archiv
Učitelské noviny č. 45/2013
tisk článku

DARWINŮV MODEL PLATÍ, ALE JEN OMEZENĚ

Převratné myšlenky se nerodí jen na špičkových světových univerzitách, ale přicházejí i z domácích vědeckých pracovišť. Jedním z posledních příspěvků k tématu biologické evoluce je teorie takzvané zamrzlé plasticity. Darwinův model evoluce podle ní sice stále platí, ale pouze do jisté míry…

 

Než se však k samotné novodobé ideji na poli evoluce dostaneme, podnikněme zběžnou exkurzi do dějin evolučních teorií. Nejenže se nám tak nové hypotéze podaří lépe porozumět, ale zároveň si uvedeme na pravou míru některé mýty a nepřesnosti, jež v této oblasti panují.

Myšlenku postupného vývoje organismů lze zaznamenat již v antice. Například podle Empedokla (5 století př. n. l.), se nejprve objevovaly samostatně různé orgány (údy), které se skládaly v celé organismy. Organismy, které se ukázaly jako životaschopné, přetrvaly, ostatní zanikly. Do současnosti se tedy dochovaly organismy, jejichž orgány dohromady tvoří životaschopný celek. „Tato představa tedy zahrnuje nejen představu vývoje, evoluce, ale dokonce v určité podobě i princip přirozeného výběru, tedy selekci,“ dodává Jaroslav Flegr, profesor evoluční biologie a parazitolog z Katedry filozofie a dějin přírodních věd Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy.

Na pozapomenuté ideje starého Řecka navázal francouzský přírodovědec Jean-Baptiste Lamarck (1744-1829). Na otázku, proč jsou živočichové tak dobře přizpůsobeni prostředí, ve kterém žijí, odpověděl, že životní zkušenosti jedinců se promítají do tělesné stavby jejich potomků. Například srna, která hodně běhá, bude mít nejen sama silné nohy, ale tento znak po ní zdědí i její mláďata. Současná biologie připouští, že by tento mechanismus mohl v určité modifikované podobě omezeně fungovat pouze u jednobuněčných organismů, případně u rostlin. U většiny živočichů totiž neexistuje způsob, jakým by rodič mohl vlastní životní zkušenost zanést do své DNA a jejím prostřednictvím tak předat svým potomkům. Pohlavní buňky totiž existují už v době, kdy se daný jedinec narodil, a co se během života s organismem děje, je již nijak nemůže ovlivnit. „Někteří historici vědy však uvádějí, že myšlenka dědění získaných vlastností nebyla významnou součástí Lamarckovy teorie a že ji pravděpodobně jen převzal od jiných myslitelů. Sám se problémem předávání zkušenosti na potomstvo příliš nezabýval,“ upřesňuje J. Flegr.

V čem byl Darwin první?

A pak na scénu přichází anglický bakalář teologie a amatérský přírodovědec Charles Darwin (1809-1882), autor slavné knihy O vzniku druhů přirozeným výběrem (1859). Právě jemu je laickou veřejností často mylně přisuzováno přímo autorství teorie biologické evoluce. „Darwinova teorie se od Lamarckovy hypotézy liší hlavně v tom, že Lamarck předpokládal, že jednotlivé organismy neustále vznikají a následně se vyvíjejí v samostatných řadách od těch nejjednodušších až po primáty. Neustálým samoplozením vysvětloval, proč nižší druhy organismů existují i dnes spolu s těmi evolučně vyspělejšími. Tento model by však mohl fungovat jen tehdy, kdyby jednoduché organismy skutečně v přírodě neustále vznikaly samoplozením, což ovšem byla v 19. století již představa neudržitelná. Darwin proto přišel s myšlenkou, že život vznikl jen jednou a dále už nové druhy vznikaly pouze tím, že se odvětvovaly jeden od druhého procesem takzvané kladogeneze,“ objasňuje J. Flegr.

Druhým zásadním Darwinovým objevem bylo vysvětlení, jak vznikají takzvané účelné neboli adaptivní vlastnosti. Tedy proč jsou organismy tak dobře přizpůsobené svému životnímu prostředí, a to ať už jde o jejich jednotlivé orgány nebo o vzorce chování. To je také jeden z hlavních důvodů nesouhlasu odpůrců evolučního učení, takzvaných kreacionistů, s Darwinovou teorií biologické evoluce. Kreacionisté, i jejich „podmnožina“ – zastánci inteligentního designu (kteří se odlišují tím, že z taktických důvodů ve svých pracích slovo bůh všelijak umně obcházejí), věří, že život vznikl jednorázovým stvořitelským aktem a že existence účelných vlastností je dokladem boží prozřetelnosti.

Darwin představil ideu přirozeného výběru. „Přirozený výběr funguje tak, že jedinci se v populaci navzájem liší ve svých vlastnostech, vlastnosti se dědí z generace na generaci a jedinci, kteří mají užitečnější vlastnosti, vychovají za život i více potomků, jež přenesou dané užitečné vlastnosti do dalších generací. Užitečné vlastnosti se tak budou u organismů neustále kumulovat a vylepšovat,“ shrnuje princip vzniku účelnosti mechanismem selekce profesor Flegr.

Darwin popsal i pohlavní výběr, když si všiml, že některé vlastnosti snižují pravděpodobnost dožití anebo alespoň nemají pro přežití jedince žádný smysl, například ocas páva. Tyto vlastnosti podle Darwina nevznikly přírodním výběrem, ale výběrem pohlavním – daného jedince zvýhodňovaly při shánění sexuálního partnera. Jestliže se bude samička přednostně rozmnožovat se samci s nejhezčím vějířem ocasních per z těch, kteří se jí v daný okamžik a v daném místě nabízejí, bude se kvalita ocasních per pávů z generace na generaci zlepšovat.

Organismus je jen dopravní prostředek pro gen

V polovině třicátých let minulého století se objevuje směr, jenž je dnes označován za neodarwinismus. Ten je také nazýván jako moderní evoluční syntéza. Zjednodušeně řečeno, jde o sloučení darwinismu (teorie přírodního výběru) a mendelistické genetiky (nauky o předávání genů).

Neodarwinismus se vcelku nerušeně rozvíjel až do poloviny sedmdesátých let, kdy se částečně v jeho rámci vytvořila teorie nová, která ho v následujících třiceti letech postupně nahradila. Jednalo se o teorii sobeckého genu. Jejími duchovními otci jsou americký biolog George C. Williams a jeho britský kolega William D. Hamilton. Hlavní zásluhu na rozvinutí a propagaci teorie sobeckého genu však má britský biolog Richard Dawkins. Teorie je založena na představě, že organismus, a tím méně druh nebo populace nejsou hlavní jednotkou evoluce (přirozeného výběru). Touto jednotkou je gen, přesněji řečeno alela. Jednotlivé alely (varianty genu lišící se od jiných variant téhož genu svým projevem na vlastnostech organismu) mezi sebou soutěží o své zastoupení v dalších generacích. To znamená, že organismy, v nichž se alely nacházejí, slouží v evoluci jen jako jakési transportní nástroje pro jednotlivé alely. V evoluci zvítězí ta alela, která vytvoří (naprogramuje) organismus tak, aby se ona sama předala do další generace v co největším počtu kopií.

„Genocentrická teorie sobeckého genu je pokusem aplikovat neodarwinistický model do důsledku na pohlavně se rozmnožující organismy. Vyhraje ta alela, která se dokáže jakýmkoliv způsobem probojovat do další generace ve větším počtu kopií. Většinou toho dosahuje tak, že svému nositeli pomůže v rozmnožování; proto si Darwin i jeho následovníci mysleli, že v evoluci mezi sebou soupeří jedinci o maximální rychlost množení. Některá alela však dosáhne svého cíle tím, že jedince naprogramuje, aby v reprodukci pomáhal svým příbuzným, tedy jiným nositelům dané alely – aby se choval altruisticky. Jindy zase tím, že ho naprogramuje, aby škodil jedincům, kteří její kopie nenesou, tedy aby se choval vandalsky, zlovolně,“ konstatuje J. Flegr.

R. Dawkins byl přesvědčen, že teorie sobeckého genu vyřešila nejen problém vzniku altruistického a vandalského chování, ale i mnohem zásadnější problém vzniku adaptivních vlastností u pohlavně se rozmnožujících druhů. Darwinistická teorie totiž dokáže uspokojivě vysvětlit evoluci účelných znaků u nepohlavně se rozmnožujících organismů, má však zásadní potíž s vysvětlením jejich vzniku u organismů rozmnožujících se pohlavně. „Zatímco u nepohlavně rozmnožujících se organismů dědí potomci vlastnosti svých rodičů, u pohlavně se rozmnožujících druhů se vlastnosti nedědí. Vlastnosti znaků zde určuje genotyp (celkový soubor alel) jedince, a ten se nedědí, ten vzniká náhodným nakombinováním genů od otce a matky,“ říká J. Flegr a pokračuje: „Dawkins správně rozpoznal, že jednotlivé alely se na rozdíl od genotypu předávají z generace na generaci nezměněné. Už ovšem nedomyslel, že sice dojde k předání stejné alely, ovšem ta se dostane do jiného genotypu, v němž se může začít chovat zcela odlišně než u předešlé generace (třeba se zde nijak neprojevuje, nebo zde dokonce ovlivňuje určitý znak opačně). To znamená, že alela se sice zdědí, ale vlastnosti už nikoliv.“

Na začátku sedmdesátých let publikovali američtí paleontologové Niles Eldredge a Stephen Jay Gould svůj nejdůležitější objev – teorii přerušovaných rovnováh. Ve své zásadní práci z roku 1972 i v navazujících studiích ukázali, že většina druhů se nevyvíjela pomalu a postupně, jak si představoval Darwin a většina jeho pokračovatelů, ale ve skocích. Ukázali, že druhy se ve fosilních záznamech obvykle objevují ve své konečné podobě. Paleontologové v následujících třiceti letech potvrdili, že teorie přerušovaných rovnováh přinejmenším u mnohobuněčných organismů téměř jistě platí. Eldredge a Gould v průběhu času navrhli řadu vysvětlení, proč evoluce postupuje ve skocích. Přesto je jejich teorie ve své podstatě především popisná – líčí, co se v čase během evoluce mnohobuněčných organismů děje.

Evoluce u ledu

Naproti tomu teorie zamrzlé plasticity přichází s vysvětlením, proč se tak děje, proč jsou druhy po většinu doby své existence neměnné, jak je možné, že se v určitý okamžik měnit začnou a proč se evoluce v poslední půl miliardě let postupně zpomaluje. Tvůrcem této teorie se koncem devadesátých let stal právě profesor Flegr, který s ní širokou veřejnost seznámil v knize Zamrzlá evoluce aneb je to jinak, pane Darwin (Praha, Academia 2006). Jde o publikaci, která kromě této nové teorie čtivě přibližuje i celou problematiku evoluce, ale zároveň velice otevřeně dává nahlédnout do způsobu myšlení i chování dnešních vědců a vůbec do povahy moderní vědy.

Základem teorie zamrzlé plasticity je myšlenka, že se pohlavně rozmnožující druh může měnit pouze tehdy, když vytvoří početnou a přitom geneticky homogenní populaci, tedy populaci, ve které existuje od naprosté většiny genů pouze jediná alela. Něco takového může nastat například tehdy, když malá skupina jedinců kolonizuje nějaký ostrov a přetrvá zde dlouhou dobu nejdříve v málo početné populaci. Během této doby (kterou J. Flegr nazývá čtyřiceti lety bloudění po poušti) většina alel vymizí v důsledku působení náhody (genetici by řekli působením genetického driftu). S velkou dávkou štěstí časem nastanou příhodné podmínky, geneticky homogenní populace nevyhyne a namísto toho se rychle početně rozroste. V malé populaci rozhoduje o osudu jedince náhoda, ve velké se však již uplatňuje přírodní výběr. Přitom v geneticky homogenní populaci se případná užitečná alela ocitá v každé generaci v totožném nebo velmi podobném genotypu a tak se zde chová pokaždé stejně. Evoluce pak proto může probíhat přesně tak, jak si představoval Darwin – jedinci v ní soupeří o maximální rychlost množení a předávají své mutacemi získané výhodné vlastnosti do dalších generací.

V průběhu času se ovšem v populaci objevují v důsledku mutací další a další varianty genů, takže populace se stává čím dál více geneticky polymorfní (mnohotvárná). Pro konečné zamrznutí přechodně evolučně plastické populace jsou nejdůležitější alely, jejichž vliv na biologickou zdatnost negativně závisí na jejich zastoupení v populaci. Takové alely jsou výhodné, když je jejich kopií v populaci málo, a nevýhodné, když je jich hodně. Takových alel asi nevzniká mnoho, jakmile ale vzniknou, v populaci uvíznou – populace se jich nedokáže zbavit, ani se nedokážou rozšířit na všechny její jedince. „Díky přítomnosti alel s frekvenčně závislým vlivem na biologickou zdatnost přejde brzy nově vzniklý druh z plastického stavu, ve kterém dokáže reagovat na selekci jako plastelína, do elastického stavu, ve kterém na selekci reaguje jako guma – zpočátku se jí snadno podvolí a začne se měnit, postupně jí klade větší a větší odpor, až v určitý okamžik, když se frekvence příslušných alel vzdálí daleko od rovnováhy, přestane na ni zcela reagovat. A když selekce ustane, vlastnosti druhu se rychle vrátí k původnímu stavu, ve kterém kdysi zamrzl,“ vysvětluje profesor Flegr.

Zamrzly i středoškolské učebnice biologie

„Dawkins je přesvědčen, že na rozdíl od teorie sobeckého genu není darwinistická teorie použitelná na pohlavně se rozmnožující organismy. Mýlí se nejspíš v obojím. Většina druhů je zamrzlých a nelze na ně tedy použít ani Darwinovu teorii individuální selekce, ani jeho teorii sobeckého genu. Jakmile však druh rozmrzne, mohou se u něj stejně dobře uplatnit oba mechanismy. Jenže období evoluční plasticity trvá jen asi dvě procenta doby existence druhu,“ podotýká J. Flegr.

Teorie zamrzlé plasticity je také možná vysvětlením toho, proč jsou pohlavně se rozmnožující živočichové tak evolučně úspěšní. To, že se nedokážou přizpůsobit změnám vnějších podmínek, je pro ně z dlouhodobého hlediska v proměnlivém prostředí paradoxně výhodou. Evolučně plastický druh na přechodně změněné podmínky reaguje rychlou adaptací a při návratu prostředí do předešlého stavu již nemusí stihnout se dostatečně rychle zpětně adaptovat na obvyklé podmínky a může vyhynout. Evolučně zamrzlý druh je nucen si „moudře“ počkat, až se podmínky vrátí k normálu.

To, že teorie zamrzlé plasticity ještě není běžnou součástí středoškolských učebnic biologie, je asi pochopitelné. Překvapivější však je, že ani o třicet let starší teorii sobeckého genu se v nich ještě standardně nepíše. „A to nejen u nás, ale ani ve světě. Jeden problém je v tom, že si úplně každý myslí, že evoluční biologii rozumí, a druhý v tom, že se až na výjimky mýlí. A neplatí to jen pro laiky. Ani mnozí autoři učebnic se v moderní evoluční biologii příliš neorientují. Pro řadu z nich by asi bylo překvapením i samotné zjištění, že vývoj evoluční biologie neskončil Darwinem a že tedy opravdu nestačí jen převyprávět starší učebnici a osvěžit ji novými poznatky molekulární biologie,“ usmívá se profesor Flegr.


Lukáš Doubrava

< zpět do čísla
banners/univerzita_pardubice_1_390x60.png
reklama un

1333317600_seznamy-125x125-na-web-un-1.gif
reklama
feuerstein_125x125.jpg
ucebnice
termaly_losiny_2020.jpg
anketa
Je čas pro zásadní změnu modelu maturitní zkoušky?
ANO
NE
NEVÍM
ano
ne
nevim
48%
31%
20%
linka_duvery_240x100.jpg
© Copyright 2010 - 2020 Učitelské noviny, ČTK / realizováno: manilot.cz