CO JE EVOLUCE? Ústřední jednotící biologická koncepce
voluce organismů tvoří jádro všech biologických disciplín, mezi něž patří např. genetika, molekulární biologie, biochemie, neurobiologie, fyziologie nebo ekologie. Objasňuje vznik nových chorob, vývoj rezistence bakterií vůči antibiotikům a další záležitosti související s lidským zdravím. Evoluce také vysvětluje vztahy mezi divokými a domestikovanými rostlinami a živočichy, uplatnitelné v zemědělství. Je používána v informatice a počítačových vědách, při tvorbě nových chemických sloučenin i v dalších odvětvích průmyslu.
E
Pojem „evoluce“ znamená změnu v čase. Obvykle se vztahuje k vývoji živých tvorů, ale je užíván i v jiných vědeckých kontextech. V astronomii jej například používáme k popisu procesů, jimiž se utváří a mění celý fyzický svět včetně galaxií, hvězd a planet. Není ale pravdou značně rozšířené mínění, že tento pojem a sama myšlenka biologické evoluce přišly až s Charlesem Darwinem a jeho nejdůležitější prací O vzniku druhů přírodním výběrem, publikovanou v roce 1859. V Oxfordském slovníku angličtiny z roku 1933 můžeme najít, že pojem „evoluce“ je odvozen z latinského výrazu evolvere, což znamená „rozvíjení svitku“. V angličtině se (v nebiologickém spojení) poprvé objevil roku 1647 a brzy se začal hojně používat k popisu všech 8
CO JE EVOLUCE?
typů rozvoje z jednoduchých počátků. Jako biologický termín bylo slovo „evoluce“ poprvé použito roku 1670 pro popis změn pozorovaných během proměny hmyzu. K popisu toho, co dnes nazýváme biologickou evolucí, však tento termín poprvé použil Darwin, a to v přepracovaném vydání knihy O vzniku druhů z roku 1873.
Vesmír Obecně se předpokládá, že vesmír započal svoji existenci před asi 14 miliardami let tak zvaným velkým třeskem, monumentální explozí, která vymrštila hmotu a energii, jež dále expandovala do všech směrů. Jak se vesmír rozpínal, hmota se začala shromažďovat v oblacích, jež postupně kondenzovaly do podoby galaxií, jako je i ta naše, Mléčná dráha. V těchto galaxiích hmotu dále stlačovala gravitační síla, a tak v mnoha případech vznikaly hvězdy, v nichž následně vzplanuly termonukleární reakce. V případě Slunce se okolní plyny a prach mísily a spojovaly, při čemž se zformovaly velmi malé oběžnice, jež utvořily posloupnost osmi planet Sluneční soustavy a jejich četných satelitů. Stáří Země se odhaduje na 4,54 miliardy let. Nejstarší známý skalní útvar, jehož staří je určeno na 3,96 miliardy let, byl objeven v severozápadní Kanadě, ačkoli usazené a poté přeměněné horniny nalezené na jiných místech, například v Západní Austrálii, obsahují krystaly zirkonu, jejich stáří činí přibližně 4,3 miliardy let. Život mohl na Zemi vzniknout nejdříve před čtyřmi miliardami let. Existují důkazy, že organismy podobné dnešním bakteriím žily už před 3,5 miliardy let. Všechny druhy dnes žijící, jejichž počet se odhaduje na 10 milionů, vznikly evolucí z těchto jednoduchých organismů.
Biologická evoluce Evoluce je, Darwinovými slovy, proces „vývoje uzpůsobením“, jímž prošly všechny druhy organismů, které dnes kolem sebe vidíme, stejně jako mnohem větší počet těch, které již vymřely. Takřka nekonečná různorodost podob života je ovocem evoluce. Všechna živá stvoření jsou spřízněna původem ze 9
CO JE EVOLUCE?
společného předka. Lidé a ostatní savci pocházejí ze stvoření podobných rejskům, která žila před více než 150 miliony let; společným předkem savců, ptáků, plazů, obojživelníků a ryb byla zase červovitá, ve vodě žijící stvoření, jež obývala Zemi před 600 miliony let; a všechny rostliny a živočichové pocházejí z mikroorganismů podobných bakteriím, které vznikly před více než třemi miliardami let. Rodové linie organismů se během generací proměňovaly, přičemž diverzita má svůj původ právě v divergenci neboli rozrůzňování těchto linií, pocházejících ze společného předka, v průběhu času – podle toho, jak se organismy adaptují na různá prostředí.
Evoluce je proces „vývoje uzpůsobením“, jímž prošly všechny druhy organismů, které dnes kolem sebe vidíme, stejně jako mnohem větší počet těch, které již vymřely.
Evoluční výzkumy se zaměřují na tři samostatné, i když související oblasti: (1) na samotný fakt evoluce, tedy na skutečnost, že organismy jsou spřízněné společným původem, během něhož docházelo k jejich změnám; (2) na evoluční historii, tedy na popis toho, kdy se od sebe jednotlivé linie oddělily, a konkrétních změn, k nimž v rámci každé z nich došlo; a (3) na mechanismy procesů, které k evolučním změnám vedou.
Osou všeho je sama skutečnost evoluce, kterou jsme prokázali s maximální jistotou. Darwin shromáždil o existenci evoluce velké množství důkazů, další důkazy od té doby postupně přinášely všechny biologické disciplíny. Že všechny organismy pocházejí ze společného předka a vyvinuly se procesem evoluce, je dnes ve vědě stejně jistým tvrzením, jako že Země je kulatá, že planety krouží okolo Slunce nebo že hmota se skládá z atomů. Když biologové říkají, že evoluce je „faktem“, chtějí tím zdůraznit právě tuto nezpochybnitelnou míru jistoty – evoluční původ organismů je přijímán prakticky všemi biology. Další dvě oblasti daleko přesahují obecné ujištění, že se organismy vyvíjejí. Evoluční teorie se snaží dopátrat vztahů mezi 10
CO JE EVOLUCE?
jednotlivými organismy a událostmi evoluční historie, a stejně tak vysvětlit, jak a proč evoluce probíhá. Předmětem aktivního vědeckého zkoumání je celá řada problémů. Mnohé z nich jsme už spolehlivě vyřešili, například že šimpanzi a gorily jsou si příbuznější s lidmi, než jsou všechny tyto tři druhy příbuzné paviánům a dalším opicím, nebo jak přirozený výběr vysvětluje adaptivní uspořádání takových útvarů, jako je třeba lidské oko nebo křídla ptáka. O některých se domníváme, že jsme je vyřešili „skoro“, další jsou pouze ve stadiu hypotéz a ještě jiné – jako např. kdy přesně na Zemi vznikl život nebo jaké byly vlastnosti prvních živých tvorů – zůstávají stále otevřené. Nejistota ohledně některých otázek ovšem nezpochybňuje samotný fakt evoluce. Podobně neznáme ani všechny detaily o uspořádání vesmíru a vzniku galaxií, což ale není důvod pochybovat, že galaxie existují, anebo zahodit vše, co jsme se naučili o jejich vlastnostech. Biologická evoluce je jedním z nejaktivnějších polí vědeckého výzkumu současnosti, jež stále hromadí významné objevy, často se značnou podporou pokroku v jiných disciplínách.
Evoluce poskytuje Studium biologické evoluce změnilo náš pohled na život na této planetě. Evoluce možnost vědecky poskytuje možnost vědecky vysvětlit, proč vysvětlit, proč je je na Zemi tolik různých druhů organismů na Zemi tolik a jak všechny zapadají do vývojové linie. různých druhů Objasňuje, proč některé organismy, které vypadají docela odlišně, mohou být organismů a jak ve skutečnosti blízce příbuzné, zatímco všechny zapadají jiné, které mohou na první pohled vypadat do vývojové linie. podobně, jsou příbuzné jen velmi vzdáleně. Objasňuje, jak se na Zemi objevil člověk, a odkrývá spojení našeho biologického druhu s ostatními živými tvory. Popisuje, jak si jsou odlišné skupiny lidí vzájemně příbuzné a jak jsme získali většinu našich rysů. Umožňuje vývoj efektivních nových způsobů, jak se chránit před neustále se vyvíjejícími bakteriemi a viry. 11
CO JE EVOLUCE?
Stručná historie Vysvětlení vzniku života na Zemi, původu člověka a dalších stvoření nalézáme ve všech lidských kulturách. Tradiční náboženství jako judaismus, křesťanství a islám pojímají existenci živých bytostí a jejich adaptace pro vlastní prostředí – křídla, žábry, ruce, květy – jako dílo vševědoucího Boha. Filozofové starého Řecka měli své vlastní mýty o stvoření. Anaximandros předpokládal, že živočichové se mohou změnit z jednoho druhu v jiný, Empedoklés se zase domníval, že mohli být vytvořeni různými kombinacemi již existujících částí. Moderní evoluční představě byly bližší návrhy raně křesťanských církevních autorů, jako byli Řehoř z Nazianzu a Svatý Augustin, kteří se zamýšleli nad tím, že Bůh možná nemusel nutně stvořit všechny druhy rostlin a živočichů v jejich nynější podobě, ale že mnohé z nich se daleko spíše mohli vyvinout v průběhu historie z jiných Božích stvoření. Jejich motivace nebyla biologická, ale náboženská − některé druhy musely zkrátka vzniknout až po Potopě, neboť sotva by bylo možné pojmout zástupce všech druhů na jednu loď, jakou byla Archa Noemova. Středověcí křesťanští teologové se sice představami, že organismy se mohou měnit přírodními procesy, přímo nezabývali, ale mnozí, včetně Alberta Velikého a jeho žáka Tomáše Akvinského, o tom alespoň mimoděk přemýšleli jako o jedné z možností. V 18. století navrhl spontánní vznik a vymírání organismů jako část své teorie o počátcích světa Pierre-Louis Moreau de Maupertuis, nepropracoval se ale k žádné ucelené teorii o možnostech změny jednoho druhu v jiný poznatelným přirozeným způsobem. Georges-Louis Leclerc hrabě de Buffon, jeden z největších přírodovědců té doby, explicitně zvažoval (a nakonec zamítl) možnost odvození několika různých druhů organismů od společného předka, přišel nicméně s tezí, že organismy vznikají spontánně z organických molekul, takže by teoreticky mohlo existovat tolik druhů živočichů a rostlin, kolik je životaschopných kombinací molekul. 12
CO JE EVOLUCE?
Švédský botanik Carl Linné vytvořil hierarchický systém klasifikace rostlin a živočichů, jejž ve zmodernizované podobě používáme dodnes. Přestože trval na neměnnosti druhů, jeho klasifikační systém nakonec významně přispěl k přijetí konceptu společného původu. Erasmus Darwin, Charlesův dědeček, nabídl několik evolučních úvah ve svých spisech Zoonomia neboli Zákony organického života, ale nijak je systematicky nerozvinul, pročež neměly na pozdější teorie žádný reálný vliv. Velký francouzský přírodovědec Jean-Baptiste Lamarck zastával názor, že živé organismy představují lineární posloupnost, v níž jsou na vrcholu lidé. V knize Philosophical Zoology, vydané roku 1809, tedy v roce narození Charlese Darwina, navrhl první obecnou teorii biologické evoluce. Podle ní se organismy vyvíjejí během dlouhých časových období od primitivních forem k formám dokonalejším, přičemž tento proces probíhá stále a vždy vrcholí člověkem. Jak přizpůsobovaly své zvyky svému životnímu prostředí, docházelo k „uzpůsobení“. Používání orgánu (nebo jiné struktury) vedlo k jeho rozvoji, zatímco nepoužívání k jeho vymizení. Vidíme například, že atletům se vyvíjí mohutné svalstvo, zatímco nepoužívané orgány jako červovitý výběžek slepého střeva postupně mizí. Vlastnosti získané používáním a nepoužíváním by se podle Lamarckovy evoluční teorie měly dědit. Tato domněnka, později nazývaná „dědičnost získaných vlastností“, byla ve 20. století ve své naivní podobě zcela vyvrácena. Další lamarckovské teorie, jako je právě představa, že evoluce vždy probíhá opakováním stejných schémat, a to v přesně určeném pořadí, tedy že potomci dnešních primátů by se v budoucnosti opět vyvinuli v lidi, byly vyvráceny rovněž.
Charles Darwin Zakladatelem moderní teorie evoluce je Charles Darwin. Dne 27. prosince 1831, několik měsíců po své promoci na Cambridgeské univerzitě, se jako přírodovědec vydal na palubě lodi Jejího Veličenstva Beagle na cestu kolem světa, která měla trvat do roku 1836. Často měl možnost vystoupit z lodi a podnikat dlouhé cesty po pevnině, aby zkoumal místní faunu a flóru a sbíral přírodniny. 13
CO JE EVOLUCE?
Darwinovým největším úspěchem bylo právě to, že ukázal, že složitou organizaci a funkčnost živých bytostí můžeme vysvětlit jako výsledek přirozeného procesu – přírodního výběru – bez jakékoli potřeby uchýlit se ke Stvořiteli či jinému vnějšímu hybateli. V Argentině studoval fosilie kostí velkých vymřelých savců, na Galapážském souostroví pozoroval velké množství druhů pěnkav a také obří želvy, po nichž nesou ostrovy své jméno. Tyto a další příklady stimulovaly jeho zájem o to, jak druhy na různých místech a v různých časech vznikají a proč některé z nich vymírají. Roku 1859 vydal knihu O vzniku druhů, v níž předložil rozsáhlé důkazy o evoluci organismů a postuloval přírodní výběr jako klíčový mechanismus určující její směr. Publikoval celou řadu dalších knih, z těch známějších především O původu člověka (1871), která rovněž vysvětluje vznik člověka jako důsledek procesů evoluce.
Dvě revoluce: Koperník a Darwin Tak zvanou koperníkovskou revoluci odstartoval v roce 1543, v roce Koperníkovy smrti, jeho spis De revolutionibus orbium celestium (O oběhu nebeských sfér) a tato revoluce vyvrcholila publikací díla Isaaca Newtona Philosophiae naturalis principia mathematica (Matematické principy přírodní filozofie) roku 1687. Objevy Koperníka, Keplera, Galilea, Newtona a dalších v průběhu 16. a 17. století postupně přinesly představu vesmíru jako dynamického systému ovládaného přírodními zákony. Vědci dokázali, že Země není středem vesmíru, ale pouze malou planetou obíhající okolo průměrné hvězdy, že vesmír je nesmírně rozlehlý v prostoru a čase a že pohyby planet okolo Slunce lze vysvětlit pomocí stejných jednoduchých zákonů, které platí pro pohyby fyzických objektů na naší planetě. 14
CO JE EVOLUCE?
Tyto a další objevy výrazně rozšířily hranice lidského poznání. Myšlenková revoluce, kterou přinesly, byla ale mnohem zásadnější: znamenala příslib, že vesmír se řídí jemu vlastními zákony, které platí pro všechny přirozené jevy. Vesmírné pochody tedy spadly do sféry působnosti vědy, což znamená, že je lze vyložit pomocí přírodních zákonů. Všechny fyzikální jevy proto můžeme vysvětlit, jakmile budeme mít dostatečné znalosti o jejich příčinách. Pokrok přírodních věd, který přinesla koperníkovská revoluce, dovedl lidské úvahy o vesmíru k rozpolcenosti, která přetrvávala až do poloviny 19. století. Vědecká vysvětlení odvozená od přírodních zákonů dominovala světu neživé hmoty, a to na Zemi stejně jako na nebi. Nadpřirozená vysvětlení, která závisí na nevysvětlitelných skutcích Stvořitele, se vztahovala na původ a uspořádání živých stvoření – těch nejrůznorodějších, nejsložitějších a nejzajímavějších skutečností na světě. Tuto myšlenkovou schizofrenii vyřešil až Darwinův génius: Darwin dokončil koperníkovskou revoluci tím, že představu světa coby systému zákonů hmoty v pohybu, který lidský rozum může vysvětlit bez uchýlení se k nadpřirozeným činitelům, rozšířil i na živou přírodu. Hlavolam, jemuž čelil, lze přecenit jen stěží. Existence plánu byla silným argumentem dokládajícím roli Stvořitele a mnozí teologové a jiní náboženští autoři se jej nemínili vzdát. Kdekoli existuje plán, musíme hledat jeho autora. Darwinovým největším úspěchem proto bylo právě to, že ukázal, že složitou organizaci a funkčnost živých bytostí lze vysvětlit jako výsledek přirozeného procesu – přírodního výběru – bez jakékoli potřeby uchýlit se ke Stvořiteli či jinému vnějšímu hybateli. Vznik a adaptace organismů v jejich hojnosti a úžasné variabilitě se tudíž staly objektem zkoumání vědy. Darwin souhlasil s tím, že organismy jsou jakoby „navrženy“ pro jisté účely – to znamená, že jsou účelně uspořádané. Organismy jsou přizpůsobené k jistému způsobu života a jejich části jsou koncipovány k provádění jistých funkcí. 15
CO JE EVOLUCE?
Ptáci mají křídla, aby létali, ryby mají žábry, aby dýchaly ve vodě, stromy mají listy, aby zachytávaly paprsky slunečního světla. Nezůstal však při tom a učinil další krok kupředu: poskytl pro toto účelné uspořádání přirozené vysvětlení. Podobu jednotlivých rysů živých bytostí dnes dokážeme vysvětlit vědeckými metodami stejně jako jevy neživého světa, tedy jako důsledek působení přírodních zákonů vyjádřených v přirozených procesech, které mohou být předmětem testování, pozorování a experimentů. Alfred Russel Wallace se proslavil tím, že nezávisle na Darwinovi objevil význam přírodního výběru jako procesu působícího na vývoj druhů. Jeho cílem nebylo vysvětlení uzpůsobených ústrojí organismů, ale spíše potvrzení samotné skutečnosti vývoje druhů, jak ostatně napovídá i název jeho spisu z roku 1858 On the Tendency of Varietes to Depart Indefinitely from the Original Type (O sklonu variet nekonečně se odchylovat od původního typu). Wallace si myslel, že evoluce pokračuje nekonečně a je progresivní. Darwin se naproti tomu nedomníval, že evoluce musí nezbytně znamenat pokrok, ani nevěřil, že by v průběhu času vždy vyústila v morfologickou změnu, naopak věděl o existenci „žijících fosilií“, tj. organismů, které zůstávají po miliony let beze změn: „Někteří z nejstarších živočichů, jako jsou loděnka (Nautilus), jazovka (Lingula) atd., se ale od současných druhů mnoho neliší.“ (O vzniku druhů, str. 372.) Roku 1858 pracoval Darwin na mnohasvazkovém pojednání, které zamýšlel pojmenovat O přírodním výběru. Wallaceova práce ho podnítila k sepsání knihy O vzniku druhů, jež byla vydána následujícího roku. Stejně jako jinde v ní Darwin zaměřil svoji pozornost na vysvětlení ústrojí organismů, zatímco evoluce sama hrála pouze vedlejší roli vysvětlující teorie.
16
MĚL DARWIN PRAVDU? Evoluce je skutečnost
ědci používají pojem „skutečnost“, když mají na mysli takové vědecké vysvětlení, které bylo tolikrát testováno a tolikrát se osvědčilo, že pro další podobné ověřování a hledání jiných vysvětlení už nemáme žádné přesvědčivé důvody… A protože důkazy podporující teorii evoluce jsou neotřesitelné, vědci se už dále neptají, zda biologická evoluce proběhla a nadále probíhá. Samozřejmě ale zkoumají její mechanismy, tj. příčiny a procesy, jimiž evoluce probíhá a otázky s tím související.“ *
„V
Mnohá vědecká vysvětlení byla testována tak důkladně, že je velmi nepravděpodobné, že by je bylo třeba v důsledku provedení nových pozorování a nových experimentů podstatným způsobem měnit. Vědci tato vysvětlení uznávají jako pravdivé a skutečné popisy přirozeného světa. Částicová struktura hmoty, genetická podstata dědičnosti, krevní oběh, gravitace a pohyby planet či proces biologické evoluce přírodním výběrem představují jen několik příkladů z velkého počtu vědeckých vysvětlení, jež jsou prokázána mimo veškerou pochybnost.
*
Science, Evolution, and Creationism, National Academy of Science and Institute of Medicine, Washington, D.C. (2008). 17
