Jak se žirafy staly žirafami | Věda a život
Porovnáním genomu žiraf s genomy jiných zvířat bylo možné částečně pochopit, jaké genetické změny udělaly žirafy tak, jak je známe.
Když se řekne Lamarckova evoluční teorie, mnoho lidí si vybaví dlouhý krk žiraf. Jak známo, vynikající francouzský přírodovědec Jean-Baptiste Lamarck věřil, že živé organismy se pod vlivem okolností záměrně mění, a jedním z příkladů toho jsou podle Lamarcka žirafy: po generace natahovaly krk, aby jedly koruny stromů, a takový krk natažený z píle i prodloužené přední nohy se přenesly na jejich potomky.
(Foto Peter Miller / www.flickr.com/photos/pmillera4/9905972176.)
(Partneři Photo Safari / www.flickr.com/photos/safaripartners/4838438551.)
Dnes už víme, že nešlo o cvičení, ale o přirozený výběr: z mnoha žiraf s více či méně dlouhým krkem byly v každé generaci nejúspěšnější ty, které měly krk delší – lépe jedly, dosahovaly bohatšího olistění, a proto byly zdravější a mohly produkovat více potomků se stejně dlouhým krkem. Ale škála variant, ze kterých selekce probíhala, vznikla díky mutacím, změnám v DNA, díky kterým byl krk některých jedinců dlouhý, jiných – velmi dlouhý, jiných – velmi, velmi dlouhý atd. Následně se ty změny v DNA, které poskytovaly krk požadované délky, zafixovaly v genech a od té doby s nimi žirafy žijí. Nabízí se otázka: co přesně tyto mutace jsou?
Dvoumetrový krk není jedinou vlastností žiraf. Aby pumpovaly krev krčními cévami, potřebovaly posílit kardiovaskulární systém: ve srovnání například s lidmi mají moderní žirafy krevní tlak 2,5krát vyšší. Aby mohly chodit a běhat bez ztráty rovnováhy (a mohou dosáhnout rychlosti až 60 km/h), musely výrazně změnit svou konstituci: žirafy mají šikmou záď, zkrácené tělo a značně prodloužené nohy. Je zřejmé, že jedna nebo dvě mutace by zde nestačily.
Douglas Cavener (Douglas R. Cavener) a jeho kolegové z Pennsylvania State University a řady dalších výzkumných center se pokusili zjistit, jak se žirafy liší od ostatních savců na genetické úrovni. Pro srovnání vzali genom okapiho, evolučně nejbližšího příbuzného žirafy, který se však svým dlouhokrkým příbuzným vůbec nepodobá, spíše připomíná zebru; Kromě toho byly jednotlivé geny žiraf a okapi porovnávány se stejnými geny z několika desítek dalších zvířat, od myší po krávy.
V článku v Nature Communications Autoři píší, že cesty žiraf a okapi se nerozešly před 16 miliony let, jak se dříve myslelo, ale před 11,5 miliony let, a dnes asi 70 genů žiraf získalo specifické modifikace, které se nenacházejí u žádného jiného zvířete (je třeba zdůraznit, že mluvíme konkrétně o počtu genů, nikoli o počtu mutací). Většina těchto genů kóduje proteiny, které regulují jednotlivé vývojové procesy – především ty, které se týkají kostry a kardiovaskulárního systému; Navíc některé geny ovlivňují oba současně.
To, co se stalo žirafám, odpovídá obvyklému schématu evoluce, kdy malý počet změn v regulačních genech, které ovlivňují mnoho výkonných genů, vede ke změně tělesného plánu celého organismu. Stejné geny se nacházejí u jiných savců, včetně lidí, ale u žiraf jsou konfigurovány jinak.
Celkově výzkumníci našli to, co očekávali, že najdou: dlouhý krk a silné srdce zřejmě musely doprovázet odpovídající genetické změny; Jedinou otázkou bylo, kde přesně k těmto změnám došlo. Přesně vzato však taková srovnávací genomická analýza zatím neumožňuje s úplnou jistotou tvrdit, že například ta či ona mutace v některém kosterním genu způsobila prodloužení krku.
Autoři práce v současné době plánují pokusy zavést do genomu myší některé žirafí mutace. Pokud budou výsledkem dlouhokrcí hlodavci, pak bude možné s jistotou říci, že odpovídající změny v DNA pomohly žirafám stát se tím, jak je dnes vidíme.
Autor: Kirill Staševič
- MOHOU ZVÍŘATA NAJÍT PŘÁTELSTVÍ?
- Zívání se zkoumá
- CHARLES DARWIN A EVOLUČNÍ TEORIE
O článku
- Autor, Henry Nicholls
- Umístění, BBC Earth
Většina z nás je zvyklá si myslet, že žirafy potřebují svůj dlouhý krk, aby dosáhly na jídlo z korun stromů. Ale jak zjistil recenzent BBC ZeměNěkteří vědci se domnívají, že tento anatomický rys pravděpodobně souvisí se sexuálním životem těchto zvířat.
Žirafy jsou nejvyššími žijícími suchozemskými savci a díky jejich dlouhým nohám a krku vypadají obzvláště velké. Samci mohou dosáhnout výšky 5,5 metru, samice bývají o něco nižší.
Ve svém přirozeném prostředí si tito krásní tvorové natahují krky, aby trhali listí z korun stromů.
- Pravda o aligátorech: Téměř nikdy nezabíjejí lidi
- Tito mořští tvorové jsou tak gigantičtí, že je vorvaň nemůže sežrat.
- Jak kočky Isle of Man přišly o ocasy
- Které zvíře je nejsmrtelnější lovec na Zemi?
Obecně se uznává, že první, kdo navrhl, že žirafy si vyvinuly dlouhý krk, aby dosáhly potravy, která byla pro ostatní býložravce nedostupná, byl francouzský zoolog Jean-Baptiste Lamarck.
Žirafa žije „v místech, kde ji téměř vždy suchá půda bez trávy nutí trhat listy ze stromů a neustále se je snažit získat,“ napsal v roce 1809 ve své knize „Filosofie zoologie“.
„V důsledku tohoto zvyku, který si dlouho uchovávali všichni jedinci tohoto plemene, se přední nohy žirafy prodloužily než zadní nohy a její krk […] se protáhl.“
Obecně platí, že podle Lamarcka vznikl dlouhý krk žirafy díky jejímu neustálému natahování a dědění tohoto anatomického znaku po mnoho generací.
Anglický přírodovědec Charles Darwin se také domníval, že tak neobvykle dlouhé nohy a krk musí být spojeny s nutností získávat potravu.
„Žirafa má ze své velké výšky, velmi dlouhého krku, předních končetin, hlavy a jazyka obecnou kostru báječně přizpůsobenou úkolu trhat listí z horních větví stromů,“ napsal v roce 1859 ve své knize O původu druhů.
Darwin však neuznával Lamarckovy představy o příčinách této evoluční změny. Podle jeho názoru je dlouhý krk žirafy výsledkem nepřetržitého „přirozeného výběru“.
Dlouhokrké žirafy měly větší šanci přežít těžké časy než jejich rivalové s krátkým krkem.
Nyní je jasné, že Darwin obecně pochopil principy evolučního vývoje správně a Lamarck se mýlil. Je proto důležité pochopit rozdíly mezi evolučními mechanismy popsanými oběma vědci.
Je ale škoda, že pro ilustraci budu muset použít žirafu.
Pro začátek se Lamarck zmínil o žirafě pouze jednou a mimochodem v jednom ze svých mnoha děl. Právě kvůli tomu je však připomínán, a už vůbec ne kvůli myšlenkám, které sloužily jako předchůdce evoluční teorie a výrazně ovlivnily Darwina, a kvůli jeho dalším příspěvkům k rozvoji vědy.
Navíc hypotéza, že se žirafám vyvinuly dlouhé krky pro produkci potravy, kterou předložili Lamarck i Darwin, nemusí být zcela správná.
V roce 1996 zoologové Robert Simmons a Lew Scheepers předložili několik tezí, které zpochybnily existující teorii známou jako „soutěž o jídlo“.
„V období sucha (kdy by měl být boj o potravu na vrcholu) se žirafy obvykle živí listím z nízkých keřů než z vysokých stromů,“ tvrdí vědci ve svém článku, který publikoval americký vědecký časopis American Naturalist.
Žirafy navíc nejčastěji jedí se zakloněným krkem – mimochodem je to takto rychlejší.
Není také jasné, proč po více než milion let zůstala žirafa o dva metry vyšší než všichni její konkurenti. To je zjevně příliš.
Simmons a Scheepers navrhli alternativní hypotézu, že dlouhý krk byl výsledkem sexuálního výběru, hypotéza, která se stala známou jako hypotéza „pářícího krku“.
Žirafí samečci často bojují o přízeň samic, což je rituál zvaný „zápas na krku“. Protivníci stojí vedle sebe a pak se začnou mlátit hlavami.
„Žirafy udeří své protivníky do krku, hrudníku, žeber nebo nohou, používají horní nebo zadní část jejich tvrdé lebky jako kyj, s dostatečnou silou, aby srazily soupeře dolů nebo ho srazily do bezvědomí,“ píší Simmons a Scheepers.
„Zdá se, že lebka žirafího samce je pro tento specifický typ boje s vlastním druhem dobře přizpůsobena,“ poznamenali autoři jedné studie, jejíž výsledky byly zveřejněny v roce 1968.
Podle zooložky Anne Innis Daggové z University of Waterloo v kanadském Ontariu, která se žirafami zabývá od 1950. let, bitvy (v 1960. letech dokonce došlo k úmrtí) obvykle vyhrávají největší samci, kteří produkují nejvíce potomků. „Zbývající žirafy už nemají mnoho příležitostí k páření.“
Kromě toho existují důkazy, že samice reagují příznivěji na námluvy větších samců.
Za poslední desetiletí se však nashromáždily důkazy, které argumentují proti hypotéze „pářícího se krku“.
Konkrétně studie z roku 2013 nenašla žádný důkaz, že muži mají delší krky (v poměru k tělesné hmotnosti) než ženy.
Jinými slovy, v délce krku nejsou žádné zjevné známky sexuálního dimorfismu. Nakonec autoři studie došli k závěru, že „hypotéza konkurence o jídlo je pravděpodobnějším vysvětlením vysoké postavy žiraf“.
Jiní vědci mezitím našli přímý důkaz pro hypotézu „soutěže o jídlo“.
Postavením plotů kolem akácií v Jižní Africe byli Elissa Cameron a Johan du Toit schopni prokázat, že když soutěží o potravu s kratšími soupeři žiraf, jako jsou steinbockové, impaly a kudu, „žirafy získávají nutriční výhodu, protože mohou dosáhnout listů, které menší zvířata nemohou“. Vyplývá to z článku zveřejněného v časopise American Naturalist v roce 2007.
Výsledky jejich studie byly „prvním experimentálním důkazem, že extrémně protáhlé tělo žirafy je výsledkem přirozeného výběru, vyvíjejícího se v reakci na konkurenci kratších býložravců“.
Tyto studie naznačují, že Darwin a Lamarck měli nakonec pravdu.
Zastánci hypotézy „pářícího krku“ se však nevzdávají, a tak je možné, že na obou vysvětleních je něco pravdy.
Tak či onak, tento příběh možná ještě neskončil.
Číst originál tohoto článku v angličtině lze nalézt na webových stránkách BBC Země.