KOEVOLUCE: TEORIE, TYPY A PŘÍKLADY - BIOLOGIE - 2025

Koevoluce je vzájemná evoluční změna, která se týká dvou nebo více druhů. Tento jev je výsledkem vzájemné interakce. Rozdílné interakce, které se vyskytují mezi organismy - konkurence, vykořisťování a vzájemnost - vedou k důležitým důsledkům ve vývoji a diverzifikaci příslušných linií.

Některé příklady evolučních systémů jsou vztahy mezi parazity a jejich hostiteli, rostlinami a býložravci, které se na ně živí, nebo antagonistické interakce, které se vyskytují mezi predátory a jejich kořistí.

Zdroj: Brocken Inaglory

Společná evoluce je považována za jeden z jevů zodpovědných za velkou rozmanitost, kterou dnes obdivujeme a která je vyvolána vzájemným působením mezi druhy.

V praxi není dokázat, že interakce je událostí koevoluce, snadný úkol. Ačkoli interakce mezi dvěma druhy je zjevně dokonalá, není to spolehlivý důkaz koevolučního procesu.

Jedním z přístupů je použití fylogenetických studií k testování, zda existuje podobný vzorec diverzifikace. V mnoha případech, když jsou fylogeneze dvou druhů shodné, se předpokládá, že mezi oběma liniemi existuje koevoluce.

Druhy interakce

Než se začneme zabývat otázkami souvisejícími s koevolucí, je třeba zmínit typy interakcí, které se vyskytují mezi druhy, protože tyto mají velmi důležité evoluční důsledky.

Soutěž

Druhy mohou soutěžit a tato interakce vede k negativním dopadům na růst nebo reprodukci zúčastněných jedinců. Soutěž může být intraspecifická, pokud se vyskytuje mezi členy stejného druhu, nebo mezidruhová, pokud jednotlivci patří k různým druhům.

V ekologii se používá „princip konkurenčního vyloučení“. Tento koncept navrhuje, aby druhy, které soutěží o stejné zdroje, nemohly konkurovat stabilním způsobem, pokud zůstanou zbytky ekologických faktorů konstantní. Jinými slovy, dva druhy nezabírají stejnou mezeru.

V tomto typu interakce vždy jeden druh skončí s vyloučením druhého. Nebo jsou rozděleny do nějaké dimenze výklenku. Například, pokud se dva druhy ptáků živí stejnou věcí a mají stejné odpočinkové oblasti, mohou pro další soužití existovat maximální aktivity v různých denních dobách.

Vykořisťování

Druhým typem interakce mezi druhy je vykořisťování. Zde druh X stimuluje vývoj druhu Y, ale tento Y inhibuje vývoj X. Typické příklady zahrnují interakce mezi predátorem a kořistí, parazity s hostiteli a rostliny s býložravci.

V případě býložravců dochází k neustálému vývoji detoxikačních mechanismů tváří v tvář sekundárním metabolitům, které rostlina produkuje. Podobně se rostlina vyvíjí na toxiny efektivněji a odvádí je pryč.

Totéž platí o interakci predátor-kořist, kde kořist neustále zlepšuje schopnost uniknout a predátoři zvyšují své útočné schopnosti.

Mutualismus

Poslední typ vztahu zahrnuje výhodu nebo pozitivní vztah pro oba druhy, které se účastní interakce. Poté se mluví o „vzájemném vykořisťování“ mezi druhy.

Například vzájemný vztah mezi hmyzem a jejich opylovači se promítá do výhod pro oba: hmyz (nebo jakýkoli jiný opylovač) těží z rostlinných živin, zatímco rostliny získávají rozptyl svých gamet. Symbiotické vztahy jsou dalším dobře známým příkladem vzájemnosti.

Definice koevoluce

K koevoluci dochází, když dva nebo více druhů ovlivňují vývoj druhého. Přísně vzato, koevoluce odkazuje na vzájemný vliv mezi druhy. Je nutné odlišit ji od jiné události zvané sekvenční evoluce, protože obvykle dochází k záměně mezi těmito dvěma jevy.

K sekvenční evoluci dochází, když má jeden druh vliv na evoluci druhého, ale to samé se nestane opačně - neexistuje reciprocita.

Termín byl použit poprvé v roce 1964 vědci Ehrlich a Raven.

Ehrlich a Ravenova práce na interakci mezi lepidoptera a rostlinami inspirovala postupná vyšetřování „koevoluce“. Nicméně, termín stal se zdeformovaný a ztratil smysl v průběhu času.

První osobou, která provedla studii týkající se koevoluce mezi dvěma druhy, byl však Charles Darwin, když v knize The Original of Drues (1859) zmínil vztah mezi květinami a včely, ačkoli slovo „ coevoluce “k popisu jevu.

Definice Janzena

V 60. a 70. letech tedy neexistovala žádná konkrétní definice, dokud Janzen v roce 1980 nezveřejnil poznámku, která dokázala situaci napravit.

Tento vědec definoval termín koevoluce jako: „charakteristika jedinců populace, která se mění v reakci na jinou charakteristiku jedinců druhé populace, následovaná evoluční reakcí v druhé populaci na změnu vytvořenou v první“.

Ačkoli je tato definice velmi přesná a měla za cíl objasnit možné nejasnosti coevolučního fenoménu, není pro biology praktické, protože je obtížné to dokázat.

Stejně tak jednoduchá koadaptace neznamená proces koevoluce. Jinými slovy, pozorování interakce mezi oběma druhy není spolehlivým důkazem, který by zajistil, že čelíme události koevoluce.

Podmínky pro vznik koevoluce

Existují dva požadavky na to, aby došlo k jevu koevoluce. Jedna je specifičnost, protože vývoj každé vlastnosti nebo zvláštnosti u jednoho druhu je způsoben selektivními tlaky vyvolanými vlastnostmi ostatních druhů zapojených do systému.

Druhou podmínkou je reciprocita - postavy se musí vyvinout společně (aby nedošlo k záměně se sekvenčním vývojem).

Teorie a hypotézy

Existuje několik teorií souvisejících s jevy koevoluce. Mezi nimi jsou hypotézy geografické mozaiky a hypotézy červené královny.

Hypotéza geografické mozaiky

Tato hypotéza byla navržena v roce 1994 Thompsonem a zvažuje dynamické jevy koevoluce, ke kterým může dojít v různých populacích. Jinými slovy, každá zeměpisná oblast nebo region představuje své místní úpravy.

Migrační proces jednotlivců hraje zásadní roli, protože vstup a výstup variant má tendenci homogenizovat místní fenotypy populací.

Tyto dva jevy - místní přizpůsobení a migrace - jsou silami odpovědnými za geografickou mozaiku. Výsledkem této události je možnost nalezení různých populací v různých koevolučních státech, protože každá z nich sleduje časem svou vlastní trajektorii.

Díky existenci geografické mozaiky je možné vysvětlit tendenci studií koevoluce prováděných v různých regionech, ale se stejnými druhy být nekonzistentní navzájem nebo v některých případech protichůdné.

Hypotéza Rudé královny

Hypotéza Rudé královny byla navržena Leighem Van Valenem v roce 1973. Výzkumník byl inspirován knihou Lewis Carrol Alice přes vyhlížející sklo. V pasáži v příběhu autor vypráví, jak postavy běží tak rychle, jak mohou, a stále zůstávají na stejném místě.

Van Valen rozvinul svou teorii na základě konstantní pravděpodobnosti zániku, ke kterému dochází u linií organismů. To znamená, že nejsou schopni „se zlepšovat“ v průběhu času a pravděpodobnost vyhynutí je vždy stejná.

Například dravci a kořisti zažívají neustálý závod se zbraněmi. Pokud predátor nějakým způsobem zlepší svou schopnost útočit, kořist by se měla zlepšit v podobné míře - pokud k tomu nedojde, mohou vyhynout.

Totéž se děje ve vztahu parazitů s jejich hostiteli nebo u býložravců a rostlin. Toto neustálé zlepšování obou zúčastněných druhů je známé jako hypotéza Rudé královny.

Typy

Specifická koevoluce

Termín „koevoluce“ zahrnuje tři základní typy. Nejjednodušší forma se nazývá „specifická koevoluce“, kde se dva druhy vyvíjejí v reakci na druhý a naopak. Například jediná kořist a jediný predátor.

Tento typ interakce vede k evolučnímu závodu ve zbrojení, který má za následek divergenci v určitých vlastnostech nebo může také vést ke sblížení u vzájemných druhů.

Tento specifický model, kde se podílí jen málo druhů, je nejvhodnější k prokázání existence evoluce. Pokud byly selektivní tlaky dostatečně silné, měli bychom očekávat výskyt adaptací a kontra-adaptací u druhu.

Difuzní koevoluce

Druhý typ se nazývá „difúzní koevoluce“ a dochází k němu, když je do interakce zapojeno několik druhů a účinky jednotlivých druhů nejsou nezávislé. Například genetická variabilita rezistence hostitele vůči dvěma různým druhům parazitů by mohla souviset.

Tento případ je v přírodě mnohem častější. Studium je však mnohem obtížnější než specifická koevoluce, protože existence různých zúčastněných druhů velmi ztěžuje experimentální návrhy.

Útěk a záření

Konečně máme případ „útěku a záření“, kdy se u druhu vyvine druh obrany proti nepříteli, v případě úspěchu se to může rozšířit a počet řádků může být diverzifikován, protože tlak nepřátelského druhu není tak silný.

Například, když rostlinný druh vyvine určitou chemickou sloučeninu, která se ukáže jako velmi úspěšná, může se osvobodit od konzumace různých býložravců. Linie rostliny se proto může diverzifikovat.

Příklady

Koevoluční procesy jsou považovány za zdroj biologické rozmanitosti planety Země. Tento velmi zvláštní jev byl přítomen v nejdůležitějších událostech ve vývoji organismů.

Nyní popíšeme velmi obecné příklady koevolučních událostí mezi různými liniemi a poté hovoříme o konkrétnějších případech na úrovni druhů.

Původ organel v eukaryotech

Jednou z nejdůležitějších událostí ve vývoji života byla inovace eukaryotické buňky. Vyznačují se tím, že mají skutečné jádro ohraničené plazmatickou membránou a představují subcelulární kompartmenty nebo organely.

Existuje velmi spolehlivý důkaz podporující původ těchto buněk prostřednictvím koevoluce s symbiotickými organismy, které ustoupily současným mitochondriím. Tato myšlenka se nazývá endosymbiotická teorie.

Totéž platí pro původ rostlin. Podle endosymbiotické teorie vznikly chloroplasty díky symbióze mezi bakterií a dalším větším organismem, který nakonec pohltil menší.

Obě organely - mitochondrie a chloroplasty - mají určité vlastnosti, které připomínají bakterie, jako je typ genetického materiálu, cirkulární DNA a jejich velikost.

Původ trávicího systému

Trávicí systém mnoha zvířat je celý ekosystém obývaný extrémně rozmanitou mikrobiální flórou.

V mnoha případech tyto mikroorganismy hrají klíčovou roli při trávení potravin, pomáhají při trávení živin a v některých případech mohou syntetizovat živiny pro hostitele.

Koevoluční vztahy mezi ptáčkem a struskou

U ptáků existuje velmi zvláštní jev, který souvisí s kladením vajec do hnízd jiných lidí. Tento systém koevoluce se skládá z crialo (Clamator glandarius) a jeho hostitelských druhů, straka (Pica pica).

Pokládání vajíčka není prováděno náhodně. Na rozdíl od toho si telata volí páry magpies, které nejvíce investují do rodičovské péče. Nový jedinec tak získá lepší péči od svých adoptivních rodičů.

Jak to děláš? Používání signálů vztahujících se k sexuálnímu výběru hostitele, jako je například větší hnízdo.

V odezvě na toto chování, magpies zmenšil jejich velikost hnízda téměř 33% v oblastech kde mladí existují. Stejně tak mají aktivní ochranu péče o hnízda.

Plod je také schopen ničit vejce straka, aby upřednostňoval chov svých kuřat. V reakci na to zvlnění zvětšilo počet vajíček na hnízdo, aby se zvýšila jejich účinnost.

Nejdůležitější adaptací je schopnost rozeznat parazitické vajíčko, aby ho vyloučilo z hnízda. Přestože parazitičtí ptáci si vyvinuli vejce velmi podobná jako u červů.

Reference

1. Darwin, C. (1859). O původu druhů pomocí přirozeného výběru. Murray.
2. Freeman, S., & Herron, JC (2002). Evoluční analýza. Prentice Hall.
3. Futuyma, DJ (2005). Vývoj. Sinauer.
4. Janzen, DH (1980). Kdy je to koevoluce. Evolution, 34 (3), 611-612.
5. Langmore, NE, Hunt, S. a Kilner, RM (2003). Eskalace koevolučního závodu ve zbrojení prostřednictvím odmítnutí hostitele mláďat mláďat. Nature, 422 (6928), 157.
6. Soler, M. (2002). Evoluce: základ biologie. Jižní projekt.