Přirozený výběr

Ahoj, jmenuji se Hank a jsem člověk. Pojďme na chvíli předstírat, že jsem můra. Ne obyčejná můra, ale drsnokřídlec březový. Předstírejme, že žiji v Londýně na počátku 19. století, právě v době, kdy začíná průmyslová revoluce. Život je báječný. Moje světle zbarvené tělo mi umožňuje splynout se světle zbarvenými lišejníky a kůrou stromů, což znamená, že ptáci mě jen těžko zpozorují, a to znamená, že můžu žít. Začíná se tu výrazně stmívat se všemi těmi továrnami na uhelný pohon, chrlícími saze do vzduchu. A najednou všechny stromy, místo aby vypadaly takto, vypadají takto. Protože je vše pokryto sazemi, mám problém. Víte, kdo nemá žádné problémy? Můj bratr. Vypadá takto. Má odlišný typ genu ovlivňující pigmentaci. Můry jako on tvoří asi dvě procenta všech drsnokřídlů na začátku průmyslové revoluce. Ale do roku 1895 to bude 95 %. Proč? Nejspíš už začínáte tušit. Jak se prostředí stává špinavějším, tmavší můry budou méně často sežrány, a tedy budou mít víc příležitostí plodit mláďata, zatímco ti světlí budou sežráni častěji. Postupem času se proto černé zbarvení stane běžnějším. Co se mě týká... (veselá znělka) Evoluce a genetika Přátelé, toto je úžasný příklad přirozeného výběru, procesu, při kterém určité dědičné rysy usnadňují jedincům prospívat a rozmnožovat se, což mění genetickou strukturu populací v průběhu času. Za toto odhalení, které zůstává jedním z nejdůležitějších odhalení v biologii, musíme poděkovat Charlesu Darwinovi. Jako první identifikoval tento proces ve své revoluční knize z roku 1895 "O vzniku druhů přirozeným výběrem." Mnoho faktorů hraje roli v tom, jak se druhy mění v průběhu času, včetně mutace, migrace a nahodilých změn ve frekvenci, s jakou se určité alely vyskytují, proces známý jako genetický posun. Ale přirozený výběr je tou nejmocnější a nejdůležitější příčinou evoluční změny, což je důvod, proč dnes budeme mluvit o principech, které za ním stojí, a o různých způsobech, jak probíhá. Darwin došel k pochopení procesu přirozeného výběru díky tomu, že strávil období dospělosti a většinu svého dětství posedlý pozorováním přírody. Studoval svijonožce, žížaly, ptáky, kameny, želvy, fosílie, ryby, hmyz a do určité míry i svou vlastní rodinu, k tomu se ještě za chvíli vrátím. Během Darwinovy slavné plavby na HMS Beagle ve 30. letech 19. století, výzkumné expedice kolem světa, začal poprvé formulovat svoji teorii. Darwin byl schopný studovat všechny druhy organismů a vedl si úchvatné deníky. Když si prohlédl své poznámky, přišel na několik velice důležitých faktorů majících vliv na přežití druhů. Jedním z nich bylo mnoho příkladů adaptací, kterých si všimnul na své cestě; způsob jakým byly organismy ideálně tvarované, aby vylepšily své šance na přežití a rozmnožování se ve specifických prostředích. Možná nejznámějším příkladem byly variace zobáků, které Darwin pozoroval mezi pěnkavami na odlehlých galapážských ostrovech u pobřeží Jižní Ameriky. Pozoroval více než tucet blízce příbuzných druhů pěnkav, přičemž všechny byly dost podobné pevninským druhům pěnkav. Každý ostrovní druh měl odlišný tvar a velikost zobáku, který byl přizpůsoben potravě dostupné na daném ostrově. Pokud tam byla tvrdá semena, zobáky byly silné. Pokud tam byl hmyz, zobáky byly tenké a špičaté. Pokud tam byly opuncie, zobáky byly ostré, aby prorazily obal plodu. Tyto mimořádné dědičné rysy přivedly Darwina k další myšlence. Pěnkavy zvýšily svoji biologickou zdatnost v daném prostředí; to jest jejich relativní schopnost přežít a plodit mláďata. Vysvětlování efektů adaptace a relativní biologické zdatnosti se stalo klíčovým pro Darwinovu myšlenku přírozeného výběru. Dnes často definujeme přirozený výběr a popisujeme, jak pohání evoluční změny, za použití čtyř základních principů založených na Darwinových pozorování. První princip je, že různí členové populace mají všechny možné druhy individuálních variací. Tyto charakteristiky, ať už je to velikost, barva srsti, krevní skupina, skvrny na obličeji, metabolismus, reflexy; se nazývají fenotypy. Druhý princip říká, že mnoho těchto variací je dědičných a může být předáno potomkům. V případě, že je rys příznivý, budoucím generacím nijak nepomůže, pokud nemůže být předán. Třetí princip, a ten bývá často přehlížen, přestože je nejspíše tím nejzajímavějším, je Darwinův postřeh, že populace mohou často mít více potomků, než jim zdroje jako jídlo a voda dovolují. To vede k něčemu, co Darwin nazval "boj o existenci". Inspiroval se dílem Thomase Malthuse, ekonoma, který napsal, že když se lidská populace stane příliš početnou, přijdou věci jako mor, hladomor, války, a pouze někteří z nás přežijí a pokračují v rozmnožování. Pokud jste neviděli díl SciShow: Infusion, ve kterém se věnujeme dnešnímu přelidnění a Malthusovým předpovědím, měli byste ho zhlédnout. To konečně vede k poslednímu principu přirozeného výběru, který říká, že při všem tom soutěžení o zdroje, dědičné rysy, které ovlivňují jedincovu biologickou zdatnost, mohou vést k rozdílům v míře přežití a reprodukce. Jinými slovy ti s příznivými rysy mají větší šanci dostat se na vrchol a budou úspěšnější v rozmnožování. Abychom shrnuli všechny tyto principy: aby došlo k přirozenému výběru, populace musí mít různé variace, z nichž některé jsou dědičné, a když variace učiní organismus konkurenceschopným, tato variace bude obvykle vybrána. Tak jako u drsnokřídlovce. Přežil, protože zde byla variace v rámci tohoto druhu, tmavé zbarvení, které bylo dědičné a umožnilo každému drsnokřídlovci, který tento rys zdědil, lépe přežít hladové londýnské ptáky. Všimněte si, jak to funguje. Jediná variace v jediném organismu je jenom začátkem procesu. Klíčové je to, že jednotlivci se nevyvíjejí. Místo toho přírodní výběr vytváří evoluční změny, protože ty mění genetickou skladbu celých populací. To se odehrává pomocí interakcí mezi jedinci a prostředím. (hudba) Vraťme se na chvíli k Darwinovi. V roce 1879 Darwin napsal svému sousedovi a poslanci Johnu Lubbockovi, protože žádal o přidání otázky při anglickém sčítání lidu. O četnosti sňatků bratranců a sestřenic a zdraví jejich potomků. Jeho žádost byla zamítnuta, ale otázka Darwinovi vrtala hlavou, protože byl oženěn s Emmou Wedgwood, která byla jeho sestřenicí. Její děda byl Josiah Wedgwood, zakladatel společnosti, která je dodnes známá výrobou keramiky a porcelánu. Byl to také děda Darwina. Rodinný strom Darwina byl vlastně celý komplikovaný. Jeho sňatek s Emmou rozhodně nebyl prvním spojením rodin Wedgwood a Darwin. Darwinovy prarodiče z matčiny strany a matka byli také Wedgwoodovi. A bylo několik dalších sňatků mezi bratranci a sestřenicemi v rodině, ale ne všechny byly z těchto dvou rodin. Darwin a jeho děti měli více genetických informací od rodiny Wedgwood než od rodiny Darwinů. Toto způsobilo jisté problémy, kterých si Darwin byl plně vědom díky své vlastní vědecké práci. Darwin samozřejmě strávil čas zkoumáním křížení u zvířat a rostlin. Všiml si, že příbuzné páry často měly slabší a neduživé potomky. Toto platilo i pro jeho rodinu. Emma a Charles měli deset dětí, z nichž tři zemřely v dětství na infekční choroby, které častěji infikují potomky příbuzných rodičů. Přestože nemělo žádné z jeho dětí defekty, Darwin si poznamenal, že nebyly příliš robustní, a tři z nich nemohly mít své vlastní děti, pravděpodobně vlivem příbuzenského křížení. Mluvili jsme o fyzických charakteristikách přirozeného výběru, například o tvarech zobáku, či o jeho zbarvení. Je ale důležité chápat, že nejde jen o fyzickou formu organismu jeho fenotyp, který se mění, ale že se mění i jeho genotyp. Dědičné variace, o kterých jsme dosud mluvili, jsou funkcí alel, které organismy nesou. Čím jsou organsimy evolučně úspěšnější, přežívají ve větších počtech delší dobu, mají víc dětí, jejich alely, které způsobují jejich variaci, se objevují častěji. Ale tyto změny mohou vzniknout různými způsoby. Pojďme se podívat na různé typy přirozeného výběru. Způsob, o kterém jsme mluvili ve většině tohoto videa, je příkladem tvrdé selekce, kdy příznivý rys je extrémním případem na jednom konci spektra rysů, z malého velkým, z bílého černým, či od slepoty k nočnímu vidění. Časem toto vede ke znatelným změnám četnosti určitého rysu v populaci, když je jeden rys více příznivý. Takže náš drsnokřídlec březový je příklad posunu k jednomu extrému. Téměř všechny bílé můry na jednom konci spektra, na druhém konci černé můry. Dalším úžasným příkladem jsou krky žiraf. Časem se opravdu natáhly, protože se vyskytl selekční tlak proti krátkým krkům, které nedosáhly na chutné listy. Je také stabilizující selekce, která jde proti extrémním fenotypům, a místo toho zvýhodňuje většinu, která je dobře adaptovaná k prostředí. Často používaným příkladem je váha novorozence. Malá mimimka mají problém bránit se proti infekcím a udržet tělesnou teplotu. Velká miminka jsou příliš velká pro porod bez císařského řezu. Díky tomu je míra přežití miminek se střední váhou historicky vyšší, což pomáhá stabilizovat porodní hmotnost. Alespoň dokud nezačaly být císařské řezy stejně časté jako špatná tetování. Co se stane, když prostředí zvýhodňuje extremní rysy, a nikoli většinové? To je disruptivní selekce. Příklady jsou vzácné, ale vědci si myslí, že ho našli v roce 2008 v jezeře plném korýšů nazývaných hrotnatky. Populace byla zasažena epidemií kvasinek. Po přibližně šesti generacích se objevil rozdíl v odpovědi hronatek na parazity. Některé byly méně náchylné k nákaze, ale byly menší a měly méně potomků. Ostatní byly překvapivě náchylnější, ale byly větší a rychleji se rozmnožovaly, dokud byly stále naživu. Takže byly dva znaky zvýhodněny, oba na opačných koncích spektra znaků. Oba znaky se navzájem vylučují. Náchylnost a plodnost. Když máte jednu vlastnost, nemáte druhou. Toto je dalším zajímavým příkladem výběru způsobeným parazitem. Toto jsou hlavní způsoby, jak evoluční tlaky ovlivňují populace, ale tlaky mohou být způsobeny jinými faktory než jen prostředím, například dostupností potravy či predátory a parazity. Dále sexuální výběr, další koncept představený Darwinem a popsaný v jeho knize "O původu druhů" jako nezávisející na boji o přežití, ale boj mezi jednotlivci stejného pohlaví, většinou samci za cílem získat si samičku. Aby jednotlivci vylepšili svou kondici, musí přežít i více se rozmnožovat. A to mohou dělat dvěma způsoby. Buď mohou být více atraktivní pro opačné pohlaví. Nebo mohou zastrašovat, porážet, či odradit soupeře. První z těchto strategií vedla k tomuto. Ten paví ocas není příliš dobrá kamufláž, ale čím víc ohromující ocas, tím větší šance, že samec najde samičku a předá své geny další generaci. Počet smutných pavích ocasů se sníží po několika generacích, což je dobrým příkladem směrované sexuální selekce. Druhá strategie zahrnuje zápasení či alespoň dojem, že se chcete prát, abyste dostali šanci se rozmnožovat. Toto způsobuje výběr silnějších či strašidelnějších samců. A nakonec díky nám lidem, jsou také nepřirozené formy výběru, kterým říkáme šlechtění. Lidé šlechtí rostliny a zvířata tisíce let a Darwin strávil dlouhou dobu mluvením o šlechtění holubů, dobytka a rostlin ve své knize "O původu druhů", aby ukázal principy výběru. Podporujeme určité rysy a jiné zase potíráme. Takto jsme získali zrna, která produkují hodně živin, a dokázali jsme změnit vlky v domestikované psy, kteří mohou vypadat takto či takto. Mé dva nejoblíbenější příklady šlechtění. Existují různá plemena psů. Kam jdeš? Kdepak, kdepak. Oba jsou pořád psi. Jsou stejný druh. Teoreticky by corgi a anglický chrt mohli mít spolu štěně, ale bylo by to podivně vypadající štěně. Co se stane, když výběr způsobí takový rozdíl mezi populacemi, že už nejsou stejný živočišný druh? O tom se budeme bavit v dalším díle rychlokurzu biologie. Jak se jeden druh změní v jiný.