Zvířata žijící na velkém území rychleji tvoří nové druhy – jedna z Darwinových hypotéz v principu stále platí, ale jen někde. Lokální geografické podmínky jako ostrovy nebo pohoří totiž pořádně míchají „evolučními kartami“, jak v nejnovější publikaci v Nature Communications zjistili vědci a vědkyně z Centra pro teoretická studia při Univerzitě Karlově.
Veverka kapská má mnoho blízce příbuzných druhů, kdežto hrabáč kapský je starobylá evoluční linie.
Proč se některé evoluční linie rozrůzňují rychleji než jiné? Proč existují stovky druhů drobných hlodavců nebo netopýrů, ale jen jeden druh hrabáče kapského nebo evolučně izolovaná linie ptakopyska? Jedním z možných faktorů, o kterém vědci diskutují již posledních 150 let, je velikost areálu rozšíření, tedy rozsah území, na němž druh žije. „Již Charles Darwin předpokládal, že druhy s velkým areálem rozšíření dají s větší pravděpodobností vzniknout dceřiným druhům, protože velký areál se snáze rozpadne do několika menších, kde mohou časem vzniknout samostatné druhy. Navíc druhy s velkými areály mají také menší pravděpodobnost, že vymřou,“ říká Jan Smyčka, první autor studie publikované v Nature Communications.
Jasno díky evolučním matematickým modelům
Problém Darwinovy hypotézy ale je, že je obtížné ji testovat. Při pohledu 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. „Tak tomu ale vůbec nemusí být. Může jít o druhy, jejichž předkové měli větší areály, které se rozpadly, a tak vznikla řada druhů žijících na menším území. Malé areály tak mohou mít vyšší schopnost vytvářet nové druhy, nebo naopak mohou být výsledkem předchozího rozpadu větších areálů,“ vysvětluje Smyčka.
Pro zjištění, zda se druhy s většími areály rozrůzňují rychleji nebo pomaleji, proto pouhá přímá analýza příbuzností nestačí a je potřeba jiná metoda. Jan Smyčka společně s Annou Tószogyovou a Davidem Storchem se proto rychlost evoluční diverzifikace – vzniku nových druhů – rozhodli prozkoumat pomocí takzvaných SSE modelů (State-dependent Speciation-Extinction models).
„Jedná se o matematické modely evoluce, kde jednotlivé evoluční linie mohou přecházet mezi různými stavy, které odpovídají například různě velkým areálům, s různou pravděpodobností a diverzifikovat rozdílnou rychlostí podle toho, jaká je hodnota daného stavu. Následným srovnáním s reálnými daty, jako tvar fylogenetického stromu a informacemi o velikosti areálů rozšíření jednotlivých druhů, je možné 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,“ vysvětluje první autor studie.
Vědecký tým z UK předpovídal rychlosti diverzifikace pomocí statistického modelu, pro všechny savce dohromady i 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, potvrdily se předpoklady Darwina, tedy že druhy s velkými areály skutečně v průměru diverzifikují rychleji. Zároveň druhy s velkými areály typicky speciují tak, že minimálně jeden z dceřiných druhů má malý areál. Existují ale výjimky!
„Například u kopytníků nebo netopýrů je vztah obrácený a druhy s malým areálem diverzifikují rychleji. Detailním studiem těchto výjimek jsme prokázali, že prakticky vždy jde o situaci, kdy určitá linie osídlila určitou geograficky izolovanou oblast, jako je například skupinu ostrovů nebo hory. V těchto oblastech tak rychle vznikají nové druhy, které ale mají zároveň kvůli geografickým bariérám malé areály rozšíření,“ uvádí Smyčka, který zároveň zdůrazňuje, že nové poznatky mají i zajímavé důsledky.
Existují ale výjimky a některé druhy s malými areály diverzifikují rychleji. Schéma nahoře reprezentuje výskyt indiopacifických kalonů (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 reprezentují rychlost diverzifikace.
I když původní Darwinova myšlenka je v principu správná, tedy že druhy s velkými areály celkově diverzifikují rychleji, s reálným stavem mohou pořádně zamíchat konkrétní geografické podmínky, na což bychom měli více pamatovat. „Například prostředí s mnoha bariérami, jako jsou souostroví nebo hory, představují kolébky vzniku nových druhů a zasluhují tedy zcela zvláštní pozornost. Nejrůznější geografická specifika bychom měli mít více zohledňovat i při ochraně přírody,“ dodává David Storch.
