Zub času

Myslím, že lidé si často neuvědomují, jak těžké je zjistit historii nějakého právě vykopaného předmětu jen podle jeho vnějšího vzhledu. Přestože prvky ve fosíliích jsou detekovatelné díky rozdílným frekvencím, které absorbují ze světelného spektra, jejich skutečné složení se mohlo změnit a složitější molekuly už nedestruktivní metody neodhalí. V principu potřebujeme zkrátka nějaký jev, který se ve vesmíru plynule kumuluje na porovnání stáří.

Tahle znalost je klíčová pro správný pohled na historii evoluce. A přestože lidé nacházeli kosti dinosaurů po celém světě; uniformitarianismus, čili myšlenka, že vývoj probíhal vždycky, až do dnes, stejně rychle, přišla až v 19. století (starší jsou například teorie katastrofismu, podle kterých byly staré organismy "tvory minulé éry", které zahubil předchozí konec světa). Před tímto bodem ale zřejmě stáli za mnohými mýty, aztékové je stavěli v posvátných chrámech a v Číně jejich kosti drtili na léčebné polévky. Metoda tkz. molekulárních hodin umožňuje tempo evoluce určovat podle počtu mutací za čas - který se odhaduje pro všechny druhy jako konstantní. V tom je problém nejen pro "plastické" bakterie, pro které jsou mutace v jejich milionovém množství výhodné, ale také v samotné ekologií. Jevy se hromadí i třeba v letokruzích nebo v kostních vrstvách některých korýšů (nejstarší v Čínském moři byly až 600 let staré), díky dlouhé generační době si tak mohou "pamatovat" stovky let staré klimatické podmínky (pokud se množí stále, jejich potomci si mohou "vybrat" nejlepší dobu) Životní strategií slona a myši ale nejsou natolik odlišné - zatímco myš se musí každý rok posunout trochu směrem ke měnícímu se klimatu, u slonů bude selekce silnější a stálejší, takže se ve výsledku budou ve fosilním záznamu měnit rychleji.

A uhlík sice vyzařuje v omezených kvantech energie, ale pokud se například změní atmosférické podmínky, koncentrace se může změnit mimo limity rozpoznání standardní odchylky. Také nemáme mnoho údajů o organismech bez tvrdých kostí.

Aby se totiž fosílie uchovala do dnešních časů, musela být ihned po smrti živočicha přikryta vrstvou popela a zalita magmatem nebo pískem pohybující se pravěké řeky, zmražena nebo usazena ve vápničité propadlině a pak zde zůstat pohřbená 100 milionů let. Jinak totiž byly zkameněliny rozloženy reducenty a vnitřními bakteriemi nebo znehodnoceny fyzikálními a chemickými procesy jako je rozpouštění, rozpad vazeb a mechanické narušování větrem, vlnami nebo ultrafialovým zářením, tak jako všechno, co dnes upustíme na zem. V roce 2006 bylo z diverzity druhů, které byly dosud nalezeny statisticky odhadnuto, že 527 dosud nalezených druhů bylo 28 procent existujících dinosaurů.

Na druhou stranu, živočichové historie zanechali mnoho otisků na tváři Země a z fosilního záznamu se velmi snadno odvodí jejich geografické rozložení v historii, srovnání stáří a rychlost vývoje podle usazených sedimentů. Jak dinosauři skutečně vypadali, jak se chovali nebo co jedli můžeme odhadovat jen obtížně. Ale například z nalezeného trusu, nedávno také (nejspíš) dinosauřího genomu s pigmenty některých dnešních ptáků nebo díky "přechodným článkům" (viz obrázek), není ani to nemožné. 

Hranolky

Pro evoluci života na Zemi je takřka typická evoluce po skocích. Po pěti velkých vymírání v historii přicházela renesance nových druhů. Nejde jenom o to, že když vymřely staré druhy, uvolnily se staré prestižní niky (nika [nyka] - souhrn prvků prostředí, u živočichů především zdroje potravy, u rostlin i třeba specifická kyselost, stínnost, teplota).
Jistě z části za to může taky ten fakt, že hlavní kroky evoluce řídí náhodné mutace, které se prostě pravděpodobněji vyskytnou jednou za čas. Ale jak si ukážeme níže, mutace často čekají, až jim evoluce dá příležitost.

Hlavní vinu na fenoménu má ale takzvaný frekvenčně závislý výběr. Pod tímto pojmem se skrývá jakákoli evoluce závislá na počtu jedinců toho druhu. Takže například pokud více vlků způsobí kolaps v počtu zajíců, vyzbyde potrava na menší procento vlků. Vzhledem k tomu, že všechny bohaté niky na Zemi byly v průběhu milionu let plně obsazeny a je o ně veden tvrdý konkurenční boj, je každý druh uvězněn ve frekvenčně závislém výběru se svými parazity, predátory i se samotným potenciálem svého prostředí.
Tady je třeba pochopit, že evoluce je v praxi mnohem komplexnejší, než pouhopouhý výběr vzpřímenějších a vzpřímenějších opic. Každý prvek, který třeba jen minimálně působí na druh může radikálně proměnit jeho formu. Veškeré znaky organismu jsou ve statistické závislosti na různých faktorech a evoluce tak působí v mnoha sférách a na mnoha úrovních na jednou.
Tohle také už rýsuje další příčinu skokové evoluce: Organismy jsou svírány mnoha tlaky různých faktorů a jejich počet je udržován v jakési balanci s okolním prostředím, dokud se podmínky prostředí nezmění - a právě to se děje při změně klimatu. Pak už jen například stačí, aby zvířata začala na nějakém místě migrovat a celý potravní řetězec se kaskádovitě hroutí a transformuje na nové niky.
Pokud spočítáte, kolik kalorií musí na své složité procesy vydat mozek, zjistíte, že takový orangutan by musel listy a ovoce jíst 24 hodin v kuse, aby výdej lidského mozku zajistil. Rod Homo se z této smyčky vymanil, když začal využívat oheň a počal potravu zpracovávat tak efektivně, jako žádný z živočichů. Právě po vynálezu ohně můžeme ve fosilním záznamu pozorovat zdaleka největší rozvoj mozku. Možná kdyby si lvi dokázali vařit, začali by v testech IQ dosahovat podobných výsledků - zkrátka silnému selekčnímu tlaku podle inteligence brání mnoho faktorů spojených s metabolismem.
Proto bylo navrženo, že by například pohlavní výběr (selekce nejkrásnějších samců vedená většinou samičkami) mohl vést ke zhoubě druhu, i když je to produkt evoluce. Takzvané evoluční pasti jednoduše "uměle" blokují jinak důležitější vlivy, pokud se v populaci rozšíří rychleji, než stihnout zase mizet.
Z pohledu teorie her lze pozorovat, jak frekvenčně závislá selekce vládne i v ekonomice. Pokud spočítáme, nakolik se jednotlivým aktérům vyplatí investovat do "protiútoku" kupříkladu ve hře jestřába a holubice, dojdeme k takzvané evolučně stabilní strategii - poměru počtu hráčů každého druhu (jestřábů a holubic), ke kterému se bude nutně situace stále více stáčet. Třeba pokud by podvodník každého na trhu v rámci obchodu okradl, může prosperovat. Nicméně čím víc podvodníků bude, tím méně se budou moci na poctivcích přiživovat a postupně budou někteří z nich muset přejít zpátky na samoživnost. K tomuto poměru příroda vždy přirozeně směřuje. Tato teorie je mnohem elegantnější vysvětlení evoluce altruismu a sobectví, než jakou je skupinový výběr a patrně i naše evoluce byla tímto mechanismem značně tvarována.

Zákon džungle

Přirozený výběr není ve své podstatě nic jiného, než zákon džungle - silnější vyhrává, ať už silnější z kmene nebo silnější druh. S tímhle pojetím měli ranní evoluční biologové obtíže vysvětlit jevy jako altruismus - je přeci nemyslitelné, aby se zvíře dobrovolně vzdávalo vlastních zdrojů na úkor kompetice - jenže právě tady se dostáváme k samotnému srdci morálky: Nejde jenom o to, že "ty pomůžeš mě a já pomůžu tobě". Rozsáhlé sociální sítě stavějí tento princip ještě do mnohem vyšší vrstvy - pokud totiž všichni udělají maximum pro všechny (skupinu), skupina na tom vydělá ze všeho nejvíc.

Je to onen markantní rozdíl mezi lidmi a šimpanzi: Pokud šimpanze a člověka umístíte na opuštěný ostrov, po měsíci  zřejmě bude v lese lépe přežívat šimpanz, zvyklý na život ve volné přírodě. Pokud ale na ostrov pošlete 100 lidí a 100 šimpanzů, je jisté, že lidé spoluprácí vybudují stabilnější strukturu, a tudíž přežijí spíše.

Tento jev je sice prachsprostou symbiózou, rozdíl je však v tom, že je maximalizována až do "přátelství na život a na smrt" - něco z pohledu lidského hédonismu nepochopitelného. Opusťme ale představu, že takové přátelství se muselo vyvinout na úrovni druhu (spoluprácechtivější skupiny přežily), je to opět důsledek dlouhého a plynulého vývoje. A to platí i pro jinou mimořádně soudržnou strukturu: tělo.

Podle současných znalostí vznikly mutualistické vztahy docela jiným způsobem. Vůbec první symbióza patrně stála za vznikem metabolismu když pravěká buňka pozřela pravěkou mitochondrii - dodnes se proto zřejmě dědí jednoduše dělením od buněk matky.

Jakmile spolu jednotlivé buňky, rozdělené z jednoho předka, začnou spolupracovat, vznikne skutečný mnohobuněčný organismus. Některé kolonie bakterií jsou dosud napůl cesty mezi jednobuněčností a mnohobuněčností: ale můžeme u nich pozorovat již specializaci na různé činnosti.

Mezi dvěma mnohobuněčnými organismy už je vznik symbiózy složitější, ale stále často není potřeba, aby si naráz oba druhy vyvinuly altruismus k tomu druhému. Při evoluci mykorhizy či nitrifikačních a denitrifikačních bakterií jsou látky, které si organismy vzájemně poskytují pouze jejich vedlejšími produkty a z pohledu miliónů let mohou být pro daný biom přímo nutné k přežití (viz Teorie Gaia: Q12). Pokud například stromy začaly profitovat z toho, že jim hmyz mimochodem pomáhá pojídáním nektaru, začnou se vyvíjet znaky, které hmyz přilákají ke zdroji pylu - v nejkurióznejších případech třeba vývin části květu orchideji, který docela věrně napodobuje samičku čmeláka, kterou se samci při návštěvy květu pokouší oplodnit.

Valná část evoluce totiž není postup směrem k lepšímu využívání zdrojů - například stromy se stále zvětšují (i když tempo evoluce stále klesá) jednoduše protože když jsou trochu vyšší, než jejich sousedi, budou přijímat více světla.

Jako příklad evoluce symbiózy se často uvádí takzvaný efekt vzácného nepřítele: Pokud si dva druhy vymezí (ustálí) svá teritoria, přestanou k sobě být tak agresivní. Ani tady nemusí nastat moment, kdy se v obou druzích naráz probudí altruismus - na problém se můžeme dívat jednoduše jako na vězňovo dilema, kde, jak známo, je nejúspěšnější reciproční altruismus. Stačí, aby tento mechanismus proběhl rychleji, než konkurenční vyloučení (viz Q42).
Je ale možné, například, že některé znaky se vyvinuly pouze, aby živočichové pomohly svým druhům s podobnou genetickou výbavou. Například pokud by si živočich vyvinul gen pro zelený vous a "pomáhání zelenovousatým", pravděpodobně se bude exponenciálně šířit. Ve chvíli, kdy tuto myšlenku poprvé Hamilton formuloval museli evoluční biologové také opustit původní model Darwinova výběru: Nejde totiž už o nejplodnější jedince, ale geny s největším potenciálem šíření. Takový výběr se nazývá runaway selection a spadá do něj kromě Sobeckého genu také "bitva pohlaví" nebo rodičovský výběr (viz Q43).

Kopem' za stejnej tým

V angličtině má evolution trochu širší význam a běžně lze slyšet tento výraz pro vývoj technologií (kladivo, jež dnes známe s jedním koncem na vytahování), společenských postojů (extrémistické jsou nestabilní), designu, médií nebo jazyků. A skutečně, mezi ryzím přirozeným výběrem a např. evolucí zvyků je velmi rozmazaná hranice, u zvířat totiž (bez jazykových prostředků viz Q34) musí být veškeré migrace, námluvní rituály nebo stavba přístřeší zakódovaná geneticky, takže nejen geny ovlivňují jejich zvyky, ale také výhodnost zvyků ovlivňuje budoucí zastoupení v genomu.

To souvisí s doposud velice kontroverzním tématem evoluční biologie, druhová selekci. Znamená princip, podle kterého pomáhání ostatním umožní zvyšování šance se v budoucnosti uchytit vašich vlastních genů. V tradičním pojetí by měla sestávat ze dvou mechanizmů:

1. Kin-selekce (příbuzní mají podobné geny, takže když jim pomáháte, šíříte podobný genom) a

2. Skupinový výběr – rodiny, kmeny nebo národy, které mají nejlepší zvyky, výchovu a techniky mají nejlepší šanci přežít.

Problémem kin-selekce je fakt, že populace živočichů jsou v drtivé většině faktorů prostředí svíráni frekvenčně závislou selekcí (o co je víc je vlků, o to jich bude v příští generaci více hladovět z nedostatku srn – a o co je víc srn, o to se budou „přebytky“ vlků udržovat). A často jsou takové limitující faktory důvodem, proč druhy dlouho zakrsnou v jedné fenotypické podobě. V důsledku toho působí na kmen mnohem větší kompetice v rámci kmene, než z pohledu rozšíření více (geneticky podobných) potomků. Odhaduje se ale, že kin-selekce úspěšně vládnout např. eusociálním včelám, které se rodí z jediné královny, takže jsou genetické rozdíly skutečně minimální.

A problémem skupinové selekce je samozřejmě čas. S méně vzorky (národy) je zkrátka velká pravděpodobnost, že některý z nich měl třeba štěstí na klima nebo snadno lovitelná zvířata (to je někdy uváděno jako důvod úspěchu evropských civilizací). Lépe však funguje na menších škálách – pokud přežívá lepší výchova, výuka lovu nebo zvyklosti.

Přes svou kontroverzi je však zatím jediným vysvětlením mnoha a mnoha zvyků, které „mimochodem“ slouží nějakému účelu – od amazonských „očkování“ včelím jedem, přes domy na stromech afrických kmenů, kde jsou časté povodně, až po spousta kombinací potravin, se kterými dnes vaříme, ale původně jejich příprava souvisela s konzervací či detoxikací.

Strhující destinace

Dá se předpokládat, že za 530 milionů let se život na Zemi promění stejně, jako se vyvinul před 530 miliony let s prvními strunatci. Tato doba není zanedbatelná ani z perspektivy vesmíru – samotný život existuje zhruba čtvrtinu doby života vesmíru. A přestože byste asi těžko přirozeně zařadili vorvaně a roztoče do stejné kategorie (zvířata), stále v principu sdílí většinu orgánových soustav. Nicméně i pokud bychom chtěli definovat, co hledáme na exoplanetách, máme více možností, než pouze porovnávat nálezy se zelenými mužíčky.

Jistě, definice života nám mohou dát dobrý odhad toho, co má život společného a jak funguje. Ale zatím zůstává skrytý komplexní termodynamický a informační model, který v posledních letech vědci počítají, včetně počítačových simulací, které vysvětlují fundamentální mechanismy za biologickou evolucí. Teoreticky tak lze vypočítat nejen to, jestli se mohl život v nějakých (méně horkých/více horkých) podmínkách vyvinout, ale také s jakou pravděpodobností se musel vyvinout, čistě jako organizovaný disipační systém uprostřed chaosu. Taková pravděpodobnost však není jedno jednoduché číslo, pokud se systém stane stabilní, je rázem mnohem větší šance, že třeba začne formovat dlouhé řetězce, než kdyby jsme pouze počítali pravděpodobnost výskytu několika milionů aminokyselin v potřebné kombinaci, aby vytvořili nějaký systém, který dokáže vyrobit sám sebe. Existuje mnoho modelů a ne vždy se vzájemně překrývají. Primární teorie je jasná: Jak už si všiml Aristoteles, ve vesmíru se hromadí stabilní systémy (všechno se snaží dostat do klidu). A statisticky vzrůstá entropie, jak tepelná (rozložení rychlých částic na ploše), tak informační (zanikání vzorů ústící v homogenní), takže částice se musí uchýlit buď do molekul, kde se pozitivní a negativní náboje a kinetická energie vyrovnají do jednotného (pravidelného) kmitání, nebo se rozpadnout na nejjednodušší části. Nejpravděpodobněji však bude energie rovnoměrně rozkládána.

Byly navržené modely, jak vůbec v první řadě život umožnil předávat genetickou informaci. Ještě před samotným objevením, čtyřpísmenného kódování DNA se zjistilo například, že v DNA musí existovat určité mechanizmy, které pomáhají vybírat z genomů některé geny, protože výsledky produkce některých proteinů by byly nesmyslné. Jiné například uvádí, že živé systémy jsou jednoduše malé homeostázní ostrůvky, obaly se specifickými podmínkami, ze kterých se pak vyvinuly veškeré seberegulující mechanizmy.

Dnes uvažované teorie zahrnují třeba takzvané „živé jíly“, teorii, která počátek vysvětluje pomocí jílů, které ve vhodném prostředí samovolně rostou a následně se dělí. Většina dnes uvažovaných teorií zahrnuje látky, které umožňují vznik komplexních struktur. I když rostou jíly, pouze vyrovnávají potenciál okolí, takže informačně spojené stabilní systémy s větší pravděpodobností umožní skrze složitější proces sebereplikace – vždyť i třeba vyrovnávání entropie na Zemi je jen podmnožinou vyrovnávání obrovského energického nepoměru Slunce a vakua kolem. Nicméně od komplexity (chaosu) k organizovanost, kterou vykazují živé systémy je ještě daleko.

V jednoduchosti

Krása a její vnímání z dálky vypadá, jako něco mimo dosah evoluce, a v mnohém možná opravdu je "vedlejším produktem", při bližším pohledu ale můžeme i zde vidět miliony let práce evolučních mechanismů.

Standardní vysvětlení evoluce vnímání krásy spočívá v pohlavním výběru. To znamená selekci takových jedinců, kteří se nejvíc líbí samicím. Pokud samice dokážou rozeznat mezi zdravé a silné samce od slabých a zchátralých, jejím potomkům se pravděpodobně bude dařit lépe. Ve výsledku vzniká koevoluce samců a samiček, jak se snaží jedni přelstít druhé a rozšířit se v populaci na úkor třeba skutečně silných jedinců. Ale o tom jindy.

Proto jsou ideály krásy blízko ideálům zdravého jedince - což od pravěku až do poloviny minulého století znamenalo kromě svalů a nepoškozeného těla také tukové zásoby. Třeba pro srny to znamená vznosné rohy nikoli proto, že by někdy sloužily k odhánění medvědů, ale proto, že jedinec, který si může dovolit celý rok nasbírat tak ohromné množství vápníku musí zřejmě dobře vyhledávat zdroje a pravděpodobně není napaden žádnými parazity. Sekundárně pak nabily funkce zbraně v námluvních bojích mezi samci. U dvoumetrového rohu narvalích samců zase zřejmě primárně hrála roli možnost provrtat se ledem na kyslík a sekundárně vznikl jako znak dobře živeného jedince.

Časté jsou také obrazce. Evoluce ornamentů je dlouhá a velice komplikovaná, protože jsou vnějším projevem skládání DNA rodičů, který se objevil na různých částech kůže potomka podle dominance toho kterého rodiče. Samice zřejmě podle ornamentů nějak dokáží poznat genetickou výbavu samce, ale jistě se to liší druh od druhu a proces má mnoho úrovní (např. pokud si vyvinou silnější samci levný způsob, jak dát svou zdatnost najevo, partnerky, které tento trik odhalí a budou si je vybírat, uspějí).

Další roli hraje fakt, že na barevné ornamenty skutečně reálně potřebujete více látek (zdrojů). Samice si také kupodivu někdy raději vyberou excentrického jedince, který v populaci vyniká. To může dát prostor vzniku rozsáhlých struktur - nejdříve byl "jiný" ten samec s červeným ocasem, ale když se v populaci začali objevovat pouze samci s červeným ocasem, "jiný" začal být ten s červeným ocasem a žlutou tečkou.
To může dát prostor vzniku rozsáhlých struktur - nejdříve byl "jiný" ten samec s červeným ocasem, ale když se v populaci začali objevovat pouze samci s červeným ocasem, "jiný" začal být ten s červeným ocasem a žlutou tečkou. Takže ve finále znaky na kůži zvířat nám řeknou více spíš o jich adresáti, všechny jsou totiž určené pro nějaké oko. Většina dravců zřejmě dokáže dobře rozpoznat žlutou a černou, takže se snadno naučí se jí vyhýbat, květy jsou zase barevné, kulaté a symetrické pro oka opylovačů. Barva na kůži je ale jen zlomek ze všech způsobů, jak zvíře může projevit svůj genom (feromony, chování, ptačí dialekty, námluvní rituály), barva se ale dá jednoduše pozorovat, rozumíme ji a sami ji používáme, takže bez problému rozeznáme "krásné" vzory (barevné květy) od nekrásných (výstražné u vosy).

Nicméně odhalit celou podstatu krásy u člověka je téměř nemožné. Naše oko je například velmi odlišné od klasické světločivné kamery i skládáním barev (třeba ženy mají o jeden čípek na vnímání červené víc a modrá s červenou by vůbec neměla dávat fialovou), jenže dosud nelze určit, jestli za to může krása. A je klidně možné, že stálým mícháním genů se vnímání krásy přizpůsobilo jakémusi náhodnému průměru, protože zde funguje autoelexe - pokud se rozšíří úspěšný samec, pravděpodobně jejich potomci budou také vnímat úspěšné samce podobně jako jejich babičky a prababičky.
Ukázalo se, že některé druhy amazonské láčkovky (masožravé) dokáží vábit mouchy díky vypouštění chemikálií, které zapáchají podobně, jako hnijící maso. Pokud to mouchy vnímají jako krásné, je krása intuici mnohem vzdálenější a záhadnější, než se může zdát.

S dostatečným vzorkem výpovědí ale ani krása není subjektivní hodnotou a odráží naši evoluční minulost - vezměme si v úvahu, že žádná nepříjemná scéna (násilná/patogenní/kde je hrozba) by za krásnou považována nebyla (možná s výjimkou adrenalinových sportů). Když ale byly prováděny výzkumy, které měly zjistit společné rysy představy příjemné krajiny po celém světě, model docela seděl pro africké savany se zvěří a příjemnou říčkou, tam, kde se měla poprvé projevit chůze po dvou a ztráta ocasu a srsti, pro počátek "moderního člověka" jak ho vnímáme dnes.