Jednosměrná (?) cesta strašilek k nepohlavnímu množení  
Není žádným tajemstvím, že sex přináší celou řadu komplikací. Už hledání a namlouvání vhodného partnera či partnerky je náročné na čas a energii. Samo o sobě je navíc rizikové a s nejasným výsledkem. No a vlastní akt potom ze všeho nejvíc připomíná ruskou ruletu hrozící přenosem parazitů a patogenů.

Přijde Vám to povědomé? Že by Woody Allen? Ale kdeže, autor pouze shrnuje nevýhody, které se vztahují k pohlavnímu rozmnožování jako biologickému fenoménu. Můžeme dodat ještě celou řadu dalších, třeba že populace nepohlavních samic by za stejných podmínek mohla růst dvojnásobnou rychlostí. Pokud je Vaší oblíbenou teorií Sobecký gen, jistě vás (respektive vaše geny) nepotěší, že vaši případní potomci zdědí pouze polovinu vašich genů, zatímco ta druhá bude pocházet od partnera či partnerky. Naopak potomci nepohlavní samice zdědí celý její genom, který navíc nebude promíchaný s geny pohlavního partnera, a tudíž zachová v nezměněném stavu genotyp, fenotyp a potažmo všechny adaptace, které vedly k tomu, že se jedinec dožil reprodukčního věku, a jsou tudíž za aktuálních podmínek velmi výhodné. A to jsme ještě nezmínili prahovou hodnotu hustoty populace, pod kterou se samci a samice už nejsou schopni navzájem vyhledat a populace směřuje k vymření, nebo nepříjemně zvýšenou mutační rychlost při tvorbě samčích pohlavních buněk. Zkrátka – není divu, že celá řada organismů přešla zpět k nepohlavnímu způsobu množení.

 

 

Zvětšit obrázek
Samička strašilky Timema náleží druhu, který se vzdal sexu již na více než dva miliony let. (Kredit: Kim Meijer)

 Právě takovým organismům, konkrétně rodu Timema, bazální skupině strašilek (Phasmatodea), se dlouhodobě věnuje Tanja Schwander z univerzity ve švýcarském Lausanne a její mezinárodní tým. V jednom ze svých nejnovějších článků se zaměřili na z evolučního hlediska zásadní problém – může sekundárně nepohlavní druh přejít zpátky k pohlavnímu rozmnožování? A pokud ano, za jak dlouho tuto možnost ztrácí?

 

 Výzkumníci shromáždili samice pěti nepohlavních druhů rodu Timema. Jednotlivé druhy k nepohlavnosti přešly v širokém rozmezí mezi sto tisíci až téměř dvěma miliony let. Tyto druhy také, poněkud paradoxně, stále v malém množství vyštěpují samce, kteří se taktéž stali součástí experimentu. Dále tým shromáždil samce a samice pohlavních druhů, které jsou sesterské zmíněným pěti nepohlavním druhům.

 

 Samotný fakt, že některé nepohlavní druhy dokáží v malé frekvenci vyštěpovat i samce, není překvapivý. Setkáme se s ním například u řady roztočů nebo korýšů lasturnatek. Téměř bez výjimky se však tito samci neúčastní pohlavního procesu, jedná se často o téměř neživotaschopné chudáčky, případně, pokud jsou životaschopní, neprodukují spermie, je jich extrémně málo, nebo jsou nefunkční. Zkrátka se na rozmnožování nepohlavního druhu vůbec nepodílejí. Jaké bylo ale překvapení výzkumníků, když zjistili, že vzácní samci nepohlavních druhů rodu Timema jsou nejen životaschopní, ale dokáží i svými pářícími rituály úspěšně „okouzlit“ samice sesterského pohlavního druhu a následně je oplodnit, což je následováno produkcí zcela životaschopných hybridních vajíček. Na druhou stranu ale pohlavní samice tyto samce, pokud mají výběr, nepreferují a stejně tak pokud dojde ke spáření samice se samcem „nepohlavního“ druhu i samcem druhu jejího, všechna vajíčka jsou oplozena výhradně přirozeným samcem. Nepohlavní samice se naopak s těmito „jejich“ samci i jakýmikoli jinými samci odmítaly pářit a obdobně samci jakéhokoli druhu o tyto nepohlavní samice nejevily zájem. Nepohlavní samice měly variabilnější chemické složení kutikuly a byly pro samce méně atraktivní na blízko i na dálku – jinými slovy, ztratily všechny znaky, které by samce lákaly k páření. Ba co víc, za podmínek, kdy byly k páření v experimentu tlačeny, se mu dokonce bránily a pokud i přes to úspěšně proběhlo, nedošlo k oplození. Navíc měly zdegenerovanou spermatéku, dutinu, ve které pohlavní samice skladují spermie před oplozením. Jak si ale vysvětlit tak podivné výsledky, naprosto odlišné od toho, co bychom očekávali?

 

 Vysvětlení je nejen elegantní, ale i poučné. Po přechodu k nepohlavnímu rozmnožování totiž začnou geny pro znaky s ním spojené hromadit náhodné mutace (procesem genetického driftu), které nejsou odstraňovány selekcí, neboť tyto znaky už pro organismus nehrají žádnou roli. Po nějaké době tedy tyto znaky zdegenerují a i po jejich případném opětovném vytvoření (například vlivem uměle dodaného hormonu v laboratoři, nebo po změně podmínek v přírodě) již nejsou funkční. Na druhou stranu, celá řada těchto genů neovlivňuje jen znaky spojené s pohlavním rozmnožováním, ale díky svým pleiotropním účinkům i celou řadu znaků zajišťujících obecnou životaschopnost zástupců nepohlavního druhu. Například by nás neměla vyvést z míry situace, kdy sloučenina, která slouží jako výživa spermií v ejakulátu samce, zároveň plní roli jedné ze zásobních látek. V takovém případě by samozřejmě k degeneraci těchto znaků nedocházelo. Navíc, i pokud pomineme zmíněnou pleiotropii, samotný proces degenerace znaků prostřednictvím genetického driftu by měl být teoreticky velmi pomalý – spíše v řádech milionů, než statisíců let.

 

 

Zvětšit obrázek
Jan Toman evoluční biolog, Přírodovědecká fakulta UK, Praha.

To je přesně situace, se kterou se setkáváme u vzácných samců nepohlavních druhů rodu Timema – jsou stále životaschopní a plodní, nicméně ve snížené míře oproti samcům pohlavních druhů. Navíc, jak bychom očekávali, se zřejmě vlivem pleiotropie v míře degenerace pohlavních znaků liší jen málo samci druhů, které přešly k nepohlavnosti před krátkou a dlouhou dobou.

 

Naopak u nepohlavních samic působí na degeneraci pohlavní znaků nejen drift, ale i přirozený výběr. A to hned ze dvou důvodů.  Na rozdíl od samců, kteří se u těchto druhů vyštěpují extrémně vzácně, nepohlavní samice tvoří drtivou většinu populace. Je pro ně tedy zhola zbytečné investovat čas a energii do tvorby pohlavních znaků, když se samotné rozmnožují nepohlavně. Samice, které neinvestovaly do tvorby pohlavních znaků, mohly příslušný čas, energii a živiny investovat například do větší či rychlejší tvorby vajíček nebo účinnějších mechanismů obrany proti predátorům. To zvýšilo jejich zdatnost a po nějaké době v populaci zcela převládly. To ale není všechno. Případní predátoři, paraziti a parazitoidi totiž mohou být adaptování na vyhledávání sexuálních signálů samic – například zmíněných pohlavních feromonů či zvuků lákajících samce. Jakákoli samice, která je přestane produkovat, je tudíž zvýhodněna v přirozeném výběru. Zvláště tento tlak je zřejmě velmi silný. Proto, jak poznamenávají autoři studie, by nás nemělo překvapovat ani to, že se v degeneraci pohlavních znaků prakticky neliší samice různých druhů, které k nepohlavnosti přešly před různě dlouhou dobou. Podobná změna při působení silného selekčního tlaku může proběhnout z evolučního hlediska velmi rychle, třeba už v řádu tisíců generací.

 

Studie T. Schwander na zástupcích rodu Timema vysvětluje i spoustu dřívějších pozorování, ve kterých různé skupiny organismů (například nepohlavní linie octomilek) ztrácely schopnost přechodu zpět k pohlavnosti překvapivě brzo, dříve, než bychom očekávali pouze působením driftu. V neposlední řadě také dokazuje, že pohlavní rozmnožování je vskutku „luxusní“ záležitostí, která pro příslušné organismy nezřídka představuje velkou zátěž a která musí přinášet v evoluci znatelné výhody, jinak by už z valné většiny vymizela. A komu ani to nestačí, autor dodává, že strašilky rodu Timema jsou krásní zástupci hmyzu, které může případný zájemce hledat v kalifornském „středomoří“, chaparralu západního pobřeží USA, který tak nejvíc připomíná krajinu Řecka a vyrábí se zde neméně kvalitní víno.


 



Do studia výběru partnerů (u člověka, nikoli pakobylek) a dalších otázek evoluční psychologie se můžete zapojit v roli pokusných králíků na webové stránce http://bio.natur.cuni.cz/~flegr/kralici/?obsah=pokusy

 


 

Zdroj: Schwander, T., Crespi, B., Gries, R. & Gries, G. (2013) Neutral and selection-driven decay of sexual traits in asexual stick insects. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 280(1764).

Autor: Jan Toman
Datum: 09.10.2013 14:08
Tisk článku

Červená královna - Ridley Matt
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 399 Kč
cena: 351 Kč
Červená královna
Ridley Matt

Diskuze:

Re: nepohlavní druh

Jan Toman,2013-10-10 01:00:31

To, co zmiňujete, je opravdu důležitá otázka. Vymezení nepohlavních druhů je mimořádně obtížné a dodnes nikdo nenavrhl všeobecně přijatelný koncept. Z genetického hlediska opravdu každý jedinec zakládá samostatnou linii. A jak bychom v takovém případě čekali, z fenotypového hlediska (tj. vlastností a vzhledu organismu) můžeme často spíše než jasně separované druhy vidět jakýsi "oblak" jednotlivých mírně odlišných linií, které v sebe přecházejí. Žádné jasně odlišné druhy. Přesto je zřejmé, že u řady nepohlavních organismů můžeme identifikovat něco jako pohlavní druhy (jen na okraj, ne že by definice pohlavních druhů byla o tolik lehčí), tj. fenotypově jasně odlišné linie. Může za to s největší pravděpodobností charakter selekce, která na tyto druhy působí. Výhodnost a nevýhodnost určitého fenotypu si můžeme představit jako krajinu, jejíž povrch sestává ze všech myslitelných fenotypů (samozřejmě by byla mnohorozměrná, ale my pro zjednodušení myšleme klasickou dvourozměrnou). Kopce a hory značí velmi výhodné fenotypy, naopak údolí fenotypy velmi nevýhodné, takové, které spějí k vymření. Linie sestávající z jedinců s výhodnými fenotypy, které se nacházejí na kopcích, tam budou působením přírodního výběru udržovány (to je zřejmě i případ našich strašilek, proto se téměř neliší od jejich sesterských pohlavních druhů). Linie, které se nacházely v údolí či na svahu, budou "šplhat" působením selekce na vrcholy nejbližších kopců. Naopak ty fenotypy, které z nějakých důvodů zůstaly v údolí, pravděpodobně brzy vymřou. Za nějaký čas tedy nalezneme pouze jasně separované skupiny linií s podobným fenotypem - které označíme za druhy.
Celá věc je ale samozřejmě o něco komplikovanější a mohou se zde uplatňovat i další mechanismy.
Konkrétně u strašilek rodu Timema jsou sesterské pohlavní a nepohlavní druhy velmi podobné a téměř nerozlišitelné (samozřejmě až na způsob rozmnožování). Jednotlivé druhy rodu se určují na základě vzhledu samčích pohlavních orgánů, což je u nepohlavních druhů sestávajících pouze ze samic značný problém. Proto se údajně užívá celé řady znaků včetně morfologie, živné rostliny, charakteristického zbarvení a samozřejmě absence samců.

Odpovědět

nepohlavní druh

Ivo Přikryl,2013-10-09 19:48:34

Není vlastně kvůli reprodukční izolovanosti každý jedinec nepohlavního druhu samostatným druhem? Jaké mechanismy zabezpečují aspoň podobnost jedinců, abychom je mohli řadit do jednoho druhu?

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni




















Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace