Vědci a vědkyně z Centra pro teoretická studia Univerzity Karlovy a Akademie věd ČR použili matematické moduly evoluce k potvrzení Darwinových předpokladů o tom, že velká míra rozrůzňování živočišných druhů souvisí s velikostí území, na kterém se změny odehrávají.
Zároveň ale objevili výjimečné oblasti a skupiny živočichů, kterým k rychlému různění druhů paradoxně stačí velmi malý areál. Jejich objev nyní ocenil a informace o jejich bádání vydal světově proslulý odborný časopis Nature Communications.
Proč se některé evoluční linie rozrůzňují rychleji než jiné? Mezi savci existují stovky druhů relativně nedávno vzniklých drobných hlodavců nebo netopýrů, ale jen jeden hrabáč kapský nebo ptakopysk. Vědci již dlouho studují faktory určující rychlost evolučního rozrůzňování (diverzifikace). Jedním faktorem, který se přímo nabízí, je velikost areálu rozšíření, tedy rozsah území, na němž druh žije. Už Charles Darwin předpokládal, že druhy s velkým areálem rozšíření dají s větší pravděpodobností vzniknout dceřiným druhům, protože velká oblast výskytu se snáze rozpadne do několika menších, z nichž se mohou časem stát samostatné druhy. A navíc druhy s velkými areály mají menší pravděpodobnost, že vymřou.
„Problém této Darwinovy hypotézy je, že je obtížné ji testovat. Když se podíváme na fylogenetické stromy vyjadřující příbuznost druhů, často zjistíme, že druhy s malými areály mají řadu blízkých příbuzných, což by nasvědčovalo tomu, že naopak tyto druhy diverzifikují rychleji. Jenže nutně tomu tak být nemusí – ve skutečnosti může jít o druhy, jejichž předkové měli větší areály, jež se rozpadly, a tak vznikla řada druhů s malými areály. Malé oblasti výskytu tedy buďto mohou mít vyšší schopnost vytvářet nové druhy, nebo naopak mohou být výsledkem předchozího rozrůzňování druhů s většími areály, o nichž už nám přímá informace chybí. Pro zjištění, zda se druhy s většími areály rozrůzňují rychleji nebo pomaleji, potřebujeme tedy jinou metodu, než je přímá analýza příbuzností,“ říká Jan Smyčka z Centra pro teoretická studia Univerzity Karlovy a Akademie věd ČR.
Jan Smyčka spolu s Annou Tószogyovou a Davidem Storchem z Centra pro teoretická studia se rozhodli prozkoumat otázku rozrůzňování pomocí takzvaných SSE modelů (State-dependent Speciation-Extinction models). To jsou matematické modely evoluce, kde jednotlivé evoluční linie mohou přecházet mezi různými stavy (odpovídající třeba různě velkým areálům) s různou pravděpodobností, a diverzifikovat různě rychle podle toho, jaká je hodnota daného stavu. Pak je možné srovnáním s reálnými daty, tedy s tvarem fylogenetického stromu, a informací o velikosti areálů rozšíření jednotlivých druhů (tedy koncových bodů stromu) spočítat, jaké parametry evolučního procesu mají největší pravděpodobnost. Tedy například jak často dá druh s velkým areálem vzniknout druhům s malými areály, a zda je běžnější, že se rozrůzní druh s velkým areálem, nebo ten s menším.
Obr. 2: Rychlosti diverzifikace (speciace minus extinkce) předpovídané SSE modelem pro druhy s velkými (modře) a malými (červeně) areály. Vlevo rychlost u všech savců dohromady, vpravo pro jednotlivé savčí řády. Čísla nad grafy značí počty druhů v jednotlivých kategoriích.
Když autoři aplikovali tyto modely na data o fylogenezi a velikosti areálů všech savců, ukázalo se, že druhy s velkými areály skutečně v průměru diverzifikují rychleji, jak předpovídal Darwin (Obr. 2 vlevo). Zároveň druhy s velkými areály typicky speciují tak, že minimálně jeden z dceřiných druhů má malý areál. To ale neplatí pro všechny savčí řády – například u kopytníků nebo netopýrů je vztah obrácený a druhy s malým areálem tam často diverzifikují rychleji (Obr. 2 vpravo). Detailní studium těchto výjimek ukázalo, že prakticky vždy jde o situaci, kdy určitá linie osídlila izolovanou oblast s množstvím vnitřních geografických bariér, konkrétně skupinu ostrovů nebo hory (Obr. 3). V těchto oblastech díky velkému množství geografických bariér rychle vznikají nové druhy, které ale mají ze stejného důvodu malé areály rozšíření.
Obr. 3: Výjimečné linie, ve kterých druhy s malými areály diverzifikují rychleji. Nahoře indopacifiční kaloni (Pteropus), dole středoasijské kozy (Capra). Barevné tečky značí pozorované stavy současných druhů (velký areál modře, malý červeně) a pravděpodobné hodnoty stavů jejich společných předků, šedé tečky rychlost diverzifikace.
Tato zjištění mají zajímavé důsledky. Znamená to, že původní Darwinova myšlenka byla sice v principu správná a druhy s velkými areály celkově diverzifikují rychleji, ale konkrétní geografické podmínky s tím mohou řádně zamíchat. Druhy s velkým areálem mají větší evoluční potenciál a vyplatí se je z tohoto důvodu chránit, nicméně geografické podmínky jsou zcela zásadní a prostředí s mnoha bariérami, jako jsou souostroví nebo hory, představují kolébky vznikání nových druhů a zasluhují tedy zcela zvláštní pozornost. Obecnou ekologickou a evoluční teorii lze tedy aplikovat jen omezeně a je nutné přihlížet k lokálním specifikům oblastí, kde evoluce probíhá.
Vědeckou práci The relationship between geographic range size and rates of species diversification si můžete přečíst zde.
Zdroj: Univerzita Karlova
- Autor článku: ne
- Zdroj: Univerzita Karlova
