Jaroslav Flegr
Teorie zamrzlé evoluce a úspěch invazních druhů (s. 241-255)
V této kapitole své knihy se prof. Flegr zabývá příčinami někdy až nebývalého úspěchu invazních druhů. V úvodu se dozvídáme základní definici invazního druhu (ať už rostlinného nebo živočišného): Je to na daném území nepůvodní druh, jehož ekologický úspěch se vyznačuje především rychlým vzrůstem počtu jedinců a zvětšujícím se územím výskytu. Někdy může invaze dojít tak daleko, že se zcela změní charakter krajiny.
Mezi známé invazní druhy patří např. bolševník velkolepý, křídlatka japonská nebo kosmatec olednatělý. U nás se rychle šíří i plzák španělský a norek americký.
Ačkoli poměrně často slýcháme o „ničivých invazích“, jen někdy je zavlečení doopravdy úspěšné. Ne vždy je totiž nově příchozí druh plně přizpůsoben místním podmínkám a brzy podlehne tlaku predátorů či parazitů. Skutečně se tak dokáže prosadit jen ten nejodolnější a nepřipravenější druh.
Navíc, jak píše Flegr, není invaze jako invaze. Některé druhy se totiž dostanou na nové území, kde jsou sice nepůvodní, ale obsadí tam prázdnou niku. Invaze v pravém slova smyslu znamená šíření na úkor někoho jiného, ale poněvadž nebyla tato nika doteď nikým obsazena, nemůže tak při svém šíření nikomu vadit. Tento jev, který pozorujeme především na tichomořských ostrovech, je popisován jako pseudoinvaze.
Současná věda má pro biologické invaze hned několik vysvětlení.
1. Vymanění se z dosahu nepřátel
Tato teorie předpokládá, že na území, kam se invazní druh dostal, chybí přirozený predátor, který by jinak reguloval jeho počty. To způsobí, že zprvu exponenciálně vzroste počet jedinců invazního druhu – někdy natolik, že i kdyby se našel nějaký nový predátor, už není s to invazi zastavit. Nejčastěji ale nastane situace, kdy si zavlečený druh své nepřátele přiveze s sebou anebo se stane terčem jiných, druhově nespecializovaných parazitů, kteří následně začnou snižovat počet jedinců.
2. Druhá hypotéza uvažuje, že díky tomu, že na nové území přicházejí jedinci stejného druhu z různých oblastí původního výskytu, mají větší evoluční potenciál než druhy místní. To jim umožňuje obstát v drsné kompetici. Klasická darwinistická evoluční teorie předpokládá, že takovéto druhy mají větší zásobu genetického polymorfismu (tj. přítomnost dvou a více alel na jednom lokusu). Podle této hypotézy platí, že čím větší je genetický polymorfismus, tím lépe odpovídá daný druh na selekční tlaky. V praxi to ale funguje tak, že polymorfismus tuto odpověď spíše zhoršuje. Druh se pouze stává elastičtějším, díky čemuž se sice místním podmínkám přizpůsobí velice rychle, ale nikdy ne tak dobře jako geneticky nepolymorfní druhy. Navíc nemáme důkazy o tom, že by invazní druhy vykazovaly větší genetický polymorfismus. Byly provedeny studie, které ukázaly, že některé druhy mají po příchodu na nové území spíše menší (až o 15 %) genetickou variabilitu. Při biologických invazích hraje významnou roli bottleneck effect a genetický drift. Průchod hrdlem lahve odstraňuje vzácnější alely před častějšími – to vysvětluje menší genetickou variabilitu. Bottleneck effect navíc drasticky sníží počet jedinců v populaci a to napomůže ke vzniku genetickému driftu, kdy dojde k náhodným posunům ve frekvenci alel a ke snížení množství genetického polymorfismu.
3. Teorie arény
Tím, jak člověk opakované zavléká na určité území různé zástupce stejného druhu, tvoří jakousi arénu, ve které se vzájemně utkávají a soupeří o to, kdo nejrychleji vyprodukuje co nejvíce potomků. Je známo, že vždy zvítězí právě nejrychlejší linie. A protože na tuto krátkodobou strategii vsadí úplně všechno, neváhají při tom ničit své okolí, aby svého cíle dosáhly. S tím souvisí i vznik virulentních patogenů v nemocnicích (box 30, s. 245). V nemocnicích se obvykle vystřídá velký počet lidí, kteří tam zanechají podobné množství různých kmenů patogenů. Pacient se pak nakazí hned několika kmeny této nemoci a její průběh bývá zpravidla mnohem vážnější, než kdyby se nakazil mimo zdravotní zařízení. Uvnitř jeho těla totiž začnou kmeny mezi sebou soupeřit o to, který z nich se nejrychleji a nejvíce rozmnoží. Aby se jim to povedlo, nepotřebují svého hostitele nijak šetřit a mnohdy ho při soupeření zahubí. To vysvětluje, proč byla španělská chřipka tak mimořádně virulentní a zabila 20 – 40 milionů lidí.
4. Teorie preadaptací
K této teorii se Flegr vyjadřuje jen stručně. U ní se předpokládá, že se druh stává na novém území úspěšným díky vlastnostem, které nabyl na území původním a které se náhodou ukázaly jako velmi výhodné i v nové oblasti.
5. Teorie zamrzlé evoluce
Zde přichází autor se svou vlastní teorii o úspěchu invazních druhů. Předpokládá, že za tím nestojí vysoký, ale spíše nízký genetický polymorfismus. Díky tomu se může druh stát evolučně plastickým, a ovládnout tak dané území. Tato hypotéza by se dala aplikovat zejména na malé populace, jejichž genetický polymorfismus je nízký. Předpokladem je však i „čekací doba“ mezi příchodem a začátkem invaze, kdy, jak píše Flegr, se druh musí připravit tím, že nasbírá nové, výhodné adaptace. Když je totiž populace malá, nepůsobí na ni žádná forma selekce a zbavuje se původního polymorfismu, takže může ve finále zplastičtět a mít výhodu nad evolučně zamrzlými původními druhy. To vysvětluje, proč například bolševníku velkolepému trvalo téměř sto let, než se vůbec začal exponenciálně množit. Na druhou stranu je tato hypotéza v rozporu s teorií o vymanění se z dosahu nepřítel a o preadaptacích (viz body 1. a 4.).
Autor se rovněž zabývá rolí nepohlavního rozmnožování u invazních druhů. Upozorňuje na fakt, že se mezi nimi často vyskytují nepohlavně se rozmnožující druhy. Nezřídka se stává, že se druh na svém původním území rozmnožuje pohlavně nebo cizosprašně, ale na novém území se už množí nepohlavně nebo samosprašně. Je pravda, že nepohlavní rozmnožování je nejkratší cestou k evoluční plasticitě, kterou každý invazní druh vyhledává. Přechodem k nepohlavnímu rozmnožování se začne snižovat genetický polymorfismus a druh se stává plastickým – tato ztráta polymorfismu trvá obvykle méně než deset generací.
Výhodou pro druh, který se množí nepohlavně, je již zmíněná plasticita. To mu umožní se velmi dobře přizpůsobit místním podmínkám a úspěšně soupeřit s evolučně zamrzlými druhy.
Ale tak jako má každá mince dvě strany, nese s sebou tento druh rozmnožování i množství nevýhod. Je to zejména zranitelnost vůči parazitům, kteří jsou schopni invazní druh zlikvidovat, když se jim podaří přizpůsobit se na genotyp nepohlavního druhu. Takovým problémem spíše netrpí ty druhy, jež si zachovaly schopnost množit se pohlavně, protože ke své plasticitě došli pomaleji. Obnovují svůj genetický polymorfismus a díky tomu, že paraziti zvýhodňují jedince, kteří se odlišují od ostatních v populaci, se dokážou zachránit před vymřením.
Biologická invaze samozřejmě nemusí trvat věčně a může jednou skončit. Druh, jenž obnovil svůj genetický polymorfismus, aby se zachránil před parazity, ztratil svoji evoluční plasticitu a stává se evolučně zamrzlým (stejně jako původní druhy). Ovšem díky tomu, že v čase „zamrzl“ později, má i tak mezi konkurenty výhodu, protože jeho vlastnosti mohou být v nejbližším časovém horizontu výhodnější. Někdy se ale může stát, že druh zamrzne pouze v přechodném období a v momentě, kdy se podmínky vrátí do normálu, bude naopak silně znevýhodněn. Proto se dá úspěšná invaze očekávat spíše ve stálém prostředí (a o to je také nebezpečnější).
Teoreticky je možné bojovat s invazemi tím, že budeme na zasaženém území vysazovat další (geneticky odlišné) jedince daného druhu se stejného území. Mohli bychom tak docílit rychlejší ztráty evoluční plasticity, aby se druh hůře přizpůsoboval místním podmínkám.
Niels van der Meer