenBank americkým vědcům k dispozici, jejich příbuznost neodhalili. Přitom českým kolegům v jejich analýzách vyšlo, že geneticky jsou si tyto dva druhy velmi příbuzné. Jak je to možné? „Na vině je s vysokou pravděpodobností lidský faktor, konkrétně chyba v druhovém určení dříve použitého materiálu. Sekvenované fragmenty několika genů, které byly v genové bance před dvaceti lety označeny jako bércoun rezavý, ve skutečnosti patřily bércounovi krátkonosému z rodu Elephantulus,“ říká Josef Bryja.

Tato historka dokládá, jak je důležité se vydávat do terénu a sbírat nové vzorky, ne pouze spoléhat na dříve popsané exempláře v genových bankách. Ještě v letošním roce se Josef Bryja se svým týmem chystá znovu odletět do Afriky, konkrétně do Středoafrické republiky. Z této málo probádané oblasti dosud nejsou známa téměř žádná data. Cílem chystaného projektu je proto zaplnit bílá místa na mapě biologické rozmanitosti kontinentu a co nejrealističtěji popsat, které oblasti jsou z hlediska evoluční diverzity nejbohatší.

Druhým důvodem, který žene české biology stále znovu do Afriky, včetně ne zcela bezpečných zemí, jsou obavy o budoucnost místní biodiverzity. Rychle rostoucí lidská populace v subsaharské Africe vyvíjí bezprecedentní tlak na původní ekosystémy a hrozí, že velká část přírodní rozmanitosti zmizí dříve, než ji vědci stihnout popsat a prozkoumat. Proto je důležité vědět, kde se biologicky nejvýznamnější regiony nacházejí, a tam poté směřovat ochranářské iniciativy.

„Vlivem činnosti člověka nabírá vymírání živočišných druhů v současné době skutečně rychlé otáčky. Zatímco vznik druhů probíhá evolučním vývojem desítky až stovky tisíc let, dnes se dějí nevratné změny ekosystémů spojené s vymíráním v horizontu desetiletí,“ dodává Josef Bryja.

Obr. Cesty do terénu jsou pro biology nezbytné. Fotografie pochází z expedice týmu Josefa Bryji do Ugandy v roce 2021.

Cesta časem
Kam se v budoucnu vyvine současná situace, zatím s určitostí nikdo neví. Evoluce organismů je velmi dlouhodobým procesem, na který se z perspektivy krátkého lidského života špatně nahlíží. Co kdybychom však měli hypotetickou možnost podívat se do minulosti? Kterou etapu dějin života Země bychom si zvolili a jakou záhadu jejího vývoje bychom chtěli osvětlit?  

„Bylo by jistě fantastické mít možnost zkoumat třeba první replikující se molekuly RNA před čtyřmi miliardami let, paleontologové by si určitě nenechali ujít příležitost pozorovat biologii a ekologii dávno vymřelých organismů a tak dál,“ míní Miloš Macholán. „Z hlediska evoluce by nám ale takové putování pomocí stroje času moc nepomohlo. Představte si, že bychom se přesunuli o několik milionů let zpátky. Jistě, viděli bychom jiný svět, což by sice bylo samo o sobě určitě zajímavé, nicméně tento svět by nám připadal stejně statický jako ten dnešní. Evoluce až na výjimky totiž probíhá ve velmi dlouhých časových škálách.“

Celý článek naleznete v časopise A / Magazín, který vydává Akademie věd ČR. Výtisky jsou zasílány zdarma všem zájemcům. Objednat si ho můžete na adrese predplatne@ssc.cas.cz. (13.4.2024)