UNIVERZITA KARLOVA V PRAZE Přírodovědecká fakulta Katedra filosofie a dějin přírodních věd Studijní program: Biologie Studijní obor: Teoretická a evoluční biologie
Bc. Jan Toman
Role ekologických faktorů při udržování sexuality The role of ecological factors in maintaining sexuality DIPLOMOVÁ PRÁCE Školitel: prof. RNDr. Jaroslav Flegr, CSc. Praha, 2013
Prohlášení: Prohlašuji, že jsem závěrečnou práci zpracoval samostatně a že jsem uvedl všechny použité informační zdroje a literaturu. Tato práce ani její podstatná část nebyla předložena k získání jiného nebo stejného akademického titulu.
V Praze dne
Podpis
Poděkování: Především bych na tomto místě rád poděkoval svému školiteli prof. RNDr. Jaroslavu Flegrovi, CSc. za trpělivé vedení této diplomové práce, nesčetné rady a v neposlední řadě námět a inspiraci k provedení této studie. Dále bych za informace k jednotlivým taxonomickým skupinám rád vyjádřil vděk následujícím expertům, bez kterých bych se v nezřídka složité problematice jistě ztratil. Jde zejména, ale ne nutně v tomto pořadí o RNDr. Miloslava Devettera, Ph.D. a Russella Shiela, Ph.D. za cenné rady ke skupině Bdelloidea; Mgr. Radku Symonovou, Ph.D. za její rady a nesčetné informace ke skupině Darwinulidae; doc. RNDr. Ľubomíra Kováče, CSc., RNDr. Vladimíra Šustra, CSc., RNDr. Petera Ľuptáčika, Ph.D., RNDr. Josefa Starého, CSc. a zejména potom prof. RNDr. Jaroslava Smrže, CSc., RNDr. Jana Mourka, Ph.D. a Roye A. Nortona, Ph.D. za cenné rady k roztočům. Dále za rady děkuji Mgr. Karlu Jankovi, Ph.D., prof. Ing. Vladimíru Košťálovi, CSc., doc. Mgr. Lukáši Kratochvílovi, Ph.D. a doc. RNDr. Adamu Petruskovi, Ph.D. Za pomocnou ruku při hledání teplotních map, bez kterých by nebylo možné určit teplotní meze aktivity některých studovaných skupin organismů, musím poděkovat prof. RNDr. Davidu Storchovi, Ph.D. a Mgr. Ireně Šímové, Ph.D. Za pomoc při vyhledávání nezřídka velice obtížně dostupných literárních zdrojů potom děkuji Mgr. Karlu Kotrlému, Mgr. Vlastě Pachtové a Mgr. Vojtěchu Žárskému. V neposlední řadě děkuji svému otci Ing. Janu Tomanovi za řadu postřehů a své rodině a přátelům za trpělivost a podporu.
Věnováno Lukášovi “Row” Martiníkovi a všem těm, kteří nám pomáhají si vzpomenout, že věda není pouhou „vědeckou prací“, ale tím největším dobrodružstvím naší doby.
Abstrakt Existence a široké rozšíření pohlavního rozmnožování navzdory jeho očividným nevýhodám je jednou z největších otázek evoluční biologie. Podle teorie zamrzlé plasticity by se měl zásadně odlišovat průběh evoluce pohlavních a nepohlavních druhů. Jedním z jejích teoretických důsledků jsou i odlišné ekologické preference těchto druhů. Pohlavní druhy by měly upřednostňovat bioticky i abioticky proměnlivé habitaty, protože se dokáží rychle a vratně přizpůsobit momentálním podmínkám tohoto prostředí. Naopak nepohlavní druhy by měly mít jasnou výhodu v bioticky i abioticky stabilních habitatech, neboť se v delším časovém horizontu dokáží dokonale přizpůsobit i extrémním faktorům prostředí. Tyto předpovědi jsem se rozhodl otestovat formou metastudie na srovnání starobyle nepohlavních skupin (u kterých si můžeme být jisti, že jsou obligátně nepohlavní, dlouhodobě evolučně životaschopné a nejde jen o krátkodobě úspěšné klony) s jejich sesterskými či blízce příbuznými ekologicky srovnatelnými pohlavními skupinami. Hypotéza o abioticky i bioticky homogennějším charakteru prostředí obývaném těmito nepohlavními skupinami byla provedenou studií podpořena. Naopak hypotéza, vycházející z předpokládané schopnosti nepohlavních skupin se v delším časovém měřítku přizpůsobit širšímu rozmezí podmínek prostředí, testovaná na porovnání teplotních rozsahů aktivity příslušných pohlavních a nepohlavních skupin, podpořena nebyla. Klíčová slova: Starobyle nepohlavní linie, teorie zamrzlé plasticity, pohlavní rozmnožování, nepohlavní rozmnožování, homogenní prostředí
Abstract The existence and widespread distribution of sexual reproduction despite its obvious disadvantages is an evolutionary enigma. According to the theory of frozen plasticity, the evolution of sexual and asexual species is fundamentally different. One of the implications of this theory are different ecological preferences of these species. Sexual species should prefer biotically and abiotically variable environments because of their ability to quickly and reversibly respond to unpredictable changes. On the other hand, asexual species should prosper in biotically and abiotically stable environments because of their ability to perfectly adapt even to extreme environmental factors in the long term. I decided to test these predictions in the metastudy comparing ancient asexual clades (in which we can be sure about their obligate asexuality and evolutionary longevity) with their sexual sister or closely related ecologically comparable clades. The hypothesis of the preference of asexual species to biotically and abiotically homogenous environments was supported by the results of this metastudy. On the other hand, the hypothesis of supposed ability of asexual species to perfectly adapt to a broader range of environmental conditions, tested on the comparison of temperature ranges of activity of previously mentioned sexual and asexual species, was not supported in this study. Key words: Ancient asexuals, theory of frozen plasticity, sex, asexual reproduction, homogenous environment
Obsah 1
Úvod ................................................................................................................................................ 1
2
Literární přehled .............................................................................................................................. 3 2.1
Pohlavní a nepohlavní rozmnožování ..................................................................................... 3
2.1.1
Pohlavní rozmnožování ................................................................................................... 3
2.1.2
Sekundárně nepohlavní rozmnožování ........................................................................... 9
2.1.3
Starobyle nepohlavní linie ............................................................................................. 15
2.2
Teorie pohlavního rozmnožování .......................................................................................... 22
2.2.1
Úvod do teorií vysvětlujících paradox pohlavního rozmnožování ................................ 22
2.2.2
Nejstarší přístupy........................................................................................................... 23
2.2.3
Genetické teorie pohlavního rozmnožování .................................................................. 24
2.2.4
Ekologické teorie pohlavního rozmnožování ................................................................ 28
2.2.5
Pluralitní přístup ............................................................................................................ 36
2.3
Konkrétní příčiny dlouhodobé výdrže nepohlavních linií ..................................................... 37
2.3.1
Dobrá startovní pozice .................................................................................................. 37
2.3.2
Skrytý sex ...................................................................................................................... 37
2.3.3
Alternativní způsob výměny genetické informace ........................................................ 38
2.3.4
Živorodost ..................................................................................................................... 40
2.3.5
Metapopulační struktura ................................................................................................ 40
2.3.6
Omezení hromadění škodlivých mutací ........................................................................ 41
2.3.7
Život v extrémním prostředí .......................................................................................... 41
2.3.8
Geografická partenogeneze ........................................................................................... 42
2.3.9
Univerzální genotyp (GPG)........................................................................................... 44
2.3.10
Zamrzlá paleta nik (FNV) ............................................................................................. 46
2.4
Testovaná hypotéza ............................................................................................................... 48
2.4.1
Teorie zamrzlé plasticity ............................................................................................... 48
2.4.2
Důsledky teorie zamrzlé plasticity pro ekologii pohlavních a nepohlavních druhů...... 50
2.4.3
Konkrétní hypotézy testované v této práci .................................................................... 53
3
Cíle práce ...................................................................................................................................... 55
4
Metodika ....................................................................................................................................... 56
5
4.1
Soubor dat ............................................................................................................................. 56
4.2
Statistika ................................................................................................................................ 57
Výsledky ....................................................................................................................................... 58 5.1
Seznamy starobyle nepohlavních linií ................................................................................... 58
5.2
Vyvrácené, zpochybněné a nejisté starobyle nepohlavní linie .............................................. 58
5.2.1
Vyvrácené případy starobylé nepohlavnosti ................................................................. 58
5.2.2
Nepohlavní linie s nadhodnoceným stářím ................................................................... 59
5.2.3
Nejasné a zpochybněné případy starobylé nepohlavnosti ............................................. 61
5.3
Pijavenky (Bdelloidea) .......................................................................................................... 64
5.3.1
Úvod .............................................................................................................................. 64
5.3.2
Fylogeneze .................................................................................................................... 65
5.3.3
Doklady pro starobylou nepohlavnost ........................................................................... 66
5.3.4
Teplotní rozsah .............................................................................................................. 68
5.3.5
Ekologie ........................................................................................................................ 70
5.3.6
Závěr ............................................................................................................................. 73
5.4
Darwinuloidea ....................................................................................................................... 74
5.4.1
Úvod .............................................................................................................................. 74
5.4.2
Fylogeneze .................................................................................................................... 75
5.4.3
Doklady pro starobylou asexualitu ................................................................................ 76
5.4.4
Teplotní rozsah .............................................................................................................. 79
5.4.5
Ekologie ........................................................................................................................ 80
5.4.6
Závěr ............................................................................................................................. 82
5.5
Pancířníci (Oribatidae) .......................................................................................................... 83
5.5.1
Úvod .............................................................................................................................. 83
5.5.2
Doklady pro starobylou nepohlavnost ........................................................................... 83
5.5.3
Fylogeneze a teplotní meze aktivity .............................................................................. 85
5.5.4
Ekologie ........................................................................................................................ 90
5.5.5
Závěr ............................................................................................................................. 91
5.6
Další linie roztočů (Acari) ..................................................................................................... 92
5.6.1
Úvod .............................................................................................................................. 92
5.6.2
Endeostigmata ............................................................................................................... 92
5.6.3
Trombidiformes ............................................................................................................. 93
5.6.4
Závěr ............................................................................................................................. 94
5.7
5.7.1
Úvod .............................................................................................................................. 94
5.7.2
Fylogeneze .................................................................................................................... 95
5.7.3
Doklady pro starobylou nepohlavnost ........................................................................... 96
5.7.4
Teplotní rozsah .............................................................................................................. 97
5.7.5
Ekologie ........................................................................................................................ 98
5.7.6
Závěr ............................................................................................................................. 99
5.8
Timema .................................................................................................................................. 99
5.8.1
Úvod .............................................................................................................................. 99
5.8.2
Fylogeneze .................................................................................................................. 100
5.8.3
Doklady pro starobylou nepohlavnost ......................................................................... 101
5.8.4
Teplotní rozsah ............................................................................................................ 105
5.8.5
Ekologie ...................................................................................................................... 106
5.8.6
Závěr ........................................................................................................................... 107
5.9
Lasaea ................................................................................................................................. 108
5.9.1
Úvod ............................................................................................................................ 108
5.9.2
Fylogeneze .................................................................................................................. 108
5.9.3
Doklady pro starobylou nepohlavnost ......................................................................... 109
5.9.4
Teplotní rozsah ............................................................................................................ 113
5.9.5
Ekologie ...................................................................................................................... 114
5.9.6
Závěr ........................................................................................................................... 115
5.10 6
Vittaria .................................................................................................................................. 94
Souhrn ................................................................................................................................. 116
Diskuse ........................................................................................................................................ 121 6.1
Starobyle nepohlavní skupiny ............................................................................................. 121
6.2
Hypotéza o širším teplotním rozsahu aktivity starobyle nepohlavních skupin ................... 122
6.2.1
Poznámky k jednotlivým skupinám ............................................................................ 122
6.2.2
Poznámky obecného charakteru .................................................................................. 126
6.3
Hypotéza o větší homogenitě prostředí starobyle nepohlavních linií ................................. 127
6.3.1
Poznámky k jednotlivým skupinám ............................................................................ 127
6.3.2
Poznámky obecného charakteru .................................................................................. 133
7
Závěr ........................................................................................................................................... 139
8
Seznam citované literatury .......................................................................................................... 141
1
Úvod
Existence pohlavního rozmnožování je jednou z největších záhad evoluce. Známý evoluční biolog Graham Bell se tento problém nezdráhal nazvat dokonce „Královnou všech evolučních problémů“ (Bell 1982, str. 19). Sex je totiž ve své podstatě velmi paradoxní. Nepohlavní rozmnožování je rychlé a efektivní, jak ostatně dokazují univerzálně rozšířená a úspěšná prokaryota. Naopak bytostně eukaryotický sex s sebou přináší dlouhou řadu nevýhod a komplikací (viz kapitola 2.1.1.6). Přesto je široce rozšířený. Tuto záhadu se s různou úspěšností pokoušela vysvětlit celá řada nejlepších mozků evoluční biologie, ale nikdo nedospěl k všeobecně přijatelnému řešení. Teorie zamrzlé plasticity postuluje zásadní rozdíl mezi evolucí pohlavních a nepohlavních organismů (Flegr 1998; Flegr 2006; Flegr 2010; Flegr 2013). Vyplývá z ní, že tyto dvě skupiny se liší v adaptabilitě, s čímž souvisejí i jejich zásadně odlišné ekologické preference. Nepohlavní skupiny by podle ní měly oplývat schopností se v delším časovém měřítku dokonale přizpůsobit široké škále podmínek abiotického prostředí. Výhodu by měly mít v dlouhodobě abioticky stabilním prostředí s minimem biotických interakcí. Naopak pohlavně se rozmnožující druhy dokáží podle teorie zamrzlé plasticity rychle a operativně odpovídat na nenadálé změny prostředí. V delším časovém měřítku je však jejich schopnost důkladně a nevratně se přizpůsobit daným podmínkám prostředí výrazně omezená, neboť každá vyštěpená adaptace se v dalších generacích mezi potomstvem procesy segregace, rekombinace a syngamie rozpustí. V těchto předpovědích se teorie zamrzlé plasticity shoduje s řadou dříve formulovaných konceptů, ale spojuje je v koherentní celek. Dělá si tudíž ambice vysvětlit fenomén širokého rozšíření pohlavního rozmnožování. Mezi eukaryoty nalezneme řadu organismů, které druhotně přešly k nepohlavnímu rozmnožování. Krátkodobě je asexualita velmi pravděpodobně výhodná za širokého rozmezí podmínek prostředí. Valná většina těchto přechodů je však zřejmě jen krátkodobá a tyto linie spějí k brzkému zániku. Jen malá část nepohlavních linií je velmi prastará a tímto způsobem se rozmnožuje po miliony let (Judson & Normark 1996; Butlin 2002; Normark et al. 2003). Právě na těchto – starobyle nepohlavních – liniích je možné testovat naše predikce. Nejprve v literárním úvodu vymezím fenomén pohlavního rozmnožování a pojmenuji problémy, které se k němu váží. Posléze shrnu problematiku druhotného přechodu k nepohlavnímu rozmnožování, různé způsoby, kterými k tomu může dojít, a jejich důsledky pro příslušné druhotně nepohlavní linie. Mezi těmito přechody vynikají již zmíněné starobyle nepohlavní linie, které popíšu ve větším detailu. Zejména se zaměřím na metody jejich detekce, protože ty budou pro následující práci zásadní. Následně stručně shrnu různé teoretické koncepty snažící se vysvětlit paradox pohlavního rozmnožování a zdůrazním navržené konkrétní adaptace, které by mohly umožňovat dlouhodobou nepohlavnost. Literární přehled zakončím popisem teorie zamrzlé plasticity a jejích předpovědí pro ekologii pohlavních a nepohlavních kladů. V samotné studii nejprve přezkoumám dosud navržené kandidáty na starobyle nepohlavní linie a ověřím, zda byli v této své vlastnosti dále podpořeni, nebo spíše zpochybněni či vyvráceni. Na dobře podpořených starobyle nepohlavních liniích následně otestuji predikce teorie zamrzlé plasticity. Zvolil 1
jsem cestu metastudie. Mým cílem je otestovat dvě konkrétní předpovědi teorie zamrzlé plasticity ohledně ekologie pohlavních a nepohlavních druhů. Pokusím se otestovat hypotézu, že starobyle nepohlavní linie mají vyšší adaptabilitu, schopnost v delším časovém měřítku dokonale se přizpůsobit daným podmínkám prostředí, včetně extrémních. Na srovnání starobyle nepohlavních kladů s jejich sesterskými či blízce příbuznými skupinami by se zmíněná vlastnost měla projevovat jako širší rozsah abiotických faktorů, za kterých dokáže starobyle nepohlavní skupina aktivovat. Všechny tyto různorodé skupiny však mají společných jen málo faktorů prostředí, na jejichž bázi by bylo možné je porovnat. Jednou z nich je teplota, ke které je také dostupné relativně největší množství informací. Proto jsem se zaměřil právě na ni. Dále se pokusím otestovat hypotézu o charakteru prostředí, ve kterém mají výhodu pohlavní a nepohlavní druhy. Z predikcí teorie zamrzlé plasticity vyplývá, že starobyle nepohlavní linie by měly obývat přednostně abioticky dlouhodobě stabilní prostředí s malým množstvím biotických interakcí, zatímco pohlavní linie přednostně prostředí abioticky nestálá a s velkým množstvím biotických interakcí.
2
2
Literární přehled
2.1 Pohlavní a nepohlavní rozmnožování 2.1.1
Pohlavní rozmnožování
2.1.1.1 Definice pohlavního rozmnožování Pohlavní rozmnožování jsem definoval již ve své bakalářské práci: „V dalším textu budu používat termíny pohlavní rozmnožování a sex jako synonyma. Myslet jimi budu výhradně amfimixis, proces skládající se z meiózy a syngamie dvou pohlavních buněk zpravidla dvou různých jedinců stejného druhu, charakteristický segregací a rekombinací, typický pro doménu eukaryota (Eukaryota) (Flegr 2005, str. 242).“ (Toman 2011). Této definice se budu držet i v nynější práci. Ostatní způsoby rozmnožování budu označovat za nepohlavní, případně asexuální; pokud nebude uvedeno jinak, tyto dva termíny budu užívat jako synonyma. V porovnání s ostatními autory se jedná o poměrně úzké pojetí sexu a široké pojetí asexuality. Například Butlin, Schön a Griffiths (1998a) navrhují pojem pohlavního rozmnožování vyčlenit pouze pro životní cykly zahrnující střídání meiózy a syngamie, zatímco zbylé případy dělit na asexuální rozmnožování jakožto propagaci pomocí somatických buněk (ať už jednotlivých, nebo jejich skupin) a partenogenezi jakožto propagaci pomocí neoplozených vajíček bez nutnosti syngamie. Takové rozdělení je přínosné zejména z vývojového (ontogenetického) hlediska; v druhém případě se rozmnožování účastní pohlavní buňky, v prvním nikoli. Z evolučního hlediska je však zajímavý zejména fakt, zda u konkrétní linie organismů dochází k meióze, segregaci a rekombinaci při tvorbě pohlavních buněk a následné syngamii pohlavních buněk dvou jedinců. Různé způsoby nepohlavního rozmnožování u různých taxonomických skupin a jejich terminologii obšírně shrnují a komentují např. de Meeus, Prugnolle a Agnew (2007). Řada autorů označuje jako pohlavní rozmnožování i některé hraniční případy, které se mu v některých ohledech podobají (např. při nich nastává výměna genetického materiálu mezi různými jedinci nebo jsou založené na stejném cytologickém a ontogenetickém základě, viz Gorelick a Carpinone (2009) či Martens, Loxdale a Schön (2009)). Mezi tyto procesy na hranici pohlavního a nepohlavního rozmnožování můžeme zařadit parasexuální procesy prokaryot (Redfield 2001); parasexuální procesy některých eukaryot (Pawlowska 2005) a odvozenou nepohlavnost mnohých eukaryot, tj. zmíněnou partenogenezi (Simon et al. 2003). 2.1.1.2 Parasexuální procesy prokaryot Parasexuální procesy prokaryot jsou bezesporu zajímavou oblastí výzkumu, nicméně tématu této práce se dotýkají jen okrajově. Prokaryota jsou primárně asexuální a parasexuální sex-připomínající procesy (rekombinace, transdukce, konjugace, transformace), při kterých dochází k přesunu genetické informace mezi různými jedinci, s pravým pohlavním rozmnožováním s největší pravděpodobností vůbec nejsou homologické (Cavalier-Smith 2002; Wilkins & Holliday 2009). Prokaryotické organismy se mohou tímto způsobem nezřídka stávat cílem intenzivního horizontálního genetického 3
transferu (Maynard Smith 1990; Zhaxybayeva et al. 2006), který může v jejich evoluci hrát významnou, ba dokonce klíčovou, roli. Na druhou stranu jsou však prokaryotické organismy co do fungování genomu natolik odlišné od eukaryot, že si nemůžeme dovolit jednoduché srovnání. Horizontální genový transfer totiž probíhá i mezi zcela nepříbuznými liniemi (Zhaxybayeva et al. 2006), ba dokonce i mezi prokaryoty a eukaryoty (Loftus et al. 2005; Ricard et al. 2006; Carlton et al. 2007). Zřejmě závisí spíše na podobnosti habitatu, který organismy spolu obývají, než na fylogenetické příbuznosti (Coombs & Barkay 2004; Ricard et al. 2006). Spory se vedou i o adaptivní hodnotu těchto procesů. Dodnes není jasné, zda a do jaké míry jde o sofistikovanou adaptaci prokaryotických organismů (Michod et al. 1988; Levin & Bergstrom 2000; Markoš & Hajnal 2007), činnost parazitického agens (Jeltsch & Pingoud 1996; Dubnau 1999) nebo o pouhý vedlejší produkt jiných mechanismů (např. replikace a reparace) (Dubnau 1999). Více informací o této problematice čtenář nalezne ve zmíněných souhrnných článcích (Maynard Smith 1990; Dubnau 1999; Redfield 2001), případně v mé bakalářské práci (Toman 2011). 2.1.1.3 Parasexuální procesy eukaryot Parasexuální procesy nalezneme i u eukaryot. Zřejmě nejznámější a nejprozkoumanější jsou tyto mechanismy u hub (Fungi), kde jsou velmi rozšířené. Obecně je můžeme popsat jako splývání dvou jedinců, případně buněk mnohobuněčných hyf, které vede k heterokaryozi – souběžné existenci dvou (odlišných) jader v jedné cytoplazmě. Jádra mohou následně splývat, ale dělí se výhradně mitózou, přičemž zde zpravidla probíhá mitotická rekombinace. Ta vede nezřídka k přestavbám chromozomů a aneuploidii po proběhlém mitotickém dělení. Tento stav je nestabilní, v průběhu dalších generací dochází ke ztrátám chromozomů a obnovení jejich původního počtu, jak shrnula např. Pawlowska (2005). Poprvé si jich povšiml Pontecorvo (1954) u vřeckovýtrusné houby Aspergillus nidulans a vzápětí začal propagovat velkou roli těchto procesů u hub, přičemž jejich výhody z hlediska genetického i evolučního měly zcela vyvážit absenci klasického pohlavního rozmnožování s meiózou (Pontecorvo 1956). Jak se ale zdá, v přírodě dochází k parasexuálním procesům u hub spíše vzácně a častěji na mezidruhové než vnitrodruhové úrovni (Olson & Stenlid 2002). Důvodem jejich vzácnosti je pravděpodobně somatická nekompatibilita různých kmenů (Worrall 1997) existující z důvodu ochrany před parazity, včetně hypotetických vnitrodruhových (Caten 1972; Glass & Kaneko 2003). Parasexuální procesy dále nalezneme u hlenky Dictyostelium discoideum (Brody & Williams 1974), nádorových buněk (Rajaraman et al. 2005) a jejich přítomnost se uvažuje i u některých prvoků, např. Trypanosoma cruzi nebo Giardia lamblia, viz Birky (2009). Wilkins a Holliday (2009) při svých úvahách o vzniku meiózy a potažmo pohlavního rozmnožování navrhují, že právě podobné parasexuální procesy mohly být u předka recentních eukaryot předstupněm ke vzniku meiózy. Nicméně recentní parasexuální procesy eukaryot jsou s největší pravděpodobností odvozené. Například lidský patogen Candida albicans, schopný parasexuálního i sexuálního rozmnožování, má různé párovací typy, což naznačuje, že i její předci měli ve svém cyklu meiózu (Bennett & Johnson 2003). 4
Parasexuální procesy eukaryotických organismů jsou zajímavou alternativou pohlavního rozmnožování, i když postrádají přesnost meiózy. Také frekvence crossing-overů je u těchto organismů při mitóze 2–3x nižší než u meiózy pohlavních druhů, takže rekombinace vlivem mitotické rekombinace a potažmo vznik genetické variability je u nich pomalejší. Obecně ale snad mohou vytvořit dostatečnou genetickou variabilitu a vyvážit absenci sexuality (Pontecorvo 1956). 2.1.1.4 Partenogeneze Partenogeneze, tj. z pohlavního rozmnožování odvozená nepohlavnost některých eukaryot, je pro tuto práci klíčová a proto ji zde rozeberu ve větší šíři. Její primární dělení můžeme vést mezi arrhenotokií a thelytokií (de Meeus et al. 2007). Arrhenotokií se chápe produkce haploidních samců z neoplozených vajíček (de Meeus et al. 2007). Tento stav velmi často vidíme u sociálního blanokřídlého hmyzu (Hymenoptera), ale vyskytuje se například i u některých třásnokřídlých (Thysanoptera), červců (Coccoidea), kůrovců (Scolytinae), hlístů (Nematoda), vířníků (Rotifera) a roztočů (Acari), což shrnuli např. Heimpel a de Boer (2008). Arrhenotokie ale není z hlediska této práce příliš zajímavá – nejde o asexuální rozmnožování v tom smyslu, ve kterém jsme si ho definovali, dochází zde k meióze i syngamii gamet dvou odlišných jedinců. Klíčová pro nás je thelytokie, tj. produkce diploidních potomků samičího pohlaví bez syngamie pohlavních buněk dvou odlišných jedinců. Thelytokii můžeme rozdělit na několik různých procesů – apomixis, automixis, gynogenezi, androgenezi a hybridogenezi, což shrnuli např. Simon, Delmotte et al. (2003) či de Meeus, Prugnolle a Agnew (2007). Apomixis je nejjednodušší z partenogenetických procesů. Spočívá v potlačení meiózy a produkci neoplozených diploidních vajíček pomocí mitózy, takže potomci apomiktické matky jsou de facto jejími klony. Apomikticky se rozmnožuje například celá řada skupin členovců (Arthropoda), někteří vířníci, žahavci (Cnidaria), žebernatky (Ctenophora), kroužkovci (Annelida), měkkýši (Molusca), ploštěnci (Platyhelminthes), hlísti, želvušky (Tardigrada) a ryba živorodka Poecilia formosa, což shrnuli např. Stenberg a Saura (2009) a Simon, Delmotte et al. (2003). Automixis, na rozdíl od první jmenované, zahrnuje meiózu. Diploidní stav genomu může být vzácně zajištěn duplikací chromozomů už před samotnou meiózou (Cuellar 1971). Alternativou je duplikace chromozomů po proběhnutí meiózy (stejně jako v prvním případě se tento proces nazývá endomitóza) nebo splynutí dvou haploidních gamet, dvou polárních tělísek, případně různé kombinace gamet a polárních tělísek jednoho jedince (což se zase blíží samooplození, autogamii) (Stenberg & Saura 2009). Automikticky se rozmnožuje řada organismů včetně například mnoha skupin členovců, některých ploštěnců, hlístů, kroužkovců a želvušek až po řadu ryb (Actinopterygii) a plazů (Reptilia), viz Simon, Delmotte et al. (2003) a Stenberg a Saura (2009). Naopak u mnohobuněčných rostlin (Cormobionta) je tento způsob partenogeneze výrazně omezený a v takové podobě jako u mnohobuněčných živočichů (Metazoa) se zde nevyskytuje. Velmi časté je zde naopak samooplozování; proces sestávající z oplození sice vlastními gametami, ale vzniklými v různých meiózách (Van Dijk 2009). 5
Gynogeneze je proces, kdy matka produkuje diploidní vajíčka, nicméně pro jejich zdárný vývoj vyžaduje jejich aktivaci spermiemi příbuzného pohlavního druhu. Zvláštním případem gynogeneze je autogynogeneze, při níž hermafrodit aktivuje vlastní vajíčka vlastními spermiemi, avšak opět bez přenosu jakéhokoli genetického materiálu (Ó Foighil & Smith 1995). Gynogeneticky se rozmnožují někteří zástupci ploštěnců, mlžů (Bivalvia), hmyzu (Hexapoda), ryb a obojživelníků (Amphibia), jak shrnují např. Simon, Delmotte et al. (2003). Pomyslným opakem gynogeneze je androgeneze, při níž diploidní potomci obsahují jaderný genetický materiál pocházející pouze od otce. Tento proces je vzácnější než gynogeneze, vyskytuje se však například u mlžů rodu Corbicula, strašilek (Phasmatodea) rodu Bacillus a Cypřiše tassilského (Cupressus dupreziana) z čeledi cypřišovitých (Cupressaceae), jak shrnují McKone a Halpern (2003). Posledním typem partenogenetického rozmnožování je hybridogeneze. Při ní partenogenetický druh produkuje vajíčka, jež splývají se spermiemi příbuzného pohlavního druhu. Paternální geny se, stejně jako maternální, exprimují v dceřiném organismu, nicméně do další generace se předává pouze maternální genom (Schmeller 2004). Tímto způsobem se rozmnožují někteří zástupci ryb a obojživelníků, viz Simon, Delmotte et al. (2003). Asi nejznámějším systémem tohoto typu je druhový komplex skokanů rodu Rana, ve kterém se složitým způsobem kříží druhy Rana lessonae, Rana ridibunda a jejich hybrid Rana esculenta, který ovšem do dalších generací předává genetickou informaci jen jednoho z mateřských druhů (Schmeller 2004). Hybridogeneze může probíhat jak zmíněným způsobem mezi různými druhy, tak skrytěji mezi různými liniemi odštěpenými z jednoho druhu (Vrijenhoek 1994). Různé způsoby thelytokické partenogeneze mají různé genetické (Butlin et al. 1998a) a evoluční (Neiman & Schwander 2011) konsekvence. Potomci apomikticky se rozmnožujícího druhu jsou de facto klony svých matek. Odlišují se od nich jen možnou přítomností nově vzniklých mutací. Celkově si jejich populace udržuje vysokou heterozygositu, která navíc s časem a novými mutacemi narůstá. Všechny alely jsou ve vazbě, nejsou nezávisle kombinovatelné a všechny alely v genomu jedince mají stejnou historii větvení (Butlin 2002). Genetické důsledky automixis jsou komplexnější a závisí na jejím konkrétním průběhu. Potomci se mohou od matky lišit v důsledku párování chromozomů, crossing-overu a rozchodu chromozomů při meióze. Jakkoli se ale potomci mohou od matky lišit, je to jen v rámci jejího genomu (Van Doninck et al. 2003b). Protože zde nedochází k syngamii dvou gamet odlišných jedinců, není možná kombinace alel – a potažmo vlastností – dvou jedinců. Zda automixis bude snižovat, nebo zvyšovat heterozygositu v potomstvu, záleží na jejím konkrétním cytologickém mechanismu. Od různých taxonomických skupin byly zdokumentovány takřka všechny představitelné mechanismy a je nad rámec této práce je podrobně rozebírat. Důležité je, že celá řada průběhů automixis, na rozdíl od apomixis, má za následek kompletní homozygositu potomstva. Problematiku shrnují např. Stenberg a Saura (2009).
6
V případě gynogeneze a hybridogeneze záleží genetické důsledky na způsobu vzniku pohlavních buněk – tj. zda vznikají apomikticky, nebo automikticky. V potaz však navíc přichází teoretická možnost, že čas od času pronikne do genofondu druhu nějaký genetický materiál – ať už ze spermie aktivující vajíčko v gynogenezi, nebo z partnerského druhu při hybridogenezi. To s velkou pravděpodobností, zvláště u některých taxonů, nastává (Lampert & Manfred 2010). Byť je míra této „netěsnosti“ asi velmi variabilní, měli bychom s touto možností počítat. Nepohlavní rozmnožování je běžné i u rostlin. Na tomto místě je však třeba zmínit některé rozdíly v terminologii obou skupin, které shrnuje např. Van Dijk (2009). Autor doporučuje vyčlenit nejprve somatické rozmnožování, které má svá jasná specifika. Nepohlavní rozmnožování pomocí semen se u rostlin obecně nazývá apomixis. Tu můžeme dále dělit na sporofytickou a gametofytickou. Gametofytická se dále dělí na aposporii a diplosporii. A konečně diplosporie může být meiotická, nebo mitotická, podle toho jaký proces nahradí klasickou meiózu. V obou případech vznikají dvě diploidní megaspory, z nichž jedna zanikne a druhá se vyvíjí. Při aposporii vzniká vedle klasické haploidní megaspory z buňky sesterské mateřské buňce té první, a která by za normálních okolností nedala vzniknout gametě, další diploidní megaspora. Tyto dvě megaspory potom spolu zápasí o vývoj. Procesy nahraživší klasickou meiózu při diplosporii a aposporii se souhrnně nazývají apomeióza. Při sporofytické apomixis vzniká nepohlavní embryo somaticky rovnou z diploidní tkáně (nucellus) sporofytu obklopující gymetofyt a nepohlavní embryo tak sousedí s pohlavním. Poměrně matoucí je, že v botanice je termín partenogeneze vyhrazen části životního cyklu nepohlavního druhu následující apomeióze. Nejedná se tedy v tomto případě o obecný název sekundárně nepohlavních procesů odvozených z pohlavnosti, jako u živočichů. Toto místo zaujímá termín apomixis. Mimoto je u rostlin velice časté samooplození. U rostlin bychom našli i obdobu gynogeneze – pseudogamii. Endosperm sloužící k výživě embrya se v naprosté většině případů vyvíjí jen po oplození, a to i u apomiktických druhů; někdy je snad potřeba přítomnost samčí gamety i k samotnému spuštění vývoje nepohlavního zárodku. 2.1.1.5 Rozšíření pohlavního rozmnožování Pohlavní rozmnožování je synapomorfií recentních eukaryot. Vyskytuje se ve všech jejich recentních liniích (Dacks & Roger 1999; Simpson & Roger 2004) a s největší pravděpodobností vzniklo pouze jedenkrát (Cavalier-Smith 2002). Jak jsem již zmínil (viz kapitola 2.1.1.2), parasexuální procesy prokaryot mu s největší pravděpodobností nejsou homologické (Cavalier-Smith 2002; Wilkins & Holliday 2009). Stejně tak je velmi nepravděpodobné přežití primárně amitochondriálních eukaryot až do dnešních dob; i když ho samozřejmě nelze vyloučit. Ještě Normark, Judson a Moran (2003) uvažují o dvou protistních skupinách – Diplomonadida a Entamoebida – jako o pravděpodobně dlouhodobě asexuálních, což nechávalo otevřenou možnost, že by mohly být primárně asexuální. Od té doby se však podařilo detekovat přítomnost genů pro meiózu jak u zástupce Diplomonadida Giardia intestinalis, tak u zástupce Entamoebida Entamoeba histolitica (Ramesh et al. 2005), což spolu s dřívějšími nepřímými doklady pro rekombinaci u entaméby (Blanc et al. 1989) svědčí velmi silně proti jejich možné primární asexualitě. Pokud jsou opravdu dnes asexuální, potom pouze odvozeně. 7
Stejně tak se podařilo objevit pohlavní rozmnožování u řady dalších protistních druhů považovaných za asexuální, jak jsem ostatně zmínil už ve své bakalářské práci: „Z poslední doby mohu jmenovat například exkaváta Giardia intestinalis (Ramesh et al. 2005), zelené řasy Ostreococcus spp. (Grimsley et al. 2010) a Chlorella variabilis (Blanc et al. 2010), vřeckovýtrusnou houbu Aspergillus fumigatus (O'Gorman et al. 2009) či bazálního opistokonta Pseudoperkinsus tapestis (Marshall & Berbee 2010).“ (Toman 2011). 2.1.1.6 Nevýhody pohlavního rozmnožování Pohlavní rozmnožování přináší svým nositelům některé evidentní nevýhody. O jejich výčet jsem se pokusil již ve své bakalářské práci (Toman 2011), zde bych ho však rád rozšířil a vyjasnil některé nejasnosti, které snad ze zmíněného textu mohly vyplynout. Existence pohlavního rozmnožování nepředstavovala až do devatenáctého století velký problém. S nástupem Darwinovy evoluční teorie si ale řada badatelů začala všímat do očí bijících nevýhod pohlavnosti a vymýšlet hypotetické výhody, kterými by tyto své nedostatky vyrovnala (Weismann 1889, převzato z Ridley 2007, str. 33). Nejmarkantnější nevýhoda pohlavního rozmnožování byla později pojmenována jako dvojnásobná cena sexu (Maynard Smith 1978, str. 1–10). Energie spotřebovaná k tvorbě samců samicemi u pohlavního druhu může být plně využita k tvorbě dalších samic u druhu partenogenetického. Taková nepohlavní populace se může za ideálních podmínek množit dvojnásobnou rychlostí v porovnání s populací pohlavní. Dvojnásobná cena sexu se týká i hermafroditů, pokud investují do samčích pohlavních buněk stejné množství energie jako do samičích. Pokud ale dochází k samooplození či je investice do samčích pohlavních buněk jinak snížená, snižuje se i cena sexu. Stejně tak pokud samec zvyšuje investici do potomstva, např. přináší zdroje samici nebo pomáhá s výchovou potomků, případně u izogametických organismů s vnějším oplozením nebo jednobuněčných organismů, se celkový reprodukční úspěch zvýší a cena sexu sníží. Pokud oba partneři vkládají do produkce potomků stejné zdroje, cena sexu klesá až na nulu. Někteří badatelé dokonce tvrdí, že z uvedených důvodů v čiré podobě dvojnásobná cena sexu téměř nikdy (nebo vůbec nikdy) nenastává (Bengtsson 2009). Většina badatelů uvádí tento fenomén pod názvem dvojnásobná cena sexu a opomíjí do značné míry související, ale odlišnou cenu. Od času velké syntézy je totiž evidentní další dvojnásobná cena – dvojnásobná genetická cena samců, neboli cena meiózy (Williams & Mitton 1973, převzato z Uyenoyama 1984). Každý jedinec předá do potomka pouze polovinu svých genů, na rozdíl od jedince nepohlavního, který je předá všechny. Pro stejný reprodukční úspěch v ideální populaci musí pohlavní jedinec vyprodukovat dvojnásobné množství potomků. Oba fenomény bychom měli odlišovat a první nazývat raději dvojnásobnou ekologickou cenou samců. Nesmíme však zapomínat, že obě ceny sexu platí v tak vyhraněné podobě, jen pokud je vše ostatní stejné (Bengtsson 2009). Sex však má i řadu dalších nevýhod. Pohlavní rozmnožování je bezpochyby náročné na energii a čas, neboť vyžaduje produkci specifických struktur, feromonů a vzorců chování určených k nalákání či vyhledávání pohlavního partnera a samotnému pářícímu rituálu (Xu 2005). Na vyhledávání všech 8
těchto znaků se může specializovat hypotetický predátor, parazit či parazitoid (Schwander et al. 2013). I samotné vyhledávání pohlavního partnera a případné dvoření je spojeno s rizikem predace a parazitace (Rowe 1994). Stejně tak pohlavní styk je rizikovou záležitostí hrozící přenosem parazitů (Hastings 1999). Tato rizika zřejmě výrazně závisejí na proměnlivosti prostředí a mohou se v různých oblastech značně lišit, což je jedním z hypotetických důvodů existence geografické partenogeneze (Butlin et al. 1998a), tj. rozšíření nepohlavních druhů do vyšších zeměpisných šířek a nadmořských výšek (viz kapitola 2.3.8). Meióza spojená s pohlavním rozmnožováním je náročná na molekulární výbavu organismu, stojí značné množství zdrojů a trvá dlouhou dobu (Flegr 2005, str. 243). Další nevýhodou sexu může být rozpojení výhodných kombinací alel a naopak vytváření kombinací v daném prostředí nevýhodných (tzv. segregační a rekombinační zátěž), což ukázaly i matematické modely (Nei 1967; Turner 1967; Crow 1970). Tato nevýhoda je velmi významná zejména v prostředích se stabilními abiotickými podmínkami a malým počtem konkurentů, predátorů a parazitů (Butlin et al. 1998a). Jistou nevýhodou sexu může být i zvýšená mutační rychlost u samců, zdokumentovaná od savců (Redfield 1994). Dále se u pohlavního druhu uplatňuje Alleeho efekt (Courchamp et al. 1999). Pohlavní druh s nutností oplození od jiného jedince je citlivý na zmenšení populace, samci a samice musí být schopni se navzájem vyhledat. Ze stejného důvodu mají pohlavní druhy do značné míry omezenou schopnost kolonizace nových stanovišť a v tomto faktoru mají v řadě případů výhodu nepohlavní druhy (Ó Foighil 1989; Martens 1998b; Law & Crespi 2002b). Z uvedeného výčtu je evidentní, že pohlavní rozmnožování přináší pohlavnímu druhu řadu nevýhod, které se sice nemusí uplatňovat všechny zároveň a v plné míře, ale přesto hrají významnou roli. Pohlavní rozmnožování z tohoto pohledu rozhodně není samozřejmostí a vyžaduje si existenci výhod, které by tato negativa přinejmenším vyvážily. 2.1.2
Sekundárně nepohlavní rozmnožování
2.1.2.1 Rozšíření sekundárně nepohlavního rozmnožování Ve světle uvedených nevýhod sexu není překvapením, že velké množství eukaryotických linií využívá nepohlavní rozmnožování. Nepohlavní rozmnožování je široce rozšířené mezi protisty (Dacks & Roger 1999), mnohobuněčnými rostlinami (Van Dijk 2009) i mnohobuněčnými živočichy (Butlin et al. 1998a; de Meeus et al. 2007). Udává se, že nejméně 19 z 34 kmenů mnohobuněčných živočichů zahrnuje nějaké partenogeneticky se rozmnožující druhy (Butlin et al. 1998a), ale pravděpodobně jich bude ještě daleko víc. Partenogenetické druhy se vyskytují i mezi obratlovci (Vertebrata), zejména mezi rybami, obojživelníky a plazy. Jediné obratlovčí skupiny nezahrnující nepohlavní druhy jsou ptáci (Aves) a savci (Mammalia). Savcům brání v přechodu k nepohlavnímu rozmnožování fenomén genomového imprintingu, který má za následek nutnost odlišného imprintu (epigenetické deaktivace určitých genů) od matky a
9
od otce ke zdárnému vývoji zárodku, což shrnuli např. Bartolomei a Tilghman (1997). Pouze v laboratoři se podařilo pomocí genové manipulace vytvořit životaschopné partenogenetické myši (Kono et al. 2004). U ptáků podobný ostře vymezený mechanismus není znám. V padesátých letech si Olsen a Marsden (1954) povšimli jisté incidence neoplozených, ale přesto se vyvíjejících zárodků krocana domácího (Meleagris gallopavo f. domestica) plemene Beltsville turkey. V původní populaci je takových vajec asi 14,1–22,4 %, navíc se zárodky vyvíjejí pomalu a neorganizovaně, s vysokou mortalitou. Selekcí ale lze dosáhnout až 30–40 % takto spontánně se vyvíjejících vajec. Pokud vývoj dospěje zdárně ke konci, vyklube se haploidní samec (tj. zástupce homogametického pohlaví u ptáků), ovšem v naprosté většině případů je neplodný. Nicméně malá část plodná je a zřejmě by teoreticky bylo možno založit chov těchto „arrhenotokických“ krocanů (Crews 1994; Cassar et al. 1998). Podobná situace může ještě vzácněji nastávat u kura domácího (Gallus gallus f. domestica) (Sarvella 1973). Další příklady evolučních omezení zabraňujících přechodu k nepohlavnosti shrnuli Hurst a Peck (1996), velké části taxonů však v přechodu k nepohlavnosti nebrání žádné fundamentální překážky. 2.1.2.2 Vznik partenogenetických linií Způsob vzniku partenogenetické linie je velmi důležitý faktor při jejím dalším posuzování, odvíjí se z něj totiž nejrůznější genotypové i fenotypové vlastnosti příslušného kladu. Nepohlavní linie se mohou od původní pohlavní linie lišit v morfologii, fyziologii, životních strategiích i chování (Vrijenhoek 1998). Z tohoto důvodu bychom měli být velmi opatrní při aplikování teoretických nevýhod pohlavnosti, neboť ty, zejména dvojnásobná cena samců a dvojnásobná cena meiózy, ve své jednoduché formě počítají s rovností všech faktorů ovlivňujících pohlavní a nepohlavní jedince a jejich vlastnosti – situací, která v přírodě téměř jistě nikdy nenastává (Butlin 2002; Bengtsson 2009). Užitečný přehled různých způsobů vzniku sekundárně nepohlavních linií vytvořili např. Simon, Delmotte et al. (2003). Prvním způsobem vzniku nepohlavní linie je spontánní přechod k nepohlavnosti. Ten nastává mutací v genech zodpovědných za meiózu (Schurko & Logsdon 2008) a produkci pohlavních stadií (Carson et al. 1982; Schwander & Crespi 2009a). Další možností je autopolyploidie, která může nastat v důsledku aberantní meiózy (Khawaya et al. 1995), nebo oplození neredukovaného vajíčka (AguinPombo et al. 2006). V nejjednodušším případě může mít taková mutace za následek obligátně nepohlavní linii. Může ale nastat i situace, že nově vzniklá linie produkuje nepohlavní samice a klasické samce, nebo směs nepohlavních a pohlavních potomků, tj. je fakultativně partenogenetická (Butlin et al. 1998a; Simon et al. 2002). Malá proporce neoplozených vajíček některých organismů se spontánně vyvíjí v životaschopné potomky (tachypartenogeneze) (Olsen & Marsden 1954; Stalker 1954; Carson 1967; Schwander & Crespi 2009a; Schwander et al. 2010) a na bázi tohoto procesu může teoreticky zafungovat selekce, za celé řady okolností podporovaná pozitivní zpětnou vazbou (Schwander et al. 2010). V případě 10
cyklicky partenogenetických druhů může vést k obligátní nepohlavnosti mutace v genech zodpovědných za reakci k sex-indukujícím podmínkám prostředí, například v genech zodpovědných za periodicitu nebo expresi hormonů (Simon et al. 2002). Případně mohou u takových linií vzniknout geny zabraňující meióze (Innes & Hebert 1988). Biologická zdatnost (fitness) nepohlavních linií vzniklých spontánním přechodem k nepohlavnosti a jejich ekologická valence se zpočátku zpravidla nevzdalují z rozsahu typického pro mateřský druh (Dybdahl & Lively 1995). Další způsob, kterým může povstat nepohlavní linie, je interspecifická hybridizace, zkřížení jedinců dvou druhů. Ta má nezřídka za následek allopolyploidii, nefunkční meiózu a tím pádem brání produkci životaschopných pohlavních stadií či má za následek produkci neživotaschopného potomstva. To má za následek silnou selekci na alternativní způsob produkce potomků, tj. nepohlavní (Vrijenhoek 1998). Tento způsob přechodu k nepohlavnímu rozmnožování je velmi častý (Farrar 1990; Thiriot-Quivreux 1992; Ó Foighil & Smith 1995; Taylor & Ó Foighil 2000; Delmotte et al. 2003; Johnson 2006; Ebihara et al. 2008; Welch et al. 2008; Li et al. 2013) a u obratlovců možná výhradní (Simon et al. 2003). Má za následek vysokou heterozygositu linie (Ó Foighil & Eernisse 1988; Farrar 1990; Taylor & Ó Foighil 2000). Genetická variabilita těchto skupin je často vyšší, než jaké mohou dosáhnout pohlavní linie hromaděním mutací či rekombinace samy o sobě. Také má za následek širší či, v případě opakovaných vzniků nepohlavní linie, variabilnější proteinový slovník hybridů (Moulia et al. 1991). U křížence nalezneme v biparentálně děděném jaderném genomu alely od obou rodičovských druhů, ale mitochondriální (či chloroplastová) DNA pochází jen z mateřské linie, což lze použít k identifikaci mateřských druhů (Hedges et al. 1992; Ebihara et al. 2008; Ebihara et
al.
2009). Tímto
způsobem
mohou
vznikat
složité
druhové
komplexy
pohlavních,
hybridogenetických a gynogenetických druhů, jako např. u rodu živorodek rodu Poeciliopsis (Vrijenhoek 1994). Některé hybridogenetické linie mohou produkovat nepohlavní samice a funkční samce. V delším časovém měřítku bychom sice čekali selekci proti produkci takových „zbytečných“ samců, někdy ale zřejmě může jít o velmi těžko odstranitelný vedlejší efekt cytologických mechanismů (Rossetti & Martens 1996; Smith et al. 2006; Schön et al. 2009). Většina takto vzniklých asexuálních linií je diploidní. Tímto způsobem ale mohou vznikat i polyploidní linie (Dufresne & Hebert 1994), v případě, že dva zkřížené druhy nemají stejný počet chromozomů (Farrar 1990; Ó Foighil & Smith 1995; Taylor & Ó Foighil 2000; Li et al. 2013). Zajímavým důsledkem hybridizace je fenomén heteroze, tj. fakt, že hybrid má výrazně zvýšenou biologickou zdatnost v širokém rozsahu prostředí v porovnání s jeho mateřskými pohlavními druhy (Lynch 1984). Širší ekologická valence hybridů byla zdokumentována například od skokanů rodu Rana a živorodek rodu Poeciliopsis, jak shrnul Vrijenhoek (1998). Hybridizace je navíc velmi často asociována s polyploidií, která byla sama o sobě taktéž navržena jako faktor zvyšující zdatnost v okrajových habitatech (Dufresne & Hebert 1994; Stenberg & Saura 2009) a od efektu samotného hybridního původu se velmi těžko rozlišuje (Lundmark & Saura 2006). Zvýšená zdatnost hybridů rozhodně není pravidlem, většinou má hybrid naopak sníženou ekologickou valenci či životaschopnost. Většina hybridních linií má výrazně sníženou zdatnost a brzy vymře; zůstanou jen ty 11
nejschopnější, jak Wetherington, Kotora a Vijenhoek (1987) dokázali na experimentálním křížení linií živorodek rodu Poeciliopsis. Celý efekt tak může být jednoduše způsoben tím, že v delším časovém měřítku přežijí jen ty nejschopnější hybridní linie; nemusí jít o všeobecný důsledek jakékoli hybridizace. Další možný způsob vzniku asexuální linie je „přenos nepohlavnosti“ v důsledku nedokonalé reprodukčně izolační bariéry z již existující nepohlavní linie do jiné pohlavní linie. Jde o křížení partenogenetických samic nesoucích geny pro nepohlavnost se samci z blízce příbuzného pohlavního druhu či pohlavní linie téhož druhu, případně o křížení samců produkovaných partenogenetickými samicemi se samicemi blízce příbuzného pohlavního druhu či linie (Innes & Hebert 1988). Partenogenetické linie vyštěpující životaschopné a plodné samce se nacházejí mezi ploštěnci, kroužkovci, měkkýši, celou řadou korýšů a hmyzu, jak shrnují Simon, Delmotte et al. (2003). Důsledkem je tok genů mezi populacemi, včetně genů pro nepohlavní rozmnožování, což může vést k poměrně rychlé změně dalších linií na asexuální. Příkladem může být šíření genů suprimujících meiózu u perloočky Daphnia pulex (Innes & Hebert 1988). Pro řadu nepohlavních druhových komplexů je možná takový genetický tok nezbytný, aby se vyhnuly hromadění škodlivých mutací a generovala se u nich variabilita. Podobný systém byl modelován (Jaenike & Selander 1979) i pozorován v přírodě u Daphinia pulex (Innes & Hebert 1988) a mšic (Dedryver et al. 1998). Přesto může být tento systém za řady reálných podmínek v přírodě silně limitován. Samci produkovaní partenogenetickou linií jsou často nefunkční či neplodní (spanandričtí) (Palmer & Norton 1990; Palmer & Norton 1991; Norton et al. 1993; Rossetti & Martens 1996; Smith et al. 2006; Schön et al. 2009; Schwander et al. 2013). Navíc, i pokud by byli plodní a životaschopní, nemusí docházet k páření se sexuálními samicemi – například mohou mít sníženou plodnost či být přečíslení pohlavně produkovanými samci (Schwander et al. 2013). Nepohlavní jedinec také musí přenést geny pro nepohlavnost na potomstvo. Nejčastěji je produktem takového páření směs sexuálních a asexuálních potomků (Blackman 1972; Innes & Hebert 1988). Biologická zdatnost nepohlavních linií vzniklých tímto způsobem a jejich ekologická valence se zpočátku zpravidla nevzdalují z rozsahu typického pro mateřský druh (Rispe et al. 1996). Nepohlavní linie může vzniknout i v důsledku infekce vertikálně přenosným parazitem. Notoricky známý je příklad α-proteobakterie Wolbachia, což shrnuli například Werren (1997) a Weeks, Reynolds et al. (2002) Tento parazit často indukuje u nakažených samic partenogenezi či feminizuje samce (Weeks & Breeuwer 2001). Partenogeneze je většinou vratná ošetřením hostitele antibiotiky. V nedávné době došla řada výzkumů k závěru, že podobný fenomén způsobují i další rody bakterií a může být relativně častý. Konkrétně jde o bakterie rodu Cardinium ze skupiny Bacteroidetes, vertikálně přenášené u rodu parazitoidních vosiček rodu Encarsia (Gottlieb & ZchoriFein 2001) a roztoče Brevipalpus phoenicis (Weeks et al. 2001), kde rovněž způsobuje partenogenezi; v druhém případě dokonce pomocí feminizace haploidních samců, z nichž celá populace sestává, a jde tak spolu s několika blízce příbuznými druhy o jediný zcela haploidní klad mezi mnohobuněčnými živočichy. Jak ukázal širší průzkum, Cardinium je zřejmě relativně rozšířený mezi členovci, i když 12
není tak častý jako Wolbachia (Zchori-Fein & Perlman 2004). Ze stejného výzkumu vyplývá, že podobných vertikálně přenášených parazitických bakterií existuje zřejmě ještě víc. Přechod k nepohlavnosti v důsledku infekce se pravděpodobně vyskytuje výhradně u haplodiploidních organismů (Simon et al. 2003). Neoplozená haploidní vajíčka, ze kterých by se vyvinuli samci, po nakažení parazitem duplikují genom a vyvíjí se z nich diploidní samice (Weeks et al. 2002). Zdatnost nepohlavních linií vzniklých tímto způsobem a jejich ekologická valence se zpočátku zpravidla nevzdalují z rozsahu typického pro mateřský druh, mění se pouze způsob rozmnožování. Nepohlavní linie také může vzniknout kombinací několika uvedených procesů. Například u lasturnatek (Ostracoda) haploidní nepohlavní linie vznikají spontánní ztrátou sexu, zatímco diploidní hybridizací (Chaplin et al. 1994). Podobně u perloočky Daphnia pulex vznikají haploidní nepohlavní linie spontánně či přenosem nepohlavnosti a diploidní povětšinou hybridizací (Dufresne & Hebert 1994). Nepohlavní linie mšice Rhopalosiphum padi mohou povstat spontánně, přenosem nepohlavnosti (Delmotte et al. 2001) i hybridizací (Delmotte et al. 2003). Velmi často tak vznikají složité hybridní komplexy pohlavních a nejrůznějších nepohlavních linií. Důležitým krokem je rozlišení, zda u konkrétní skupiny vznikla nepohlavnost jednou, nebo vícekrát. To lze provést pomocí molekulárně fylogenetických metod, například konstrukcí fylogenetických
stromů
zakořeněných
v nejbližší
pohlavní
skupině,
případně
porovnáním
mitochondriální a jaderné DNA v populaci (Simon et al. 2003). V případě spontánního či infekčního vzniku nepohlavnosti by si měl předek nepohlavní skupiny odvozený na základě maternálně děděné mitochondriální DNA a biparentálně děděného jaderného genomu přesně odpovídat, protože se mitochondrie i jádro předávají jako jedna jednotka (Schwander & Crespi 2009a). Naopak v případě původu nepohlavnosti v hybridizaci či přenosem nepohlavnosti by si předek odvozený na základě zmíněných dvou metod neměl odpovídat. Analýza mitochondriální DNA dále umožňuje určit počet přechodů k nepohlavnosti a případně příslušné mateřské pohlavní linie. Velmi informativní je v tomto případě i analýza karyotypu u příslušného rodu (Gastony 1977; Farrar & Mickel 1991; ThiriotQuivreux 1992; Ó Foighil & Smith 1995; Taylor & Ó Foighil 2000). Silné indicie nám ale poskytne už analýza způsobů rozmnožování v té které skupině. Pokud je u konkrétní skupiny pohlavní rozmnožování labilní a často dochází k přechodům k fakultativní či úplné partenogenezi, je pravděpodobné, že námi zkoumaná skupina bude polyfyletická (Butlin et al. 1998b; Martens 1998b; Schön et al. 2000; Schwander & Crespi 2009a). U polyfyletických taxonů můžeme očekávat větší genetickou diverzitu, z genetického i fenotypového hlediska se mohou linie lišit jedna od druhé i od pohlavního předka (Vrijenhoek 1994). 2.1.2.3 Rozdělení nepohlavního rozmnožování podle frekvence pohlavního procesu Nepohlavní rozmnožování může být obligátní, fakultativní nebo cyklické, jak shrnují např. Van Doninck, Schön a Martens (2003b). Jak jsem uvedl výše (viz kapitola 2.1.2.1), některé organismy mají evoluční omezení přechodu k nepohlavnosti a rozmnožují se tak obligátně pohlavně. Obligátně nepohlavní rozmnožování je 13
rozšířené mezi houbami, rostlinami, členovci, měkkýši, hlísty, ploštěnci, vířníky i obratlovci, což shrnuje celá řada studií (Judson & Normark 1996; Normark et al. 2003; Neiman et al. 2009; Schurko et al. 2009; Schwander & Crespi 2009a). Většina těchto skupin tvoří mladé linie, „koncové větévky“ stromu života a zahrnují pouze jednotlivé populace, druhy či rody (Butlin 2002). Pouze několik těchto skupin je starších než řádově milion let, jedná se o tzv. starobyle nepohlavní linie (Judson & Normark 1996; Butlin 2002; Normark et al. 2003). Více o tomto tématu viz kapitola 2.1.3. Velice častá je fakultativní partenogeneze (Hurst & Peck 1996; Van Doninck et al. 2003b), při které nastává pohlavní proces pouze jedenkrát za mnoho generací. Může být vynucen určitými specifickými okolnostmi, např. soustavným zmenšováním schránky u rozsivek (Bacillariophyceae) množících se nepohlavně. Když dosáhne schránka kriticky malé velikosti, musí nastat pohlavní rozmnožování produkující jedince s obnovenou velikostí schránky (Amato et al. 2005). Zdaleka ne u všech organismů je však nutnost pohlavního procesu tak evidentní, a proto se jí u nich výzkumníci snaží vysvětlit nejrůznějšími cestami, viz kapitola 2.2. Další možností fakultativní partenogeneze je produkce části potomstva pohlavní cestou a části cestou nepohlavní (Hurst & Peck 1996), zhruba ve smyslu rozmnožování jahodníku (Fragaria) vysílajícího odnože do nejbližšího okolí a zároveň produkujícího semena pro dálkovou disperzi (Williams 1975, str. 26–34). Fakultativně partenogeneticky se rozmnožuje široká paleta organismů. U protistních organismů (Dacks & Roger 1999) a rostlin (Van Dijk 2009) je naprosto běžná. U mnohobuněčných živočichů se ji pokusili sumarizovat např. Thielsch, Brede et al. (2009), kteří, byť se zabývají pouze cyklickou partenogenezí, tvrdí, že se tak rozmnožuje nejméně 15 000 druhů sedmi velkých taxonomických skupin zahrnujících točivky (Monogononta), perloočky (Cladocera), dvojrodé (Digenea), stejnokřídlé (Homoptera), blanokřídlé (Hymenoptera), dvoukřídlé (Diptera) a brouky (Coleoptera). Další organismy se rozmnožují fakultativně partenogeneticky bez jasné cyklické patrnosti, a to včetně nejrůznějších druhů hmyzu (Goto 1960; Loxdale & Lushai 2003), korýšů (Crustacea) (Buric et al. 2011), roztočů, ostnokožců (Echinodermata) (Mladenov 1996), vířníků (King & Serra 1998) a dalších živočichů, jež prozkoumal např. Bell (1982, str. 150–331). Není bez zajímavosti, že i mezi obratlovci se nachází řada fakultativně nepohlavních organismů, zejména mezi rybami, obojživelníky a plazy, jak shrnul Lampert (2008). Zdokumentováni jsou i od ptáků (Olsen & Marsden 1954; Sarvella 1973; Crews 1994; Cassar et al. 1998) a uměle indukováni byli u myší (Kono et al. 2004), viz kapitola 2.1.2.1. Některé
fakultativně
partenogenetické
organismy
procházejí
zmíněnou
cyklickou
partenogenezí, speciálním případem fakultativní partenogeneze, která sleduje předem daný scénář v průběhu delšího časového období. Z nejznámějších případů mohu jmenovat mšice (Aphidoidea), které pohlavní cestou na podzim produkují přezimující vajíčka, přičemž v průběhu jara a léta se množí partenogeneticky pomocí apomixis (Simon et al. 2002). Dalším neméně známým případem je mnoho druhů perlooček rodu Daphnia, které se za optimálních podmínek rozmnožují partenogeneticky, přičemž samce a potažmo oplodněná vajíčka produkují pouze za nepříznivých podmínek, zpravidla způsobených vysycháním či přicházející zimou (Kleiven et al. 1992). 14
Vzhledem k širokému rozšíření tohoto fenoménu je pravděpodobné, že je opravdu výhodnou životní strategií, což potvrzují i teoretické modely (Pamilo et al. 1987; Howard & Lively 1994; Green & Noakes 1995; Howard & Lively 1998). Fakultativně nepohlavní rozmnožování však může být za řady podmínek nestabilní (Burt 2000). Fakt, že se všechny eukaryotické organismy nerozmnožují tímto způsobem, je nejspíš způsoben zmíněnými evolučními omezeními (Hurst & Peck 1996). Zpětný přechod od nepohlavnosti k pohlavnímu rozmnožování (tj. reevolvování sexuality) je vysoce nepravděpodobný. Jakékoli neexprimované geny za normálních okolností podléhají degradaci, při nepřítomnosti selekčního tlaku na jejich správnou funkci se v nich hromadí škodlivé mutace. Hromadění těchto mutací procesem genetického driftu však může být poměrně pomalé a genetické dráhy kódující pohlavní znaky mohou být součástí pleiotropních sítí (Schwander et al. 2013). Bylo ale opakovaně dokázáno, že neschopnost exprimovat sexuální znaky a potažmo navrátit se k sexualitě nastává u nepohlavních linií překvapivě brzo (Carson et al. 1982; Gottlieb & Zchori-Fein 2001; Schwander et al. 2013). Za fenomén může s největší pravděpodobností selekce na degradaci pohlavních znaků u samic, neboť celá řada z nich může snižovat biologickou zdatnost nepohlavně se rozmnožující samice (například zvuky, feromony či určité vzorce chování určené k lákání samců mohou být nejen nákladné, ale navíc mohou lákat dravce, parazity a parazitoidy, kteří jsou adaptováni právě na jejich vyhledávání) (Schwander et al. 2013). Přesto je pravděpodobné, že přinejmenším v jednom případě, u skupiny roztočů pancířníků (Oribatidae) Crotoniidae, došlo k reevolvování sexuality (Domes et al. 2007b). Taková událost, pokud ji potvrdí i další studie, je však zřejmě naprostou raritou. 2.1.3
Starobyle nepohlavní linie
2.1.3.1 Vymezení starobyle nepohlavních linií Již dříve jsem uvedl, že obligátně nepohlavní rozmnožování nalezneme mezi mnohobuněčnými živočichy, houbami i rostlinami (Judson & Normark 1996; Normark et al. 2003; Neiman et al. 2009; Schurko et al. 2009; Schwander & Crespi 2009a). Z makroevolučního hlediska je nejzajímavějším fenoménem rozložení nepohlavních kladů na stromu života. Můžeme považovat přinejmenším za nápadné, že drtivá většina těchto skupin jsou mladé linie, doslova „koncové větve“ stromu života (Butlin 2002). Obligátně nepohlavní linie jsou vesměs pouhé jednotlivé populace, druhy či nanejvýš rody. Jak již bylo řečeno, jen několik málo těchto skupin, tzv. starobyle nepohlavní linie, je starších než řádově milion let. Přinejmenším některé starobyle asexuální linie jsou také velmi druhově bohaté. Většina nově vzniklých nepohlavních linií ale asi rychle spěje k extinkci (Judson & Normark 1996; Butlin 2002; Normark et al. 2003). Novější studie ukazují, že časový předěl ve stáří mezi množstvím recentně asexuálních kladů a několika málo starobyle asexuálními klady nemusí být tak propastný a při vynesení v logaritmickém měřítku mohou jejich stáří tvořit víceméně souvislou přímku (Neiman et al. 2009). Sami autoři metastudie však přiznávají, že několik starobyle nepohlavních skupin je zkoumáno výrazně intenzivněji než množství krátkodobě asexuálních linií a výsledky tak z tohoto důvodu mohou být do
15
jisté míry zkreslené. Fakt, že se v případě obligátně nepohlavních linií jedná v naprosté většině o taxony nízké úrovně a jen velice zřídka o větší monofyletické linie, byl však i touto studií podpořen (Neiman et al. 2009). Schwander a Crespi (2009a) se zabývali otázkou, zda je k vysvětlení pozorovaného fenoménu skutečně nutný častý vznik spojený s častou extinkcí obligátně nepohlavních linií. Došli k závěru, že jej dokáží za určitého nastavení parametrů vysvětlit i neutrální modely založené například na ojedinělém vzniku nepohlavní linie spojeném s její další zpomalenou speciační rychlostí, vyšší mírou extinkce v prostředí vyšších zeměpisných šířek a nadmořských výšek (kde se vyskytují nepohlavní linie s geografickou partenogenezí, viz kapitola 2.3.8) či dynamickou rovnováhou mezi vznikáním a zanikáním nepohlavních linií (Janko et al. 2008; Schwander & Crespi 2009a). S jistotou však nelze rozhodnout ve prospěch žádného z těchto modelů, které navíc v řadě bodů příliš neodpovídají reálným pozorováním. Proti relativně nejrealističtějšímu neutrálnímu modelu – hypotéze o dynamické rovnováze mezi vznikáním a zanikáním nepohlavních linií – svědčí poznatek Neimana, Meirmanse et al. (2009), kteří neprokázali trend k nižšímu stáří obligátně asexuálních linií u kladů s častým a intenzivním odštěpováním nepohlavních linií. Na druhou stranu, analýza délky koncových větévek několika fylogenetických stromů zahrnujících pohlavní a nepohlavní linie neprokázala nižší stáří nepohlavních druhů v porovnání s pohlavními příbuznými (Schwander & Crespi 2009a); výsledky však mohou být značně ovlivněný nejasným uchopením nepohlavních druhů a malým fylogenetickým rozsahem. Konečně, sofistikovaná molekulárně-biologická analýza hromadění genetické variability naznačuje jistému v čase se zvyšujícímu selekčnímu tlaku proti obligátně asexuálním liniím, který nelze zachytit neutrálními modely (Janko et al. 2011). Vysvětlením rozložení sekundárně asexuálních kladů na stromu života je s největší pravděpodobností druhový výběr. Nepohlavní taxony mají zřejmě sníženou pravděpodobnost speciace a zvýšenou pravděpodobnost extinkce, takže v delším časovém horizontu prohrají s pohlavními liniemi i přes pravděpodobnou krátkodobou výhodu (Nunney 1989). Kdyby byly takto krátkodobé všechny sekundárně nepohlavní linie, bylo by, bez ohledu na konkrétní teorii vysvětlující výhody pohlavního rozmnožování (viz kapitola 2.2), evidentní, že je pohlavnost bez výjimky dlouhodobě výhodná. V takovém případě bychom nepohlavní linie mohli označit za „evoluční experimenty“, které jsou sice krátkodobě vysoce životaschopné a dokáží se prosadit i proti sexuálním příbuzným, ale v dlouhodobém horizontu bez výjimky spějí k extinkci. To by však neodpovídalo skutečnosti. Zmíněné starobyle nepohlavní linie jsou totiž evolučně dlouhodobě životaschopné. První si těchto taxonů, přesněji řečeno jednoho z nich – vířníků skupiny pijavenek (Bdelloidea) – povšiml už Maynard Smith (1986) a nazval jej „evolučním skandálem“. Bdelloidea jsou bezesporu nejmarkantnějším příkladem zmíněného fenoménu. Čas ale ukázal, že zdaleka nejsou jediní. V následujících letech navrhovali další výzkumníci mezi starobyle nepohlavní taxony řadu dalších v tomto ohledu lépe či hůře podpořených skupin (Judson & Normark 1996; Normark et al. 2003; Neiman et al. 2009; Schurko et al. 2009; Schwander & Crespi 2009b), jejichž zkoumáním se tato práce bude zabývat. 16
2.1.3.2 Detekce starobyle nepohlavních linií Zcela klíčové jsou metody detekce starobyle asexuálních skupin, které vyčerpávajícím způsobem shrnují např. Normark, Judson a Moran (2003) či Schurko, Neiman a Logsdon (2009). V začátcích výzkumu starobyle nepohlavních skupin byly metody jejich detekce poněkud primitivní. Především se musíme ptát, zda u námi zkoumaného organismu je nějaká možnost výměny genetického materiálu (Schurko et al. 2009). V prvním kroku je tedy třeba vytipovat skupinu, kde se alespoň na první pohled nevyskytují samci a samice se rozmnožují nepohlavně bez jejich přispění. Také bychom zde neměli pozorovat kopulační chování ani sexuální signály, například pohlavní feromony. Zcela původní vymezení tedy bylo čistě negativní (Judson & Normark 1996). Proti konceptu starobyle asexuálních skupin se zhruba ve stejné době utvořila značná vlna kritiky (Hurst et al. 1992; Schön et al. 1996). Hurst, Hamilton a Ladle (1992) tvrdí, že s největší pravděpodobností dochází čas od času k pohlavnímu procesu i u hypoteticky starobyle asexuálních skupin. Pouze jsme jej ještě nerozeznali, protože je skrytý či nějakým způsobem odlišný od našich očekávání. Své závěry dokazují řadou pozorování u prvoků. V podobném duchu bychom mohli argumentovat, že u starobyle nepohlavních skupin dochází k nějaké formě parasexuálního rozmnožování, které jsem zmínil v kapitole 2.1.1.3. Stejní autoři (Hurst et al. 1992) také tvrdí, že u velkých starobyle asexuálních skupin může jít jednoduše o kontinuálně produkované krátkodobé nepohlavní linie odštěpené z nějaké pohlavní populace nebo populací, kterou či které jsme ještě neobjevili; zhruba ve smyslu pampelišky (Taraxacum) nebo ostružiníku (Rubus), jejichž druhy také mají jen malé sexuální populace v prostředí s ideálními podmínkami a většinu areálu výskytu zabírají nepohlavní populace (Hörandl 2009). Bylo tedy třeba vytvořit sofistikovanější metody detekce starobyle asexuálních linií. Bez ohledu na pokročilejší metody jejich detekce je zde však třeba poznamenat, že i negativní evidence může být silným dokladem pro obligátní asexualitu. U dvou nejlépe prozkoumaných starobyle asexuálních skupin – Bdelloidea a Darwinulidae – Birky (2010) dokázal, že i kdyby vyštěpovaly vzácně samce účastnící se pohlavního procesu, jejich frekvence na základě velkého množství prozkoumaného materiálu by byla extrémně nízká (odhady hovoří o frekvenci nižší než 1:10 6 u Bdelloidea, respektive 1:104 u Darwinulidae) a rozmnožování by bylo funkčně nepohlavní. Pohlavní rozmnožování v tak nízké frekvenci by mělo tendenci v čase vymizet, neboť akumulace škodlivých mutací v drahách odpovědných za jeho údržbu by pravděpodobně měla mizivý vliv na biologickou zdatnost (Birky 2010). Následující techniky lze použít k důkazu obligátní nepohlavnosti studované skupiny a mohou svědčit i jako nepřímé důkazy pro starobylou asexualitu, zvláště pokud se projevují ve zvýšené míře nebo kombinaci. Pro asexualitu svědčí přítomnost vysoké vazebné nerovnováhy (celý genom se předává jako jedna jednotka), což lze demonstrovat například na Glomales, skupině arbuskulárně mykorhizních hub ze skupiny Zygomycota (Normark et al. 2003). Vazebnou nerovnováhu mohou ale vytvářet i jiné fenomény, například selekce, epistáze nebo nedostatečný sampling (Halkett et al. 2005). 17
Dále můžeme sledovat, zda si odpovídá dědivost mitochondriální a jaderné DNA – u nepohlavního druhu se totiž dědí jako jedna jednotka, zatímco u pohlavního odděleně. V prvním případě by si fylogenetické stromy vytvořené na základě mitochondriální a jaderné genetické informace měly přesně odpovídat (Simon et al. 2003). Shodu ale mohou narušit i jiné procesy než pohlavní rozmnožování, např. hybridní původ nepohlavních linií (Crease et al. 1989; Schön et al. 2000) nebo rozdílná evoluční rychlost mitochondriální a jaderné DNA (Schön et al. 2003). Tímto způsobem lze odhalit i vzácný sex, jako se to povedlo např. Belshawovi, Quickemu et al. (1999) u parazitoidních vosiček rodu Lysiphlebus. Také můžeme očekávat, že přechod k nepohlavnosti bude mít silný efekt na určité třídy genů (Normark et al. 2003). Degradují geny pro primární i sekundární pohlavní znaky. Můžeme jmenovat degradaci genů pro samčí pohlavní znaky včetně spermatogeneze a produkce s ní spojených seminálních proteinů (Palmer & Norton 1990; Palmer & Norton 1991; Norton et al. 1993; Rossetti & Martens 1996; Smith et al. 2006; Schön et al. 2009; Schwander et al. 2013). Degradují i geny pro pohlavní chování obou pohlaví (např. dvoření či produkci feromonů) (Carson et al. 1982). Degradují také geny spojené s případným mezipohlavním či vnitropohlavním konfliktem a samozřejmě geny spojené s pohlavním výběrem (Normark et al. 2003; Schwander et al. 2013). Degradace u nepohlavní linie neexprimovaných samčích genů jen působením genetického driftu může být i kvůli zapojení genů v pleiotropních sítích poměrně pomalá. Naopak na degradaci pohlavních znaků u samic působí zřejmě silná selekce, protože se nejen exprimují v každé generaci a jsou nákladné, ale mohou navíc lákat dravce, parazity a parazitoidy adaptované právě na jejich vyhledávání (např. zvuky, feromony či vzorce chování) a výrazně snižovat zdatnost nepohlavních samic (Schwander et al. 2013). U apomikticky a somaticky se rozmnožujících organismů můžeme očekávat, že degradují či získají jiné funkce geny spojené s meiózou (Schurko & Logsdon 2008). Na druhou stranu, některé z těchto genů ztratily i prokazatelně pohlavní linie (např. Drosophila melanogaster a Caenorhabditis elegans (Gerton & DeRisi 2002)) a naopak řada těchto genů je zapojená v pleiotropních sítích (Schwander et al. 2013). Proto je lepším přístupem zkoumat co do přítomnosti celou reprezentativní sadu genů pro meiózu, což navrhují např. Schurko a Logsdon (2008). Dále u nepohlavní apomiktické či somaticky se rozmnožující linie dochází k degradaci chromozomů (aneuploidii), které kvůli absenci meiózy již nepárují a organismus se stává funkčně haploidním (Welch & Meselson 1998; Blackman et al. 2000). Zmíněný proces byl pozorován u stejnokřídlého hmyzu skupiny Tramini (Normark 1999), ploštěnců rodu Meloidogyne (Triantaphyllou 1981), rodu strašilek Timema (Schwander & Crespi 2009a) a vířníků skupiny Bdelloidea (Welch & Meselson 1998). K degradaci chromozomů však může zřejmě docházet velmi rychle a není přímým dokladem pro starobylou asexualitu. U laboratorní kultury australské mšice Sitobion miscanthi nastalo rozštěpení chromozomu už za sedm let od přechodu k nepohlavnosti (Sunnucks et al. 1996). Automikticky se rozmnožující organismy, na rozdíl od apomiktických, procházejí meiózou a uchovávají své geny pro tento proces. Ze stejného důvodu zachovávají párování chromozomů a diploidní stav genomu. 18
Dále degradují vertikálně přenosní genomoví parazité, zejména traspozabilní elementy (Arkhipova & Meselson 2000; Boutin et al. 2012). Očekávali bychom také, že nepohlavní druh vyvine mechanismy obrany před nekontrolovatelným množením takových elementů už v genomu přítomných. První předpoklad byl zdokumentován u vířníků skupiny Bdelloidea, v jejichž genomu chybí mnoho tříd transpozibilních elementů a zbývají jen zástupci horizontálně přenosných transpozonů (Arkhipova & Meselson 2000). Zbývající transpozony u Bdelloidea (Gladyshev & Arkhipova 2007) a jejich obdoby u kapradin rodu Vittaria (Docking et al. 2006) a lasturnatek skupiny Darwinulidae (Schön & Arkhipova 2006) jsou zřejmě „domestikovány“ a zastávají důležité funkce, například při prodlužování telomer. Jejich odstraňování je také pravděpodobně velmi pomalé a jsou deaktivovány a degradovány postupně. Po přechodu k nepohlavnosti se změní substituční rychlost v genomu, směr této změny však záleží na mnoha dalších faktorech. Z konkrétních mechanismů jmenujme absenci rekombinace (Stenberg & Saura 2009) či mutagenní spermatogeneze (Redfield 1994), která jej může snižovat; a naopak absenci možné dormantní pohlavní fáze, která jej může zvyšovat (Normark & Moran 2000). Z obecného hlediska však jde o složitější otázku. Normark, Judson a Moran (2003) zmiňují zvýšení substituční rychlosti vlivem snížením vlivu selekce (způsobeného menší velikosti populace) a vlivem Mullerovy rohatky (viz kapitola 2.2.3) při absenci pohlavního rozmnožování (Moran 1996; Charlesworth & Charlesworth 1997). Může však jít pouze o dočasný efekt. Z druhé strany se na problém lze dívat tak, že naopak pohlavnost způsobuje relaxaci opravných mechanismů genetické informace (například vlivem diploidie a možné přítomnosti „záložní“ alely) a přechod k nepohlavnosti si v dlouhém časovém měřítku vynutí snížení substituční rychlosti (Holsinger & Feldman 1983). Také můžeme hledat specifické adaptace na sexualitu. Ty se týkají hlavně změn právě zmíněné substituční rychlosti. Velkým nebezpečím je pro nepohlavní linii nahromadění slabě škodlivých mutací procesem Mullerovy rohatky (viz kapitola 2.2.3). Nepohlavní linie se mu může vyhnout paradoxně dvěma naprosto protichůdnými způsoby. Může snížit mutační rychlost na minimum například zdokonalením opravných mechanismů (Schön et al. 1996; Schön et al. 1998; Schön & Martens 1998; Schön & Martens 2003) nebo odstraněním genomových parazitů (Arkhipova & Meselson 2000). Nebo může naopak zvýšit škodlivý účinek každé škodlivé mutace tak, aby jí zachytil přirozený výběr, tj. například učinit většinu škodlivých mutací letálními (Gabriel et al. 1993; Lynch et al. 1993). Takový vliv by mohlo mít například výrazné snížení aktivity opravných mechanismů DNA. Podobný vliv má již zmíněná funkční haploidizace (Triantaphyllou 1981; Welch & Meselson 1998; Normark 1999; Blackman et al. 2000; Schwander & Crespi 2009a) v důsledku přechodu k nepohlavnosti a s ní spojená ztráta či změna funkce homologní alely (Pouchkina-Stantcheva et al. 2007). Další možností je negativní epistáze u škodlivých mutací (tj. ve svých účincích se posilují) (Charlesworth et al. 1993). Samotná změna funkce původně homologní alely a její specializace na nové účely je dalším dokladem adaptace na asexualitu (Pouchkina-Stantcheva et al. 2007). Další hypotetickou adaptací na nepohlavnost může být nenáhodnost mutací co do místa v genomu, zvýšení
19
mutační aktivity a tvorba mutačních hot-spots například v genech zodpovědných za rezistenci k parazitům (Normark et al. 2003). Dalším důležitým krokem je následně potvrdit, že nepohlavnost je u námi vytipovaných skupin opravdu obligátní (tj. zda se sex nevyskytuje vzácně nebo krypticky) a dlouhotrvající. Jak uvádí Judson a Normark (1996), existují tři hlavní hlediska. (1) Musí jít o monofyletickou skupinu, která (2) musí být skutečně starobylá a (3) musí být primitivně asexuální, tj. nezažila za dobu svého trvání žádný pohlavní proces. Problém monofylie skupiny má svá úskalí, ale přesto jej pomocí morfologických a molekulárně-biologických metod lze poměrně uspokojivě vyřešit (Simon et al. 2003). Větší problém je s druhým hlediskem. Jak shrnuje Butlin (2002), je třeba porovnat divergence sekvencí mezi zástupci uvnitř nepohlavní linie a mezi touto linií a jejím sesterským pohlavním kladem. Fylogenetická analýza s použitím technik molekulárních hodin následně udá horní a dolní limit stáří příslušné asexuální skupiny; výsledky odvozené z vnitrodruhové divergence udají dolní limit stáří, výsledky mezidruhové divergence limit horní. Přechod k nepohlavnosti tudíž musel nastat někde mezi těmito dvěma časovými body. Velkým problémem tohoto intuitivního přístupu je mlčky přijímaný předpoklad, že přechody k nepohlavnímu rozmnožování jsou vzácnou událostí. Pokud totiž nastávají u určité skupiny často a zvláště pokud jsou doprovázeny častou extinkcí sesterských (respektive mateřských) pohlavních linií, recentní nepohlavní linie mohou tvořit monofyletický klad, v jehož rámci ale došlo k několika nezávislým přechodům k nepohlavnosti (Chaplin & Hebert 1997; Martens 1998b). Datování pomocí popsané metody zatížené tímto artefaktem uvádí výrazně navýšené stáří skupiny, které vůbec neodpovídá skutečnosti (Butlin 2002). Kromě zmíněných technik molekulárních hodin nám ve specifických případech mohou pomoci i paleontologické nálezy (např. pokud je vysoce pravděpodobné, že samotný vznik jasně identifikovatelné monofyletické skupiny souvisel s přechodem k nepohlavnímu rozmnožování, jako u Bdelloidea (Poinar & Ricci 1992; Waggoner & Poinar 1993)) a biogeografické poznatky (např. pokud má nepohlavní monofyletický klad vysoce omezenou disperzi a zároveň interkontinentální rozšíření, jako Oribatidae (Hammer & Wallwork 1979; Heethoff et al. 2007)). Další otázkou je, jak dlouhý časový úsek už označíme za „starobylý“. Bdelloidea jsou nepohlavní nejméně 35–40 milionů let (Poinar & Ricci 1992; Waggoner & Poinar 1993; Welch & Meselson 2000), Darwinulidae (Martens et al. 2003; Martens et al. 2005) a Oribatidae (Hammer & Wallwork 1979; Heethoff et al. 2007) dokonce stovky milionů let; oproti tomu řada nepohlavních linií představuje jen stovky či tisíce let staré populace (Neiman et al. 2009). Jakékoli dělení obligátně nepohlavních organismů je čistě arbitrární (Neiman et al. 2009), přičemž někteří výzkumníci mluví o obligátně nepohlavním rozmnožování po 50 000 generací či 0,5 milionu let (Law & Crespi 2002a), zatímco jiní preferují jeden milion generací (Schwander et al. 2011) či „miliony let“ (Judson & Normark 1996). Já se přidržím konzervativního přístupu (Judson & Normark 1996; Normark et al. 2003) a za starobyle nepohlavní budu považovat druhy rozmnožující se nepohlavně od řádu milionů let výše. 20
Největší problém představuje zřejmě třetí hledisko. Dokonalá absence pohlavního procesu za tak dlouhou dobu je velmi obtížně prokazatelná. Relativně nejlehčí je to u apomikticky a somaticky se rozmnožujících asexuálů. Těžší je ale situace u asexuálů rozmnožujících se automixis, kteří provádějí meiózu, ne však syngamii pohlavních buněk dvou odlišných jedinců. K detekci absence pohlavního rozmnožování v přítomnosti se používá test na fylogenetickou shodu mezi lokusy uvnitř populace. Nepřítomnost rekombinantů mezi různými sledovanými lokusy v populaci značí nepřítomnost rekombinace (Normark et al. 2003). Naneštěstí tuto metodu nelze spolehlivě použít k identifikaci starobyle nepohlavních linií, protože genetická struktura nepohlavně se množící populace relativně rychle zcela nahradí genetickou strukturu pohlavní linie (Normark 1999; Wilson et al. 1999; Spence & Blackman 2000). Nehodí se ani k určení stáří nepohlavní linie. Podle neutrálního modelu se čas koalescence udávající dobu uplynulou od posledního společného předka vypočítá jako 2Ne, kde Ne je efektivní velikost populace. Ta je obvykle daleko menší než aktuální velikost populace v kterémkoli okamžiku a reálný čas koalescence je tedy ve většině případů nižší, než ten vyplývající z neutrálního modelu. Nepohlavní druh má navíc všechny lokusy ve vazbě a jakákoli směrovaná selekce na jakýkoli lokus povede k dalšímu zvýšení vypočteného času koalescence. Stáří nepohlavní populace tak bude ve většině případů daleko nižší, než jaké udá výsledek testu na fylogenetickou shodu mezi lokusy uvnitř populace. Navíc fylogenetickou shodu mezi lokusy v populaci mohou vytvářet i jiné procesy a lokusy jednotlivých individuí různých navzájem se nekřížících druhů typicky vykazují vysokou shodu. Tato metoda se tedy hodí opravdu jen k detekci recentní asexuality, a byť má i v hledání starobyle asexuálních linií své využití, musí být doplněna dalšími přístupy (Normark et al. 2003). První opravdu použitelná a navíc značně intuitivní metoda je založená na předpokladu, že dvě sesterské alely u apomikticky či somaticky se rozmnožujícího druhu budou nezávisle na sobě nabírat mutace. Jinými slovy, v průběhu času stoupá v populaci heterozygosita, a to zejména v nekódujících oblastech genomu. Pokud srovnáme alelické divergence uvnitř monofyletické nepohlavní linie a mezi ní a její sesterskou pohlavní linií, měli bychom pozorovat evidentní rozdíl. První navrhl tuto metodu Birky (1996) a na vířnících skupiny Bdelloidea ji ověřili Welch a Meselson (2000), podle nějž dostala název jako Meselsonova metoda, potažmo detekce Meselsonova efektu (Butlin 2002; Simon et al. 2003). Protože u apomiktického a somaticky se množícího nepohlavního organismu neprobíhá rekombinace mezi různými oblastmi genomu jednoho jedince ani mezi genomy různých jedinců, divergence dvojice homologních alel musela předcházet přechodu k nepohlavnímu rozmnožování. Každá jedna z těchto alel bude nezávisle sbírat mutace u každého individua. Rozdíl mezi dvojicí homologních alel u jednoho individua bude větší než rozdíl mezi stejnými alelami u různých jedinců. Tento fenomén lze použít i k dataci přechodu k asexualitě. Navíc homologní alely budou mít stejnou evoluční historii větvení v jednotlivých liniích, jinými slovy budou mít charakter genomické panvikariance. Pro apomikticky a somaticky se množící linie (případně pro některé speciální případy automixis) platí panvikariance pro každý pár alel, které se nacházely na stejném lokusu u společného
21
předka. Pro automiktické, případně samooplozující se, linie platí genomická panvikariance mezi odpovídajícími si lokusy. Meselsonův efekt samozřejmě může narušovat řada procesů, např. horizontální genový transfer, mitotická rekombinace (která často probíhá právě u striktně asexuálních druhů např. se somatickým rozmnožováním) a vysoce účinné opravné mechanismy (Schön & Martens 1998), nízká substituční rychlost (Schön et al. 2003) a genové duplikace či delece (Birky 1996). Mimikovat jej mohou také jiné fenomény, například pokud za monofyletický nepohlavní klad pokládáme skupinu nepohlavních linií vzniklých hybridizací (Lunt 2008) nebo je sledovaný organismus ve skutečnosti polyploidní (Welch et al. 2008). Zásadní je také porovnávat asexuální druh s co nejbližším pohlavně se rozmnožujícím příbuzným, nejlépe jeho sesterskou linií. V zásadě je ale metoda detekce Meselsonova efektu dobře použitelná, jak dokázali např. již zmínění Welch a Meselson (2000), když potvrdili starobylou asexualitu u vířníků skupiny Bdelloidea, byť byla interpretace pozorovaného Meselsonova efektu později zkomplikována zjištěním, že jde o vysoce degenerované tetraploidy (Welch et al. 2008; Hur et al. 2009). Dále byl s větší či menší mírou spolehlivosti demonstrován u hlístů rodu Meloidogyne (Lunt 2008), mšice Rhopalosiphum padi (Delmotte et al. 2003), mlžů rodu Lasaea (Ó Foighil & Smith 1995), rodu strašilek Timema (Schwander et al. 2011) a plže Campeloma parthenum (Johnson 2006). Z uvedeného výčtu technik určených k identifikaci starobyle asexuálních linií je zřejmé, že při jejich hledání a potvrzování je ideální zkombinovat několik přístupů, což nám dá daleko přesvědčivější a spolehlivější výsledky.
2.2 Teorie pohlavního rozmnožování 2.2.1
Úvod do teorií vysvětlujících paradox pohlavního rozmnožování
Široké rozšíření nepohlavního rozmnožování navzdory jeho očividným nevýhodám (viz kapitola 2.1.1.6) představuje paradox, který si žádá vysvětlení. Do výzkumu tohoto paradoxu investovala od konce devatenáctého století až do současnosti dlouhá řada výzkumníků obrovské úsilí. Kondrashov (1993) uvádí, že jen do začátku devadesátých let dvacátého století se existenci pohlavního rozmnožování pokoušelo vysvětlit nejméně dvacet hlavních teoretických konceptů a další přístupy se samozřejmě objevily v posledních dvaceti letech. K nim navíc musíme připočíst bezpočet teorií okrajových či extravagantnějších, kterým se v této práci nebudu dále věnovat; například pohlavní rozmnožování jako adaptivní vlastnost genomické sobecké či parazitické entity (Bell 1993); pohlavní rozmnožování jako evoluční past například v důsledku nahromadění škodlivých recesivních mutací (Bernstein et al. 1985; Crow 1994), degradace reparačních mechanismů (Holsinger & Feldman 1983), genomového imprintingu (Neale et al. 1989; Hurst & Peck 1996; Bartolomei & Tilghman 1997), nutnosti resetovat epigenetické mechanismy (Gorelick & Carpinone 2009) nebo druhového výběru (Nunney 1989) například prostřednictvím rychlejší anageneze způsobené existencí distinktních reprodukčně izolovaných pohlavních druhů (Bernstein et al. 1985; Watson et al. 2011) či vznikem mnohobuněčnosti (Lewis & Wolpert 1979); výhoda pohlavních organismů prostřednictvím pohlavního výběru (Agrawal 2001; Siller 2001; Agrawal 2006) a mnoho dalších. Dále výzkumníci 22
vytvořili bezpočet terénních a laboratorních studií a matematických modelů snažících se testovat konkrétní teorie a určit rozsah podmínek, za kterých dokáží paradox vysvětlit. Vzniku pohlavního rozmnožování jsem se dotknul ve své bakalářské práci. Na stejném místě jsem uvedl i podrobný přehled jednotlivých teorií pohlavního rozmnožování s příslušným komentářem a důkazy svědčícími pro i proti (Toman 2011). Zde jej pouze stručně shrnu a pokusím se na něj navázat tak, že uvedu, jak se jednotlivým nástrahám mohou vyhnout starobyle nepohlavní linie a jaké pro to případně máme důkazy. V následující kapitole uvedu některé další výhody, ze kterých mohou jednotlivé starobyle nepohlavní klady těžit a které nejsou jednoduše zařaditelné do konkrétních teoretických konceptů. Navážu popisem teorie zamrzlé plasticity a odvodím z ní hypotetické důsledky pro ekologii starobyle nepohlavních linií, které se v této práci pokusím otestovat. 2.2.2
Nejstarší přístupy
Existence pohlavního rozmnožování se ze zřejmých důvodů lidské pozornosti těšila odpradávna. Nesamozřejmostí tohoto typu rozmnožování se ve velmi širokém smyslu slova zabývali už antičtí autoři. Například Archeláos údajně tvrdí, že všichni živočichové zpočátku vznikali z jakéhosi slizu a až později se začali rodit ze sebe navzájem (Hladký et al. 2012, str. 37–38). Podobnou představu sdílel možná i Anaxagoras (Hladký et al. 2012, str. 32–41). Původnost samoplození v jakémsi zlatém věku, kdy byl všeho dostatek, a až pozdější nástup pohlavního rozmnožování spolu s vyčerpáváním světa předkládá i Lucretius (Hladký et al. 2012, str. 95–101). Empedokles předpokládá ve své kosmologii a potažmo zoogonii, že cyklicky nastává doba, kdy na zemi existují „celorodé tvary“, oboupohlavní bytosti, které samoplozením vyrůstají ze země. Ty se později v průběhu cyklu rozpadnou na dva jedince dvou oddělených pohlaví a nastane fáze pohlavního rozmnožování (Hladký et al. 2012, str. 80–82). Takové bytosti, androgyni, kteří jsou později rozděleni na dvě oddělená pohlaví, se vyskytují i u Platóna (Hladký et al. 2012, str. 114–116). Pro nás nejsou důležité konkrétní teorie, například široce přijímaná naivní představa samoplození, ostatně v recentní formě definitivně vyvrácená až v devatenáctém století a dodnes přijímaná jako vysvětlení vzniku života. Klíčová je představa nesamozřejmosti pohlavního rozmnožování, které je jakýmsi způsobem komplikovanější oproti samoplození či dělení, zvláště za zcela příznivých podmínek. Podobné úvahy jsou v následujících staletích silně utlumeny a nový impulz k jejich rozvoji dává až Darwinova evoluční teorie. Zájem o tuto problematiku předznamenává Leeuwenhoekův objev z přelomu sedmnáctého a osmnáctého století, že se mšice dokáží rozmnožovat partenogeneticky (Rádl 2006, str. 181–182), který následně potvrdil Charles Bonnet (Rádl 2006, str. 227–231). Otázka, proč se nerozmnožují všechny organismy nepohlavně, ale získává na významu až na půdorysu přirozeného výběru prostého jakékoli teleologie. Jak zmiňuje Song (2011), kladli si ji už Thomas Huxley a Charles Darwin. Ani jeden však nenavrhl konkrétní teorii, proč se všechny vyšší organismy nerozmnožují partenogeneticky. Naopak Erasmus Darwin se ve svém básnickém díle řešení této otázky přiblížil, neboť jasně naráží na produkci variabilního potomstva prostřednictvím pohlavního rozmnožování (Song 2011). 23
2.2.3
Genetické teorie pohlavního rozmnožování
August Weismann uvažoval o výhodách pohlavního rozmnožování oproti nepohlavnímu na samém sklonku devatenáctého století. Došel k závěru, že pohlavní rozmnožování umožňuje promíchat vlastnosti obou rodičů do potomků, kteří posléze mají mezi sebou značnou variabilitu, na jejíž bázi může pracovat přírodní výběr. Výhodné vlastnosti se nakumulují v určitých potomcích a ti mají výrazně vyšší biologickou zdatnost, čímž se celkově urychlí evoluce druhu (Weismann 1889, převzato z Ridley 2007, str. 33). Bell (1982, str. 91–101) později shrnul tyto Weismannovy úvahy jako hypotézu vikáře z Bray. Ta je však, jako jedna z mála hypotéz o výhodách pohlavního rozmnožování, vyvrácená. Jejím základním předpokladem je totiž existence skupinového výběru jednajícího ve prospěch druhu. Skupinový výběr je ale daleko slabší než výběr individuální (Williams 1974, str. 92–124) a hypotetický nepohlavní mutant by převážil v pohlavní populaci bez ohledu na dlouhodobé výhody pohlavnosti pro celý druh. Vzhledem k distribuci obligátně nepohlavních taxonů je zřejmé, že pohlavní rozmnožování musí být výhodné zejména v krátkých časových měřítkách (Kondrashov 1993). Navíc jakékoli výhodné kombinace znaků vzniklé rekombinací se v dalších generacích rekombinací opět rozcházejí (Becerra et al. 1999); pokud nemají znaky čistě aditivní vliv na biologickou zdatnost, tak je dědivost zdatnosti velmi omezená (Crow 1970). Za určitých speciálních podmínek (například určitých parametrů metapopulační struktury, míry epistatických interakcí mezi alelami a výhody i pro jednotlivé alely) ale může tento model fungovat (Burt 2000; Agrawal 2006). Mnoho výzkumníků se pokoušelo rozvinout původní Weissmanovu představu o pohlavním rozmnožování jako o prostředku urychlujícím evoluci druhu a z tohoto směru vychází skupina genetických teorií pohlavního rozmnožování. Není sporu o tom, že pohlavní rozmnožování umožňuje vznik a udržení diploidního stavu genomu. Tento stav sám o sobě umožňuje například rychlejší evoluci nových genů či dlouhodobé udržení vysoké genetické variability (polymorfismu) v populaci (Lewis & Wolpert 1979; Kondrashov 1993). Dále může urychlovat evoluci, jak navrhuje např. Fischer-Mullerova hypotéza akcelerované evoluce pohlavního druhu (Muller 1932; Fischer 2003, str. 121–145), podle níž se vyvíjí diploidní pohlavní druh rychleji, protože pomocí rekombinace dokáže přivést dohromady výhodné mutace vzniklé ve dvou nezávislých liniích. U pohlavně se rozmnožujícího druhu se mohou navíc v potomkovi sejít dvě výhodné recesivní alely (Kirkpatrick & Jenkins 1989; Wiener et al. 1992). Oproti tomu nepohlavní linie se musí spoléhat pouze na mutace, které se v linii pomalu hromadí jedna po druhé. Uvedená výhoda však platí jen pro populace střední velikosti. U velmi velkých populací totiž vznikají dostatečně často téměř všechny kombinace mutací a ve velmi malých populacích dojde k fixaci jedné mutace dříve, než se vůbec objeví mutace další (Crow 1994). Tuto hypotetickou výhodu sexuality navíc dále omezuje Hill-Robertsonův efekt, snížení efektivity selekce ve prospěch více alel naráz (Hill & Robertson 2007).
24
Sex nemusí pouze spojovat výhodné mutace. Stejně tak se jeho prostřednictvím může výhodná mutace zbavit sousedství s mutací nevýhodnou (Kondrashov 1993). Pohlavní rozmnožování totiž mutace stejně efektivně spojuje, jako rozpojuje (Crow 1970). Všechny tyto hypotézy však mají zásadní problém. Výhoda pohlavního rozmnožování se podle nich projeví až v dlouhém časovém měřítku a je pravděpodobné, že individuální výhoda nepohlavního mutanta by v populaci převládla daleko rychleji (Williams 1974, str. 92–124). Modely tak mají podobné problémy, jako jejich Weissmanův předchůdce. Hypotéza reparace DNA (Bernstein et al. 1981; Bernstein 1983) uvažuje o přímé výhodě pohlavně se rozmnožujícího organismu. Existuje teoretická možnost, že párování chromozomů během meiózy umožňuje opravu nahromaděných mutací pomocí odpovídající sekvence DNA na homologním chromozomu. Crossing-over by mohl být vedlejším důsledkem tohoto procesu. Podobné opravy Gladyshev a Meselson (2008) zřejmě skutečně zdokumentovali u vířníků skupiny Bdelloidea. Opravy DNA mohly hrát roli i při vzniku pohlavního rozmnožování (Gross & Bhattacharya 2010), nezdá se ale, že by byly esenciální v jeho udržování. Tato hypotéza také vyžaduje pouze diploidii a párování homologních chromozomů; nikoli přímo meiózu, syngamii či crossing-over. Dvě nejrozvinutější genetické hypotézy mají společnou premisu. V jakékoli konečně velké populaci (a zejména v populacích malých) se v průběhu času hromadí mírně negativní mutace. Protože, na rozdíl od silně škodlivých mutací, snižují tyto často téměř neutrální mutace biologickou zdatnost jedinců jen velmi mírně, v malé populaci uniknou působení selekce a hromadí se v genofondu druhu (Ohta 1993; Gordo & Charlesworth 2000). Životaschopnost příslušníků druhu se tak pomalu, ale nezvratně, snižuje. Tento proces byl nazván Mullerova rohatka (Muller 1964). Experimenty na RNA bakteriofágu φ6 ukázaly, že působením intenzivního genetického driftu klesá jeho zdatnost (Chao 1990). Ve zvětšené populaci (s nižším genetickým driftem) se pomocí pozitivních, zpětných a kompenzačních mutací v delším časovém měřítku biologická zdatnost pomalu zvyšuje, ale pokud je příslušnému kmenu umožněna rekombinace se zástupci dalších podobně ošetřených populací, jeho zdatnost stoupá daleko rychleji (Chao & Tran 1997). Působení Mullerovy rohatky dále jasně ukázaly i experimenty na γ-proteobakterii Salmonella typhimurium (Andersson & Hughes 1996) a endosymbiotických bakteriích hmyzu (Lambert & Moran 1998). Obligátně partenogenetické linie ploštěnek Schmidtea polychroa mají zvýšenou mortalitu embryí, což je pravděpodobně důsledkem hromadění škodlivých mutací (Storhas et al. 2000). Je možné, že stejný mechanismus může i za evoluční rozpouštění striktně vertikálně předávaných symbiontů. Prokazatelně mají zvýšenou substituční rychlost (Moran 1996) a dochází u nich ke ztrátám genů, které nejsou nutné k přežití (Shigenobu et al. 2000) a celkové redukci genomu (Clark et al. 2001). Podobná situace, jen v pokročilejším stadiu, je u semiautonomních organel. Tyto organely hromadí škodlivé mutace rychleji než jaderný genom (Lynch 1996; Lynch 1997; Lynch & Blanchard 1998). Navíc u nich pozorujeme, že geny esenciální pro jejich funkci se z jejich genomu často přesouvají do jádra (Timmis et al. 2004). Přesto lze pro vertikálně přenášené endosymbionty lehce formulovat kromě ztráty rekombinace alternativní hypotézy vysvětlující zmíněné fenomény, 25
například mohou být čistě důsledkem zintenzivnění genetického driftu či adaptací k rychlejšímu množení páru hostitel–symbiont. Navíc vždy záleží na frekvenci kompenzačních a zpětných mutací, ke kterým prokazatelně dochází (Lambert & Moran 1998). Proti silnému efektu Mullerovy rohatky u endosymbiontů mluví fakt, že u nich nepozorujeme sníženou mutační rychlost (Clark et al. 1999), jak by vyplývalo z našich předpokladů. Možná je však zmíněný fenomén způsoben tím, že se tyto organismy už tak nacházejí blízko prahu, za kterým by bylo další zdokonalení oprav příliš nákladné (Welch & Meselson 2001). Případně se může efektivita oprav snižovat epistatickými vazbami ke ztráceným genům (Lynch 1996; Lynch 1997; Lynch & Blanchard 1998). Podle mutačně stochastické hypotézy (známé také jako hypotéza Mullerovy rohatky) (Muller 1964) slouží rekombinace k efektivnějšímu odstraňování škodlivých mutací. Selekce vždy odstraňuje jedince s největším počtem škodlivých mutací. V konečně veliké populaci ale čistě působením náhody čas od času zemře i jedinec zcela prostý škodlivých mutací bez toho, aby zanechal potomky. V populaci pohlavního druhu mohou být takoví jedinci působením rekombinace znovu vyštěpeni a Mullerova rohatka zastavena. V asexuální populaci je ale jejich ztráta trvalá, škodlivé mutace se nevratně hromadí v genofondu. Zda bude tento mechanismus operovat a případně jak rychle dokáže přivést nepohlavní populaci k extinkci, podle modelů záleží na velikosti populace, síle epistáze, frekvenci zpětných mutací a dalších faktorech (Gabriel & Wagner 1988; Wagner & Gabriel 1990; Kondrashov 1994). Podle mutačně deterministické hypotézy (zvané i hypotéza Kondrashovovy sekerky či hypotéza redukce mutační zátěže) (Kondrashov 1982; Crow 1994; Rice 1999) slouží rekombinace také k efektivnějšímu odstraňování škodlivých mutací, liší se však mechanismem tohoto procesu. Sex a zejména rekombinace je nezbytností, pokud rychlost vzniku škodlivých mutací na generaci převyšuje 1. Prostřednictvím rekombinace se v pohlavní populaci v každé generaci obnovuje variabilita v počtu škodlivých mutací mezi jedinci a ti nejzatíženější jsou odstraňováni (Crow 1970). Rychlost odstraňování škodlivých mutací se s časem snižuje, nicméně Mullerova rohatka je zastavena. V nepohlavní populaci, kde rekombinace neprobíhá, jsou sice nejzatíženější jedinci odstranění první, ale v dalších generacích mají již ostatní jedinci škodlivých mutací relativně vyrovnaný počet. Mutační zátěž je nezávislá na velikosti populace, ale je silně ovlivněna negativní epistází mezi škodlivými mutacemi, frekvencí zpětných mutací a mutační rychlostí (Kondrashov 1993). V extrémním případě by asexuální linie vyhynula během pouhých několika generací, asexuální druh tedy musí mít mutační rychlost sníženou pod jednu škodlivou mutaci na generaci. Toho může dosáhnout buď snížením mutační rychlosti, nebo snížením škodlivosti nově vznikajících mutací. Prvního může druh dosáhnout například zbavením se transpozibilních elementů (Arkhipova & Meselson 2000), vyhýbáním se mutagenům (Schön et al. 1998), zdokonalením opravných mechanismů (Schön et al. 1996; Schön & Martens 1998; Barraclough et al. 2007; Gladyshev & Meselson 2008) či abortováním mutacemi zatížených embryí (Lively & Johnson 1994). Druhého může linie dosáhnout snížením selekčního tlaku prostředí, například tak, že bude obývat abioticky či 26
bioticky stabilní prostředí (Farrar 1978; Pilato 1979; Farrar 1998; Ricci 2001; Smith et al. 2006; Schön et al. 2009; Wilson & Sherman 2010; Wilson 2011). Případně „přenechá“ starost o vlastní údržbu někomu jinému, jako to můžeme pozorovat u vertikálně přenášených symbiontů (Law & Lewis 1983), konkrétně například houbových kultivarů mravenců (Currie et al. 1999b) a kůrovců (Farrell et al. 2001), bakteriálních symbiontů hmyzu (Clark et al. 2001) nebo endosymbioticky vzniklých organel eukaryot (Timmis et al. 2004). S tím může souviset vlastnost některých fakultativně nepohlavních organismů rozmnožovat se pohlavně jen za nepříznivých podmínek, kdy se vlivem změny prostředí řada nahromaděných mutací projeví jako škodlivá a je třeba se jich zbavit (Tannenbaum 2008). Na druhou stranu ale tento fenomén lze vysvětlit i tím, že za nepříznivých podmínek se v takové míře neprojevují výhody nepohlavního rozmnožování oproti pohlavnímu a pro fakultativně asexuálního jedince je tak výhodné projít si pohlavním cyklem za těchto okolností (Burt 2000; Agrawal 2006); případně exotičtěji, například stresem vyvolanou degradací epigenetických mechanismů a nutností je urychleně resetovat do základního stavu (Gorelick & Carpinone 2009). Další možností, jak se může nepohlavní druh vyhnout důsledkům Mullerovy rohatky, je velká produkce chaperonů, proteinů, které pomáhají vrátit sekundární strukturu polypeptidům, které ji ztratily například v důsledku nahromadění destabilizujících mutací (Moran 1996). Může je produkovat jak hostitel endosymbionta (Moran 1996), tak samotný prokaryotický (Fares et al. 2002) či eukaryotický (Carmichael et al. 2000) organismus, u kterého nemůže docházet k rekombinaci. Alternativním řešením vyplývajících problémů je paradoxně zvýšení škodlivosti vznikajících mutací, například vlivem funkční haploidizace (Triantaphyllou 1981; Welch & Meselson 1998; Normark 1999; Blackman et al. 2000; Pouchkina-Stantcheva et al. 2007; Schwander & Crespi 2009a), negativní epistáze mezi škodlivými mutacemi (Charlesworth et al. 1993) či vypnutím „nápravných“ mechanismů typu proteinů teplotního šoku či editace RNA (Flegr, osobní sdělení). Pro asexuální linii je výhodnější, aby jedinec se škodlivou mutací zemřel, než aby ji předal dál. Modely ukazují, že takové linie by i přes větší úmrtnost v každé generaci měly mít výhodu (Gabriel et al. 1993). Na rozdíl od pohlavní populace, kde by se velmi rychle rozšířily sobecké alely zvyšující přežívání jednotlivých individuí na úkor celé linie, by tento mechanismus u nepohlavní linie mohl fungovat. Lynch, Burger et al. (1993) navrhli, že by právě tento mechanismus mohl být zodpovědný za fakt, že všechny asexuální organismy spějí k funkční haploidii. Druhový výběr totiž může upřednostňovat linie velmi citlivé ke škodlivým mutacím, což právě haploidní linie splňují. Také podle nich tento jev můžeme pozorovat u mitochondrií. Ty jsou haploidní, mají výrazně omezené možnosti oprav DNA, geny pro rRNA a tRNA jsou v nich obvykle jen v jedné kopii, podmínky v jejich okolí jsou vlivem vysoké metabolické aktivity velmi mutagenní a často u nich dochází k delecím velkých částí genomu; hlavně však mutantní mitochondrie nápadně často mívají výhodu nad zdravými, dochází k jejich fixaci a smrti jednice (Shoubridge et al. 1990). Další možností, jak se vyhnout Mullerově rohatce, může být polyploidizace. Řada nepohlavních kladů je opravdu polyploidních, což může postup Mullerovy rohatky výrazně zpomalovat (Mogie & Ford 1988). Na druhou stranu vyvstává otázka, jestli polyploidizace naopak v delším časovém měřítku 27
nepřispívá k hromadění mutací prostřednictvím Mullerovy rohatky. Krátkodobě sice dokáže příslušnou linii ochránit, ale dlouhodobě snižuje sílu selekce proti škodlivým mutacím a hypoteticky může působit relaxaci opravných mechanismů. Nevýhody plynoucí z fungování Mullerovy rohatky se projeví až za relativně dlouhou dobu (řádově sto generací, v případě opravdu velké populace spojené s účinnými reparačními mechanismy se vůbec nemusí projevovat (Butlin et al. 1998a)), pokud populace nepohlavního druhu není extrémně malá (Lynch et al. 1993). Poskytuje tudíž spíše dlouhodobou výhodu pohlavní populaci, může však představovat značný problém pro starobyle nepohlavní linie. Pokud je ale mutační zátěž vysoká, dokáže poskytnout sexuálnímu druhu i krátkodobou výhodu nad nepohlavním (Butlin et al. 1998a). Tu by mohl tento mechanismus poskytnout i v případě silné negativní epistáze mezi škodlivými mutacemi (Kondrashov 1993), ta je ale zřejmě spíše výjimkou (Peters & Keightley 2000). Mullerova rohatka se zpomaluje s nárůstem hodnot negativní epistáze mezi škodlivými mutacemi, v limitním případě, kdy každá další mutace vede ke smrti jedince, se rohatka zastavuje i bez nutnosti rekombinace (Charlesworth et al. 1993). S růstem hodnot negativní epistáze mezi škodlivými mutacemi pozitivně koreluje i účinnost sexu ve zpomalení Mullerovy rohatky (Charlesworth et al. 1993). Důkazy pro to, že by redukce mutační zátěže byla rozhodujícím faktorem, jsou přinejmenším rozporuplné. Pohybuje se v širokém intervalu mezi 0,1 a 3 škodlivých mutací na generaci, závisí na druhu i na pozici v genomu (Kondrashov 2001). Také zřejmě pozitivně souvisí s generační dobou, což ukázalo porovnání protein-kódujících sekvencí mnohobuněčných živočichů. U organismů s krátkou generační dobou je nižší než 1 (Keightley & Eyre-Walker 2000). 2.2.4
Ekologické teorie pohlavního rozmnožování
Zbylé teorie pohlavního rozmnožování vycházejí z předpokladu, že klíčovou roli v jeho výhodnosti hraje ekologie druhu, tj. selekční tlaky ze strany jím obývaného prostředí. Tyto teorie také, na rozdíl od mutačních teorií, dokáží vysvětlit existenci geografických trendů v rozšíření nepohlavních druhů a fenomén geografické partenogeneze (viz kapitola 2.3.8). Výhod plynoucích z mutačních teorií lze také v jisté míře dosáhnout už pomocí automixis (Burt 2000; Neiman & Schwander 2011), u ekologických teorií je tato míra daleko nižší a většina jejich výhod plyne ze syngamie pohlavních buněk dvou různých jedinců. Nejznámější a v současnosti zřejmě nejzkoumanější z těchto modelů je teorie negativní dědičnosti zdatnosti (známá jako teorie Červené královny), která v nejobecnější rovině tvrdí, že sex má výhodu v neustále proměnlivém prostředí. Tato teorie je odvozená z obecnějšího Van Valenova principu Červené královny. Van Valen (1973) vypozoroval, že se pravděpodobnost vymření taxonomické jednotky s časem nemění. Pokud by hlavním selekčním faktorem působícím na organismy bylo neměnné abiotické prostředí, tak by se na něj v delším časovém měřítku mohly hluboce přizpůsobit a klesla by rychlost jejich extinkce. To však neodpovídá pozorování. Van Vallen odvodil, že pozorovaná zákonitost jde zřejmě na vrub neustále se měnícím podmínkám prostředí, které nikdy nedovolí druhu, aby se na ně dokonale přizpůsobil. Uvažoval jak o abiotických, tak o biotických faktorech, i když antagonistické biotické interakce upřednostňoval. 28
Tato linie uvažování se záhy spojila s hromadícími se poznatky, že parazité mohou být jedním z hlavních faktorů udržujících genetickou variabilitu v populaci. Disproporčně velký útok predátorů a parazitů na běžné genotypy totiž může být důvodem udržování velkého polymorfismu (Haldane 1992). Spojení principu Červené královny s pohlavním rozmnožováním první navrhl Jaenike (1978, převzato z Neiman & Koskella 2009), který argumentoval, že rychlé a výrazné změny prostředí, favorizující v každé generaci jiné kombinace alel, budou vznikat spíše v důsledku biotických interakcí, než v té době protěžovaných abiotických změn prostředí (Charlesworth 1976; Maynard Smith 1978). Předpokládá, že onu proměnlivost vytvářejí zejména „závody ve zbrojení“ při antagonistických koevolučních interakcích; ať už při souboji hostitele s parazitem, dravce s kořistí, nebo mezidruhových a vnitrodruhových kompetitorů. Vyzdvihuje hlavně faktor parazitismu, protože pokud bude parazit útočit přednostně na nejhojnější genotypy v populaci, právě sex umožňuje vyštěpovat vzácné a dočasně k infekci odolnější genotypy. Interakce mezi hostitelem a parazitem jsou klíčové, neboť jejich soužití je velice těsné, má značnou genetickou složku (Hughes et al. 1994; Hughes & Yeager 1998; Dionne et al. 2007) a parazit má zpravidla daleko kratší generační dobu než hostitel (Hamilton 1980; Hamilton et al. 1990; Neiman & Koskella 2009). Tento předpoklad potvrdily modely cyklických změn biologické zdatnosti parazita a hostitele v čase (Hamilton 1980) i za realistických podmínek (Hamilton et al. 1990), modely založené na frekvenci rekombinací (Hutson & Law 1981) i modely založené na šíření alely pro pohlavní rozmnožování v populaci (Price & Waser 1982). Nejrůznější předpoklady a omezení tohoto modelu shrnují Neiman a Koskella (2009). Důležitá není sama produkce nových genotypů (Levin 1975), ale vyštěpování vzácných genotypů (Jaenike 1978, převzato z Neiman & Koskella 2009). Klíčový je v tomto modelu totiž fenomén negativní frekvenčně závislé selekce. Hojně zastoupené kombinace alel v populaci jsou ty v minulosti nejúspěšnější. Pokud například v minulé generaci proběhla vlna infekce letálním parazitem, současné generaci dali základ jen rezistentní jedinci a ta je geneticky velmi uniformní. Právě v současnosti nejčastější kombinaci alel se ale přizpůsobí náš hypotetický parazit. Kombinace alel, které byly selekcí favorizovány v minulé generaci, jsou rázem velmi nevýhodné. Dočasnou výhodu má naopak nový či dosud minoritní genotyp. Opět ale jen do doby, než se stane nejhojnějším. Pokud se často mění směr selekce či se mění optimální fenotyp, právě kombinace výhodné v jedné generaci jsou v dalších generacích nevýhodné. Optimální strategií by tedy bylo rozbíjet asociace mezi alelami, „promíchávat“ jejich kombinace, udržovat genetický polymorfismus a vytvářet variabilní potomstvo – tedy přesně to, co dělá pohlavní rozmnožování. V malé frekvenci se udržují i momentálně nevýhodné alely (Hamilton et al. 1990). Pohlavní rozmnožování tímto způsobem zvyšuje inkluzivní zdatnost jedince. Z tohoto pohledu mají nepohlavní druhy velkou nevýhodu, protože u nich genetická variabilita vzniká jen pomalým hromaděním mutací. Teorie Červené královny je komplexní a vyplývá z ní řada důsledků, které je možné testovat.
29
Pohlavní druhy by měly přednostně obývat bioticky komplexní biotopy s množstvím různých parazitů a konkurentů, což do značné míry odpovídá realitě (Levin 1975; Hamilton et al. 1990). Nepohlavní druhy by měly být náchylnější k nákaze parazitem. Evidentní příklady tohoto jevu nalezneme
například
v zemědělství;
monokultury
(zejména
nepohlavně
se
množících
a
samosprašných) plodin s malou genetickou variabilitou jsou velmi náchylné k nákaze parazity. Odolnost jakékoli nově vyšlechtěné k parazitu rezistentní plodiny trvá obvykle jen několik málo sezón, než se na ni parazit adaptuje (Palumbi 2001). Obdobně jsou nepohlavní kultivary mravenčích symbiotických hub ze skupin Lepiotaceae a Tricholomataceae vysoce náchylné k nákaze vřeckovýtrusnou houbou (Ascomycota) rodu Escovopsis. Tento patogen dokáže vyhubit celou houbovou kulturu a způsobit tak až zánik mravenčí kolonie (Currie et al. 1999a; Currie et al. 1999b). V souladu s předpoklady teorie Červené královny je i fakt, že Escovopsis je virulentnější u starších kultivarů hub v odvozených liniích mravenců, které jsou domestikované dlouhou dobu, než u mladších kultivarů domestikovaných relativně nedávno, které mají ve volné přírodě blízce příbuzné linie (Currie et al. 1999a). Frekvence sexu by měla pozitivně korelovat s frekvencí infekce. Lively (1987) ukázal, že v místech s vysokou frekvencí parazitismu jsou populace plže (Gastropoda) Potamopyrgus antipodarum přednostně pohlavní. Problémem podobných studií však je, že se řada z nich zaměřila na hybridní organismy (Lively et al. 1990; Moritz et al. 1991). U linií vzniklých hybridizací ale nemusí být větší parazitovanost způsobena jejich nepohlavností, může jít například o důsledek širšího proteinového slovníku (Moulia et al. 1991). Fischer a Schmid-Hempel (2005) však dokázali, že potemníci Tribolium castaneum zvyšují frekvenci rekombinací už po několika málo generacích vystavení mikrosporidiálnímu parazitu. Burt a Bell (1987) dokázali, že frekvence rekombinace u savců pozitivně koreluje s jejich generační dobou. Parazit by měl v čase sledovat nejčastější genotyp hostitele. Experimentálně se tento předpoklad potvrdil ve studii frekvencí genotypů Potamopyrgus antipodarum v čase (Dybdahl & Lively 1998). Parazitům výrazně stoupla infekčnost proti koevolvujícím hostitelům v porovnání s kontrolními hostiteli (Koskella & Lively 2007). Naopak vzácné genotypy by měly být ve výhodě, což přesvědčivě prokázala studie na živorodce rodu Poeciliopsis (Lively et al. 1990); vzácné pohlavní i nepohlavní genotypy byly méně parazitované. Parazité by měli být lokálně adaptováni na místní hostitele. Bakteriální parazité Pasteuria ramosa izolovaní ze stejného habitatu jako jejich hostitel Daphnia magna výrazně úspěšněji infikovali „svého“ hostitele, než parazité náhodně vybraní z jiného habitatu (Carius et al. 2001). Podobně metastudie výzkumů na Potamopyrgus antipodarum ukázala velmi silnou lokální adaptaci parazitů na svého hostitele (Lively et al. 2004). Dále bychom očekávali velký polymorfismus v genech pro rezistenci, což různé studie opakovaně potvrdily (Hughes et al. 1994; Hughes & Yeager 1998). Výzkum na lososech Salmo salar navíc ukázal, že diverzita MHC antigenů pozitivně koreluje s teplotou a jejím prostřednictvím s mírou parazitace (Dionne et al. 2007). Existence samotné negativně frekvenčně závislé selekce genů 30
souvisejících s rezistencí, např. MHC, je však stále věcí výzkumu, jak shrnují Neiman a Koskella (2009). Nakonec je však třeba podotknout, že pro všechny uvedené předpoklady modelu bychom nalezli i studie, kde se jeho předpoklady nenaplnily, nebo které dokonce vyzněly proti nim, jak shrnuli např. Neiman a Koskella (2009). Genotyp nepohlavních organismů se předává jako celek a mění se jen pomalu hromaděním mutací (Crow 1970), takže jejich sexuální protivníci nad nimi vždy získají výhodu (Maynard Smith 1993, str. 203–204). Nepříznivým důsledkům plynoucím z teorie Červené královny se však může nepohlavní organismus vyhnout například vysokou disperzí v čase nebo prostoru; pokud by nepohlavní jedinec migroval na dlouhou vzdálenost tam, kde je jeho genotyp vzácný, a pokud by s sebou nepřinesl své parazity (Ladle et al. 1993). Alternativní cestou je produkce dlouhodobých dormantních stádií prostých parazitů (Wilson & Sherman 2010; Wilson 2011), kterými dokáže obejít antagonistické koevoluční interakce v čase (Ladle et al. 1993). Údajně se tímto způsobem organismus může zbavit i intracelulárních parazitů, např. bakterií rodu Wolbachia (Normark et al. 2003). Právě tomuto fenoménu nasvědčuje schopnost dlouhodobé anhydrobiózy u vířníků skupiny Bdelloidea (Wilson & Sherman 2010; Wilson 2011). Nepřímým důkazem může být i fakt, že vířníci, kteří prošli anhydrobiózou, mají zvýšenou zdatnost (Ricci 1987); naopak ti, kteří jí dlouho neprošli, mají zdatnost sníženou (Ricci 1987; Ricci et al. 2007). Není bez zajímavosti, že vysokou disperzí se v populaci nepohlavního druhu udržuje vysoká genetická variabilita (Judson 1995). Hypoteticky by pro nepohlavní organismus bylo výhodné selektivně zvýšit frekvenci mutací v genech zodpovědných za rezistenci k parazitům. Tyto geny by se například mohly hromadit v oblastech chromozomů či genomů s vyšší mutabilitou, případně může být snížena opravná aktivita v příslušných oblastech (Normark et al. 2003). Alternativně bychom mohli očekávat obdobu savčího imunitního systému založeného na somatických mutacích a „ochočeném“ přirozeném výběru (Sale et al. 2001). Zajímavou alternativou teorie Červené královny je koncept závodů ve zbrojení, který popsali Dawkins a Krebs (1979). Model není na rozdíl od teorie Červené královny úzce spjat s pohlavním rozmnožováním. Autoři rozdělují závody ve zbrojení na symetrické vs. asymetrické a vnitrodruhové vs. mezidruhové. Pro nás jsou zajímavé mezidruhové závody ve zbrojení. Asymetrické mezidruhové závody ve zbrojení vystihuje parazitace a predace, procesy, kdy jedna strana zdokonaluje metody útoku, zatímco druhá strana metody obrany. Symetrické mezidruhové závody ve zbrojení vystihuje mezidruhová kompetice, situace, kdy oba druhy „soutěží“ v evoluci ve stejné věci. Autoři k vysvětlení svého konceptu používají vojenskou metaforu. Koevolvující dvojice organismů v průběhu evoluce neustále jednosměrně zdokonaluje svůj arzenál a snaží se překonat svého protivníka. Zásadní je, že, na rozdíl od Červené královny, nemají výhodu vzácné genotypy, neboť se neustále nemění směr selekce. Spíše spolu dva soupeři vedou neustálý souboj na život a na smrt, vyvíjejí evoluční novinky v reakci na toho druhého. Určitý genotyp parazita je výhodný proti všem jedincům hostitele, určitý genotyp hostitele odolný proti všem jedincům parazita. Každá klíčová 31
inovace s sebou nese vymetení populace protivníka. Nedochází k lokální koevoluci místních parazitů a hostitelů, ale spíše ke globálním závodům. Pokud na jedné lokalitě intenzivní závod ve zbrojení vede například k evoluci vysoce virulentního parazita a vysoce rezistentního hostitele, ti potom budou vysoce virulentní, respektive rezistentní, i v globálním měřítku. Může dojít až k vítězství jednoho z páru protivníků, případně mohou koevolvující druhy dosáhnout rovnovážného stavu či mohou nastat cykly. Cykly však nemají charakter negativní dědičnosti zdatnosti, ale spíše eskalace, při níž je jeden z protivníků vyhraje a druhý je nucen rezignovat. U vítěze však v důsledku oportunismu evoluce se zpožděním dojde k relaxaci nabytých adaptací, takže boj může po nějaké době začít nanovo. Druhy se jednosměrně zdokonalují, což může mít zajímavé implikace; například současní predátoři by měli být dokonalejší než jejich předchůdci v geologické minulosti. Dawkins a Krebs (1979) dále identifikují několik faktorů, které mohou dát jedné straně konfliktu rozhodující výhodu. Mezi ně zařazují například specializovanost vs. nespecializovanost, nerovnoměrné selekční tlaky (například princip „večeře, nebo život“ kladoucí v interakci parazit– hostitel daleko silnější selekční tlak na parazita), učení a zejména nerovnoměrnou rychlost evoluce. Právě poslední faktor může být rozhodující v souboji pohlavního s nepohlavním druhem. Tento model s využitím dalších zdrojů rozpracoval Maynard Smith (1993, str. 203–204) jako hypotézu Božích mlýnů. Přes jakoukoli výhodu nepohlavní linie by jí jistě trvalo řadu generací, než by dokázala vytlačit svého pohlavního konkurenta. Ten však díky sexualitě udržuje v populaci vysokou genetickou variabilitu (Hamilton et al. 1990) a pomocí segregace a rekombinace dokáže rychle vyštěpit vhodné adaptace. Tímto způsobem velmi rychle vyrovná výhodu svého protivníka. Ze stejných důvodů jsou tyto adaptace jen dočasné a v přítomnosti příslušného selekčního tlaku se musejí v každé generaci znovu vyštěpovat, to ale z krátkodobého hlediska není na škodu. Adaptace jsou rychlé a reverzibilní, pohlavní druh má vysokou mikroevoluční plasticitu. Je zřejmé, že nepohlavní druh se takovéto výhodě nemůže vyrovnat. I pokud by měl na počátku velkou genetickou variabilitu, ta se u něj, na rozdíl od pohlavního druhu, s časem působením selekce a driftu vytratí a je obnovována pouze pomalu prostřednictvím mutací. Pohlavní druh má tedy výhodu ve zvýšeném mikroevolučním potenciálu. Důsledky plynoucí z tohoto modelu byly ověřeny i experimentálně; Becerra, Brichette a Garcia (1999) zdokumentovali, že pohlavní kmen octomilek (Drosophila) získá výhodu na svého protivníka už po šesti generacích. Hypotéza fluktuující selekce (Smith 1980) je velmi podobná teorii Červené královny a odlišuje se jen tím, že neuvažuje neomezeně proměnlivé podmínky. Stačí, aby se prostředí cyklicky měnilo v určitém rozsahu. Tato hypotéza je tedy určitou obdobou teorie Červené královny pro abiotické prostředí (Schön & Martens 2004). Pohlavní rozmnožování bude v tomto případě výhodné, protože druhu umožňuje efektivně sledovat cyklické změny prostředí. Modely ukázaly, že je třeba, aby cykly změn dosahovaly určitého přesně daného rozsahu. Musí být dostatečně dlouhé, aby se na ně dokázala pohlavní populace adaptovat, ale zároveň ne tak dlouhé, aby ji vytlačila populace nepohlavní (Smith 1980). V terénu 32
může vysvětlovat například téměř úplnou absenci nepohlavních kladů ve starobylých jezerech, která jsou sice krátkodobě stabilní, ale procházejí klimatickými cykly (Schön & Martens 2004); je však třeba dodat, že pro zmíněnou tendenci existují i jiná vysvětlení. Roughgarden (1991) naopak argumentuje, že výhoda pohlavního druhu spočívá v omezení reakce na fluktuující selekci. Nepohlavní populace se může přizpůsobit momentálním podmínkám a fixovat jeden nejvýhodnější genotyp. Takový genotyp ale není přizpůsobený odlišným podmínkám po hypotetické změně prostředí. Naopak pohlavnímu druhu poskytuje za takových podmínek jeho i přes selekční tlaky udržovaná velká genetická variabilita (Hamilton et al. 1990) značnou výhodu. Další výhodu může poskytnout schopnost pohlavního druhu rychle a reverzibilně odpovídat na selekci (Maynard Smith 1993, str. 203–204; Flegr 2006, str. 221–224, 240–243, 245–246; Flegr 2010). Stejně jako v předchozím případě pohlavní rozmnožování zvyšuje inkluzivní zdatnost jedince. Naopak ve zcela stabilním prostředí mají jasnou výhodu nepohlavní linie. Tato hypotéza ale dokáže vysvětlit výhodu pohlavního rozmnožování jen za poměrně úzkého rozsahu proměnlivosti prostředí (Roughgarden 1991). Pohlavní druh pomocí segregace a rekombinace vyštěpuje genotypy a potažmo fenotypy výborně adaptované právě panujícím podmínkám prostředí. Dobzhansky (1964) je nazývá genetickou elitou, Williams (1975, str. 35–43, 44–61) sisyfovskými genotypy. Často se reprodukčního věku dožijí jen tito skvěle přizpůsobení jedinci, případně mají řádově více potomků v porovnání s ostatními. Vyštěpují se vždy znovu v každé generaci, jejich genotyp je dědičný jen velmi omezeně. Tato hypotéza je ale aplikovatelná jen na druhy, v nichž počet jedinců v jedné generaci nezávisí na počtu jedinců v generaci předchozí, tj. druhy s velkými populacemi a značným rozmnožovacím potenciálem. Reprodukčního věku u nich může dosáhnout za určitých okolností pouze několik málo jedinců, ti se však dokáží v jedné generaci rozmnožit až na nosnou kapacitu prostředí. U těchto druhů však může často o přežití jedince rozhodovat spíše náhoda, než optimální genotyp. U druhů s určitými velmi specifickými životními strategiemi by tento mechanismus mohl hrát svou roli, nemá ale zřejmě širší uplatnění. Dává pohlavnímu druhu výhodu v časově proměnlivém prostředí a zvyšuje evoluční potenciál druhu. Heterogenitu prostředí vyzdvihuje i hypotéza loterie (Williams 1975, str. 15–61), která uvažuje o větší genetické variabilitě potomstva pohlavně se rozmnožující samice a zvýšení inkluzivní zdatnosti jedince v časově či prostorově heterogenním prostředí. Potomstvo pohlavní samice je daleko geneticky a potažmo fenotypicky variabilnější než potomstvo samice s nepohlavním rozmnožováním. V tomto případě je variabilita výhodou, pokud se potomci dostávají často do prostředí odlišného od prostředí obývaného jejich rodiči. Taková situace může nastat například v případě, že je prostředí velmi ostrůvkovité, potomci migrují na velké vzdálenosti či zanechávají dormantní stádia. Princip tohoto modelu můžeme připodobnit k loterii – zatímco pohlavní samice si „koupí“ 50 lístků do loterie s různými čísly, nepohlavní samice si jich „koupí“ 100, ale všechny se stejným číslem. Pohlavní samice má tedy výrazně vyšší šanci, že na konkrétní ostrůvek dorazí konkrétní jemu velmi dobře přizpůsobený jedinec. 33
Nepohlavní druh se může v heterogenním prostředí přizpůsobit průměrnému stanovišti, nebo jednomu konkrétnímu mikrohabitatu, což mu ale v souboji s pohlavním druhem přináší nevýhodu. V homogenním prostředí by však sexualita nepřinášela žádné výhody a naopak vyštěpovala suboptimálně přizpůsobené jedince (Flegr 2005, str. 258), výhodu by zde měl nepohlavní druh. Williams model dále člení na časové hledisko, prostorové hledisko a potřebu vyčlenit výborně adaptovaného jedince (Williams 1975, str. 15–43); poslední možnost se velmi blíží hypotéze sisyfovských genotypů, viz výše. Podle této hypotézy by měly pohlavní druhy obývat přednostně prostorově i časově heterogenní stanoviště – například vysoké nadmořské výšky a zeměpisné šířky, ruderální prostředí a sladkovodní habitaty. Jednotlivé kazuistiky jí sice napovídají (Williams 1975), nicméně extenzivnější srovnání ukazuje spíše pravý opak (Bell 1982, str. 377–378). Matematické modelování ukázalo, že za určitých podmínek (velmi silná selekce na ostrůvku (Bell 1982, str. 104–121), časté a silné fluktuace prostředí (Charlesworth 1976; Misevic et al. 2010)) by tento model mohl fungovat. Za realističtějších podmínek však funguje jen v případě silně strukturované populace, kde si konkurují přednostně blízce příbuzní jedinci. Jinak si v duchu původní Williamsovy metafory sice pohlavní druh kupuje mnoho různých lístků, ale také do mnoha různých loterií (Butlin et al. 1998a). Naopak nepohlavní druh si v tomto případě „kupuje“ mnoho stejných lístků, ale do různých loterií. Pohlavní rozmnožování může zvyšovat biologickou zdatnost jedince tím, že v prostředí s různorodými zdroji snižuje kompetici mezi jeho potomky a tím zvyšuje jeho inkluzivní zdatnost. Tento model je znám jako hypotéza vlastního pokoje (případně ostrých loktů) (Maynard Smith 1978, str. 99–108). Jak již bylo řečeno u předchozí hypotézy, potomstvo pohlavní samice je geneticky a fenotypicky variabilnější než potomstvo samice nepohlavní. Tato variabilita se týká i schopnosti využívat různé zdroje. Pokud je prostředí, ve kterém mezi sebou potomci kompetují, omezené a co do nabídky zdrojů heterogenní, je schopno uživit jen jejich omezený počet. V tomto případě mají variabilní pohlavní potomci výhodu. Genotypy jsou regulovány hustotně závislými faktory, vzácné genotypy kompeticí trpí nejméně a jsou proto zvýhodňovány přirozeným výběrem. Zdatnost je frekvenčně závislá. Aplikace tohoto modelu má už v zárodku značná omezení. Především jej lze aplikovat pouze na druhy, kde si přednostně konkurují sourozenci. Snad i z tohoto důvodu je jeho podpora v empirických studiích sporná (Garcia & Toro 1992). Pro tento model vypovídá studie provedená na krytosemenných rostlinách, u nichž byla prokázána intenzivnější rekombinace u druhů s nedisperzními semeny a semeny přenášenými živočichy, u kterých bychom čekali zvýšenou agregovanost (Koella 1993). Na druhou stranu, počet rekombinací u savců nesouvisí s počtem mláďat (Burt & Bell 1987) a rozhodně není pravidlem, že by druhy se strukturovanou populací a navzájem si konkurujícími potomky byly přednostně pohlavní (Bell 1982, str. 150–331). V souladu s touto hypotézou je ale fakt, že se naprostá většina parazitických druhů uvnitř svého hostitele rozmnožuje nepohlavně (Flegr 2007). Dvě předchozí hypotézy vykazují výhodu pohlavního druhu jen za podmínek, že se většina kompetice odehrává mezi blízkými příbuznými. Vyžadují tedy strukturovanou populaci (Charlesworth 34
1976; Bell 1982, str. 104–121; Misevic et al. 2010). I přes všechna zmíněná omezení by však mohly hrát u starobyle nepohlavních organismů svou roli, například v tlaku na disperzi v čase a prostoru (Ladle et al. 1993; Wilson & Sherman 2010; Wilson 2011) či proti strukturaci populace (Scheu & Drossel 2007). Mohly by se týkat například kompetice pohlavních a nepohlavních linií některých zástupců lasturnatek, protože jejich populace jsou nezřídka na různých škálách strukturované a nerovnoměrně distribuované (Baltanás 1998). Heterogenitu prostředí a genetickou variabilitu potomků uvažuje i hypotéza životem kypícího břehu (Bell 1982, str. 127–142). Ta vychází z ekonomických předpokladů. Na nesaturovaném trhu je výhodnější se soustředit na produkci jednoho produktu, zatímco pokud je trh přesycený, je třeba diverzifikovat svůj „sortiment“. Pokud je prostředí přeplněno navzájem interagujícími organismy, frekvenčně závislá selekce upřednostňuje vzácné či úplně nové genotypy schopné využít neobvyklé kombinace zdrojů. Právě takové genotypy s velkou frekvencí vyštěpuje pohlavní populace. Pohlavní druh má díky své vysoké genetické variabilitě širší ekologickou niku. Naopak v relativně prázdném prostředí selekce upřednostňuje rychlost množení a relativně generalistický fenotyp, což dává výhodu nepohlavnímu druhu. Této hypotéze nasvědčuje například pozorování, že gynogenetické nepohlavní linie živorodky Poeciliopsis vykazují menší morfologickou variabilitu než pohlavní populace (Vrijenhoek 1984, převzato z Vrijenhoek 1994). Bell (1982, str. 377–378, 385) došel k závěru, že rozšíření a ekologické nároky jím srovnávaných mnohobuněčných živočichů odpovídají právě hypotéze životem kypícího břehu. Podporují ji i experimenty s pohlavními a nepohlavními zástupci Oribatidae, protože pohlavní linie roztočů jsou výrazně úspěšnější v prostředí s limitovanými a strukturovanými zdroji (Domes et al. 2007c; Maraun et al. 2012). Předpoklady hypotézy životem kypícího břehu za určitého nastavení parametrů podpořily i matematické modely (Lomnicki 2001; Scheu & Drossel 2007) a dobře se doplňuje s hypotézou vlastního pokoje (Case & Taper 1986). Na model se lze dívat jako na prostorovou obdobu teorie Červené královny či hypotézu podobnou modelu loterie. Problémem však je, že hypotéza uvažuje skupinovou selekci a nejmenuje konkrétní výhodu jednotlivého individua. V prázdném prostředí úspěch závisí spíše na rychlosti množení, než na dokonalosti využívání zdrojů, což nepohlavnímu organismu přináší značnou výhodu. Tento fakt může vysvětlovat přítomnost univerzálního genotypu (GPG, viz kapitola 2.3.9) u některých nepohlavních linií (Van Doninck et al. 2002). Generalistická nepohlavní linie nikdy nedokáže zcela vytlačit pohlavního konkurenta, protože v určitých habitatech budou mít výhodu určití dobře specializovaní pohlavní jedinci. Zůstává však otázkou, jestli mají nepohlavní taxony obecně nižší genetickou variabilitu než druhy pohlavní. Pokud například určité pohlavní druhy odštěpují nepohlavní populace velmi často, tak mají tyto nepohlavní populace jako celek značnou genetickou a fenotypovou variabilitu (což se nazývá fenoménem zamrzlé palety nik (FNV), viz kapitola 2.3.10). Pokud na lokalitě koexistuje mnoho takových nepohlavních linií, tak se v extrémním případě může stát, že vytlačí pohlavní populaci (Vrijenhoek 1979). Nepohlavní linie přizpůsobené jednotlivým typům prostředí by vskutku měly být ve výhodě, protože v každé generaci segregací a rekombinací nerozbíjejí svůj adaptovaný fenotyp (Crow 1970; 35
Ridley 2007, str. 56). U živorodky Poeciliopsis Vrijenhoek (1994) pozoroval negativní závislost mezi počtem nepohlavních linií na lokalitě a proporcí populace reprezentovanou rodičovským pohlavním druhem. Větší váhu bude mít hypotéza životem kypícího břehu u druhů, které odštěpují nepohlavní linie vzácně a ty mají nízkou genetickou a fenotypovou variabilitu. Právě v těchto případech by mohla být mocným nástrojem k vysvětlení fenoménu geografické partenogeneze (viz kapitola 2.3.8). 2.2.5
Pluralitní přístup
Protože žádná z formulovaných teorií nebyla schopná beze zbytku vysvětlit fenomén pohlavního rozmnožování, řada výzkumníků začala propagovat pluralitní přístup – kombinace několika teoretických konceptů (Birky 1999; Butlin et al. 1999; Rice 1999; West et al. 1999; Neiman & Schwander 2011). Není překvapením, že se efektivně doplňují různé ekologické teorie pohlavního rozmnožování; například hypotézy životem kypícího břehu a vlastního pokoje (Case & Taper 1986), které mají prostorovou a časovou heterogenitou blízko k hypotéze loterie a teorii Červené královny. Široce pojatou hypotézu životem kypícího břehu lze jednoduše sjednotit s teorií Červené královny, prakticky obsahuje její mechanismy (Song 2011). Teorii Červené královny se blíží i hypotézy fluktuující selekce a omezení reakce na fluktuující selekci. Hypotéza sisyfovských genotypů (genetické elity) má zase blízko k hypotéze loterie (Williams 1975, str. 15–43), zároveň ale i k teoriím uvažujícím o pohlavním rozmnožování jako procesu zvyšujícím evoluční potenciál druhu, včetně hypotézy Božích mlýnů. Celá řada teoretických konceptů vidí v pohlavním rozmnožování proces dlouhodobě udržující vysoký genetický polymorfismus a v tomto místě se doplňují s mnoha genetickými teoriemi pohlavního rozmnožování. Na pozadí nejrůznějších procesů vyplývajících z konkrétních teorií může pracovat druhový výběr. Podobné souvislosti by bylo možné hledat téměř do nekonečna. Není bez zajímavosti, že se efektivně doplňují i teorie genetických a ekologických okruhů, například teorie Červené královny a hypotéza redukce mutační zátěže, přičemž syntetický model má značně rozšířené podmínky, za kterých může platit (Howard & Lively 1994; Lively & Howard 1994; Howard & Lively 1998). Spolupůsobení několika mechanismů nasvědčují i konkrétní pozorování. Bakterie Pseudomonas fluorescens s velkou mutační zátěží měly sníženou rezistenci k nákaze fágem, zvýšenou cenu obranných mechanismů a omezenou schopnost koevoluce (Buckling et al. 2006). Ploštěnky Schmidtea polychroa se sníženou fertilitou (pravděpodobně způsobenou zvýšenou mutační zátěží) měly i větší parazitární zátěž (Bruvo et al. 2007). S dostatečnou mírou redukcionismu lze velkou část hypotetických výhod sexuality převést do modelů s několika proměnnými; takové hybridní modely, které umožňují odhadovat rozsah podmínek upřednostňujících sexualitu, popsali např. Burt (2000), Otto a Lenormand (2002) či Agrawal (2006). Vysloužily si ale i kritiku, viz např. Gorelick a Heng (2011).
36
2.3 Konkrétní příčiny dlouhodobé výdrže nepohlavních linií V předchozí kapitole jsem se pokusil nastínit šíři různých teorií vysvětlujících existenci pohlavního rozmnožování, které mezi eukaryoty zcela převažuje, a jejich důsledky pro nepohlavní a zejména starobyle nepohlavní linie. Jak jsem ale uvedl v kapitole 2.1.3, můžeme nalézt i celou řadu sekundárně obligátně nepohlavních linií, jejichž rozdělení na stromu života má charakter mnoha mladých a malých „koncových větévek“ a několika starších, respektive rozrůzněnějších linií. Jaké mohou být konkrétní adaptace zajišťující dlouhodobou nepohlavnost? Přehledně tuto problematiku shrnuli například Judson a Normark (1996), případně Butlin, Schön et al. (1998a). 2.3.1
Dobrá startovní pozice
První možností je dobrá startovní pozice nepohlavní linie, zejména situace, kdy nepohlavní linie obsahuje při svém vzniku vysokou genetickou variabilitu. Ta může být důsledkem vzniku nepohlavnosti přes mezistupně, například přes automiktickou tachypartenogenezi, kdy je v čase stále rostoucí část samic v populaci schopna produkovat vajíčka nepohlavně prostřednictvím automixis (Schwander et al. 2010); přechod k nepohlavnosti nenastává, jako v jiných případech, v jednom kroku (Schwander & Crespi 2009a). Samotná automixis může při celé řadě svých cytologických průběhů uchovávat heterozygositu (Stenberg & Saura 2009). Další možností je složitá populační struktura obligátně pohlavních, fakultativně nepohlavních a obligátně nepohlavních linií, mezi kterými přinejmenším po nějakou dobu probíhá genetický tok zvyšující genetickou variabilitu (Hedges et al. 1992; Butlin et al. 1998b; Martens 1998b; Pongratz et al. 1998; Schön et al. 2000; Mantovani et al. 2001; Mateos & Vrijenhoek 2002). S tím souvisí i možnost vzniku nepohlavnosti hybridizací nebo přenosem nepohlavnosti (Simon et al. 2003). Takové linie mívají vysoce heterozygotní genotyp a nezřídka vysokou zdatnost v široké paletě prostředí (Lynch 1984). Tento původ byl zdokumentován u řady taxonů (Farrar 1990; Hedges et al. 1992; Thiriot-Quivreux 1992; Ó Foighil & Smith 1995; Normark & Lanteri 1998; Taylor & Ó Foighil 2000; Mantovani et al. 2001; Trudgill & Blok 2001; Mateos & Vrijenhoek 2002; Nascetti et al. 2003; Baxevanis et al. 2006; Ebihara et al. 2008; Welch et al. 2008; Hur et al. 2009; Li et al. 2013). Nasvědčuje mu i polyploidie, která sama o sobě umožňuje udržovat vysokou heterozygositu (Dufresne & Hebert 1994; Stenberg & Saura 2009). Ještě vyšší celkovou genetickou variabilitu mají samozřejmě polyfyletické taxony, které vznikly opakovanou hybridizací z několika rodičovských druhů (Parker 1979). Nicméně, jakkoli dobrý start linie má, tato výhoda je vždy pouze dočasná. 2.3.2
Skrytý sex
Další možností, která se nepohlavnímu taxonu nabízí, je projít pohlavním procesem jen občas. Takovýto „skrytý sex“ by bylo velmi obtížné pozorovat a linie, námi považované za obligátně nepohlavní, by ve skutečnosti mohly být fakultativně nepohlavní. K dosažení výhod pohlavnosti
37
teoreticky stačí projít pohlavním procesem jednou za mnoho generací či jím produkovat jen malou část potomků, viz kapitola 2.1.2.3. U některých apomikticky se rozmnožujících nepohlavních druhů možná může občas docházet k automixis spojené s rekombinací, která umožní promíchat alely jednoho jedince, vytvořit výhodné kombinace a zbavit se špatných genů prostřednictvím jejich kumulace v určitých potomcích (Browne 1992; Butlin et al. 1998b), čímž alespoň částečně vyrovnají hypotetické výhody pohlavního kladu, vyplývající mimo jiné z genetických teorií pohlavního rozmnožování (viz kapitola 2.2.3). Hypotéze o skrytém sexu zdánlivě nasvědčuje existence vzácných samců u některých obligátně nepohlavních taxonů (Palmer & Norton 1990; Palmer & Norton 1991; Norton et al. 1993; Smith et al. 2006; Schön et al. 2009); ve všech případech se ale zatím ukázalo, že jsou buď zcela nefunkční (Palmer & Norton 1990; Palmer & Norton 1991; Norton et al. 1993; Rossetti & Martens 1996; Smith et al. 2006; Schön et al. 2009), nebo mají přinejmenším sníženou fertilitu a v přírodě nedochází k jejich páření se samicemi (Schwander et al. 2013). Některé nepohlavní linie vykazují větší genetickou variabilitu v oblastech hraničících s výskytem pohlavního blízce příbuzného taxonu (Crease et al. 1989; Martens et al. 1998a). To může značit občasné křížení s tímto pohlavním druhem, což se potvrdilo například v případě sexuálních a asexuálních populací lasturnatek rodu Heterocypris (Cyprinotus) (Turgeon & Hebert 1994), ploštěnek Dugesia polychroa (Pongratz et al. 1998) a arktických populací zástupců rodu Daphnia (van Raay & Crease 1995). Taxony ale spolu musí být geneticky a behaviorálně kompatibilní a musí mít společný areál výskytu. Tato možnost se tak bude týkat spíše mladých nepohlavních linií, než časově i prostorově izolovaných starobyle asexuálních taxonů. Bylo také navrženo, že obligátně nepohlavní taxony ve skutečnosti výjimečně vyštěpují kryptické samce (fenomén například nastává jen u několika málo druhů či populací zdánlivě nepohlavního taxonu, samců je velmi málo, nelze je rozlišit od samic, případně k němu dochází jen v malé geografické části areálu) a zřídka u nich může docházet k pohlavnímu procesu (Hurst et al. 1992; Chaplin et al. 1994). V některých případech se jejich předpoklady potvrdily (Afifi et al. 1986; Davis 1971; Weiss & Levy 1979; Heller & Farstey 1990; Lanteri & Marvaldi 1995; Bloszyk & Szymkowiak 1996; Judson & Normark 1996; Weiss 2001; Bloszyk et al. 2004; Gwiazdowicz & Klemt 2004), řada starobyle asexuálních taxonů však pohlavní proces nikdy nezažívá (Judson & Normark 1996; Normark et al. 2003; Neiman et al. 2009; Schurko et al. 2009; Schwander & Crespi 2009a). 2.3.3
Alternativní způsob výměny genetické informace
Alternativou je jiný způsob výměny genetické informace než prostřednictvím pohlavního rozmnožování. Takovou možností jsou například parasexuální procesy některých eukaryotických organismů, viz kapitola 2.1.1.3. Zdokumentovány byly například u hlenky Dictyostelium discoideum (Brody & Williams 1974), nádorových buněk (Rajaraman et al. 2005) a s velkou pravděpodobností se vyskytují i u řady prvoků, například Trypanosoma cruzi nebo Giardia lamblia (Birky 2009). Nejznámější procesy tohoto typu jsou však zdokumentovány od hub (Pontecorvo 1954; Pawlowska 2005). Z obligátně nepohlavních skupin se mohou výrazně uplatňovat například u arbuskulárně 38
mykorhizních hub skupiny Glomales (Vandenkoornhuyse et al. 2001; Gandolfi et al. 2003; Croll & Sanders 2009), mravenčích houbových symbiontů skupin Lepiotaceae a Tricholomataceae (Mikheyev et al. 2006) a houbových symbiontů kůrovců ze skupiny Ophistomatales (Farrell et al. 2001). Od dalších možných starobyle nepohlavních skupin však nebyly zdokumentovány. Poněkud exotičtější cestou by mohl být intenzivní horizontální genový transfer, který jsem zmínil již v kapitole 2.1.1.2. Ten je častý zejména u prokaryot (viz např. Zhaxybayeva et al. (2006)), u kterých probíhá prostřednictvím jejich parasexuálních procesů – rekombinace, transdukce, konjugace a transformace, jak shrnul např. Maynard Smith (1990). Nalezneme jej i u jednobuněčných eukaryot (viz např. Loftus et al. (2005) a Carlton et al. (2007)). U mnohobuněčných zástupců eukaryot se však vyskytuje spíše vzácně a převážně je spojen s endosymbiózou či endoparazitismem (Bergthorsson et al. 2003; Hotopp et al. 2007), případně transpozibilními elementy (viz např. Gilbert et al. (2012)). V nezmarech druhu Hydra magnipapillata se exprimuje asi 50 genů přenesených horizontálním genovým transferem (Chapman et al. 2010). Stejným mechanismem také přišly geny pro syntézu karotenoidů u mšice Acyrthosiphon pisum, konkrétně z hub (Moran & Jarvik 2010). Plž Elysia chlorotica má prokazatelně horizontálně přenesený gen oxygenní fotosyntézy psbO (manganstabilizující protein fotosystému II) ze svého autotrofního symbionta (Rumpho et al. 2008). Fytoparazitičtí hlísti mají řadu horizontálně přenesených bakteriálních genů k degradaci rostlinných buněčných stěn (Danchin et al. 2010). Výjimkou mezi mnohobuněčnými živočichy jsou vířníci Bdelloidea, u kterých k němu dochází v nevídané míře (Gladyshev et al. 2008). Alternativní možnost, totiž že jde o geny zděděné od společného předka a v jiných liniích ztracené, můžeme vyloučit. Nalezneme u nich geny prokaryotického, protistního, houbového i rostlinného původu a může jich být až 10 % z celkového počtu transkribovaných genů (Gladyshev et al. 2008; Boschetti et al. 2012). Oblast poblíž telomer jejich chromozomů je plná transpozibilních elementů (Arkhipova & Meselson 2000; Gladyshev & Arkhipova 2007). Právě s nimi jsou asociovány cizí geny, které se do genomu dostaly horizontálním přenosem. Naopak centrální oblasti chromozomů jsou cizích genů prosté. Inkorporace cizích genů v oblasti telomer je očividně buď organismem podporována, nebo je naopak zabudovávání cizích genů v centrálních oblastech bráněno. V druhém případě by například mohly geny přerušit důležité sekvence, případně způsobovat nežádoucí ektopickou reparaci dvouřetězcových zlomů podle cizích sekvencí (Gladyshev & Arkhipova 2007; Gladyshev et al. 2008). Pro Bdelloidea je horizontální genový transfer s největší pravděpodobností adaptivní. Nasvědčuje tomu i fakt, že naprostá většina funkčních cizích genů jsou jednoduché enzymy a ne součásti složitých metabolických drah (Boschetti et al. 2012). Navíc z velké většiny kódují enzymy, které zlepšují odolnost organismu ke stresu – slouží k degradaci toxinů, produkci antioxidantů a podobným účelům. Jiné geny mohou zlepšovat životaschopnost organismu, například geny kódující enzymy pro degradaci polysacharidů mohou sloužit k účinnějšímu trávení (Boschetti et al. 2012), další geny jsou exprimovány jen při spouštění anabiózy, tj. přechodu do neaktivních odolných stádií (Boschetti et al. 2011). Horizontální genový transfer jim zřejmě slouží nejen k rozšíření funkční kapacity a zejména 39
možností metabolismu, ale s největší pravděpodobností umožňuje taktéž ochranu před hromaděním mutací prostřednictvím nahrazení defektních genů jejich protějšky získanými horizontálním transferem (Boschetti et al. 2012). Umožňuje se také efektivně zbavit nežádoucích transpozibilních elementů (Gladyshev & Meselson 2008; Welch et al. 2008). K samotnému přenosu dochází s velkou pravděpodobností při opravách genetické informace po obdobích anabiózy, ve kterých dochází k vyschnutí organismu, degradaci membrán a fragmentaci DNA. Jde zřejmě o vedlejší důsledek oprav dvouřetězcových zlomů DNA (Lapinski & Tunnacliffe 2003; Gladyshev & Meselson 2008). Bylo zdokumentováno, že při takových reparacích se může zabudovat do dědičné informace organismu cizorodá DNA (Salomon & Puchta 1998). Fragmenty genetické informace z prostředí či potravy se zabudovávají do genomu vířníka. Není vyloučena ani možnost, že mohou do svého genomu zakomponovávat homologní zlomky dědičné informace od blízce příbuzných jedinců či linií. V takovém případě by se originální cestou mohli vyhnout nástrahám nepohlavnosti jakousi obdobou sexu. 2.3.4
Živorodost
Živorodost může být další cestou, jak dlouhodobě přežít jako starobyle nepohlavní linie. Lively a Johnson (1994) prokázali silnou korelaci mezi partenogenezí a vývinem mláďat v těle matky u sladkovodních organismů. Tato vlastnost může organismům pomáhat přežít v abioticky extrémnějších prostředích. Hypoteticky také umožňuje matce abortovat embrya se sníženou životaschopností, což může sloužit k efektivnímu zpomalení Mullerovy rohatky (Lively & Johnson 1994). Živorodostí či nějakou její obdobou však neoplývají všechny starobyle nepohlavní linie, takže se jedná spíše o podpůrný znak. 2.3.5
Metapopulační struktura
Další možností může být metapopulační struktura. Obligátně nepohlavní organismy jsou často schopny efektivní disperze v čase nebo prostoru, v novém prostředí se rychle namnoží a vyšlou do okolí další disperzní stádia (Weider 1993; Griffiths & Butlin 1995). Pokud metapopulační struktura u nepohlavního druhu existuje a má dostatečnou míru disperze, extinkce a rekolonizace, umožňuje vyhnout se Mullerově rohatce (Butlin et al. 1998a). Mutacemi málo zatížené genotypy asexuálního druhu se rozšíří v rámci metapopulace a nahradí mutacemi zatížené linie. Disperze v rámci metapopulace také může být účinným nástrojem jak se vyhnout parazitům a následkům plynoucím z teorie Červené královny, zejména je-li spojená se zbavením se parazitů u disperzních stadií (Wilson & Sherman 2010; Wilson 2011). Příslušná disperze může probíhat stejně efektivně v prostoru, jako v čase (Ladle et al. 1993). Disperze v čase prostřednictvím dormantních stadií může být u obligátně nepohlavních linií velmi důležitá, neboť jim umožňuje přečkat momentálně nevýhodné podmínky. Nezřídka se u nich tato stadia vyskytují a jsou velmi dlouhověká (Delorme & Donald 1969; Caprioli & Ricci 2001; Ricci 2001; Guidetti & Jonsson 2002; Retrum et al. 2011). 40
Disperze nepohlavních linií může probíhat i přičiněním člověka. Jeho vliv by mohl vysvětlit zejména široké rozšíření linií, které nejsou ani příliš specializované, ani příliš generalistické (Vrijenhoek 1979). 2.3.6
Omezení hromadění škodlivých mutací
Důležitost mutační rychlosti jsem zmínil už u jednotlivých mutačních teorií (viz kapitola 2.2.3). Dlouhodobě nejnebezpečnější jsou pro starobyle asexuální linii slabě škodlivé mutace, které uniknou působení selekce a mohou se v populaci hromadit genetickým driftem (Muller 1964; Ohta 1993; Gordo & Charlesworth 2000). Jak již bylo řečeno, zpomalení hromadění škodlivých mutací může nepohlavní linie dosáhnout snížením mutační rychlosti, snížením škodlivosti nově vznikajících mutací nebo výrazným zvýšením škodlivosti nově vznikajících mutací (viz kapitola 2.2.3). Mutační rychlost lze snížit zdokonalením reparačních mechanismů (Schön et al. 1996; Schön & Martens 1998; Barraclough et al. 2007; Gladyshev & Meselson 2008), omezením transpozibilních elementů (Arkhipova & Meselson 2000), životem v prostředí s minimálním množstvím mutagenů (Schön et al. 1998) či abortováním mutacemi zatížených neživotaschopných potomků v těle matky (Lively & Johnson 1994). Vířníci Bdelloidea dokáží pomocí specifického mechanismu opravovat i dvouřetězcové zlomy DNA (Lapinski & Tunnacliffe 2003; Gladyshev & Meselson 2008). Škodlivost nových mutací lze snížit obýváním prostředí se slabými selekčními tlaky, ať už ve volné přírodě (Farrar 1978; Pilato 1979; Farrar 1998; Ricci 2001; Smith et al. 2006; Schön et al. 2009; Wilson & Sherman 2010; Wilson 2011), nebo v symbiotické asociaci s jiným organismem (Law & Lewis 1983; Currie et al. 1999b; Clark et al. 2001; Farrell et al. 2001; Timmis et al. 2004); případně zvýšenou produkcí chaperonů (Moran 1996; Carmichael et al. 2000; Fares et al. 2002). Zvýšení škodlivosti nově vznikajících mutací lze dosáhnout například funkční haploidizací (Triantaphyllou 1981; Welch & Meselson 1998; Normark 1999; Blackman et al. 2000; PouchkinaStantcheva et al. 2007; Schwander & Crespi 2009a), negativní epistází mezi škodlivými mutacemi (Charlesworth et al. 1993) či deaktivací „nápravných“ mechanismů, viz kapitola 2.2.3. V každém případě může být Mullerova rohatka jen zpomalena; starobyle nepohlavní linie však mají řadu realistických možností, jak ji zpomalit na takovou míru, že u nich nehraje velkou roli (Butlin et al. 1998a). 2.3.7
Život v extrémním prostředí
Další možností je adaptovat se na život v extrémních podmínkách prostředí; prostředí, kde příslušným nepohlavním liniím nehrozí silné biotické tlaky ze strany konkurentů, predátorů a parazitů (Tobler et al. 2007). Takováto prostředí jsou také nezřídka abioticky dlouhodobě stabilní (Bell 1982, str. 383– 385). Ve „standardních“ typech prostředí totiž nová nepohlavní linie čelí rovnou dvěma spojeným problémům. Hned při svém vzniku musí obsadit volnou ekologickou niku, ty jsou ale v prostředí s velkým množstvím interagujících druhů velmi vzácné. V delším časovém horizontu potom musí být schopná adaptovat se na proměnlivé podmínky abiotického prostředí a „držet krok“ v koevoluci se svými biotickými protivníky – kompetitory, predátory a parazity (Vrijenhoek 1994). 41
Gladyshev a Meselson (2008) například prokázali extrémní odolnost vířníků Bdelloidea k ionizujícímu záření. A to i v porovnání s jejich sesterskou pohlavní skupinou Monogononta a jinými vodními bezobratlými. Nepohlavní linie korýše rodu Artemia („Artemia parthenogenetica“) obývají extrémně slaná prostředí (Vanhaecke et al. 1984; Perez et al. 1994). Kapradina (Polypodiophyta) Vittaria appalachiana obývá prostředí skalních převisů s extrémně nízkými hladinami osvětlení (Farrar 1978; Farrar 1998). Lasturnatka Darwinula stevensoni upřednostňuje hypoxické oblasti dna v hloubce několika desítek centimetrů až jednoho metru (Smith et al. 2006; Schön et al. 2009). Obligátně nepohlavní skupiny také zřejmě prosperují v habitatech s vysokou koncentrací těžkých kovů (Peck et al. 1998; Flegr 2013). Obligátně asexuální druhy také úspěšně osídlily prostředí extrémně vysokých (Issel 1900; Issel 1901; Menzel 1923) i nízkých (Tada et al. 1996) teplot. Obligátně nepohlavní linie roztočů dominují v hlubokých vrstvách půdy (Kethley 1989; Norton & Palmer 1991; Bochkov & Walter 2007; Walter et al. 2009). Souhrnný výzkum provedl Bell (1982, str. 383–385) a došel k závěru, že se nejedná o všeobecný fenomén týkající se všech nepohlavních linií. Nápadně velké množství obligátně nepohlavních linií však extrémní biotopy opravdu obývá. 2.3.8
Geografická partenogeneze
K předchozí možnosti se úzce váže fenomén geografické partenogeneze. Poprvé tuto patrnost popsal Vandel (1928, převzato z Vrijenhoek & Parker 2009) a můžeme ji shrnout jako poznatek, že asexuální druhy (či populace) mají obvykle větší geografické rozšíření než jejich příbuzné pohlavní druhy (či populace); obvykle zasahují do větších zeměpisných šířek a nadmořských výšek a v neposlední řadě mají tendenci osídlovat donedávna zaledněná (či jinak zdevastovaná) území. Celou problematiku přehledně shrnuli například Hörandl (2009) či Vrijenhoek a Parker (2009). Geografická partenogeneze se týká jak druhů s fakultativně nepohlavním rozmnožováním (kde se mohou jednotlivé populace lišit v samotné přítomnosti, nebo ve frekvenci pohlavního rozmnožování), tak celých obligátně nepohlavních druhů. Byla opakovaně popsána od živočichů (Kearney 2005), rostlin (Bliss 1962; Dorken & Eckert 2001; Van Dijk 2003) a dokonce i od lišejníků (Poelt 1970). Rozhodně však není všeobjímající a některé nepohlavní druhy se jí zjevně vymykají, viz Hörandl (2009) a Vrijenhoek a Parker (2009). Nepotvrdily ji ani všechny studie, některé svědčí spíše proti, viz např. Gugerli (1998). Geografické rozšíření organismů samozřejmě ovlivňuje způsob vzniku a nynější typ partenogenetického rozmnožování. Například rozšíření organismů množících se pomocí gynogeneze a hybridogeneze je omezeno sousedstvím s příslušnou pohlavní populací (Simon et al. 2003). Příčin geografické partenogeneze je zřejmě několik. Předně může nastávat v důsledku lepších kolonizačních schopností nepohlavního organismu. Takzvané Bakerovo pravidlo říká, že nepohlavní jedinec, případně jedinec schopný samooplození, má velkou kolonizační výhodu, neboť jediná propagule může dát základ celé populaci (Stebbins 1957). Podle některých modelů je v tomto případě nejlepší strategií samooplozování, které zachovává velkou většinu výhod nepohlavního rozmnožování a zároveň udržuje genetickou variabilitu prostřednictvím meiózy spojené s rekombinací a segregací 42
chromozomů (Burt 2000). Tato strategie je velmi rozšířená u rostlin, u živočichů je však spíše výjimkou (Hörandl 2009). Jistota reprodukce může převážit i značně sníženou viabilitu potomků (Hörandl 2009; Schwander et al. 2010). Alternativou rychlejší kolonizace je převážení asexuálů v rámci pohlavní linie v okrajových habitatech (Law & Crespi 2002b), například v důsledku malé hustoty populace (Courchamp et al. 1999). Další možnou příčinou geografické partenogeneze je spojení předchozího mechanismu s výše popsaným fenoménem občasného sexu, který křížením nepohlavní populace s příbuznou pohlavní populací dodává „asexuálům“ genetickou variabilitu, nicméně ti díky nepohlavnímu množení po naprostou většinu času těží z výhod nepohlavnosti (Green & Noakes 1995). Nepohlavní populace či druhy mohou ale mít značnou výhodu i z naprosto opačného důvodu. Nejsou totiž zatížené „imigrační zátěží“ a mají možnost se dokonale adaptovat místním podmínkám. Naopak u pohlavních organismů můžeme očekávat větší produkci potomstva v příhodnějších oblastech (například nízkých nadmořských výšek a zeměpisných šířek), takže intenzivnější genový tok míří směrem z těchto oblastí k okraji areálu druhu a přináší s sebou geny výhodné v příznivém prostředí, nikoli ty adaptované na okrajové habitaty (Peck et al. 1998). Geografická partenogeneze může vznikat i jako důsledek jednosměrného přenosu asexuality. Pokud je nepohlavnost dědičná, tak jakákoli nepohlavní populace schopná vyštěpovat funkční samce bude tento znak přenášet na své potomstvo s pohlavními jedinci (Carrillo et al. 2002). Nepohlavnost se tak bude šířit. Další možností je snížený tlak biotických interakcí v okrajových prostředích obývaných nepohlavními populacemi či druhy (Glesener & Tilman 1978). Frekvence pohlavního rozmnožování pozitivně koreluje s frekvencí infekce parazitem (Lively 1987; Fischer & Schmid-Hempel 2005). Rohde (1986) a Rohde a Heap (1998) výzkumem parazitů mořských ryb dále dokázali, že abundance (průměrný počet druhů parazita na jedince), prevalence (% nakažených jedinců), relativní diverzita (počet druhů parazita na druh hostitele), spektrum parazitů s největší intenzitou infekce (dominantních) a absolutní diverzita parazitů klesají se zvyšující se zeměpisnou šířkou a hloubkou oceánu. Tato zákonitost platí zejména u ektoparazitů, i když jisté trendy lze vypozorovat i u endoparazitů. Genetická variabilita výhodná podle modelu Červené královny však může vznikat a nějakou dobu se udržovat i jinými mechanismy než pohlavním rozmnožováním; například hybridním původem nepohlavní linie (Lively et al. 1990; Moritz et al. 1991) či polyploidizací (Dufresne & Hebert 1994; Stenberg & Saura 2009). Celková korelace mezi frekvencí infekce a genetickou variabilitou také může být značně komplikovaná a pohybovat se od snížení náchylnosti k parazitaci až po její zvýšení (Hörandl 2009). Samotné hybridizace (Lynch 1984; Vrijenhoek 1994; Kearney 2005) či polyploidizace (Dufresne & Hebert 1994; Stenberg & Saura 2009) spojené se schopností efektivněji využívat podmínky prostředí byly taktéž navrženy jako důvody geografické partenogeneze; samy o sobě však jako celek s geografickou partenogenezí nekorelují (Hörandl 2009). Hörandl (2009) dále navrhuje, že výrazné klimatické oscilace (například v pleistocénu) opakovaně posouvaly areály jednotlivých druhů, 43
docházelo k hybridizacím a polyploidizacím spojeným s přechody k nepohlavnosti. Stejné podmínky zvýhodňovaly nepohlavní rozmnožování prostřednictvím snazší a účinnější kolonizace či odolnosti k negativním genetickým efektům plynoucím ze zmenšení populace. Po přechodu k nepohlavnosti také ustal genový tok z centra areálu. Ze všech těchto důvodů mohly mít výhodu nepohlavní druhy, kterých vznikl v pleistocénu velký počet a řada z nich přežívá dodnes. Naopak v dřívějších geologických dobách mohly být podmínky příhodné ke vzniku obligátně nepohlavních druhů velmi vzácné. Podle autorů by tento fenomén mohl vysvětlovat i patrnost, že obligátně nepohlavní linie jsou většinou velmi mladé taxony, „koncové větévky“ stromu života – jednalo by se jednoduše o důsledek toho, že ke svému vzniku potřebují specifické ekologické podmínky (Hörandl 2009). Další možností je univerzální genotyp nepohlavního druhu výhodný za širokého rozmezí podmínek (model univerzálního genotypu, general purpose genotype) či naopak řada jednotlivých nepohlavních linií specializovaných na konkrétní úzce vymezené podmínky prostředí (model zamrzlé palety nik, frozen niche variation); o obou těchto modelech více v kapitolách 2.3.9 a 2.3.10. Problémem hypotézy geografické partenogeneze je fakt, že v řadě případů nepohlavní populace a druhy neupřednostňují okrajová prostředí vysokých zeměpisných šířek a výšek. Rozhodně se nejedná o všeobecný trend a nalezneme řadu výjimek, jak shrnuje Hörandl (2009). Zřejmě jde v tomto případě o jakési trade-off. Podle řady ekologických teorií pohlavního rozmnožování (viz kapitola 2.2.4) by měl v prostředí vyšších zeměpisných šířek a nadmořských výšek, případně v prostředí zdevastovaném – prokazatelně v prostředí abioticky velmi heterogenním a v čase proměnlivém (Bell & Bliss 1980) – mít výhodu pohlavní druh, neboť produkuje variabilní potomstvo. Oproti tomu ale v právě popsaných podmínkách působí snížené biotické tlaky a bude zde výhodou i snadná a rychlá kolonizace a případné další vlastnosti umožněné asexualitou. U druhů a populací s popsanou geografickou partenogenezí tak možná převládla druhá možnost (Law & Crespi 2002b). Na fenoménu geografické partenogeneze se s největší pravděpodobností podílejí v různé míře všechny uvedené fenomény (Hörandl 2009; Vrijenhoek & Parker 2009). 2.3.9
Univerzální genotyp (GPG)
Teoreticky by mohl nepohlavní druh získat výhodu nad pohlavním tím, že by dokázal přežít za širšího rozmezí podmínek prostředí. Jinými slovy, získal by velmi generalistický fenotyp. Tuto hypotézu nazvěme modelem univerzálního genotypu (v originále general purpose genotype, GPG) (Vrijenhoek & Parker 2009). Koncept samotný pojmenoval Baker (1965, převzato z Vrijenhoek & Parker 2009) ve své studii travních druhů; univerzální genotyp definuje jako takový, který je schopný žít za širokého rozmezí podmínek prostředí. Bývá také odolnější ke stresu, fenotypově plastičtější a častěji se u něj vyskytuje nepohlavní rozmnožování. Kromě široké tolerance k faktorům prostředí je jeho další charakteristikou stabilní, byť třeba jen průměrná, zdatnost za širokého rozmezí faktorů prostředí (Lynch 1984). Ke vzniku univerzálního genotypu vede selekce v prostředí proměnlivém v čase (Lynch 1984), respektive tvrdá hustotně a frekvenčně nezávislá selekce v oblastech s malou vnitrodruhovou i
44
mezidruhovou kompeticí. Druhy s GPG obývají hlavně okrajové habitaty s malou konkurencí (Vrijenhoek & Parker 2009). Hypotéza univerzálního genotypu nabízí vysvětlení fenoménu geografické partenogeneze. První navrhl spojení nepohlavnosti s ekologickým generalismem už Vandel (1928, převzato z Vrijenhoek & Parker 2009) u stejnonožců rodu Trichoniscus, jehož partenogenetické rasy obývají sušší a chladnější prostředí. White (1973, str. 696–750) navrhl asociaci široce tolerantních genotypů s nepohlavním rozmnožováním u australských kobylek rodu Warramaba. Stejný autor navrhuje, že u partenogenetické linie může genetický polymorfismus nahradit vysoká fenotypová plasticita (White 1973, str. 699). Dokonce i za podmínek neustálého generování nových nepohlavních linií z mateřské pohlavní populace může nakonec získat výhodu linie se širší tolerancí (Parker et al. 1977). Jedinci v rámci pohlavní populace se liší ve fenotypové plasticitě, a tak se budou lišit i jednotlivé nepohlavní linie z nich odštěpené. Nepohlavní linie s generalističtějším fenotypem přežijí déle než nepohlavní linie velmi specializované; dokonce i v případě, že by měla specializovaná linie na určitém mikrohabitatu větší biologickou zdatnost než pohlavní druh nebo generalistická nepohlavní linie. Pokud je totiž prostředí proměnlivé v čase, rychlost extinkce generalistických nepohlavních linií bude nižší než specializovaných, a to i v případě, že mají pouze průměrnou zdatnost ve většině prostředí. V čase se tedy principem třídění z hlediska stability hromadí generalistické nepohlavní linie a když se naskytne možnost expandovat, nepohlavní linie s kolonizační výhodou jsou v obsazování nových území úspěšnější. Podobně může ke generalismu vést i generování jednotlivých mutací v rámci jedné nepohlavní linie (Lynch 1983; Lynch 1985). Žádná z nepohlavních linií s univerzálním genotypem se nerozmnožuje hybridogeneticky či gynogeneticky. Výhodou těchto nepohlavních linií je účinná disperze a kolonizace nových stanovišť, spojená s vyhnutím se kompetici s pohlavním druhem. Způsoby rozmnožování závislé na přítomnosti jiného druhu by nepohlavní linie právě o tyto výhody připravily (Vrijenhoek & Parker 2009). Nepohlavní linie s velkou tolerancí mohou vznikat také hybridizací a polyploidizací. Problémem je, že tyto dva fenomény jsou spolu velmi často spojeny a je velmi obtížné mezi jejich vlivy rozlišovat (Dufresne & Hebert 1994; Lundmark & Saura 2006; Stenberg & Saura 2009). Nejjednodušší vysvětlení říká, že polyploidi jsou větší a robustnější, což jim umožňuje přežít v podmínkách větších zeměpisných výšek a šířek (Vandel 1940, převzato z Vrijenhoek & Parker 2009). Většina takovýchto organismů jsou však zároveň také hybridi, takže mezi dvěma fenomény nelze rozlišit. Novější studie nasvědčují, že polyploidie hraje zřejmě ve vzniku GPG důležitější roli než hybridizace (Lundmark & Saura 2006). Hybridní původ nepohlavní linie ale může vést k heterozi, fenotypu zdatnému ve velmi širokém rozsahu prostředí a nezřídka zdatnějšímu, než mají jeho rodičovské pohlavní druhy (Lynch 1984). Jak jsem uvedl už dříve (viz kapitola 2.1.2.2), širší ekologickou valenci hybridů můžeme nalézt například u hybridních zástupců skokanů rodu Rana a živorodek rodu Poeciliopsis, což shrnul Vrijenhoek (1998). Rozhodně ale nemusí jít o obecný
45
důsledek hybridizace; spíše se v čase hromadí schopné nepohlavní linie a vymírají ty méně zdatné, jedná se o obdobu třídění z hlediska stability (Wetherington et al. 1987). Jak vyčerpávajícím způsobem shrnuli Vrijenhoek a Parker (2009), v některých případech se univerzální genotyp u obligátně nepohlavních druhů jistě uplatňuje. Nalezneme ale i řadu protipříkladů a rozhodně nedokáže vysvětlit rozdíly v rozšíření pohlavních a nepohlavních druhů sám o sobě. Důležité je dokázat, že zkoumaný nepohlavní „druh“ je opravdu monofyletická linie a ne polyfyletický taxon specializovaných nepohlavních linií. V některých případech také může být široké rozšíření určitého organismu důsledkem lidské činnosti (například u kulturních plodin, plevelů a invazních druhů) a ne existence univerzálního genotypu (Vrijenhoek 1979). Van Doninck, Schön et al. (2002) navrhují, že univerzální genotyp by měl být zastoupen zejména u starobyle nepohlavních linií. Velká variabilita odštěpených nepohlavních linií podle nich vede spíše k zamrzlé paletě nik (viz kapitola 2.3.10), zatímco univerzální genotyp bychom měli najít u obligátně a dlouhodobě nepohlavních linií bez blízkých pohlavních příbuzných. 2.3.10 Zamrzlá paleta nik (FNV) Alternativním a na první pohled zcela opačným pohledem je myšlenka, že nepohlavní skupina sestává z několika menších, velmi specializovaných nepohlavních linií. Nazvěme ji hypotézou zamrzlé palety nik (v originále frozen niche variation, FNV) (Vrijenhoek & Parker 2009). Původní model formuloval Vrijenhoek (1978; 1979) k vysvětlení stabilní koexistence pohlavních a nepohlavních populací živorodky rodu Poeciliopsis v heterogenním prostředí pouštních toků. Z původní populace se postupně odštěpují nepohlavní linie a selekce mezi nimi časem eliminuje takové, jejichž niky se překrývají. Selekcí je nakonec fixováno takové zastoupení nepohlavních linií, které nabízí ideální využití prostředí. Pokud existuje zdroj genetické variability (odštěpování nových nepohlavních linií z pohlavní populace či mutace), tak nepohlavní linie brzy získají optimální distribuci fenotypů, neboť jsou pod velmi silným selekčním tlakem na toto rozdělení, daleko silnějším než pohlavní populace (Roughgarden 1972). K evoluci FNV vede měkká hustotně a frekvenčně závislá selekce v oblastech s relativně velkou kompeticí; hlavní roli hraje prostorová variabilita ve zdatnosti (Vrijenhoek & Parker 2009). Zamrzlá paleta nik dokáže vysvětlit i fenomén geografické partenogeneze, protože kolonizace několika specializovanými nepohlavními liniemi může vyústit v širší rozšíření nepohlavních linií v porovnání s pohlavními (Parker 1979). Přechod od pohlavního k nepohlavnímu rozmnožování s sebou nese ztrátu segregace a rekombinace alel v potomstvu. Výhodné kombinace alel se v každé generaci nerozcházejí a nemusejí se znovu vyštěpovat, což přináší schopnost velmi dobře se adaptovat na konkrétní podmínky prostředí. Proti tomuto mechanismu působí pohlavní rozmnožování, které segregací a rekombinací rozbíjí v každé generaci úspěšné kombinace alel a působí proti centripetální selekci (Crow 1970). Roughgarden (1972) potvrdil, že nepohlavní populace je opravdu schopná účinného a rychlého kompetitivního uvolnění, rychle se přizpůsobí nové nice a měla by mít výhodu v kolonizaci nových stanovišť. Genetická variabilita spolu s adaptacemi na jedno konkrétní prostředí jsou v jednotlivých 46
nepohlavních liniích „zmraženy“. Pokud není míra generování nových nepohlavních linií příliš velká, tak zamrzlá paleta nepohlavních linií koexistuje s pohlavní populací. Pokud je ale paleta skutečně široká, reprezentativní a přizpůsobená na každý mikrohabitat, může vytlačit pohlavní populaci až k extinkci (Vrijenhoek 1979). Koexistencí mnoha nepohlavních linií obejde polyfyletický nepohlavní taxon výhodu pohlavní populace vyplývající z variability mezi potomky, jak ji formulují některé ekologické teorie pohlavního rozmnožování (viz kapitola 2.2.4). Několik nepohlavních linií dokáže využívat velké spektrum zdrojů a přitom si jejich potomci mezi sebou příliš nekonkurují. Tuto možnost zmiňuje i Bell (1982, str. 131) s tím, že jedna specializovaná nepohlavní linie nedokáže vytlačit pohlavní populaci, velké množství specializovaných nepohlavních linií by to však svedlo. Koexistence pohlavní a nepohlavní populace závisí na mnoha faktorech. Pokud si konkurují nepohlavní linie přednostně mezi sebou a pohlavní druh má větší celkovou niku, mohou dlouhodobě koexistovat (Lomnicki 2001). Nepohlavní linie jsou postižené driftem a temporální fluktuací prostředí, takže výsledek souboje závisí zejména na rychlosti generování nových nepohlavních linií (Vrijenhoek 1979). Podle počítačových simulací využívají nepohlavní linie nejdříve okrajové habitaty a až později, pokud je rychlost generování nových nepohlavních linií vysoká, invadují i do centra rozšíření druhu (Weeks 1993). Testování této hypotézy shrnují Vrijenhoek a Parker (2009). U nově vznikajících nepohlavních linií se může utvořit a zafixovat velká genetická variabilita mezi genotypy, což dokázaly i konkrétní experimenty (Schultz 1973). Doklady pro kompetitivní vyloučení nepohlavních linií s překrývajícími se nikami jsou řidší, zejména proto, že většina nově odštěpených nepohlavních linií je nějakým způsobem už tak postižená na své biologické zdatnosti. Část se ale ve zdatnosti vyrovná původnímu druhu a mezi nimi může zřejmě opravdu docházet k souboji (Wetherington et al. 1987). Některé takové nepohlavní linie také prokazatelně pod selekčním tlakem změnily fenotyp (De Kovel & De Jong 2000). U řady linií mají nepohlavní populace prokazatelně odlišné ekologické nároky (Solbrig & Simpson 1974). U dalších druhů bylo přímo zdokumentováno, že nepohlavní populace mají daleko užší ekologické nároky než pohlavní populace, jak shrnuli Vrijenhoek a Parker (2009). Mezi druhy s FNV můžeme nalézt i zástupce s hybridogenetickým a gynogenetickým rozmnožováním. Hybridogeneze a gynogeneze ale není pro fungování modelu nutností (Vrijenhoek & Parker 2009). Ekologicky musejí obývat podobná prostředí, aby se mohli střetávat, nicméně očekávali bychom u nich odlišnou niku a z toho vyplývající omezenou kompetici (Kirkendall & Stenseth 1990). Pokud je u těchto linií vysoce omezený přístup k oplození od samců pohlavního druhu (například pokud vykazují samci silnou preferenci pro vlastní druh), může to vést až k situaci, kdy limitujícím faktorem nepohlavních linií je přístup ke spermiím (Moore & McKay 1971). V takovém případě může být selekcí upřednostňována jedna generalistická nepohlavní linie. Variabilita mezi nepohlavními liniemi může vznikat pomalým hromaděním mutací (Lynch 1985), v ekologickém čase ale hraje větší roli polyploidizace, hybridizace (Wetherington et al. 1989) a odštěpování nových nepohlavních linií z pohlavní populace (Parker et al. 1977). Všechna zdokumentovaná pozorování FNV pocházejí od nepohlavních linií, které mají recentní sexuální či 47
fakultativně nepohlavní rodičovské linie (Vrijenhoek & Parker 2009). Konkrétně pozorování od Poeciliopsis ukazuje, že právě časté odštěpování nových nepohlavních linií je kořenem úspěchu jejích nepohlavních zástupců (Vrijenhoek 1979). Hypotéza je tedy ve svém fungování pravděpodobně omezena na častý vznik nových nepohlavních linií z původní pohlavní populace. Pokud tento faktor odezní a nepohlavní linie se musí spolehnout na generování variability pomocí mutací, diferenciace jednotlivých nepohlavních linií se zřejmě výrazně zpomalí (Vrijenhoek & Parker 2009). Na rozdíl od námi testované hypotézy, kterou zmíním v následující kapitole, je základním kamenem modelu zamrzlé palety nik ona paleta, široké spektrum koexistujících nepohlavních linií využívajících široké spektrum mikrohabitatů v konkrétním prostředí. I když model uvažuje i přizpůsobení se konkrétním podmínkám prostředí prostřednictvím mutací, nejde o jeho centrální bod. Na modely GPG a FNV lze nahlížet jako na disjunktní, ale ve skutečnosti se mohou prolínat a dobře doplňovat (Vrijenhoek & Parker 2009). Na první pohled by se mohlo zdát, že GPG se soustředí na proměnlivost prostředí v čase, zatímco FNV v prostoru. Nicméně oba zdroje proměnlivosti v přírodě fungují současně a nepohlavní linie tak může v některých fenotypových znacích být generalistou, zatímco v jiných specialistou (Vrijenhoek 1979). Přístup, kdy jednotlivé nepohlavní linie bereme jako mikrodruhy s různými ekologickými nároky, může generovat daleko širší rozsah podmínek umožňujících existenci nepohlavních linií, než by vyplývalo z dříve zmíněných teoretických konceptů (viz kapitola 2.2).
2.4 Testovaná hypotéza 2.4.1
Teorie zamrzlé plasticity
Jak jsme viděli v kapitole 2.2, paradox pohlavního rozmnožování se s různou měrou úspěchu pokoušelo a pokouší vysvětlit obrovské množství teorií. Tohoto tématu se zajímavým způsobem dotýká i teorie zamrzlé plasticity. Ve svých implikacích se do značné míry shoduje s většinou ekologických teorií o vzniku pohlavního rozmnožování, ale zároveň navrhuje vlastní – obecnější – zdůvodnění pozorovaných patrností a umožňuje jeho testování. Hypotézy, které se pokusím v této práci testovat, vycházejí z teorie zamrzlé plasticity (Flegr 1998; Flegr 2006; Flegr 2010; Flegr 2013). Teorie zamrzlé plasticity postuluje, že evoluce pohlavních a nepohlavních druhů se v klíčových bodech liší. Evoluce nepohlavních druhů odpovídá představě, kterou formuloval Darwin, rozvedla ji velká syntéza, a která vrcholí neodarwinismem (Dawkins 2003). Ve svém charakteru je gradualistická, probíhá pomalým hromaděním náhodně vznikajících mutací, jež jsou prosívány selekcí a kontinuálně dávají vznik novým adaptacím. Druhy jsou co do svých vlastností plastické. Oproti tomu evoluce pohlavního druhu je ve svém průběhu punktuacionalistická. Po většinu času své existence je druh v evoluční stázi a na tlaky prostředí může odpovídat jen do určité míry. Tuto patrnost popsali ve fosilním záznamu Eldredge a Gould (1972) a nazvali ji teorií přerušovaných rovnováh. Za tuto vlastnost pohlavních organismů mohou epistatické interakce mezi alelami (Cheverud & Routman 1996; Kondrashov & Kondrashov 2001; Azevedo et al. 2006), pleiotropie (Rasmuson 1996) 48
a především existence frekvenčně závislé selekce (Allison 1954) a s ní spojená existence evolučně stabilních strategií (Maynard Smith & Price 1973). Vliv každé alely na fenotyp je kontextově závislý na přítomnosti ostatních alel, dědičnost fenotypového znaku je malá. Biologická zdatnost nositele konkrétní alely navíc může záviset na frekvenci alely v populaci. Nadto vliv jednotlivých fenotypových znaků na zdatnost je taktéž kontextově závislý na přítomnosti ostatních znaků, dědičnost biologické zdatnosti je nízká. Geny vytvářejí ve svých účincích na fenotyp složitě propojenou síť, do které se zachytí téměř všechny nově vznikající alely (Flegr 2010). V předpokladu, že jednotlivé alely jsou svými efekty na fenotyp v genomu složitě propojené a selekce tak působí na celý genom, se teorie zamrzlé plasticity shoduje s genomicko-centrickým pohledem na evoluci (Heng 2009). Po celou dobu existence se v populaci pohlavního druhu udržuje vysoký polymorfismus, nedochází k fixacím alel a v malé frekvenci se udržují i ty momentálně nevýhodné (Hamilton et al. 1990). Na selekční tlak takový organismus odpovídá díky vysokému polymorfismu v populaci zprvu velmi ochotně, postupně ale klade čím dál větší odpor, jak se začnou projevovat negativní pleiotropní účinky selektovaných alel a znevýhodnění jejich nositelů v přirozeném výběru (Dobzhansky & Spassky 1969). Druh se začne chovat jako by byl elastický. Pokud tyto tlaky odezní, vrací se frekvence alel a tím pádem i fenotyp organismů k původním hodnotám (Dobzhansky & Spassky 1969). Pouze v určitých obdobích své existence může druh podléhat klasicky evolučním tlakům, jako by byl plastický. Tato období nastávají při peripatrické speciaci, kdy se odštěpí pouze malá část alel. Ve zmenšené populaci selekce ztrácí na síle a populace je unifikována genetickým driftem. Jednotlivé alely se ocitají v každé generaci v podobném genetickém prostředí. V naprosté většině případů v tomto období populace podlehne extinkci, ale výjimečně nastane expanze, při níž dosáhne druh velké početnosti spojené s genetickou uniformitou a po nějaký čas může selekce plně zapůsobit; druh je schopný podléhat adaptivní evoluci. Inbrední populace či populace se sníženou genetickou variabilitou mají v řadě případů skutečně zvýšenou dědivost (Bryant et al. 1986a; Bryant et al. 1986b; Katz & Young 1975), nicméně existují i doklady svědčící proti (McVean & Hurst 1997). Nové alely se nyní nacházejí vždy v sousedství stejných alel a druh se začne chovat plasticky. Tímto způsobem vzniká nový fenotypově výrazně odlišný druh, anageneze je u pohlavních druhů spojená s kladogenezí. Rychlost anageneze se zvyšuje na oceánských ostrovech, které jsou obývány izolovanými peripatricky odštěpenými populacemi druhů, jak opakovaně zdokumentovala řada studií (Angerbjörn 1986; Corbet 1986). Obdobně lze vysvětlit fenomén výrazně zvýšené rychlosti speciací nastávající po hromadném vymírání (Raup 1994). Časem se ale prostřednictvím třídění z hlediska stability opět nahromadí alely s frekvenčně závislým vlivem na biologickou zdatnost a v důsledku jejich pleiotropních účinků a epistatických interakcí druh přejde do elastické fáze, tj. evolučně zamrzne. Všem uvedeným fenoménům odpovídá odlišná schopnost odrůd cizosprašných a samosprašných či asexuálních zemědělských plodin odpovídat na selekční tlaky. Zemědělská praxe potvrdila, že první jsou zřejmě mikroevolučně stabilnější; k jejich šlechtění je třeba pracovat s malými inbredními 49
populacemi, pokud se ale podaří vyšlechtit novou odrůdu, její vlastnosti jsou dlouhodobě stabilní. Naopak u druhých je výhodnější pracovat s velkými populacemi a i když podléhají selekci ze strany šlechtitele za většiny okolností ochotněji, jejich vlastnosti v čase vyznívají (Flegr 2002). Některé znaky zřejmě „zamrzají“ rychleji než jiné; přechod od elastického k plastickému stavu zřejmě u různých znaků vyžaduje různě velkou redukci genetického polymorfismu. Z toho vyplývá velmi pravděpodobný důsledek, že v průběhu evoluce kladu přibývají znaky, které jsou zamrzlé ireverzibilně. Takové znaky by vyžadovaly nerealisticky velké snížení populace a dobu přežívání v tomto stavu. Může se jednat například o znaky kódované mnoha zastupitelnými geny, případně podléhající velmi silné a restriktivní frekvenčně závislé selekci. Tyto znaky zřejmě přežijí i peripatrické speciace v polygenním stavu a hromadí se prostřednictvím třídění na základě stability (Flegr 2010). Zde je třeba dodat, že podobné „zadrátované“ moduly mohou být i vysoce adaptivní, protože zprostředkovávají vysokou genetickou kanalizaci. Disparita kladu je největší v jeho počátcích, jak dokazuje řada paleontologických studií (Foote 1988; Gould 1989; Webster 2007); evoluční potenciál kladu se s časem snižuje, nedokáže měnit zejména své fundamentální vlastnosti. Například evoluce biochemických a celulárních znaků eukaryot proběhla ještě před vznikem pohlavního rozmnožování (či souběžně s ním) čistě darwinistickými mechanismy a v porovnání s primárně nepohlavními prokaryoty jsou u nich tyto znaky velice konzervativní (Flegr 1998; Cohan & Koeppel 2008). Tato vlastnost pohlavních druhů, společně s vazbou anageneze na kladogenezi, velmi pravděpodobně může za omezenou schopnost adaptace pohlavních druhů, konkrétně jejich neschopnost změnit některé základní fenotypové rysy (například základy metabolismu, fyziologie atd.) (Flegr 2006, str. 221–224, 240–243, 245–246; Cohan & Koeppel 2008). Teorii Zamrzlé plasticity nasvědčuje celá řada dalších biologických, paleontologických a zemědělských poznatků, které může čtenář nalézt v některém z uvedených zdrojů (Flegr 1998; Flegr 2002; Flegr 2006; Flegr 2010; Flegr 2013). Značná část z nich je sice vysvětlitelná i jinými mechanismy, teorie zamrzlé plasticity je však jediná, která dokáže sama vysvětlit tak široké spektrum fenoménů. 2.4.2
Důsledky teorie zamrzlé plasticity pro ekologii pohlavních a nepohlavních druhů
Je zřejmé, že podle teorie zamrzlé plasticity budou pohlavní a nepohlavní druhy upřednostňovat odlišné typy prostředí; fakt, který jsem rozvedl již ve své bakalářské práci (Toman 2011). Dva hypotetické extrémy se navíc velmi dobře doplňují s teoretickými vývody výše uvedených teorií pohlavního rozmnožování o prostředí upřednostňujícím pohlavní a nepohlavní druhy (viz kapitola 2.2.4). Stejně jako ve své bakalářské práci zde navrhuji „heterogenitu prostředí chápat jako souhrn proměnlivosti v prostoru a proměnlivosti v čase, přičemž zejména druhou jmenovanou můžeme vyjádřit i jako (ne)předvídatelnost změn. Obě tyto proměnlivosti mohou být způsobovány jak abiotickými faktory, tak faktory biotickými.“ (Toman 2011). Pohlavní druhy budou mít výhodu v prostředí, které je abioticky proměnlivé a s velkým množstvím biotických interakcí, nepředvídatelné, heterogenní a se strukturovanými zdroji (dále jako 50
prostředí heterogenní). V takovém prostředí se potomci konkrétního organismu – ať už kvůli disperzi v čase, nebo prostoru – nacházejí v prostředí značně odlišném od rodičova. Klíčovou adaptací na tato prostředí je pohlavní rozmnožování, které udržuje v genofondu druhu velkou genetickou variabilitu a v každé generaci vytváří zbrusu nové kombinace alel prostřednictvím segregace, rekombinace a syngamie. Pohlavní druh dokáže rychle a přitom reverzibilně reagovat na okamžité selekční tlaky (Hamilton et al. 1990; Maynard Smith 1993, str. 203–204; Flegr 2006, str. 221–224, 240–243, 245–246; Flegr 2010). Pohlavní druh má velkou výhodu v boji proti parazitům, jak zdůrazňuje teorie Červené královny (Hamilton et al. 1990; Haldane 1992). Stejně tak může velmi rychle a operativně – pouhou změnou frekvence alel v populaci – reagovat na náhlé změny prostředí (Maynard Smith 1993, str. 203–204). Navíc mu dává elasticita výhodu v případě, že jsou tyto změny stochastického charakteru a náhodně a rychle se mění co do síly a směru (Dobzhansky 1964; Williams 1975, str. 15–61). Pohlavní druh má taktéž výhodu v prostředí se strukturovanými zdroji; nezáleží ani tak na počtu zdrojů, ale spíše na strukturovanosti samé (Maynard Smith 1978, str. 99–108; Bell 1982, str. 127–142; Domes et al. 2007c; Maraun et al. 2012). Výhodou může být podle některých modelů i tendence pohlavního druhu nepodléhat selekci (Roughgarden 1991). Nepohlavní druh by se mohl přizpůsobit momentálním podmínkám a fixovat určité dočasně výhodné alely, po změně prostředí by ale byl hluboce neadaptovaný. Oproti tomu pohlavní druh díky své elasticitě neztrácí genetickou variabilitu a schopnost vratně se přizpůsobit; v proměnlivém prostředí má takový druh v delším časovém měřítku vyšší a stálejší rychlost růstu populace (Roughgarden 1991). Elasticita pohlavních druhů má však i svou odvrácenou stranu (Flegr 1998; Flegr 2010), protože dědičnost fenotypu a tím pádem i dědičnost biologické zdatnosti je u pohlavních druhů velmi omezená. Každý fenotyp se během několika málo generací „rozpustí“ mezi ostatními (Crow 1970), což je v ostrém kontrastu s nepohlavními druhy, u kterých může dát dobře adaptovaný fenotyp vzniknout celé úspěšné linii. Dokonalost či hloubka přizpůsobení zde hraje daleko menší roli než rychlost a operativnost adaptace na momentální podmínky. Proto by v heterogenním prostředí neměl nepohlavní organismus reagující na selekci jen pomocí fixování pomalu vznikajících mutací žádnou výhodu. Naopak nepohlavní druhy budou mít výhodu v prostředí abioticky stálém a s malým množstvím biotických interakcí, předvídatelném, homogenním a s nestrukturovanými zdroji (dále jako prostředí homogenní) (Flegr 2006, str. 221–224, 240–243, 245–246; Flegr 2013). Za těchto podmínek se prostředí rodičů a jejich potomků příliš neliší v čase ani prostoru. Klíčovou vlastností zde není jak rychle, ale jak důkladně se druhy dokáží přizpůsobit svému prostředí. Nepohlavní rozmnožování umožňuje kromě rychlého množení a snazší kolonizace (Stebbins 1957; Law & Crespi 2002b) i udržení maximálního přizpůsobení získaného v průběhu minulých generací. Svůj genom předávají jako jeden celek podléhající klasické darwinovské selekci prostřednictvím hromadění mutací, je u nich kompletní genová vazba a subjektem selekce je celý genom (Crow 1970; Lynch 1984; Weider 1993; Ridley 2007, str. 56). Netřeba dodávat, že selekci podléhají stejnou měrou a stejným způsobem po celou dobu existence „druhu“, pravděpodobnost 51
anagenetické změny nesouvisí s výskytem speciací; tyto druhy jsou permanentně evolučně plastické (Flegr 1998; Flegr 2010). Klasická darwinovská evoluce po malých krůčcích prostřednictvím mutací a selekce jim umožňuje se sice pomalu, ale hluboce přizpůsobit konkrétním podmínkám. V případě srovnatelné genetické variability reagují na dlouhodobé selekční tlaky zřejmě ochotněji právě asexuální linie (Flegr 2006, str. 221–224, 240–243, 245–246). V homogenních prostředích nemá pohlavní druh žádné výhody, protože jeho fenotyp se již z uvedených důvodů v každé generaci ustavuje znovu a má jen omezenou dědivost vlivem segregační a rekombinační zátěže (Crow 1970). Je pravděpodobné, že nepohlavní organismy budou mít dočasnou výhodu i v řadě prostředí na pomezí dvou zmíněných extrémů; například v důsledku lepších kolonizačních schopností (Stebbins 1957), rychlejšího množení (Maynard Smith 1978, str. 1–10), generalistického genotypu (Vrijenhoek & Parker 2009), dočasné nepřítomnosti biotických protivníků (Wilson & Sherman 2010; Wilson 2011) a řady dalších hypotetických vlastností. Ve velké většině případů však můžeme očekávat, že po odeznění podmínek příznivých pro asexualitu tyto populace vymřou. Tento proces by mohl být zodpovědný za rozložení nepohlavních kladů na stromu života (Butlin 2002); velké množství mladých „koncových větévek“ v mezních prostředích a několik starobyle asexuálních skupin v opravdu homogenních prostředích. Prostřednictvím specifických strategií (viz kapitola 2.3) ale mohou nepohlavní druhy dosáhnout úspěchu i v relativně heterogenním prostředí. S rozdělením na homogenní a heterogenní prostředí se v řadě aspektů shoduje několik dříve publikovaných modelů. Nejdůležitější předchůdce teorie Červené královny, Van Valenův „nový evoluční zákon“ (Van Valen 1973), v původní formulaci údajně zahrnoval „všechny změny prostředí, biotické i abiotické, parazity, predátory i konkurenty“ (Butlin et al. 1999). Glesner a Tilman (1978) taktéž uvažují o kombinaci biotické a abiotické proměnlivosti prostředí; přičemž za důležitější považují biotické interakce, důležitou roli ale dávají i abiotické proměnlivosti. Řada moderních přístupů potom syntetizuje různé ekologické teorie pohlavního rozmnožování, včetně těch hledajících klíč v biotické, nebo naopak abiotické proměnlivosti (Birky 1999; Butlin et al. 1999; Rice 1999; West et al. 1999), případně v kombinaci s genetickými teoriemi (Howard & Lively 1994; Lively & Howard 1994; Howard & Lively 1998), viz kapitola 2.2.5. Paleontolog Peter Sheldon (1996) nabízí vysvětlení pro fakt, že ve fosilním záznamu pozorujeme druhy vyvíjející se gradualisticky i druhy punktuacionalistické. Podle jeho teorie plus ça change selektuje proměnlivé prostředí (například mělčiny či mírný pás), pokud intenzita změn nedosáhne určitých prahových hodnot, na evoluční stázi a potažmo punktuacionalismus. V takovém prostředí dlouhodobě přežijí a převáží linie, které jsou z hlediska adaptací inertní ke krátkodobým a častým změnám prostředí. Tito „generalisté v geologickém časovém měřítku“ mají svými vlastnostmi blízko k ekologickým generalistům, eurytopickým druhům a r-stratégům, tyto charakteristiky je však nevyčerpávají. Teprve když změna prostředí dosáhne určité prahové hodnoty, tak na ní druh evolučně zareaguje. Naopak stabilní prostředí (například hlubiny oceánů a tropy) selektují na gradualistický vývoj a převáží zde „specialisté v geologickém časovém měřítku“. Autor sice nezmiňuje přímo pohlavní rozmnožování, ale jeho teorie je s predikcemi teorie zamrzlé plasticity zcela v souladu. 52
S teorií zamrzlé plasticity se dobře doplňuje genomicko-centrický pohled na evoluci, podle kterého sex paradoxně výrazně omezuje genetickou variabilitu ve velkém měřítku. Podle něj pohlavní rozmnožování na jedné straně udržuje genetickou variabilitu na úrovni genů, na druhé straně výrazně snižuje variabilitu na úrovni celého genomu (Heng 2009). Pohlavní rozmnožování může fungovat jako jakýsi filtr udržující identitu druhu; podle metafory Gorelicka a Henga (2011) se „obrazy na obrazovce“ (variabilita na úrovni genů) mohou téměř libovolně měnit, ale samotná „obrazovka“ (variabilita na úrovni genomu) zůstává stejná. Tento přístup se soustředí hlavně na roli sexu v udržení nízké strukturní variability genomu (obnova ploidie, resetování epigenetických mechanismů, odstranění velkých chromozomových přestaveb z populace, případně oprava mutací) a snižuje roli sexu v udržování genetické variability na úrovni alel genů (Gorelick & Heng 2011). Podle teorie zamrzlé plasticity však právě ta u pohlavních druhů zásadně přispívá k omezení variability na vyšších úrovních. 2.4.3
Konkrétní hypotézy testované v této práci
Valná většina homogenních prostředí tak, jak jsme si je definovali, spadá mezi tzv. extrémní prostředí. Očekávali bychom tedy, že příslušníci nepohlavních kladů budou přizpůsobeni extrémnějším podmínkám prostředí než jejich pohlavně se rozmnožující příbuzní. Tuto možnost zkoumal už Bell (1982, str. 383–385), avšak s rozporuplnými výsledky. Problematické je zejména jeho pojetí extrémních prostředí pouze z abiotického hlediska. Navíc celá řada prostředí, která chápal jako extrémní (např. jeskyně či podzemní prostory), taková v našem smyslu vůbec být nemusejí. Naopak řada jednotlivých pozorování (viz kapitola 2.3) se zdá naší hypotézu podporovat. Já se rozhodl o podobné srovnání pomocí metastudie, ale s několika výraznými rozdíly. Především porovnávám pouze starobyle nepohlavní linie, tedy takové, které musely „dokázat“, že jsou dlouhodobě evolučně životaschopné. Pokud má naše hypotéza pravdu, starobyle nepohlavní skupiny by měly obývat spíše homogenní prostředí, zatímco jejich sesterské či blízce příbuzné ekologicky srovnatelné pohlavní linie prostředí spíše heterogenní. Další implikací naší hypotézy je, že nepohlavní organismy by měly být schopny hlubšího přizpůsobení na abiotické podmínky prostředí, a to ze dvou hlavních důvodů. Především u nich nedochází k nevratnému „zamrzání“ některých znaků, které postuluje teorie zamrzlé plasticity pro pohlavní linie (viz kapitola 2.4.1). Hypoteticky je nic nelimituje v postupné adaptaci na libovolné podmínky prostředí. Druhým důvodem je zmíněná preference homogenních prostředí, mezi která zřejmě spadá velká většina z abiotického hlediska extrémních prostředí. Samozřejmě nemůžeme vyvrátit ani hypotetické přizpůsobení pohlavního kladu těmto podmínkám prostřednictvím peripatrického „rozmrzání“ popsaného teorií zamrzlé plasticity (viz kapitola 2.4.1). Tato možnost je ale zřejmě minimalizovaná vlivem postulované inherentní nevýhody pohlavních druhů v homogenním prostředí a nevratného „zamrzání“ znaků. Schopnost nepohlavních linií hluboce se přizpůsobit abiotickým podmínkám prostředí by se vlivem života v extrémních prostředích měla projevit jako širší ekologická valence celého nepohlavního kladu. Pokusím se u nich srovnat jeden faktor prostředí, a to teplotu. Tu jsem zvolil 53
jednoduše proto, že umožňuje srovnání mezi druhy s rozdílnou ekologií, vodními i suchozemskými. Naší hypotézu by podpořilo zjištění, že nepohlavní taxony jsou schopny se přizpůsobit a aktivovat v prostředí s větším teplotním rozsahem než jejich sesterské či blízce příbuzné ekologicky srovnatelné pohlavní taxony. Tato hypotéza se neslučuje s modelem univerzálního genotypu (viz kapitola 2.3.9) ani s modelem zamrzlé palety nik (viz kapitola 2.3.10). V prvním případě by měly mít širokou ekologickou valenci jednotlivé druhy, jeho predikce se tedy od našeho modelu zásadně liší (Vrijenhoek & Parker 2009). Zmrzlá paleta nik se ustanoví na základě intenzivní kompetice mezi nezávisle a opakovaně z pohlavního druhu (či populace) odštěpenými nepohlavními liniemi, jejichž specializovaný genotyp a potažmo fenotyp vyplývá ze způsobu jejich vzniku (náhodně odštěpené frakce alel rodičovského druhu či náhodné kombinace alel dvou druhů v případě hybridizace) (Vrijenhoek & Parker 2009). V případě naší hypotézy ale uvažujeme neustále trvající proces adaptace, probíhající u dlouhodobě nepohlavní monofyletické linie, která se přizpůsobuje extrémním podmínkám prostředí. Rozrůzňuje se v nepohlavním stavu, zdrojem genetické variability jsou především nově vznikající mutace, nikoli genetická variabilita zděděná po rodičovském druhu či druzích. O zařazení mutací jako zdroje variability v modelu FNV sice někteří výzkumníci uvažovali (Lynch 1985), bývají však považovány za okrajový faktor (Vrijenhoek & Parker 2009). Naše hypotéza se tedy s modelem zamrzlé palety nik shoduje v predikci specializace nepohlavních linií, nicméně způsob, kterým nastává, a z toho vyplývající hloubka specializace, které nepohlavní linie dosahují, se zásadně liší. Z FNV také nevyplývá žádná preference nepohlavních druhů, co se týče heterogenity prostředí.
54
3
Cíle práce
Cílem této práce je: 1. Sumarizovat aktuální výčet tzv. „starobyle nepohlavních skupin“, uvést dříve navržené a dnes vyvrácené taxony a naopak zdůraznit v této vlastnosti dobře podpořené taxony, společně s důvody pro konkrétní rozhodnutí 2. Určit jejich sesterské či blízce příbuzné pohlavní linie 3. Shrnout aktuální stav znalostí o jednotlivých dobře podpořených starobyle asexuálních skupinách a jejich sesterských či blízce příbuzných srovnatelných pohlavních skupinách, zejména z hlediska jejich ekologie 4. Otestovat hypotézu, že starobyle nepohlavní skupiny jsou schopny aktivovat za širšího rozsahu teplot než jejich sesterské či blízce příbuzné srovnatelné pohlavní taxony 5. Otestovat
hypotézu,
že
starobyle
nepohlavní
skupiny
se
vyskytují
přednostně
v homogennějším prostředí v porovnání s jejich sesterskými či blízce příbuznými pohlavními taxony
55
4
Metodika
4.1 Soubor dat Tato práce má charakter metastudie. Důkladně jsem analyzoval množství zdrojů, které se nahromadily k jednotlivým starobyle nepohlavním skupinám. Nejprve jsem vyhledal seznamy navržených kandidátů na starobyle asexuální linie. Následně jsem vyhledal další možné starobyle nepohlavní skupiny, které byly navrženy v době po vydání těchto souhrnných článků. Jednotlivé kandidáty na starobyle nepohlavní linie jsem poté přezkoumal s použitím nejnovějších zdrojů a určil, zda byl jejich stav jakožto starobyle nepohlavních podpořen, nebo zpochybněn či vyvrácen. Zbylých osm dobře podpořených starobyle asexuálních skupin jsem podrobil dalšímu studiu. Nejprve jsem s použitím aktuálních zdrojů určil jejich sesterské či blízce příbuzné pohlavní skupiny. Ve třech případech (Bdelloidea, Darwinulidae a Vittaria) jde o monofyletické skupiny. Zbylé starobyle nepohlavní skupiny jsou polyfyletické, zahrnují vždy několik příbuzných starobyle nepohlavních linií, jimž jsou ale ještě blíže příbuzné pohlavní linie. V těchto případech jsem postupoval tak, že jsem porovnával jednotlivá monofyla s jejich sesterskými pohlavními monofyly a následně vycházel z převládajícího trendu sledovaných vlastností. Kromě rodu Timema jsou však u těchto linií fylogenetické vztahy poměrně nejasné. Kde to bylo možné, vycházel jsem z nejpravděpodobnějších příbuzenských vztahů, větší roli zde však hrál celkový trend. Obojí jsem u příslušných skupin obšírně okomentoval. Jednotlivé polyfyletické taxony jsem tedy pro účely analýzy pojal jako celky, a to z důvodu nezávislosti pozorování. V opačném případě, kdy bych jednotlivá blízce příbuzná monofyla těchto polyfyletických taxonů zařadil do analýzy samostatně, by se nejednalo o nezávislá pozorování a výsledky by mohly být výrazně zkreslené. Následně jsem shromáždil údaje o rozsahu teplot, za kterého dokáží jejich zástupci aktivovat. U některých skupin byly dohledatelné konkrétní teplotní údaje v literárních zdrojích. Jedná se zejména o relativně nejprozkoumanější skupiny Bdelloidea, Darwinulidae a Oribatidae a příslušné příbuzné pohlavní skupiny. U Oribatidae jsem vzal v potaz na podporu svých závěrů i jejich geografické rozšíření. Zbylé dvě skupiny roztočů jsou z hlediska životních teplot tak neprozkoumané, že jsem nebyl schopen shromáždit u nich příslušná teplotní data. U zbylých třech párů studovaných taxonů literární zdroje neobsahovaly dostatek údajů k rozsahu jejich životních teplot. Můžeme však dohledat jejich geografické rozšíření, což jsem provedl a následně jej porovnal s příslušnými teplotními mapami naměřených teplotních maxim a minim na souši (pro Vittaria a Timema) a v oceánu (pro Lasaea). V prvním případě jsem použil WorldClim, volně stažitelný soubor teplotních mřížek extrapolovaných z teplotních dat nasbíraných mezi lety 1950 a 2000 s rozlišením zhruba 1 km2 (30 stupňových sekund) (Hijmans et al. 2005), konkrétně mapy teplotních minim a maxim. K zobrazení těchto dat jsem využil volně stažitelný program DIVA-GIS (Hijmans 2012). Při určení geografického rozšíření příslušných skupin jsem vycházel z literárních zdrojů pro Vittaria (Farrar 1978; Farrar 1990) a Timema (Law & Crespi 2002a).
56
V druhém případě jsem použil volně stažitelné teplotní mapy pořízené instrumentem MODIS na družici Aqua (EOS PM-1) mezi roky 2002 a 2013, konkrétně „Aqua MODIS Sea Surface Temperature (11 µ daytime)“ (NASA 2013). Na jejich zobrazení nebyl třeba specializovaný software, k dispozici jsou ve formátu PNG. Při určení geografického rozšíření pohlavních a nepohlavních zástupců rodu Lasaea jsem vycházel z příslušné literatury (Guiler 1960; Ó Foighil & Eernisse 1988; Ó Foighil 1989; Tada et al. 1996; Li et al. 2013). Dále jsem s použitím literárních zdrojů sumarizoval informace o charakteru prostředí (tj. zda je spíše homogenní, nebo heterogenní, viz kapitola 2.4) obývaném studovanými skupinami. Šest starobyle nepohlavních skupin se v charakteru svého prostředí od srovnávaných pohlavních linií lišilo, charakter prostředí pohlavních a starobyle nepohlavních zástupců jedné skupiny se prakticky nelišil. Pouze jedna skupina, rod Lasaea, je z hlediska hypotetických rozdílů prostředí obývaného starobyle nepohlavními a příslušnými pohlavními liniemi tak málo prozkoumaná, že jsem s ní dále nepracoval a do testování této hypotézy ji nezahrnul.
4.2 Statistika Po shromáždění těchto údajů jsem provedl statistickou analýzu. Data jsem analyzoval ve statistickém programu STATISTICA 8 (StatSoft 2007) metodou jednostranného Fischerova přímého exaktního testu k otestování (1) hypotézy, že starobyle nepohlavní skupiny jsou schopny aktivovat za širšího rozsahu teplot než sesterské či blízce příbuzné srovnatelné pohlavní taxony a (2) hypotézy, že starobyle nepohlavní skupiny se vyskytují přednostně v homogennějším prostředí v porovnání s jejich sesterskými či blízce příbuznými pohlavními taxony. Výsledkem statistického testu bylo určení, na jaké hladině statistické významnosti můžeme zavrhnout nulovou hypotézu, že (1) pohlavní a nepohlavní skupiny se v rozsahu teplot aktivity neliší či je rozsah teplot aktivity vyšší u pohlavních skupin a (2) pohlavní a nepohlavní skupiny se neliší v homogenitě obývaného prostředí či homogennější prostředí obývají přednostně pohlavní skupiny. Jednostranný Fischerův přímý exaktní test jsem zvolil zejména ze dvou důvodů. Prvním je malý počet srovnávaných skupin (n = 12, respektive n = 14). Druhým je fakt, že jednotlivé teplotní údaje k testování hypotézy o větším teplotním rozsahu aktivity starobyle nepohlavních skupin byly naměřené různými technikami a mají nestejnou vypovídací hodnotu. Tudíž je vhodnější pojmout data jako nominální, respektive binární (asexuální taxon má/nemá větší rozsah teplot, za kterých aktivuje, než srovnávaný pohlavní taxon). Data k testování druhé hypotézy mají takový charakter sama o sobě (asexuální taxon obývá/neobývá homogennější prostředí než srovnávaný pohlavní taxon).
57
5
Výsledky
5.1 Seznamy starobyle nepohlavních linií V devadesátých letech dvacátého století se Judson a Normark (1996) pokusili vytvořit seznam starobyle nepohlavních taxonů. V této studii se věnovali pouze mnohobuněčným organismům. Mezi starobyle asexuální taxony zahrnuli dva zástupce kapradin (nepohlavní linie rodů Vittaria a Trichomanes), tři skupiny hub (linii Glomales z taxonu Zygomycota, Lepiotaceae a Tricholomataceae z taxonu Agaricales), ze živočichů vířníky skupiny Bdelloidea, hlísty rodu Meloidogyne, lasturnatky skupiny Darwinulidae, korýše „Artemia parthenogenetica“, celou řadu roztočů včetně mnoha linií skupiny Oribatidae, stejnokřídlý hmyz rodů Trama a Neotrama, brouka nosatce (Curculionidae) Aramigus tesselatus, nepohlavní linie mlže rodu Lasaea a živorodku rodu Poeciliopsis kmene MO/II. K této studii se stejní autoři vrátili v roce 2003 (Normark et al. 2003), řadu dalších možných starobyle asexuálních linií (Diplomonadida, Entamoebida, Campeloma parthenum, Heterocypris incongruens, Eucypris virens, řadu dalších zástupců roztočů, rody Timema a Ambystoma, Bacillus atticus) navrhli a mnoho ze starších navrhovaných skupin vyškrtli. Od té doby se výzkumu starobyle asexuálních skupin věnovala řada výzkumníků a poznatky dále vykrystalizovaly (Neiman et al. 2009; Schurko et al. 2009; Schwander & Crespi 2009a). Především je pravděpodobné, že existují tři velké a po skutečně velmi dlouhou dobu asexuální skupiny – již zmínění vířníci skupiny Bdelloidea, lasturnatky skupiny Darwinulidae a několik nezávislých linií ve skupině roztočů Oribatidae. Dále zde nalezneme několik ve svém starobyle asexuálním statusu dobře podpořených taxonů s menším počtem druhů, jako např. některé linie plže rodu Lasaea, tři druhy rodu strašilky Timema, nepohlavní linie kapradiny rodu Vittaria a některé další skupiny roztočů.
5.2 Vyvrácené, zpochybněné a nejisté starobyle nepohlavní linie 5.2.1
Vyvrácené případy starobylé nepohlavnosti
U mnoha taxonů byla použitím dříve zmíněných metod (viz kapitola 2.1.3.2) navržená starobylá asexualita (či vůbec obligátní asexualita) vyvrácena. Z mnoha příkladů můžeme zmínit například předožábré plže skupiny piskořkovitých (Thiaridae), kteří byli tradičně považování za zcela partenogenetické (Morrison 1954). Už v sedmdesátých letech ale objevil Davis (1971) pohlavní populace v rámci tohoto taxonu, nicméně samotný rod Thiara byl nadále považován za partenogenetický. Heller a Farstey (1990) však objevili sexuální populace druhu Thiara (Melanoides) tuberculata v Izraeli a vyvrátili tak obligátní asexualitu tohoto taxonu. Pohlavní populace byly objeveny i u stejnokřídlého hmyzu skupiny Tramini (rody Trama, Neotrama), který byl rovněž považován za výhradně partenogenetický (Verma 1969, převzato z Judson & Normark 1996). Pohlavní populace se rovněž nacházejí u druhového komplexu brouků nosatců (Curculionidae) Naupactus leucoloma (Lanteri & Marvaldi 1995). Komplikovaná je situace u severoamerických hybridních mloků (Salamandridae) z rodu Ambystoma. Sympatricky zde žijí čtyři pohlavní druhy, které se mohou křížit a dávat vznik 58
diploidním, triploidním, tetraploidním či pentaploidním křížencům obsahujícím genotyp dvou či tří sympatrických druhů. Způsoby jejich rozmnožování jsou zřejmě neobyčejně pestré, od partenogeneze a gynogeneze až po hybridogenezi (Hedges et al. 1992; Bogart et al. 2007). Kříženci Ambystoma jeffersonianum a Ambystoma laterale představují s velkou pravděpodobností separátní nepohlavní gynogenetický klad, který může přežívat až pět milionů let, což by z nich dělalo nejstarší obligátně nepohlavní taxon mezi obratlovci (Bi & Bogart 2010). Nicméně právě u těchto kříženců dochází často k přenosu genetického materiálu ze spermie při gynogenezi a nejde tudíž o čistou partenogenezi (Spolsky et al. 1992; Bogart et al. 2007). Jako nepohlavní (Pilato 1979) a možný starobyle asexuální taxon byly navrženy i Chaetonida, skupina břichobrvek (Gastrotricha) (Judson & Normark 1996). Chaetonotida jsou však málo prozkoumané, i přes původní domněnky u nich například rozhodně nastává efektivní disperze, protože lze nalézt geograficky široce rozšířené haplotypy (Kieneke et al. 2012). Navíc u nich byla opakovaně zdokumentována přítomnost samčích pohlavních buněk (Weiss & Levy 1979; Judson & Normark 1996; Weiss 2001). Zřejmě jsou hermafroditické a fakultativně partenogenetické – po nějaké době nepohlavního rozmnožování nastává pohlavní fáze (Thorp & Covich 1991; Ricci & Balsamo 2000; Weiss 2001). Dále byl nepohlavní způsob rozmnožování vyvrácen, nebo přinejmenším silně zpochybněn, u několika linií roztočů. Přinejmenším některé druhy rodu Protogamasellus (Parasitiformes, Mesostigmata) se rozmnožují arrhenotokicky (Afifi et al. 1986), stejně jako zástupci jeho sesterského rodu Gamasellodes (Walter 2003). U rodu Geholaspis (Parasitiformes, Mesostigmata) se v určitých populacích v přírodě nacházejí ve značném zastoupení samci (Gwiazdowicz & Klemt 2004). Řada druhů rodu Trachytes (Parasitiformes, Mesostigmata) se ve skutečnosti rozmnožuje pohlavně (Bloszyk & Szymkowiak 1996; Bloszyk et al. 2004). Protistní skupiny Diplomonadida a Entamoebida také s největší pravděpodobností nejsou asexuální. Jak u zástupce Diplomonadida (Giardia intestinalis), tak u zástupce Entamoebida (Entamoeba histolitica) Ramesh, Malik et al. (2005) detekovali přítomnost genů pro meiózu. U entaméby byly navíc už dříve zdokumentovány nepřímé důkazy pro rekombinaci (Blanc et al. 1989). Doklady pro pohlavní proces byly dále zdokumentovány u množství dalších protistních druhů považovaných za nepohlavní – např. Aspergillus fumigatus (O'Gorman et al. 2009), Ostreococcus spp. (Grimsley et al. 2010), Pseudoperkinsus tapestis (Marshall & Berbee 2010), Chlorella variabilis (Blanc et al. 2010), Encephalitozoon cuniculi (Ramesh et al. 2005). 5.2.2
Nepohlavní linie s nadhodnoceným stářím
U dalších hypoteticky starobyle asexuálních skupin bylo jejich stáří výzkumníky původně přeceněno a tyto skupiny jsou spíše recentního původu. Jde zejména o hybridogenetické živorodky rodu Poeciliopsis kmene MO/II vzniklé zkřížením Poeciliopsis monacha a Poeciliopsis virosa. Nové testy jasně ukázaly, že recentní kříženec těchto druhů je hybridogenetickému kmeni blízce příbuzný, daleko více než hypotetický hybrid jejich společných předků (Mateos & Vrijenhoek 2002). 59
Vláskatec druhu Trichomanes intricatum byl dalším kandidátem na starobyle asexuální linii. Jedná se o kapradinu z čeledi Hymenophyllaceae, která zcela ztratila svou diploidní část životního cyklu (sporofyt) a rozmnožuje se výhradně nepohlavně v rámci haploidního gametofytu, neukončeným růstem spojeným s větvením a produkcí nepohlavních rozmnožovacích struktur – gemmae. Nikdy nevytvářejí ani abortivní sporofyty, pouze výjimečně nefunkční pohlavní struktury (Farrar 1992). Geograficky nejbližší a hypoteticky příbuzné Trichomanes boschianum a Trichomanes petersii obývající jih USA s největší pravděpodobností nejsou jeho mateřskými či sesterskými druhy, protože se, i přes výrazné morfologické podobnosti gametofytu, značně liší v enzymové elektroforéze (Farrar 1985). Farrar (1990) vyslovil hypotézu, že sesterským druhem těchto nepohlavních gametofytů je některý středoamerický či jihoamerický druh rodu Trichomanes. Neustálý dálkový transport z této domoviny je vysoce nepravděpodobný, protože tyto kapradiny nevynikají v disperzi. Nynější rozšíření na severoamerickém kontinentu je tedy podle této hypotézy reliktem rozšíření mateřského druhu s kompletním životním cyklem. Podmínky vhodné pro růst sporofytu byly v nynějším areálu druhu naposledy v terciéru, zhruba před 10 miliony let (Farrar 1990; Farrar 1992), což by mohlo být i stáří tohoto nepohlavního taxonu. Až do tohoto momentu je příběh Trichomanes intritacum téměř totožný, jako u dalšího nepohlavního kapradinového gametofytu Severní Ameriky, Vittaria appalachiana. Jediným rozdílem jsou o něco větší disperzní schopností Trichomanes intricatum, neboť ten se na rozdíl od Vittaria appalachiana rozšířil i daleko za limity pleistocenního zalednění severní Ameriky (Pensylvánie, New York a Nová Anglie); jeho areál sahá od Arkansasu až do severního Vermontu (Farrar 1990). Moderní studie (Ebihara et al. 2008) však na hypotézu o starobylé nepohlavnosti tohoto druhu vrhla zcela jiné světlo. Ukázala totiž, že podle plastidového genomu je nepohlavním gametofytům rodu Trichomanes v Severní Americe překvapivě nejblíže příbuzný druh Crepidomanes schmidtianum var. schmidtianum, který se vyskytuje v Japonsku zhruba po zeměpisnou šířku 37. rovnoběžky (Ebihara et al. 2008). Až této dvojici je zřejmě sesterský Crepidomanes schmidtianum var. latifrons, který se vyskytuje ve vlhkých lesnatých oblastech po jihovýchodní Asii až do himalájské oblasti. Podobnost chloroplastových genomů je velmi vysoká a sama o sobě svědčí spíše pro pozdější oddělení těchto dvou druhů, než terciérní před nějakými 10 miliony let navrhované Farrarem (1990). Crepidomanes schmidtianum je zřejmě triploid s nepravidelnou meiózou. Realistická je tedy možnost, že pohlavní mateřský druh nepohlavního Trichomanes intricatum a dnešního Crepidomanes schmidtianum dosáhl širokého rozšíření a v Asii se stal objektem hybridizace. Jako mateřský druh tak dal v Asii základ Crepidomanes schmidtianum (Ebihara et al. 2008), zatímco v Severní Americe populace mateřského druhu ztratila sporofyt a stala se nepohlavní. Mnoho asexuálních zástupců, kteří ale netvoří větší monofyletické klady, nalezneme u želvušek (Pilato 1979; Jorgensen et al. 2007). Tato skupina je zatím málo prozkoumaná, nicméně i přes původně navrhovanou možnou starobylou asexualitu některých jejich zástupců bylo prokázáno, že studované linie jsou spíše mladé. Studovaný druh Echiniscus testudo má nízkou genetickou diverzitu v kódujících sekvencích a střední diverzitu v mitochondriálních sekvencích, což jasně svědčí pro 60
nedávný původ linie. Široké rozšíření konkrétních haplotypů navíc naznačuje velký pasivní transport (Jorgensen et al. 2007). 5.2.3
Nejasné a zpochybněné případy starobylé nepohlavnosti
Kromě zmíněných případů existuje řada taxonů, u kterých byla hypotetická starobylá nepohlavnost navržena, ale zatím nemáme dostatek dokladů na její spolehlivější podporu; případně byla nějakým způsobem zpochybněna, ale ještě ne zcela vyvrácena. Za starobyle nepohlavní byly považovány i fytoparazitické nepohlavní druhy hlístů z rodu Meloidogyne (Esbendshade & Triantaphyllou 1987; Castagnonesereno et al. 1993). Ukázalo se ale, že jde s největší pravděpodobností o nedávné přechody k nepohlavnosti prostřednictvím hybridizací (Trudgill & Blok 2001). Navíc gen msp (hlavní spermatický protein), nutný pro správnou funkci spermií, je udržován u sexuálních i asexuálních populací. U obou má stejnou substituční rychlost (Lunt 2008) a je zřejmé, že u hypoteticky nepohlavní linie nepodléhá degradaci, jak bychom čekali, pokud by nepůsobil selekční tlak na jeho správnou funkci. Podobná je i situace u nepohlavních linií brouků nosatců rodu Aramigus. Na základě analýzy mitochondriální DNA byla jedna z těchto linií považována za monofyletickou a starou až dva miliony let (Normark 1996). Pozdější srovnání ale ukázalo, že u tohoto druhového komplexu nesouhlasí fylogeneze odvozená na základě morfologie s fylogenezí odvozenou z mitochondriální DNA; linie patrně vznikly v důsledku hybridizace a dost možná před daleko kratší dobou (Normark & Lanteri 1998). Některé obligátně nepohlavní linie ploštěnky Schmidtea polychroa z jižní Francie možná dosahují stáří až 1,5 milionu let (Pongratz et al. 2003). Tyto odhady jsou však založené na srovnání molekulární divergence od nejpříbuznější pohlavní linie a mohou trpět stejnými nedostatky jako u dvou předchozích skupin, zde navíc umocněné slabým samplingem přilehlých populací. U tohoto organismu také nemůžeme vyloučit občasný genový tok z pohlavních populací, protože sympatricky žijící pohlavní a nepohlavní linie vytvářejí složité komplexy propojené genovým tokem s různou frekvencí nepohlavních jedinců a opakovanými přechody k obligátní nepohlavnosti (Pongratz et al. 2003). Jedna obligátně asexuální linie plže Potamopyrgus antipodarum možná dosahuje stáří 0,5 až 1,7 milionu let, tento odhad však může trpět značnou nepřesností a bylo by třeba jej ověřit spolehlivějšími metodami (Neiman et al. 2005). Obligátně asexuální linie štítěnky (Diaspididae) druhu Aspidiotus nerii podle analýzy vnitrodruhové genetické variability možná dosahuje stáří přes jeden milion let, tento údaj však může být nadhodnocen pozorovanou zvýšenou substituční rychlostí nepohlavní linie (Provencher et al. 2005). Stáří tří nepohlavních linií mandelinek (Chrysomelidae) rodu Calligrapha se může pohybovat zhruba mezi jedním a třemi miliony let, nemusí se však jednat o čas přechodu k asexualitě, neboť se jedná o dataci provedenou na základě mezidruhového srovnání mitochondriálních sekvencí a tyto
61
druhy k nepohlavnosti přešly prostřednictvím hybridizace. Nelze také vyloučit, že dále nedošlo k dalším hybridizacím s pohlavními druhy (Gomez-Zurita et al. 2006). Jako kandidáti na starobyle asexuální linie byly navrženy i nepohlavní linie dvou druhů lasturnatek skupiny Cypridoidea, Heterocypris incongruens a Eucypris virens. Oba druhy však obsahují pohlavní i obligátně nepohlavní populace, přičemž jejich geografické vztahy mají charakter geografické partenogeneze (Butlin et al. 1998b; Martens 1998b; Schön et al. 2000). V provedených studiích vyšly velmi dávné divergence (v řádech milionů let) některých jejich partenogenetických populací (Chaplin & Hebert 1997; Martens 1998b). Odštěpování nepohlavních kmenů je u těchto druhů ale velmi časté, a tak i když v konkrétní molekulárně-biologické studii vyjde dávná divergence dvou nepohlavních linií, téměř jistě se jedná o divergenci sexuálních předků, přičemž námi porovnávané linie jsou dvě nezávisle vzniklé nepohlavní linie z nich odvozené (Chaplin & Hebert 1997; Martens 1998b; Bode et al. 2010). Navíc studium jejich karyotypu odhalilo dobře identifikovatelné chromozomové páry (Tétart 1978), na rozdíl od situace u Darwinulidae (viz kapitola 5.4.3). Odhady stáří partenogenetických linií korýšů rodu Artemia (dříve shrnovaných jako Artemia parthenogenetica), které dosahovaly až 40 milionů let (Perez et al. 1994), byly nadhodnocené zvýšenou rychlostí molekulární evoluce halofilních korýšů (Hebert et al. 2002). „Artemia parthenogenetica“ také není monofyletická, jde o řadu nepohlavních diploidních až pentaploidních nezávisle vzniklých linií rozmnožujících se automixis i apomixis. Polyploidizace a pozorovaná vysoká genetická heterozygosita svědčí pro hybridní původ linií (Nascetti et al. 2003; Baxevanis et al. 2006). Novější analýza jaderné a mitochondriální DNA datovala nejstarší přechod k nepohlavnosti do doby před zhruba 3,5 miliony let (Baxevanis et al. 2006). Ani tato datace však vzhledem k zvláštnostem v rychlosti molekulární evoluce v hypersalinních habitatech není jistá a navíc se na nepohlavní linie rodu Artemia vztahuje podobný problém, jako na předchozí zástupce lasturnatek. Může jít ve skutečnosti o dataci divergence dvou sexuálních předků. Případně bližší pohlavní linie mohla vyhynout, výzkumníci ji nenalezli anebo nezahrnuli do studie, což vzhledem k nedostatečnému prozkoumání středoasijské oblasti, kde se nepohlavní linie zřejmě odštěpily (Muñoz et al. 2010), rozhodně nelze vyvrátit. Různé druhy rodu Artemia se liší ve své toleranci teplot a salinit (Vanhaecke et al. 1984), nicméně dřívější studie nerozlišovaly molekulárně-biologickými metodami později identifikované nepohlavní linie a jejich použitelnost v této studii tudíž velmi omezená. V případě rodu Artemia je omezené i využití dat o biogeografickém rozšíření příslušných linií, protože je velice komplikované a pravděpodobně ovlivněné historickou lidskou činností a vysokou pasivní disperzí (Muñoz et al. 2010). Určitým mementem pro nás může být případ strašilky Bacillus atticus (Mantovani et al. 2001). Stáří tohoto automiktického druhu je zhruba 15 milionů let a byl by dobrým kandidátem na starobyle nepohlavní taxon. Nicméně výzkum hybridních populací, které vytváří s několika příbuznými druhy a jejichž struktura je velice složitá (a mimochodem z ní známe jedny z mála případů androgeneze), ukázal, že ještě zhruba před jedním milionem let u něj museli existovat plodní samci. Maternální část 62
genomu partenogenetického triploidního hybrida Bacillus lynceorum totiž pravděpodobně pochází od druhu Bacillus rosius a ostatní části se do něj s největší pravděpodobností dostaly prostřednictvím samců – včetně části pocházející od Bacillus atticus (Mantovani et al. 2001). Dalším kandidátem na starobyle asexuální linii byla skupina arbuskulárně mykorhizních hub Glomales. Nikdy u nich nebyl pozorován sexuální cyklus, posledních 400 milionů let se morfologicky téměř nezměnily (Croll & Sanders 2009) a byla u nich zdokumentována vegetativní inkompatibilita zabraňující parasexualitě (Giovannetti et al. 2003). Později u nich však výzkumníci nalezli jasné doklady pro rekombinaci. Některé mohou být důsledkem parasexuality v rámci jednoho organismu/kmene (Gandolfi et al. 2003). Jiné ale jasně svědčí pro rekombinaci mezi různými kmeny (Vandenkoornhuyse et al. 2001; Croll & Sanders 2009). Analýza jejich genomu navíc identifikovala konzervovaný set genů pro meiózu (Halary et al. 2011). S největší pravděpodobností u nich tedy probíhají parasexuální procesy, a to i mezi různými kmeny, případně kryptický sex. Poměrně komplikovaná je situace u houbových symbiontů mravenců ze skupin Lepiotaceae a Tricholomataceae a obdobných symbiontů kůrovců ze skupiny Ophistomatales. O mravenčích symbiontech se dlouhou dobu se značnou mírou jistoty předpokládalo, že jsou zcela asexuální a předávají se až na výjimky vertikálně přičiněním mravenčích hostitelů (Mueller et al. 1998). Pokud se na problém podíváme z mravenčí strany, houbové farmaření vzniklo zřejmě jednou u společného předka těchto skupin; pro jeho vznik byla navržena řada teorií, které ale nejsou předmětem této práce a shrnuje je např. Mueller (2001). Naopak ze strany symbiotických hub došlo k domestikaci zřejmě několikrát a to až do relativně nedávné minulosti, protože kultivary bazálních zástupců farmařících mravenců mají v přírodě blízce příbuzné (i pohlavní) linie. Fylogeneze těchto linií se také neshoduje s jejich mravenčími hostiteli, dochází zde k opakovaným horizontálním transferům a de novo domestikacím (Chapela et al. 1994; Mueller et al. 1998). Dvě odvozené skupiny mravenců nicméně získaly své symbionty před dlouhou dobou a nejsou známí jejich volně žijící houboví příbuzní. Právě u těchto skupin – vrcholové skupiny Lepiotaceae a menší skupiny Tricholomataceae – se předpokládala monofylie a obligátně nepohlavní rozmnožování až po 23 milionů let (Chapela et al. 1994). Rané studie ukázaly shodu fylogeneze těchto houbových symbiontů a mravenčích hostitelů (Hinkle et al. 1994). Horizontální transfery jsou ale zřejmě relativně časté i zde a u houbových symbiontů prokazatelně dochází k rekombinaci (Mikheyev et al. 2006). Vzácně byla také pozorována produkce pohlavních struktur, které se ale mravenci snaží potlačovat, jak shrnul například Mueller (2002). Mají také konzervovaný gen DMC1 (disruptovaná meiotická cDNA, název se vztahuje k metodě jeho objevu, nikoli funkci) exprimovaný v meióze (Mikheyev et al. 2006). Nejméně k rekombinaci prostřednictvím parasexuálních procesů v rámci jednoho kmene tedy prokazatelně dochází (byť autoři tvrdí, že u těchto hub není častá), možná ale dochází i k meióze a produkci pohlavních stadií. Těžko říct, nakolik by v tom případě byla častá syngamie pohlavních buněk dvou odlišných kmenů, nemůžeme ji ale vyloučit.
63
Naopak spíše pro starobylou asexualitu této skupiny a proti přítomnosti pohlavního rozmnožování svědčí fakt, že starší kultivary mravenčích hub jsou náchylnější k nákaze ze strany jejich hlavního patogenu, vřeckovýtrusné houby rodu Escovopsis (Currie et al. 1999a), což odpovídá očekáváním teorie Červené královny a hypotézy Božích mlýnů. Mravenci v rámci péče o své houbové kultivary navíc prostřednictvím mladé královny zakládající nové hnízdo přinášejí spolu s inokulem symbiotické houby i specifickou filamentózní bakterii produkující látky potlačující růst Escovopsis (Currie et al. 1999a; Currie et al. 1999b). Situace u kůrovců a jejich houbových symbiontů, některých vřeckovýtrusných hub skupiny Ophistomatales, je odlišná. Zástupci Ophistomatales, kteří jsou nepohlavní a obligátně asociovaní se svými hostiteli, se nazývají ambrosiové houby a spadají do dvou rodů – Ambrosiella a Raffaelea. Ty jsou však jistě polyfyletické a podobně jako u mravenců došlo ze strany hub k několika nezávislým domestikacím (Cassar & Blackwell 1996; Jones & Blackwell 1998; Alamouti et al. 2009). Na rozdíl od farmařících mravenců mezi brouky nacházíme nejméně sedm nezávislých vzniků asociace s jejich nepohlavními houbovými partnery, v každé ze skupin dále nacházíme i volnější asociace s pohlavními příbuznými ambrosiových hub a druhy zcela bez houbových symbiontů (Farrell et al. 2001). Nejstarší asociace s ambrosiovými houbami může být stará až 60 milionů let, další potom 35 a 21 milionů let. To by tyto linie skutečně řadilo mezi nejstarší starobyle asexuální klady (Farrell et al. 2001). Nicméně fylogeneze brouků a jejich symbiontů si zcela neodpovídají a je pravděpodobný horizontální přenos ambrosiových hub. Také není jistý striktně horizontální přenos (Farrell et al. 2001). I když u nich nejsou zatím zdokumentovány jasné
indicie
pro pohlavní
či
parasexuální
procesy, je
nepravděpodobné, že by byly tyto houby starobyle asexuální.
5.3 Pijavenky (Bdelloidea) 5.3.1
Úvod
Bdelloidea jsou nejznámější, nejdříve objevenou a nejprozkoumanější starobyle asexuální skupinou. Jedná se o nepohlavní linii vířníků (Rotifera). Měří zhruba mezi 0,1 a 1,5 mm na délku, obývají (až na výjimky) sladkovodní prostředí a pohybují se buď plaváním pomocí koronálních cilií, nebo, po přisednutí, píďalkovitým pohybem, kdy se zachytávají substrátu pomocí vychlípitelného rostra (Ricci & Balsamo 2000; Welch et al. 2009). Bdelloidea jsou prokazatelně monofyletickým taxonem, což potvrzují morfologické znaky (Melone & Ricci 1995; Wallace et al. 1996) i molekulárně-biologické studie (Welch & Meselson 2000). Na základě morfologických znaků mají popsaných zhruba 461 druhů (Segers 2007; Segers 2008). Aplikace molekulárních metod je u nich k popisu druhů kvůli intenzivnímu horizontálnímu genetickému přenosu (viz kapitola 5.3.5) a nepohlavnímu rozmnožování obtížná; už ve vodních plochách vzdálených od sebe jen několik stovek metrů nacházíme podle standartních měřítek odlišné „druhy“ (Robeson et al. 2011). Přestože pojetí druhu u nepohlavních organismů je obecně značně problematické, pomocí molekulárně-biologických metod nalézáme u Bdelloidea dobře separované skupiny příbuzných linií v rámci jednotlivých rodů. Linie někdy odpovídají jednomu morfologickému 64
druhu, jindy jeden morfologicky určený druh obsahuje několik genetických linií – kryptických druhů (Fontaneto et al. 2007). V rámci Bdelloidea nepochybně docházelo k adaptivním radiacím v nepřítomnosti pohlavního rozmnožování, čemuž nasvědčuje funkční specializace původně homologických alel (Pouchkina-Stantcheva et al. 2007) i přímá specializace sympatrických linií (Ricci 1987; Birky et al. 2005). 5.3.2
Fylogeneze
Fylogenetické vztahy uvnitř skupiny Rotifera nejsou zatím definitivně vyřešeny. Podle morfologických (Melone & Ricci 1995; Wallace et al. 1996) i molekulárních (Welch & Meselson 2000) znaků jsou Bdelloidea monofyletickým taxonem. Tradičně jsou do Rotifera zařazovány skupiny Seisonoidea (malá skupina obligátně sexuálních ektoparazitů korýšů), točivky (Monogononta; volně žijící cyklicky partenogenetické organismy s arrhenotokií) a pijavenky (Bdelloidea; volně žijící asexuální organismy); velmi blízce příbuzné jsou jim ale jistě vrtejši (Acantocephala; obligátně sexuální endoparazité). Garey, Near et al. (1996) navrhují na základě analýzy 18S rRNA (část ribozomální RNA), že Acantocephala jsou vnitřní linií Rotifera sesterskou Bdelloidea. Welch (2000) analýzou fylogenetických vztahů podle genu hsp82 (protein teplotního šoku) došel k závěru, že Acanthocephala jsou sice vnitřní skupinou Rotifera, nicméně nejsou blízce příbuzní Bdelloidea, větší, byť problematickou, podporu má monofyletický klad Bdelloidea a Monogononta. Novější analýza 18S rDNA taktéž zařazuje Acanthocephala dovnitř Rotifera, nicméně jako sesterskou linii rodu Seison (Seisonidea), přičemž Bdelloidea a Monogononta tvoří monofyletický klad (Herlyn et al. 2003). Analýza SSU rRNA (RNA malé podjednotky ribozomu), LSU rRNA (RNA velké podjednotky ribozomu) a mitochondriálního genu COI (cytochrom oxidáza 1), kterou provedli Garcia-Varela a Nadler (2006), opět navrhuje Acanthocephala jako vnitřní skupinu Rotifera, nicméně, jako v první zmíněné studii, sesterskou Bdelloidea. Sørensen a Giribet (2006) zkombinovali 74 morfologických znaků se sekvencemi 18S rRNA, 28S rRNA, histonu H3 a COI a došli k závěru, že monofyletická Monogonta jsou sesterská kladu zahrnujícímu Bdelloidea, Seisonidea a Acanthocephala. Witek, Herlyn et al. (2008) došli k závěru, že Acanthocephala jsou sesterská Bdelloidea či Seisonoidea a Monogononta jsou sesterská tomuto monofyletickému kladu. Analýza COI podle Fontaneta a Jondeliuse (2011) nedošla k jasnému výsledku, částečně podporuje monofylii Bdelloidea a Acanthocephala. Min a Park (2009) analyzovali sekvence 11 protein-kódujících mitochondriálních genů a Bdelloidea jim taktéž vyšli blíže příbuzní skupině Acanthocephala než Monogononta. LasekNesselquist (2012) provedla analýzu 10-12 mitochondriálních protein-kódujících genů a došla k finálnímu závěru, že topologie příbuzenských stromů zmíněných skupin záleží především na volbě outgroupu a metodě analýzy, takže zatím nemůžeme usuzovat s jistotou ani na jednu možnost; je třeba nalézt bližší outgroup a používat sofistikovanějších metod. Ať jsou vztahy mezi skupinami Rotifera a Acanthocephala jakékoli, Acanthocephala jsou velmi odvozenou parazitickou skupinou a Seisonidea druhově velice chudou mořskou skupinou.
65
Naopak Bdelloidea a Monogononta jsou obě druhově bohaté, blízce příbuzné a ekologicky srovnatelné skupiny. Pokusím se tedy porovnat tyto dva klady.
5.3.3
Doklady pro starobylou nepohlavnost
Starobylá nepohlavnost Bdelloidea je silně podpořená. U této skupiny nebyli nikdy prokazatelně zaznamenáni hermafroditi či samci (Ricci 1987), dokonce ani spanandričtí, kteří se občas vyskytují například u Darwinulidae či nepohlavních linií Oribatidae (Palmer & Norton 1990; Palmer & Norton 1991; Norton et al. 1993; Smith et al. 2006); existují jen starobylé enigmatické zmínky, jak zmiňují Welch, Ricci a Meselson (2009). I pokud by samce vyštěpovali, vzhledem k velkému objemu dobře zdokumentovaného prozkoumaného materiálu by to muselo být v tak nízké frekvenci (v 95% konfidenčním intervalu s frekvencí nižší než 8,1 x 10-6), že by rozmnožování bylo funkčně nepohlavní a mělo by tendenci degenerovat (Birky 2010). Bdelloidea jsou prokazatelně monofyletické a nepohlavní rozmnožování vzniklo u jejich společného předka s největší pravděpodobností pouze jednou, i když samozřejmě nelze vyloučit opakovaný vznik a fakt, že existovaly či existují nějaké jejich pohlavní linie (Birky 2004). Stáří této skupiny je nejméně 35–40 milionů let, jak naznačují fosilie z jantaru z Dominikánské republiky (Poinar & Ricci 1992; Waggoner & Poinar 1993), které se téměř k nerozeznání podobají recentním rodům. Celkové stáří je ale zřejmě znatelně vyšší, jak naznačuje datování prostřednictvím divergence molekulárních sekvencí pomocí techniky molekulárních hodin (Welch & Meselson 2000). Bdelloidea se rozmnožují apomikticky (Hsu 1956a; Hsu 1956b); vajíčka se vyvíjejí z oocytů, které prodělávají dvě mitotická dělení, chromozomy zůstávají kondenzované a nepárují se; z každého oocytu vzniká vajíčko a dvě polární tělíska. Ani analýza jejich karyotypu nenasvědčuje meióze, sice ji sama o sobě nevyvrací, nicméně se u nich nenacházejí páry jasně homologních chromozomů (Welch & Meselson 1998). Fakt, že se jedná o starobyle asexuální linii, podporují i molekulárně-biologické studie. U Bdelloidea zřejmě dochází v rámci jednotlivých nepohlavních linií k hromadění středně škodlivých mutací, jak ukázalo srovnání sekvence mitochondriálního genu COI u jednotlivých linií se situací u pohlavních Monogononta. Nepohlavní linie nejsou schopny tak efektivně odstraňovat slabě škodlivé mutace. V delším časovém měřítku se jich však zřejmě dokáží zbavit, v mezidruhovém srovnání se totiž trend neprokázal (Barraclough et al. 2007). U apomikticky se rozmnožujících linií můžeme očekávat, že se u nich kvůli absenci segregace a rekombinace budou v čase hromadit rozdíly mezi alelami stejného lokusu, bude stoupat heterozygosita jedinců i divergence alel v jednotlivých lokusech. Tento fenomén – již zmíněný Meselsonův efekt (viz kapitola 2.1.3.2) – lze využít k detekci a starobyle nepohlavních linií a jejich přibližnému datování. Welch a Meselson (2000) se pokusili tuto předpověď testovat u Bdelloidea a potvrdili, že alely jejich genů hsp82, tbp (TATA box vazebný protein), rpol3I (velká podjednotka RNA polymerázy III) a tpi (triózafosfát izomeráza) jsou u nepohlavních Bdelloidea daleko divergentnější než u pohlavních Monogononta. To by však mohl vysvětlit i, jakkoli nepravděpodobný, fakt, že se jedná o vysoce 66
inbrední diploidní či polyploidní pohlavní organismy, u nichž neidentifikovali homologní alely genu (které by kvůli nějakému vysoce homogenizačnímu mechanismu byly nerozlišitelné), nýbrž vysoce divergentní alely na zmnožených chromozomech. Později provedená fluorescentní in situ hybridizace ale ukázala, že každá odlišná kopie genu hsp82 se nachází na jiném chromozomu a nejsou zde další dodatečné původně nerozlišené kopie (Welch et al. 2004b). Situace je ale o něco komplikovanější. Přinejmenším u některých druhů se nachází více (rozrůzněných) kopií genu hsp82 než zmíněné dvě (Welch & Meselson 2000), ostatní studované geny však jsou jen ve dvou kopiích. Welch, Cummings et al. (2004a) odhalili, že Bdelloidea mají dvě a více kopií hsp82 a tbp, jednotlivé kopie genů náleží do jedné ze dvou linií, jejichž divergence započala pravděpodobně ještě před adaptivní radiací Bdelloidea. Novější studie ukazují, že Bdelloidea jsou ve skutečnosti vysoce zdegenerovaní tetraploidi, pravděpodobně vzniklí hybridizací, což vysvětluje existenci dvou odlišných linií různých genů (Welch et al. 2008). Tato jejich vlastnost může mimochodem hrát roli i v jejich vysoké odolnosti k záření, dehydrataci a potažmo dvouřetězcovým zlomům DNA (viz kapitola 5.3.5), protože přítomnost kolineárních chromozomů umožňuje opravy homologických míst (Gladyshev & Meselson 2008). Odlišnosti dvou původně samostatných sad chromozomů mezi sebou jsou zásadní a identifikovat, jak si odpovídají, jde už jen na kódujících sekvencích. V jedné sadě jsou geny proti sobě postaveny kolineárně mezi dvěma kopiemi na homologních chromozomech. Jednotlivé linie jsou si i mezi různými druhy podobnější, než různé linie jednoho druhu navzájem. Kolineární části mají různou divergenci, od relativně velké až po téměř úplnou identitu – zřejmě dochází ke genové konverzi, případně k mitotické rekombinaci (Welch et al. 2009). Degenerovaná tetraploidie je s největší pravděpodobností synapomorfií všech Bdelloidea (Hur et al. 2009). Existují doklady pro to, že kopie genů na kolineárních chromozomech časem získávají specializaci (Pouchkina-Stantcheva et al. 2007), i když není úplně jisté, zda v tomto případě nejde spíš o genovou duplikaci (Meselson & Mark Welch 2007); jsou ale i další doklady, například více nesynonymních substitucí v sekvenci genu PGAM (fosfoglycerát mutáza) Philodina roseola (Welch et al. 2009). Z těchto dokladů vyplývá, že Bdelloidea jsou opravdu velmi starou skupinou a nedochází u nich k segregaci a rekombinaci, jinak by se alely nemohly specializovat. Kolineární páry zřejmě udržují podobnost v kódujících oblastech kvůli možnosti oprav dvouřetězcových zlomů DNA spojených s genovou konverzí a možná mitotickou rekombinací, což udržuje homologii těchto oblastí. Zřejmě u nich funguje rovnováha mezi specializací alel a ne moc velkou divergencí, která by omezovala možnost oprav. Opakované dvouřetězcové zlomy DNA způsobené zářením a vysycháním mohly způsobit i delece a další degradaci genetické informace, potažmo rozklad transpozibilních elementů a degeneraci genů, u nichž stačí dvě kopie (Arkhipova & Meselson 2000; Welch & Meselson 2000; Gladyshev & Meselson 2008). Arkhipova a Meselson (2000) dokázali absenci těch typů transpozonů, které se nepřenášejí horizontálně (LINE-like, gypsy-like transpozibilní elementy), jak bychom očekávali u starobyle nepohlavního organismu. Oproti tomu se tyto transpozibilní elementy nacházejí prakticky u všech pohlavních organismů, včetně Monogononta. Bdelloidea podle očekávání obsahují některé 67
horizontálně přenosné transpozony (DNA transpozony, retrovirus-like transpozibilní elementy), ale i ty jsou velmi vzácné v centrálních na geny bohatých oblastech a soustředí se do subtelomerických oblastí (Arkhipova & Meselson 2005). Celkově je starobylá nepohlavnosti Bdelloidea velmi dobře podpořena. 5.3.4
Teplotní rozsah
Vířníci jsou dlouho a intenzivně zkoumanou skupinou a informace o teplotních mezích aktivity jednotlivých druhů v přírodě jsou poměrně extenzivní. Jak shrnuje Ricci (2001), za přirozených podmínek prostředí jsou Monogononta krátkověká, jejich životní cyklus má zpravidla 5–10 dní, výjimečně 26 dní. Oproti tomu životní cyklus Bdelloidea je delší, pohybuje se mezi 17 a 45 dny, ve většině případů jde tedy zhruba o trojnásobek v porovnání s předchozí skupinou. Každopádně ale život zástupců obou skupin trvá jen několik týdnů a nepříznivé podmínky Bdelloidea navíc přečkávají v neaktivních stádiích (viz kapitola 5.3.5), musíme tedy při určování teplotního rozsahu jejich aktivity brát v úvahu teplotu při nálezu, nikoli maximální či minimální roční teploty. Neaktivní stadia Bdelloidea ve stavu anhydrobiózy (viz kapitola 5.3.5) jsou extrémně odolná k nepříznivým podmínkám. Krátkodobě přežijí teploty až 130 °C (Mertens et al. 2008). Dále, jak shrnuje historické experimenty Radzikowski (2013), možná přežijí dokonce za teplot 151 °C; krátkodobě vydrží teplotu tekutého helia (−273 °C) a dlouhodobě tekutého vzduchu (−200 °C). Jsou odolná i k hypoxii a vysokým dávkám záření. Co se týče zástupců Monogononta, jejich odolná vajíčka jsou co do teplotní tolerance méně prozkoumaná, některá ale tolerují promrznutí až na −80 °C (Balompapueng et al. 1997) po krátkou dobu a −14 °C dlouhodobě (Lubzens et al. 1980). Dospělci některých druhů Monogononta zřejmě dokáží v neaktivním stavu přežít i teploty pod bodem mrazu; životaschopní jedinci byli nalezeni ve zmrzlém písku u břehu sladkovodního jezera Mikołajskie v Polsku (Kalinowska et al. 2010). Nás ale více zajímají podmínky, za kterých obě skupiny aktivují. Dolní limit aktivity Bdelloidea se blíží bodu mrazu, dost možná jej i přesahuje; záleží na vodě v tekutém skupenství. Habrotrocha collaris a Macrotrachela timida byly pozorovány v severoitalském alpském jezeře Verde při teplotě 2,5 °C (Fontaneto & Melone 2003). Blíže nespecifikovaná Bdelloidea z pobřeží Krozetových ostrovů a Kerguel aktivují až při 1,8 °C (De Smet 2002); blíže nespecifikovaná Bdelloidea obývají malé vodní plochy v okolí zálivu Admirality Bay na ostrově Krále Jiřího v Jižních Shetlandách za teplot až 1,6 °C (Janiec 1993). Zástupci rodu Philodina a další neidentifikovaná Bdelloidea byla nalezena v jezeře Moss Lake na ostrově Signy za teplot okolo 1 °C (Priddle & Dartnall 1978). Zástupci rodu Mniobia byli zdokumentováni z Crooked Lake v Antarktidě vzácně už od teplot 0,5 °C (Laybourn-Parry et al. 1992). Blíže neurčená Bdelloidea jsou zdokumentována z estonského jezera Peipsi za teplot těsně nad bodem mrazu, zhruba 0 °C (Virro 1996). Zástupci rodů Philodina a Habrotrocha v nárostech mechu v Jižní Viktoriině Zemi aktivují hned po roztání ledu při 0 °C (Schwarz et al. 1993). Rekord drží Philodina gregaria z jezera Hoare v Jižní Viktoriině Zemi na Antarktidě, která aktivuje prokazatelně i
68
za teplot kolem 0 °C (možná i −0,5 °C, záleží na vodě v tekutém skupenství); podobných hodnot může dosahovat i Philodina alata (Cathey et al. 1981). Horní teplotní limity, které často přesahují 40 °C, můžeme najít u zástupců obývajících horké prameny. Philodina acuticornis a Philodina roseola mají horní limit 40 °C, Rotaria rotaria a další neidentifikovaní zástupci Bdelloidea 44 °C, Adineta glauca a Adineta gracilis 45 °C (Pax & Wulfert 1941). Pramen sám v posledním jmenovaném případě má 64 °C a výzkum ukazuje, jak důležité je měřit teplotu přímo na místě nálezu organismů. Issel (1900; 1901) pozoroval na začátku dvacátého století v italských horkých pramenech zástupce Philodina roseola při teplotách až 46 °C, podle autora je na vysoké teploty specializovaná a při teplotách nad 40 °C výrazně převažuje nad občasnými zástupci skupiny Monogononta. Ward a Whipple (1918) uvádějí jako nejvyšší teplotu, při které aktivují vířníci, 65 °C, bohužel bez dalšího upřesnění taxonu či literárního zdroje. V porovnání se skupinou Bdelloidea je dolní teplotní limit aktivity Monogononta zhruba stejný – taktéž aktivují prakticky až k 0 °C a záleží hlavně na vodě v tekutém skupenství. Keratella australis a Keratella procurva procurva z australské oblasti aktivují i za 2 °C (Koste & Shiel 1987). Colurella salina, Colurella colurus, Encentrum algente, Encentrum frenoti, Encentrum marinum, Proales halophila, Proales reinhardti a Lindia torulosa z pobřeží Krozetových ostrovů a Kerguel až při 1,8 °C (De Smet 2002). Notholca salina a Proales reinhardti obývající malé vodní plochy v okolí zálivu Admirality Bay na ostrově Krále Jiřího v Jižních Shetlandách aktivují za teplot až 1,6 °C (Janiec 1993). Zástupci Collotheca gracitipes, Collotheca ornata cornuta, Ptygura meticerta a Ptygura crystallina byli nalezeni za teplot okolo 1 °C v jezeře Moss Lake na ostrově Signy (Priddle & Dartnall 1978). Asplanchna girodi, Filinia longiseta, Kellicottia longispina, Keratella cochlearis, Keratella hiemalis, Keratella quadrata, Polyarthra dolichoptera, Synchaeta verrucosa; do menší míry potom Asplanchna priodonta, Brachionus angularis, Brachionus calyciflorus, Filinia terminalis, Keratella testudo, Polyarthra major, Synchaeta kitina a Synchaeta lakowitziana z estonského jezera Vortsjarv dokáží aktivovat i za teplot blížících se 0 °C (Virro et al. 2009). Virro (1996) zdokumentoval při zimním výzkumu estonského jezera Peipsi, že za teplot pod 2 °C aktivují Cephalodella gibba microdactyla, Colurella adriatica, Colurella colurus colurus, Encentrum putorius armatum, Euchlanis deflexa deflexa, Euchlanis dilatata dilatata, Keratella quadrata quadrata, Lecane lunaris, Lecane stenroosi, Pleurotrocha petromyzon, Synchaeta oblonga, Synchaeta pectinata, Synchaeta tremola, Testudinella elliptica, Testudinella patina patina, Testudinella patina trilobita, Trichocerca intermedia, Trichocerca porcellus major, Trichotria pocillum pocillum, Euchlanis lyra lyra, Notholca labis labis a blíže neurčení zástupci rodů Cephalodella, Proales a Notommata; dokonce 0 °C se přibližují Keratella irregularis irregularis, Keratella cochlearis pustulata, Notholca squamula mulleri, Asplanchna priodonta priodonta, Polyarthra dolichoptera dolichoptera, Keratella irregularis connectens, Colurella uncinata deflexa, Encentrum putorius putorius, Erignatha clastopis, Kellicottia longispina longispina, Keratella cochlearis cochlearis, Keratella cochlearis macracantha, Keratella cochlearis robusta, Keratella hiemalis, Keratella quadrata frenzeli, Keratella quadrata reticulata, Keratella ticinensis, Keratella valga monospina, Lepadella patella patella, Lophocharis salpina, 69
Notholca cinetura, Notholca squamula squamula, Notholca squamula evensi, Polyarthra vulgaris, Proales decipiens, Proales Theodora, Synchaeta verrucosa, Testudinella patina a blíže neurčení zástupci rodu Encentrum. Zejména některé druhy Keratella hiemalis a Notholca cinetura nízké teploty přímo vyhledávají. Zástupci rodu Epiphanes v nárostech mechu v Jižní Viktoriině Zemi aktivují hned po roztání ledu při 0 °C (Schwarz et al. 1993). Zástupci rodu Collotheca aktivují prokazatelně i za teplot kolem 0 °C (možná i −0,5 °C, záleží na vodě v tekutém skupenství) (Cathey et al. 1981). Co se vysokých teplot týče, jen zřídka dosahují meze jejich aktivity 40 °C; Lepadella oblonga dosahuje 38 °C, teplota 40 °C byla zdokumentována od Lecane inermis (Pax & Wulfert 1941). Existují i záznamy o výskytu až při 44 °C (Jana & Sarkar 1971), nicméně z této studie nelze odvodit, kde byla teplota měřena a potažmo zda se nalezení jedinci rodů Brachionus, Lecane a Diplois vyskytovali přímo ve vodě této teploty, nebo pouze v mikrohabitatech se znatelně nižší teplotou, jak bylo ostatně zdokumentováno i odjinud, viz Wickstrom & Castenholz (1985). Výzkumníci totiž odebírali plankton pomocí filtrační sítě na několika místech jezera nad horkým pramenem (Jana & Sarkar 1971). Issel (1900; 1901) zdokumentoval v italských horkých pramenech zástupce Adineta vaga, Distyla gissensis (dnes Lecane gissensis), Metopidia lepadella (dnes Lepadella ovalis) a neidentifikované zástupce rodu Monostyla, všechny drasticky ubývající za teplot nad 40 °C, s maximy 42 °C. Jen ze sekundárního zdroje (Brues 1928) mohu usuzovat, že byli v italských horkých pramenech údajně pozorováni zástupci Tripleuchlanis plicata a Notommata najas, taktéž drasticky ubývající za teplot nad 40 °C, druhá údajně výjimečně dosahující teplot 45 °C (Issel 1906, převzato z Brues 1928). Kutikova (1970, str. 451) uvádí, že Lecane inermis se nachází i v solných pramenech o teplotě 62,5 °C, bohužel ale bez jakékoli další specifikace či literárního zdroje a je velice pravděpodobně, že se jedná o teplotu vývěru, a ne místa, kde byli nalezeni zmínění zástupci. Jak jsem již zmínil výše, Ward a Whipple (1918) uvádějí jako nejvyšší teplotu, při které aktivují vířníci, 65 °C, bohužel bez dalšího upřesnění taxonu či literárního zdroje. 5.3.5
Ekologie
Bdelloidea obývají prakticky všechny typy sladkovodních prostředí v širokém rozsahu abiotických podmínek. Upřednostňují především periodické habitaty typu kaluží, dendrotelm, mechu, lišejníků a vlhké půdy (Ricci 1987; Welch et al. 2009). Mezi půdními vířníky a vířníky asociovanými s mechy (Bryophyta) či lišejníky nepohlavní Bdelloidea výrazně převyšují (Pejler 1995) a tvoří až 95 % (Donner 1975, převzato z Ricci 1987). Vodní zástupci jsou v naprosté většině epifytičtí a epibentičtí; pokud se nacházejí někteří zástupci volně ve vodním sloupci, tak jsou téměř vždy asociováni s plovoucími kořeny, filamentózními řasami či jsou jinak přisedlí (Koste & Shiel 1986; Ricci & Balsamo 2000). V půdě jsou vázaní na vlhkost a nacházejí se nejméně do hloubek okolo 60 cm (Palmer 1990); obývají také brakické vody a velmi okrajově moře (De Smet 2002). Oproti tomu Monogononta jsou jak přisedlá, tak velmi často obligátně či fakultativně planktonní, několik druhů je i marinních (Pejler 1995). Bdelloidea i Monogononta se v převážné většině živí filtrací okolní vody, z níž vychytávají mikroskopické organismy – řasy, houby, bakterie, prvoky a organické zbytky; přisedlí mohou 70
seškrabovat živiny z povrchu či vrtat skrze buněčnou stěnu řas a vysávat jejich cytoplazmu, jak shrnují např. Ricci a Balsamo (2000); výjimečně jsou aktivními predátory (Ricci et al. 2001; Hochberg et al. 2010). Monogononta se rozmnožují cyklickou apomiktickou partenogenezí. Za příznivých podmínek produkují apomiktická vajíčka, ze kterých se vyvíjí nepohlavní potomstvo. V nepříznivých podmínkách na konci sezóny vyprodukují haploidní samce, dojde k pohlavnímu rozmnožování a jeho výsledkem jsou odolná miktická diploidní vajíčka přečkávající do další sezóny (Serra & Snell 2009) – obvykle několik měsíců, ale zřejmě dokáží bez výrazného snížení viability přečkat i desítky let (Kotani et al. 2001). Nejstarší zdokumentovaná vajíčka Monogononta dosahovala stáří 98 (±11) let a po přenesení do příhodných podmínek byla stále plně životaschopná (Piscia et al. 2012). Musím ale dodat, že u řady druhů samci nebyli nikdy pozorováni. U jednoho druhu, Keratella hiemalis, byla zdokumentována schopnost produkovat vajíčka homologická miktickým nepohlavní cestou (RutnerKolisko 1946). Další druh, Synchaeta pectinata, dokáže v reakci na nedostatek živin produkovat přetrvávající vajíčka homologická standardním amiktickým vajíčkům (Gilbert 1995). Monogononta tedy vytvářejí stádia schopná přežít nepříznivé podmínky, které nastávají prediktabilně, reagují na určité indikátory (zřejmě hustotu populace) s předstihem a vyprodukují pohlavní generaci (Serra & Snell 2009). Klíčovou vlastností Bdelloidea je naopak schopnost anhydrobiózy uzpůsobená k přežití neprediktabilně nastávajících podmínek nevhodných pro život – zejména sucha. Jde o velmi rychlou reakci na změnu prostředí. Při přechodu k anhydrobióze nastávají behaviorální, morfologické a metabolické změny. Jedinec se zpravidla zahrabe do substrátu, zatáhne tělní externality a nabyde kompaktního bečkovitého tvaru, vnitřní tkáně a buňky se kondenzují, syntetizují se protektanty a metabolismus se zpomaluje až na nedetekovatelně nízké hladiny, což shrnuje např. Ricci (2001). Anhydrobióza je komplexním a složitým znakem a s největší pravděpodobností jde o synapomorfii Bdelloidea (Ricci 1998). Doba potřebná k přechodu k anhydrobióze je obvykle několik hodin a liší se mezi jednotlivými druhy, zřejmě v souvislosti s charakterem prostředí, které obývají; nucené zkrácení této doby vede ke sníženému přežívání (Caprioli & Ricci 2001). Doba, po kterou jsou Bdelloidea schopná přebývat v anhydrobióze, se zřejmě značně liší a může sahat od dnů (Caprioli & Ricci 2001) až po devět let (Guidetti & Jonsson 2002); neověřené doklady mluví i o desítkách let, konkrétně 27 (Hickernell 1917). Jakmile nepříznivé podmínky odezní a anhydrobiotický jedinec se ocitne v prostředí s dostatkem vody v tekutém stavu, tak se během několika málo hodin nafoukne, nabyde klasické morfologie, začne aktivovat a naváže ve svém životním cyklu tam, kde jej přerušil (Caprioli & Ricci 2001). Anhydrobiózy jsou schopná všechna ontogenetická stadia – vajíčka, juvenilové i dospělci; druhy, které se s vysycháním setkávají často (tj. zejména druhy obývající mech a podobné habitaty) mají vyšší míru přežívání než druhy velkých vodních ploch. Mortalita je relativně vysoká, největší přežívání mají obecně jedinci na vrcholu reprodukčního potenciálu (Ricci 1987; Ricci et al. 1987; Ricci 1998). Pokud populace Bdelloidea dlouhou dobu neprojde stadiem anhydrobiózy, snižuje se její 71
biologická zdatnost (Ricci 1987; Ricci et al. 2007), což platí zejména pro druhy, které anhydrobiózou v přírodních podmínkách procházejí často (Ricci 2001). Komplementárně s tím některé výzkumy ukázaly, že dcery matek, které prošly anhydrobiózou, mají zvýšenou fekunditu (Ricci & Covino 2005). Rejuvenace může spočívat v opravě zlomů DNA (Gladyshev & Meselson 2008), restartu epigenetických efektů (Lansing 1954), případně v odstranění parazitů (Wilson & Sherman 2010; Wilson 2011). Dormantní stádia slouží i k pasivní disperzi (Caceres & Soluk 2002) v čase i prostoru a potažmo úniku před nepříznivými podmínkami či patogeny. Analogicky jako k vyschnutí jsou Bdelloidea zřejmě odolná i k obdobím hladovění (Ricci & Perletti 2006). Tím, jak Bdelloidea při nepříznivých podmínkách vstupují do anhydrobiózy, si vlastně zajišťují život v neustále homogenních abiotických podmínkách. Sice obývají velmi abioticky proměnlivé prostředí, aktivují však jen za relativně úzce vymezených k životu nejvhodnějších podmínek (Ricci 2001). Z toho vyplývá, že jsou „stíněni“ proti selekci ze strany prostředí. Jejich evoluce je pomalá, ale jsou dokonale přizpůsobeni podmínkám svého prostředí (což může být mj. i důvod velké morfologické uniformity Bdelloidea v porovnání s Monogononta) (Pilato 1979). Se schopností anhydrobiózy souvisí několik pozoruhodných vlastností Bdelloidea. Prokazatelně se jedná například o schopnost opravovat dvouřetězcové zlomy DNA, které při vysychání nastávají velice často. Schopnost opravovat dvouřetězcové zlomy DNA dále pravděpodobně souvisí s jejich extrémní odolností k ionizujícímu záření. Dávka 200 Gy, která zredukuje počet životaschopných potomků ozářeného jedince Monogononta o 90 %, má jen minimální vliv na zástupce Bdelloidea; stejnou měrou redukuje plodnost Bdelloidea až dávka 1000 Gy (Gladyshev & Meselson 2008). Schopnost anhydrobiózy neposkytuje jen únik před nepříznivými abiotickými podmínkami prostředí, ale navíc umožňuje zbavit se parazitů. Wilson a Sherman (2010) a Wilson (2011) dokázali, že se vířníci prostřednictvím anhydrobiózy dokáží zbavit letálních parazitických hub. Sama tato vlastnost je pro jedince výhodná, ale anhydrobióza je navíc spojena s disperzí v čase i prostoru; jedinec se může zbavit parazita a dostat se do prostředí, kde se parazit nenachází. To Bdelloidea může do značné míry chránit před negativními efekty plynoucími z teorie Červené královny – pohlavní parazit se nemůže dokonale přizpůsobit svému nepohlavnímu hostiteli, anabióza spojená s disperzí umožňuje únik před parazitem v čase i prostoru (Ladle et al. 1993). Velmi specifickou vlastností vířníků, která je taktéž spojena s anhydrobiózou a opravou dvouřetězcových zlomů, je schopnost intenzivního horizontálního genového přenosu. Bdelloidea do svého genomu zabudovávají cizorodou dědičnou informaci z potravy či prostředí (Gladyshev et al. 2008). Tyto geny jsou asociovány s oblastí bohatou na transpozibilní elementy, která se nachází v subtelomerické oblasti a naopak oblast centromer je těchto genů téměř prostá (Arkhipova & Meselson 2000; Gladyshev & Arkhipova 2007). V oblasti centromer by cizí geny mohly přerušit důležité sekvence, případně způsobovat nežádoucí ektopickou reparaci dvouřetězcových zlomů podle cizích sekvencí (Gladyshev & Arkhipova 2007; Gladyshev et al. 2008). Cizorodé geny mohou představovat až 10 % transkribovaných genů a mohou mít nejrůznější původ, prokaryotický i eukaryotický (Gladyshev et al. 2008; Boschetti et al. 2012). Většina funkčních 72
cizích genů jsou jednoduché enzymy (Boschetti et al. 2011; Boschetti et al. 2012), které velmi často zlepšují odolnost organismu ke stresu (např. enzymy sloužící k degradaci toxinů a produkci antioxidantů, geny exprimované při spouštění anabiózy), případně jinak zlepšují životaschopnost organismu (např. geny kódující enzymy pro trávení polysacharidů). K zabudování cizí genetické informace dochází zřejmě při opravách dvouřetězcových zlomů DNA (Lapinski & Tunnacliffe 2003; Gladyshev & Meselson 2008) po obdobích anabiózy; už dříve bylo pozorováno, že při takových opravách se může zabudovat do dědičné informace organismu cizorodá DNA (Salomon & Puchta 1998). Teoreticky nic nebrání tomu, aby do svého genomu zakomponovali genetickou informaci od příbuzných jedinců, v takovém případě by se při dostatečné intenzitě horizontálního genového přenosu mohlo jednat o jakousi obdobu sexu. Také může jít o jistý způsob ochrany před škodlivým efektem mutací, kdy si příslušná linie do genomu zakomponuje několik genů různého původu s podobnou funkcí (Boschetti et al. 2012). Z dostupných dat o biogeografickém rozšíření vířníků můžeme usoudit, že se u nich nevyskytuje (interspecifická ani intraspecifická) geografická partenogeneze – co se týká druhů, prakticky stejné poměry druhů Monogononta i Bdelloidea jsou ve všech zeměpisných šířkách (Schwander & Crespi 2009a). V polárních oblastech se nacházejí Monogononta i Bdelloidea (Dartnall 1983; Pejler 1995; Sohlenius & Bostrom 2005; Jungblut et al. 2012). Není ale bez zajímavosti, že Bdelloidea zde dosahují obrovských populačních hustot a vytvářejí celé nárosty s průměrem až několik metrů, zejména druh Philodina gregaria (Dartnall 1983; Pejler 1995). Bdelloidea také v těchto oblastech dosahují větších početností než Monogononta (Janiec 1996). Už bylo řečeno, že v půdě naprosto převažují Bdelloidea (Pejler 1995). V půdě vysokohorských oblastí Himalájí (Indie, Ladak, transekt Darcha-Kargilak, okolí jezera Tso Moriri, údolí Nubra) mezi 3700 a 6200 metry nad mořem zcela chybí Monogononta a nacházejí se zde pouze nepohlavní Bdelloidea (Devetter, osobní sdělení). V podzemních vodách se vyskytují Monogononta i Bdelloidea, obecně jsou ale tyto habitaty málo prozkoumané a pozorované druhy sem zřejmě byly recentně transportovány (Pejler 1995). Ve starobylých jezerech (například Bajkal) s komplikovanými biotickými vztahy Bdelloidea téměř absentují a z vířníků naprosto převažují pohlavní Monogononta (Martens & Schön 2000; Schön & Martens 2004). 5.3.6
Závěr
Metastudie provedená u této skupiny podporuje obě naše hypotézy. Analýza spolehlivých dat o teplotních mezích aktivity Bdelloidea a Monogononta jasně ukázala, že starobyle nepohlavní skupina Bdelloidea má širší teplotní rozsah, což svědčí pro naši hypotézu. Ze spolehlivých zdrojů můžeme usuzovat, že Bdelloidea tolerují vyšší teploty než Monogononta, což ostatně přijímají i odborníci (Pejler 1995). Nepřímou podporou jsou i výsledky environmentálního sekvenování horkých pramenů z oblasti Aljašky (McDermott & Skorupa 2011). Přestože taková studie nedokáže odpovědět, zda v na konkrétním habitatu skutečně žijí konkrétní zástupci, či jde pouze o jejich pozůstatky, odolná stadia nebo kontaminaci; sekvence Bdelloidea, konkrétně Philodinidae, naprosto převažovaly v pramenech s teplotami vody nad 40 °C. Bdelloidea jsou tedy prokazatelně 73
výrazně úspěšnější za vysokých teplot. Také jejich tolerance extrémů při aktivním stavu je větší, a to i pokud započítáme údaje ze sekundárních zdrojů. Dolní teplotní hranice aktivity těchto dvou skupin je zhruba stejná, nicméně i při nízkých teplotách jsou ekologicky úspěšnější nepohlavní Bdelloidea. Hypotézu o přednostně homogenním prostředí starobyle nepohlavních kladů poznatky od vířníků také do vysoké míry podporují. Díky schopnosti anhydrobiózy jsou stíněni před nepříznivými podmínkami prostředí a z toho vyplývající selekcí; aktivují pouze ve stabilních podmínkách, subjektivně obývají homogenní prostředí. Anhydrobióza je navíc do značné míry chrání před nepříznivými důsledky plynoucími z teorie Červené královny. Bdelloidea také výrazně převažují v homogenním půdním prostředí; ve vysokohorské půdě se navíc nacházejí zřejmě výhradně ony. Jsou ekologicky velice úspěšné v polárních oblastech s nízkou mírou biotických interakcí (díky anhydrobióze pro ně habitatu i abioticky stabilním) i abioticky stabilních horkých pramenech s minimem parazitů a jiných biotických tlaků. Převažují tedy i v objektivně homogenních prostředích. Cyklicky pohlavní Monogononta převažují ve vodním sloupci, mají řadu planktonních i mořských zástupců. Nemají schopnost anhydrobiózy a subjektivně žijí v daleko heterogennějším prostředí než Bdelloidea. Naprosto převažují nad Bdelloidea ve starobylých jezerech s intenzivními biotickými interakcemi. Žádná ze zmíněných patrností neplatí absolutně, přesto, zdá se, Bdelloidea podporují naši hypotézu.
5.4 Darwinuloidea 5.4.1
Úvod
Darwinuloidea jsou linií korýšů lasturnatek (Ostracoda) a jedná se o další dobře podpořenou starobyle asexuální skupinu. V současnosti přežívá pouze jejich nepohlavní linie Darwinulidae, ale v prvohorách měli i další, pohlavní, linie. V porovnání s ostatními lasturnatkami jsou jejich zástupci spíše menší, dosahují od méně než 0,4 mm do zhruba 0,8 mm. Tělo je redukované a celé je skryto v rozvinutém karapaxu, který tvoří dvě laterální lastury. Většina morfologické evoluce se udála na těchto lasturách, případně na samčích rozmnožovacích orgánech, jak shrnují Schön, Rossetti a Martens (2009). Lastury jsou kalcifikované a zachovávají se ve fosilním záznamu. Fosilní záznam Darwinuloidea je velmi bohatý co do kvality i kvantity, což je mezi starobyle asexuálními skupinami vítanou výjimkou a při jejich studiu to poskytuje unikátní možnosti. Navíc lze ve fosilním záznamu se značnou mírou jistoty identifikovat samce a potažmo potvrdit či zpochybnit přítomnost pohlavního rozmnožování (Martens 1998a; Schön et al. 2009). Darwinulidae obývají výhradně sladkovodní habitaty, s možnou výjimkou rodu Semidarwinula (Choe 1988), a to na všech kontinentech s výjimkou Antarktidy (Martens et al. 2008; Martens & Savatenalinton 2011). Výrazně upřednostňují marginální habitaty typu dočasných vodních ploch, mechu a vlhkého opadu, podobně jako již zmíněná Bdelloidea (viz kapitola 5.3.5). Některé druhy mají širokou ekologickou valenci, interkontinentální rozšíření a obývají i stabilní vodní habitaty jako řeky, jezera, rybníky a intersticiální prostředí mezi částicemi substrátu dna. Pro všechny zástupce
74
Darwinulidae však platí, že jsou výhradně bentičtí, neplavou, ale plazí se po dně či površích nárostů a rostlin (Dole-Olivier et al. 2000; Schön et al. 2009; Rossetti et al. 2011). Podle morfologických (Yamada 2007; Schön et al. 2009) i molekulárně-biologických studií (Schön et al. 2003; Yamaguchi & Endo 2003; Yu et al. 2006; Wysocka et al. 2006; Tinn & Oakley 2008) jsou Darwinulidae monofyletickou skupinou. Recentní Darwinulidae mají k 40 druhům v šesti rodech (Rossetti et al. 2011), nicméně jejich diverzita je zřejmě značně podhodnocená. Morfologické druhy jsou sice dobře rozlišitelné (Martens et al. 1998b), nicméně řada popsaných „druhů“ mohou být podle molekulárně-biologických studií kryptické druhové komplexy (Schön et al. 2012). 5.4.2
Fylogeneze
Fylogeneze lasturnatek je velmi komplexní a je komplikovaná přítomností bohatého fosilního záznamu (Liebau 2005), jehož interpretace je nezřídka v rozporu s průběhem kladogeneze navrhovaným molekulární fylogenetikou a odhady stáří molekulárními hodinami (Tinn & Oakley 2008). Morfologie ani molekulární biologie zatím nedávají jasnou odpověď o vztazích jejich linií. Jisté je, jak jsem již zmínil, že Darwinulidae jsou monofyletickou skupinou podle morfologických (Yamada 2007; Schön et al. 2009) i molekulárně-biologických studií (Schön et al. 2003; Yamaguchi & Endo 2003; Yu et al. 2006; Wysocka et al. 2006; Tinn & Oakley 2008). Náleží do taxonu Podocopina spolu se skupinami Cytheroidea, Bairdioidea, Sigilloidea a Cypridoidea. Monofylie Podocopina je dobře podpořená, ale fylogenetické vztahy vnitřních skupin jsou nejasné – zřejmě prodělaly brzkou radiaci (Yamaguchi & Endo 2003; Yu et al. 2006). Není účelem této práce detailně rozebírat všechny vyřčené teorie o fylogenezi lasturnatek, a proto se omezím na reprezentativní přehled. Podle morfologie lastur (Scott 1961) a měkkých tělních částí (Maddocks 1976) jsou blízce příbuzné Darwinulidae a Cypridoidea. Podobné vztahy, tj. sesterský vztah mezi Darwinulidae a Cypridoidea a až této skupině sesterské Cytheroidea ukázala fylogenetická analýza mitochondriálního genu COI a jaderného regionu ITS1 (Schön et al. 2003). Spíše blízkou příbuznost mezi Darwinulidae a Cypridoidea navrhují i Wysocka, Konopa et al. (2006) na základě DNA hybridizace. Naopak sesterský vztah skupin Cytherocopina a Cypridocopina (zjednodušeně můžeme chápat jako Cytheroidea a Cyprodoidea sensu lato) navrhují Yamaguchi a Endo (2003) na základě analýzy 18S rDNA, ale ve výsledku téměř nelze rozlišit další příbuzenské vztahy. 18S rDNA analyzovali i Tinn a Oakley (2008) a s malou podporou navrhují sesterský vztah Darwinulidae s Cytheroidea, kterýmžto by byla sesterská monofyletická skupina zahrnující Cypridoidea a Platycopina. Další výzkum 18S rDNA provedený Yu, Zhaem et al. (2006) navrhuje vrcholovou divergenci Cytherocopina a Cypridocopina, následně odštěpení Bairdocopina a až na bazální úrovni Darwinulocopina. Srovnatelnou ekologii s Darwinulidae – tj. obývání sladkovodních biotopů – mají ještě skupiny Cytheroidea (částečně) a Cypridoidea (z velké většiny) (Martens et al. 1998a; Schön et al. 2009). Druhá jmenovaná skupina je Darwinulidae zřejmě blízce příbuzná, jak naznačuje řada uvedených morfologických i molekulárních fylogenetických studií a fosilní záznam. Jeho analýzou dospěli výzkumníci k závěru, že se oddělila od linie vedoucí k recentním Sigilloidea (malá reliktní skupina 75
mořských lasturnatek) o něco dříve než Darwinuloidea, snad před 410 miliony let (Martens et al. 1998a). Cypridoidea mají mezi sebou pohlavní i nepohlavní druhy a řadu druhů, kde různé populace mají různé způsoby rozmnožování. Můžeme mezi nimi identifikovat i několik kandidátů na starobyle asexuální linie, například Heterocypris incongruens a Eucypris virens. Jedná se ale jen o jednotlivé populace, oba druhy vykazují geografickou partenogenezi a obsahují pohlavní i nepohlavní populace (Butlin et al. 1998b; Martens 1998b; Schön et al. 2000). Časy divergence těchto nepohlavních populací jsou navíc s největší pravděpodobností nadhodnocené (viz kapitola 5.2.2). Podobná situace je zřejmě i u ostatních obdobných případů a proto s největší pravděpodobností nejde o starobyle asexuální linie. Vědom si těchto faktů srovnám co do rozsahu životních teplot a heterogenity jejich prostředí právě Darwinulidae a Cypridoidea. 5.4.3
Doklady pro starobylou asexualitu
Doklady pro starobylou nepohlavnost Darwinulidae nejsou sice zcela jednoznačné, ale jsou velmi přesvědčivé. Rozmnožují se apomikticky, i když důkazy pro toto tvrzení jsou nepřímé a vyplývají z populačně genetických studií a analogií s ostatními nepohlavními lasturnatkami (Butlin et al. 1998b). Především ale starobylou nepohlavnost podporuje nepřítomnost samců či samčích struktur ve fosilním záznamu po stovky milionů let. Údajní recentní samci byli zdokumentováni naprosto výjimečně, přičemž většina údajných pozorování není dobře doložena (Martens 1998a). V případě údajných samců Darwinula stevensoni z konce devatenáctého století jde téměř jistě o špatnou interpretaci a extrémně vzácní samci Vestallenula cornelia (Smith et al. 2006; Schön et al. 2009) jsou s největší pravděpodobností spanandričtí – vyštěpují se jen ve zlomku procenta populace, jejich rozmnožovací orgány jsou jen rudimentární a nebylo u nich pozorováno oplození, zájem samic o tyto samce, ani spermie, ať už v samcích, nebo v samicích (Rossetti & Martens 1996; Smith et al. 2006; Schön et al. 2009). Předpoklad skryté sexuality u Darwinulidae by navíc vyžadoval občasnou produkci automiktických vajíček samicemi, která nebyla nikdy pozorována (Schön et al. 1998). Oplodnění apomiktického vajíčka by vedlo k polyploidii, která ale nebyla nikdy pozorována, ani v rozsáhlých studiích, ve kterých by se tento fenomén musel téměř jistě projevit (Rossi et al. 1998). Pokud by i přes to všechno v nízké frekvenci (v 95% konfidenčním intervalu by to podle množství analyzovaných jedinců muselo být s frekvencí nižší než 1,75 x 10-4) vznikali funkční samci, tato frekvence by byla prokazatelně tak nízká, že rozmnožování by bylo efektivně nepohlavní a pohlavnost by měla z tohoto důvodu tendenci degenerovat, jak dokázal Birky (2010). Původ skupiny Darwinuloidea sahá na přelom devonu a karbonu, tj. do doby asi před 360 miliony let (Sohn 1987; Molostovskaya 2000). První zástupci obývali mořská prostředí, ale záhy došlo k expanzi do sladkovodních habitatů. V permu dosáhla skupina Darwinuloidea vrcholu své druhové bohatosti a nalezli bychom v ní i pravděpodobně pohlavní skupiny (Molostovskaya 2000), vymírání na 76
konci permu ale přežila pouze recentně obligátně nepohlavní skupina Darwinulidae. Komplexní analýza fosilního záznamu zaměřená na přítomnost zárodečné kapsy, pohlavně specifické úpony svalů na lasturách a pohlavní dimorfismus ve velikosti těla ukázala, že samci se mezi fosiliemi prokazatelně nevyskytují od konce triasu (zhruba 208 milionů let) a s velkou pravděpodobností mizí už s hromadným vymíráním na konci permu před asi 245 miliony let (Martens et al. 2003). Stejná studie navíc odhalila velmi pomalou morfologickou evoluci Darwinuloidea, určité fosilie staré až 145 milionů let můžeme bez problému zařadit do recentního rodu Alicenula. Dříve zmíněná raritní přítomnost spanandrických samců paradoxně podporuje závěry předchozí studie, protože poskytuje vzor pro vzhled hypotetických funkčních samců Darwinuloidea a umožňuje nám s jistotou vyloučit některé podezřelé fosilní nálezy (Smith et al. 2006). Zástupci rodu Darwinula mohou být staří až 350 milionů let (Abushik 1990, převzato z Martens et al. 1998a). Samotné druhy Darwinula stevensoni a Microdarwinula zimmeri jsou staré nejméně 20 milionů let (Straub 1952; Martens et al. 1997). Recentní rody – všechny obligátně nepohlavní – se podle molekulárních hodin rozdělily nejméně před 100–200 miliony let (Martens et al. 2005). Fosilní evidence tedy silně podporuje starobylou nepohlavnost této skupiny. Molekulárněbiologické důkazy jsou však slabší. U Darwinulidae nebyl potvrzen Meselsonův efekt. Naopak, Darwinula stevensoni má výrazně zpomalenou molekulární evoluci, a to jak 320 bp jaderného regionu ITS1, tak mitochondriálního genu COI, jak ukázala studie dvaceti populací tohoto druhu od Finska po Jižní Afriku (Schön et al. 1998). V porovnání s octomilkou Drosophila melanogaster je u nich rychlost molekulární evoluce těchto dvou oblastí genomu zhruba poloviční (Sharp & Li 1989); v porovnání s jinými korýši možná ještě více zpomalená (Knowlton et al. 1993). V ITS1, na rozdíl od COI, navíc mezi různými populacemi Darwinula stevensoni nenacházíme žádnou variabilitu. Tuto patrnost by vysvětlovalo i nedávné evoluční vymetení způsobené například recentním náhlým rozšířením tohoto druhu; tato možnost je ale nepravděpodobná vzhledem k variabilitě v COI (Schön et al. 1998). Následující podrobnější studie na ITS1, hsp82 a sekvenci pro protein calmodulin (vápník vážící signální protein) potvrdily předchozí závěry a ukázaly obecně sníženou rychlost molekulární evoluce u starobyle asexuálních Darwinulidae (Schön & Martens 2003). Nevariabilita v ITS1 je ale zřejmě specifikem Darwinula stevensoni (Rossi et al. 1998; Schön et al. 2003), možná ale není tak absolutní, neboť další studie ukázala jistou variabilitu v této sekvenci u Darwinula stevensoni (Gandolfi et al. 2001). K malé rychlosti molekulární evoluce Darwinulidae může přispívat genová konverze, která byla podpořená i v molekulárně-biologických studiích, nerovnoměrný crossing-over a somatická rekombinace (Schön et al. 1996; Schön et al. 1998; Schön & Martens 2003), případně dlouhá generační doba (Ranta 1979), bentický život chránící je před UV zářením (Schön et al. 1998; Van den Broecke et al. 2012), hypotetická samičí schopnost abortovat mutagenní embrya dokud jsou v zárodečné kapse (Lively & Johnson 1994), dokonalejší reparační systémy DNA (Schön et al. 1996; Schön et al. 1998; Schön & Martens 1998; Schön & Martens 2003) či pomalý metabolismus projevující se dlouhými generačními
77
dobami a pomalým pohybem (Schön et al. 2009). Sama nepřítomnost samců v rozmnožovacím procesu snižuje mutační rychlost, protože většina mutací vzniká v samcích (Redfield 1994). Druh Darwinula stevensoni se vyznačuje velkou genetickou homozygositou (heterozygosita by měla vznikat náhodným hromaděním mutací ve dvou řetězcích DNA), což, vzhledem k jejich pravděpodobně apomiktickému způsobu rozmnožování, dále nasvědčuje již uvedeným efektivním opravným mechanismům DNA (Martens 1998b). Hypotéze o dokonalejších reparačních systémech nahrává i fakt, že přestože jejich schránky neposkytují tak výraznou ochranu proti UV záření jako schránky jiných lasturnatek, celková odolnost k UV záření je zcela srovnatelná (Van den Broecke et al. 2012). Rozdílná mutační rychlost mitochondriální COI a jaderného ITS1 taktéž nepřímo nasvědčuje této možnosti – jádro má totiž jiné reparační systémy než mitochondrie (Schön et al. 1998). Pro hypotézu svědčí i pozorovaná nízká genetická variabilita (Rossi et al. 1998). U pozorovaného abortování nevhodných embryí v zárodečné kapse není zcela jasné, zda jde skutečně o selektivní abortování jedinců se sníženou životaschopností, nebo optimalizaci životní strategie vzhledem k podmínkám prostředí (Pinto et al. 2007); první možnost podporuje fakt, že většina vypuzených jedinců sice přežila, ale nedožili se dospělosti, celý fenomén je ale závislý na teplotě. Darwinulidae jsou dále mimořádně morfologicky uniformní (obdobně jako Bdelloidea) (Rossetti & Martens 1996; Rossetti & Martens 1998). V porovnání s Cypridoidea mají velmi nízkou mezidruhovou a mezirodovou variabilitu, genetické odlišnosti jejich rodů odpovídají zhruba odlišnostem druhů u pohlavní skupiny (Schön et al. 1998). Genom Darwinulidae také obsahuje vertikálně přenosné transpozibilní elementy (Schön & Arkhipova 2006). Některé jsou degenerované (skupina Daphne), jiné nikoli (skupina Syrinx). To zdánlivě odporuje předpokladům o nepřítomnosti těchto elementů u starobyle nepohlavních linií, je ale možné, že tyto transpozony jsou domestikované a zastávají funkce při údržbě telomer (Schön & Arkhipova 2006). Navíc existují i další podmínky, za kterých mohla být rychlost jejich degradace minimalizována – například pokud se nacházely před opuštěním pohlavního rozmnožování zkoumanou skupinou v genomu ve velkém počtu, pokud má skupina malou efektivní velikost populace, nízkou rychlost jejich vystřihávání, dochází u nich k časté transpozici, většina z nich se nachází v neutrálních oblastech či mezi elementy nejsou synergistické efekty (Dolgin & Charlesworth 2006). Zmíněné doklady proti starobylé asexualitě však otupují jiné molekulárně-biologické studie; vysoká genetická homogenita je patrně důsledkem genové konverze, bylo vyloučeno, že je důsledkem automixis s terminální fúzí gamet a nelze ji vysvětlit ani rekombinací, protože pro tu nebyly nalezeny žádné důkazy (Schön & Martens 2003). Co se karyotypu týče, prozkoumaná je pouze Darwinula stevensoni, která má 22 tečkovitých chromozomů. Z výzkumu ale nemůžeme usoudit na to, zda jde o původní diploidní stav, nebo organismus prodělal aneuploidii, protože kvůli podivné morfologii chromozomů nelze identifikovat možné homologní páry (Tétart 1978). Každopádně zde ale žádné
78
jasně homologní páry nevidíme. Silným důkazem podporujícím starobylou asexualitu Darwinulidae je však absence jakékoli hybridizace napříč dlouhou řadou studovaných populací (Rossi et al. 1998). Celkově je tak starobylá nepohlavnost skupiny – přes jisté neobvyklosti v dynamice jejich genomu – solidně podpořená. 5.4.4
Teplotní rozsah
Životní cyklus zástupců Darwinulidae trvá podle zeměpisné šířky, kterou obývají, od jednoho roku (například v Belgii (Van Doninck et al. 2003c)) až po několik let (například čtyři roky ve Finsku (Ranta 1979)). V těchto parametrech se příliš neodlišují od pohlavních Cypridoidea. Samice Darwinulidae za život vyprodukují jen málo potomků, zhruba od 6 do 15 podle druhu (Van Doninck et al. 2003c; Pinto et al. 2007). Darwinulidae mají schopnost torporu (Carbonel et al. 1988), při kterém těsně uzavřou své lastury a zpomalí metabolismus a v tomto neaktivním stavu přečkají nepříznivé podmínky prostředí. Z výzkumu torporu u jiných lasturnatek vyplývá, že umožňuje dlouhodobé přežívání za širokého rozmezí teplot (−20 °C až 32 °C) a humidit, téměř až k úplnému vysušení (4–5% vlhkost vzduchu), a to, zejména za nízkých teplot, po několik měsíců až let (Horne 1993). Tato vlastnost Darwinulidae může do značné míry vyrovnat výhody odolných vajec, která postrádají (Delorme & Donald 1969; McLay 1978; Horne 1993; Retrum et al. 2011). Oproti tomu Cypridoidea mají odolná vajíčka. Tato životní stadia vykazují vysokou odolnost k trávicím enzymům, vysoké salinitě, UV záření, hypoxii, výkyvům vlhkosti, insekticidům a promrznutí až k −72 °C po tři týdny (Vandekerkhove et al. 2013). Teploty 45 °C nemají na životaschopnost vajíček vliv (Martins et al. 2008). Lasturnatky nemají schopnost podchlazení (supercooling), ale přežijí promrznutí, přičemž bylo zdokumentováno, že v bentosu arktických jezer standardně zažívají teploty až −18 °C (Andrews & Rigler 1985). Co se týká teplot, za kterých porovnávané skupiny dokáží aktivovat, Cypridoidea i Bdelloidea zřejmě aktivují k 0 °C (McLay 1978; Tudorancea et al. 1979; Külköylüoğlu & Vinyard 2000; Bunbury & Gajewski 2009), při nízkých teplotách však pomalu zpomalují vývoj instarů; například Darwinula stevensoni se vyvíjí od teplot 4,8 °C výše (Van Doninck et al. 2003c). Horní teplotní limity aktivity se ale liší. Darwinulidae jen vzácně aktivují nad 35 °C, v podzemních vodách regionu Pilbara v severozápadní Austrálii žijí různí zástupci Darwinulidae za teplot až 35,5 °C (Reeves et al. 2007). Zástupci rodu Darwinula aktivují za 36,2 °C v horkých pramenech poblíž Austinu v Nevadě v USA (Brues 1932) a za teplot blížících se 41 °C v lázních Heviz v Maďarsku (Ponyi 1992). Rekord drží Penthesilenula malayica popsaná z nárostů vodních rostlin v horkých pramenech Tjipanas na Jávě až za teplot 45–50 °C, i když jedinci zcela jasně preferovali chladnější oblasti mikrohabitatu (Menzel 1923). Oproti tomu pohlavní Cypridoidea aktivují často i za teplot okolo 45 °C. Zástupci rodu Cypris v horkých pramenech Swetganga v západním Bengálsku v Indii obývají vody o teplotě až 44 °C (Jana 1978). V Hunter’s Hot Springs v Oregonu v USA žijí zástupci rodu Potamocypris za teplot až 47 °C (Castenholz 1967), respektive 54 °C (Wickstrom & Castenholz 1985), za teplot nad 50 °C však relativně rychle přestávají aktivovat a proudem jsou odneseni do chladnějších oblastí. V Hot Springs 79
v Nevadě žije Potamocypris variocolor za 48,3 °C a Potamocypris perbrunnea za teplot 49–50 °C (Brues 1932). Heterocypris balnearia byla zdokumentována aktivní z horkých pramenů HammanMeskhoutine v Alžírsku až za teplot 50,5 °C (Moniez 1893) a Klie (1939) ji na stejném místě pozoroval za teplot až 51,5 °C. Rekord drží Thermopsis thermophila, která dokáže aktivovat až za teplot 54 °C v Dixie Hot Springs v Nevadě (Külköylüoğlu et al. 2003). Ze stejného výzkumu vyplývá, že je specialistou na vysoké teploty – drasticky ubývá pod 46 °C a nepřežívá pod 38 °C. Je tedy zřejmé, že pohlavní Cypridoidea mají větší rozsah teplot, za kterých dokáží aktivovat, než starobyle nepohlavní Darwinulidae. 5.4.5
Ekologie
Darwinulidae dávají přednost marginálním semiterestrickým habitatům, případně intersticiálu a pramenům (Schön et al. 1998; Pinto et al. 2005; Pieri et al. 2009; Schön et al. 2009), což jsou vesměs habitaty s malým množstvím biotických interakcí; jsou zde menší biotické tlaky, méně konkurentů, predátorů a parazitů. Vajíčka (a první dva instary) se vyvíjejí v těle matky uvnitř zárodečné kapsy (Butlin et al. 1998a) a tudíž nejsou odolná k nepříznivým podmínkám prostředí, jak je běžné u jiných linií lasturnatek (Schön et al. 2009). Zárodečná kapsa ale vyvíjejícím se potomkům poskytuje do jisté míry podobné výhody v odolnosti k predaci, výkyvům podmínek prostředí a v kolonizaci, jako odolná stádia jiných zástupců lasturnatek (Martens 1998b). Ani dospělci Darwinulidae nejsou vydáni nepříznivým podmínkám prostředí zcela napospas. Nepříznivé podmínky prostředí dokáží přežít ve stavu torporu (Carbonel et al. 1988), kdy těsně uzavřou své lastury a zpomalí metabolismus. Torpor lasturnatek obecně umožňuje dlouhodobé přežívání za širokého rozmezí teplot a humidit, jak jsem zmínil výše (viz kapitola 5.4.4). Zejména za nízkých teplot zůstávají jedinci viabilní i několik měsíců až let (Horne 1993). Torporu zpravidla předchází zahrabání a slouží k přežití nepříznivých podmínek – sucha a mrazu (Delorme & Donald 1969; Retrum et al. 2011), dobře je zdokumentován například od druhů Candona rawsoni (Delorme & Donald 1969) či Candona decora (McLay 1978). Někteří zástupci lasturnatek torporu nejsou schopni (například Heterocypris incongruens (Retrum et al. 2011)), u dalších nebyl pozorován (například Cypris pubera, Cypridopsis vidua, Potamocypris smaragdina, Megalocypris alba, Megalocypris ingens (Delorme & Donald 1969)), nicméně mohou v substrátu přežít krátká období vyschnutí (Retrum et al. 2011). Díky schopnosti torporu jsou pro Darwinulidae jejich habitaty abioticky subjektivně homogenní a může tak být jakousi obdobou anhydrobiózy Bdelloidea (viz kapitola 5.3.5). Svou roli v odolnosti k nepřízni prostředí hraje i vývin mláďat v zárodečné kapse matky, který je chrání před výkyvy prostředí a predátory a zlepšuje možnost disperze (Martens 1998b). Schopnost torporu u Darwinulidae může do značné míry vyrovnat výhody odolných vajec, která na rozdíl od Cypridoidea postrádají (Horne 1993). Výjimkou mezi Darwinulidae jsou Darwinula stevensoni a Penthesilenula brasiliensis, které obývají i trvalé vodní plochy. Darwinula stevensoni prosperuje i v jezerech, řekách a jejich intersticiálu, přednostně v hloubkách okolo několika decimetrů (Smith et al. 2006) až jednoho 80
metru (Schön et al. 2009), téměř vždy v hypoxických oblastech, kde bychom opět očekávali snížené biotické tlaky. Jiné studie prokázaly jejich značnou toleranci hypoxických podmínek, stejně jako hladovění (Rossi et al. 2002). Zmíněná preferovaná hloubka vody ale může být i optimem pro disperzi. Jedná se totiž o ideální hloubku k zachycení na pera migrujících ptáků; menší hloubka by znamenala extrémní výkyvy teplot a vysychání, větší hloubka by omezovala transport (Horne et al. 1998). Poněkud překvapivý je v tomto světle fakt, že nejsou dobří kolonizátoři, čemuž odpovídá i jejich globální distribuce (Malmqvist et al. 1997; Martens et al. 2008). A to i přesto, že dokáží přežít například průchod trávicí soustavou ptáků (Frisch et al. 2007). Van Doninck, Schön et al. (2002) dokázali, že Darwinula stevensoni má univerzální genotyp (GPG). Druh oplývá širokou tolerancí teplot i salinit spojenou se širokým rozšířením (Van Doninck et al. 2002). S tím souhlasí i pozorovaná nízká substituční rychlost u Darwinula stevensoni (viz kapitola 5.4.3) – jedním z předpokladů GPG je silný tlak proti jakýmkoli mechanismům, které by mohly narušit optimální složení genotypu výhodné za široké škály podmínek. Jiné druhy však oplývají GPG jen omezeně nebo vůbec (Van Doninck et al. 2002). Mezi Darwinulidae nalezneme specialisty, generalisty i druhy nevyhraněné, což souvisí s jejich geografickým rozšířením (Van Doninck et al. 2003a). V případě Darwinulidae se hypoteticky může jednat o taxon skládající se z tvrdého jádra (Darwinula stevensoni) oplývajícího univerzálním genotypem, které neustále odštěpuje krátkodobé specializované nepohlavní linie (Van Doninck et al. 2002). Již zmíněný nález zástupců rodu Alicenula z doby před 145 miliony let však tuto hypotézu značně oslabuje (Martens et al. 2003). Dále, jak prozatímní výsledky shrnují Griffiths a Horne (1998), jsou zde určité náznaky, že pohlavní druhy a populace lasturnatek obecně mají větší perzistenci, zatímco asexuálové spíše ochotněji odpovídají na změny podmínek prostředí. Darwinulidae obývají všechny kontinenty vyjma Antarktidy, oproti tomu dva druhy Cypridoidea žijí i v této oblasti (Martens et al. 2008). Centrum diverzity obou skupin je gondwanské (Rossetti et al. 2011). Darwinulidae ani Cypridoidea jako celek nemají geografickou partenogenezi (Schwander & Crespi 2009a). Některé druhy Cypridoidea v Evropě sice tento efekt vykazují, vesměs ale jen zástupci skupiny Cyprididae (Horne et al. 1998) a nejde zřejmě o všeobecný fenomén (Bell 1982, str. 265–266). Partenogenetické druhy lasturnatek obecně nejsou rychlejší ani úspěšnější v kolonizaci nových stanovišť v Evropě v holocénu (Griffiths & Butlin 1995). Jisté ale je, že krátkodobě asexuální zástupci Cypridoidea mohou vytlačit sexuální druhy například v habitatu disturbovaném člověkem (Chaplin 1993). Bylo také navrženo, že pozorovaná převaha některých asexuálních druhů ve vyšších zeměpisných šířkách Evropy může být způsobena naopak mimořádnou klimatickou stabilitou holocénu v porovnání s předchozím obdobím (Horne & Martens 1998). Celý fenomén je stále předmětem výzkumu. Darwinulidae dále prakticky absentují ve starobylých jezerech, například Bajkalu (Schön & Martens 2004). Zdá se, že v těchto prostředích, podobně jako v podzemních vodách, má silně navrch pohlavní rozmnožování. Zřejmě jde o důsledek větších a komplexnějších biotických tlaků; dost možná zde platí hypotéza životem kypícího břehu (Martens 1998b; Schön & Martens 2004). 81
V prostředích s množstvím predátorů (například bentických ryb, větších bezobratlých) jsou Darwinulidae jen málokdy kořistí (Ranta 1979). Sladkovodní lasturnatky obecně jsou také zřejmě velmi málo napadané parazity (Schön et al. 2009; Bruvo et al. 2011). Obojí mohlo být predispozicí k asexualitě, ať už starobylé u Darwinulidae, nebo opakovaně vznikající recentní u Cypridoidea. Široká analýza ekologických preferencí sladkovodních lasturnatek různých skupin (Geiger 1998) ukázala, že větší roli než pohlavní či nepohlavní způsob rozmnožování hraje v preferenci pro stabilní či nestabilní prostředí přítomnost odolných stádií. Vedle toho se zdá, že partenogenetické druhy upřednostňují proměnlivé prostředí, zatímco pohlavní druhy prostředí stabilní. Trend je ale bez statistické signifikance. Tento fakt by mohla vysvětlit převaha druhů s odolnými stadii a pohlavním rozmnožováním, opak je ale pravdou. Analýza konkrétních jezerních litorálních habitatů ukázala, že pohlavní druhy převažují v krytém, bioticky komplexním a málo abioticky proměnlivém prostředí, zatímco nepohlavní druhy v prostředí s častými nepředvídatelnými disturbancemi. Přes celkový nedostatek dat se dále zdá, že v podzemních vodách převažují pohlavní druhy. V proměnlivých habitatech hraje roli, zda jsou periodické – „geologicky nestabilní“, nebo nově vznikající – „ekologicky nestabilní“. Partenogenetické druhy by měly mít díky kolonizaci výhodu zejména v druhém případě, jak shrnuje Martens (1998b). Obecně ale v proměnlivém prostředí převažují druhy s odolnými stadii, bez ohledu na způsob rozmnožování. Pokud ale vyloučíme druhy s odolnými stadii, trend více méně odpovídá předpokladům o převaze partenogenetických druhů v ekologicky nestabilních habitatech. V extrémně slaných habitatech není jasná preference jednoho druhu rozmnožování. Neprůkaznosti plynou hlavně z toho, že sexuální druhy a populace jsou i v proměnlivých prostředích, sexuální a partenogenetické populace jednotlivých druhů navíc často koexistují. Zmíněný výzkum se však týkal z valné většiny recentně nepohlavních Cypridoidea a o Darwinulidae vypovídá jen velmi omezeně (Geiger 1998). Obecně je spektrum životních strategií lasturnatek neobyčejně široké a silně koreluje s typem obývaného prostředí (McLay 1978). Starobyle asexuální Darwinulidae, jak už bylo řečeno, výrazně upřednostňují marginální habitaty. 5.4.6
Závěr
Studium Darwinulidae nepodporuje hypotézu o širším teplotním rozsahu aktivity starobyle nepohlavní skupiny, ale podporuje hypotézu o homogennějším charakteru prostředí obývaném starobyle nepohlavními skupinami. Ze srovnávaných zdrojů vyplývá, že pohlavní skupina Cypridoidea má z hlediska teploty širší rozmezí aktivity než starobyle nepohlavní Darwinulidae, což svědčí proti naší první hypotéze. Liší se zejména v toleranci k vysokým teplotám, která je vyšší u srovnávané pohlavní skupiny. Co se týče hypotézy o preferenci homogenních prostředí starobyle nepohlavními liniemi, doklady od Darwinulidae ji, byť ne zcela nezpochybnitelně, podporují. Celkové trendy u této skupiny jsou podobné jako u Bdelloidea zmíněných v minulé kapitole, nejsou však tak výrazné. Darwinulidae preferují marginální habitaty, které jsou pro ně ale kvůli schopnosti torporu subjektivně homogenní. Prakticky chybí v bioticky komplexním prostředí starobylých jezer a málo je jich i v podzemních 82
vodách. Druhy obývající trvalé a stabilní vodní plochy jako jezera a řeky preferují hypoxické oblasti se sníženými biotickými tlaky. Darwinulidae jsou málo napadané predátory a lasturnatky obecně mají velmi nízkou míru parazitace. Žádný z těchto trendů neplatí úplně a ve většině těchto prostředí nalezneme i pohlavní Cypridoidea. Dohromady ale dávají jasný obrázek o preferenci homogenních prostředí u Darwinulidae.
5.5 Pancířníci (Oribatidae) 5.5.1
Úvod
Oribatidae představují bohatou a různorodou skupinu roztočů. Dosud bylo popsáno něco málo pod 10 000 druhů (Subías 2004), je zde ale reálná možnost, že jejich vnitřní skupinou jsou Astigmata s dalšími asi 5000 druhy (Oconnor 2009). Většina Oribatidae obývá půdu a opadanku, nalezneme ale i četné arboreální a vodní zástupce. Většinou jde o saprofágy a fungivory, známé jsou ale i přechody k oportunistické predaci a herbivorii kořenů (Norton & Behan-Pelletier 2009). Měří mezi 150 a 2000 µm, nejčastěji 300–700 µm (Norton & Behan-Pelletier 2009). Vesměs jsou dlouhověcí, s pomalým metabolismem a vývojem, s malou fekunditou a jde o K-stratégy (Norton 1994). Jedná se o velice starobylou skupinu, první fosilie sahají do období středního devonu a jsou jen o něco málo mladší než 380 milionů let (Norton et al. 1988); je ale pravděpodobné, že původ skupiny sahá ještě dalších 20–60 milionů let dále do minulosti (Heethoff et al. 2009). Nejstarší zkameněliny Desmonomata, skupiny, která má největší zastoupení nepohlavních druhů, pocházejí z jury a křídy (Krivolutsky & Druk 1986). Zhruba 10 % jejich zástupců se rozmnožuje obligátně partenogeneticky a přinejmenším v některých případech jde o celé rozrůzněné a prokazatelně starobyle nepohlavní linie (Palmer & Norton 1991; Norton et al. 1993). Nejlépe prozkoumaní jsou zástupci Desmonomata, poznatky ale do značné míry lze zobecnit i na ostatní velké partenogenetické skupiny Oribatidae. Judson a Normark (1996) a Normark, Judson a Moran (2003) vycházejí z Nortona, Kethley et al. (1993) a uvádějí mezi nepohlavními
skupinami
Oribatidae
Nanhermanniidae,
Malaconothridae,
Trhypochthoniidae,
Camisiidae a větší část Nothridae; dále potom Brachychthoniidae a Lohmanniidae. Prvních pět skupin si je blízce příbuzných a patří do skupiny Desmonomata; poslední dva jsou si rovněž příbuzné a náleží do skupiny a Enarthronota. 5.5.2
Doklady pro starobylou nepohlavnost
Partenogenetičtí zástupci Oribatidae se rozmnožují pomocí automixis s terminální fúzí gamet (tj. splývají gamety se sesterskými chromatidami, cytologicky splývá vajíčko s jádrem druhé pólové buňky) (Taberly 1987, převzato z Wrensch et al. 1994). V tomto případě je potomek de facto klonem matky. Nicméně, takový způsob rozmnožování by snižoval heterozygositu potomstva, respektive vedl okamžitě k homozygositě. Palmer a Norton (1992) ale prokázali, že partenogenetičtí zástupci Oribatidae mají velmi často naopak fixovanou vysokou heterozygositu mezi potomstvem. Tento
83
paradox vysvětluje nejpravděpodobněji hypotéza, že tito zástupci mají takzvanou invertovanou meiózu – neredukční dělení (s rozchodem sesterských chromatid) u nich předchází dělenímu redukčnímu (rozchod homologních chromatid), což je umožněno přítomností holokinetických chromozomů (Wrensch et al. 1994). Pokud v tomto případě nastane terminální fúze gamet, jedinec je stále prakticky klonem matky, ale zároveň se udržuje vysoká heterozygosita, jak bylo pozorováno. Tento způsob rozmnožování zabraňuje rekombinaci a téměř úplně mimikuje apomixis (Heethoff 2004). Přítomnost invertované meiózy silně podpořila nedávná mikroskopická a mikrotomografická pozorování (Laumann et al. 2008). Není ale vyloučeno, že někteří zástupci Oribatidae mohou mít i klasickou meiózu spojenou s terminální fúzí gamet (Palmer & Norton 1992). Kvůli absenci rekombinace a terminální fúzi jsou zástupci buď kompletně homozygotní (normální meióza), nebo kompletně heterozygotní (invertovaná meióza) (Heethoff 2004). Původním způsobem rozmnožování je u nich nepřímé oplození; samec klade spermatofory, které následně vyhledávají samice. Z poměru pohlaví lze celkem spolehlivě usuzovat na způsob rozmnožování. I nepohlavní skupiny totiž vesměs v malém množství vytvářejí samce, ti jsou však velmi vzácní a prokazatelně nefunkční – jsou spanandričtí, neúčastní se rozmnožovacího procesu (Palmer & Norton 1990; Palmer & Norton 1991; Norton et al. 1993). Pokud produkují spermatofory, tak je jich málo a s neviabilními spermiemi kvůli předčasně ukončené spermatogenezi, samice jim navíc nevěnují pozornost (Taberly 1988, převzato z Palmer & Norton 1990). Samčí neúčast na rozmnožovacím procesu potvrdily i genetické studie (Palmer & Norton 1992). Dále, jak shrnuje Norton (1994), mají obecně nízkou pohyblivost a disperzi (Berthet 1964), dlouhé generační časy. Nejsou dobří kolonizátoři. Jejich biogeografické rozšíření proto odpovídá kontinentálnímu driftu (Heethoff et al. 2007). Tyto biogeografické patrnosti naznačují, že přinejmenším některé druhově bohaté nepohlavní linie existovaly již před rozpadem Pangey a mohou být nepohlavní i 200 a více milionů let (Hammer & Wallwork 1979). Starobylou
asexualitu
této
skupiny
podporují
i
molekulárně-biologické
důkazy.
K nepohlavním kladům nenalézáme žádné blízce příbuzné pohlavní linie a opakovaný častý vznik nepohlavnosti je u této skupiny tudíž velmi nepravděpodobný (Norton et al. 1993; Maraun et al. 2004). Dalším dokladem pro starobylou asexualitu je to, že nepohlavní linie jsou rozrůzněné, muselo v nich docházet k radiacím při absenci pohlavního rozmnožování (Palmer & Norton 1991). Molekulární studie provedené na mitochondriálním genu COI ukazují, že mohou být nepohlavní nejméně 110 milionů let a samotný druh Platynothrus peltifer je starý nejméně 64 milionů let (Heethoff et al. 2007). Heethoff (2004) ukázal na příkladu mitochondriálního genu COI u Camisidae a Mucronothrus nasalis (Trhypochthonidae), že jednotlivé odvozené sekvence nekorelují s jejich geografickým původem a musely se rozdělit ještě před separací druhů, tj. před 180–240 miliony let (Hammer & Wallwork 1979). Aplikace molekulárních hodin na sekvence samotné udává stáří zmíněných taxonů nejméně 63, respektive 73 milionů let; nepohlavní jsou minimálně 7 milionů let – oba údaje jsou však konzervativní a pravděpodobně značně podhodnocené (Heethoff 2004). Stejná studie (Heethoff 2004) prokázala, že u nich po celou dobu existence nedocházelo k rekombinaci a linie 84
jsou tudíž dlouhodobě nepohlavní; údajně prokázala i známky Messelsonova efektu (a z něj odvodila absenci rekombinace v genu hsp82 po nejméně 350 milionů let), což se ale později neprokázalo (Schaefer et al. 2006). Jednotlivé genotypy navíc nebyly asociované s jednotlivými druhy, takže jednotlivé COI linie se musely rozdělit ještě před radiací na jednotlivé druhy, což dále podporuje myšlenku asexuální radiace. Starobylost jejich nepohlavních skupin potvrdilo i srovnání D3 regionu 28S rRNA, jednotlivé divergence nepohlavních druhů jsou větší než divergence druhů pohlavních; radiace nepohlavních druhů je tudíž dávnější a probíhá pomaleji (Maraun et al. 2003). Palmer a Norton (1992) dokázali, že jednotlivé populace mají relativně malou genetickou variabilitu, vzácní samci jsou opravdu nefunkční a u většiny druhů nedochází k meiotické rekombinaci. Absenci rekombinace prokázaly i další studie, například analýza genů ef1-α (elongační faktor 1 α) a hsp82 (Schaefer et al. 2006). Pozorovaná genetická variabilita se musela nahromadit při nepohlavním rozmnožování. Jaderný genom je však homogenizovaný a nenese průkazné známky Meselsonova efektu, za což jsou zřejmě zodpovědné cytologické procesy jako terminální fúze gamet při klasické automixis, případně hypotetická genová konverze, mitotická rekombinace či aneuploidie (Schaefer et al. 2006). Je tedy velmi pravděpodobné, že nepohlavní linie Oribatidae jsou skutečně starobyle asexuální, snad až několik stovek milionů let. 5.5.3
Fylogeneze a teplotní meze aktivity
Zcela kruciální jsou vzájemné fylogenetické vztahy nepohlavních linií. Bohužel, ty jsou zatím značně nejisté a existuje řada protichůdných hypotéz. Ani molekulární fylogenetika je zatím nepomohla projasnit. Proto pojednám v této kapitole fylogenezi příslušných skupin spolu s jejich teplotními mezemi aktivity, které odvodím jak z konkrétních experimentů a pozorování, tak z geografického rozšíření příslušných skupin. Protože s největší pravděpodobností nejde o monofyletickou starobyle nepohlavní linii jako v případě Bdelloidea a Darwinulidae, bude tento postup vhodnější. Porovnám jednotlivé pravděpodobné možnosti a odhadnu celkový trend u této skupiny. 5.5.3.1 Desmonomata Výše zmíněných prvních pět skupin (viz kapitola 5.5.1) si je mezi sebou blízce příbuzných a náleží do skupiny Desmonomata (Norton et al. 1993). Monofylie skupiny Desmonomata je ale nejistá. Norton a Behan-Pelletier (2009) ji nazývají Nothrina a tvrdí, že jde o parafyletickou skupinu sedmi linií, mezi nimiž se dále odvětvují i pohlavní Crotoniidae a Hermanniidae, druhově bohatá vrcholová (a převážně pohlavní) Brachypilina a celá skupina Astigmata. Vztahy mezi jednotlivými skupinami jsou sporné. Morfologické znaky nasvědčují, že sesterskou skupinou Astigmata by mohly být Hermanniidae, molekulární data to ale nepodporují (Norton, osobní sdělení); další možností je, že jsou vnitřní či sesterskou skupinou linie sdružující Malaconothridae a Trhypochthonidae (Norton 1994); případně jsou sesterští Hermanniidae a s nimi tvoří vnitřní linii Crotoniidae (Dabert et al. 2010).
85
Zařazení Astigmata do Oribatidae ale rozhodně nemá jednoznačnou podporu, neboť jiné molekulárně-biologické studie jej nepodpořily (Domes et al. 2007a); jasno do jejich příbuzenských vztahů přinesou až další studie. Molekulární analýzy jsou v tomto případě zřejmě všeobecně zatíženy artefaktem přitahování dlouhých větví, neboť Astigmata jsou velmi odvozená (Dabert et al. 2010). Problematická je také jejich pohlavní skupina Crotoniidae, protože její sexualita se zřejmě reevolvovala z ancestrálního nepohlavního stavu (Domes et al. 2007b). Pohlavní
Hermanniidae
v novějších
molekulárně-biologických
studiích
nespadá
do
Desmonomata, ale tvoří jejich sesterskou skupinu (Heethoff et al. 2009), případně dokonce sesterskou skupinu Desmonomata a vrcholových Brachypilina (Domes et al. 2007b). Pokud by Astigmata byla jejich sesterskou skupinou, v tomto případě by nebyly součástí Desmonomata sensu stricto; pokud by byly sesterskou skupinou některé linie Desmonomata sensu stricto (navrženi byli např. Malaconothridae či Trhypochthonidae (Norton & Behan-Pelletier 2009)), buď by šlo o další případ reevolvování sexuality, nebo by musela vzniknout nepohlavnost v Desmonomata vícekrát. Některé nové molekulárně-biologické studie ale na rozdíl od tradičních členění naznačují, že by Desmonomata mohla být monofyletická (Heethoff et al. 2009) a převážně partenogenetická. Pohlavní by v tomto případě byly pouze bazální rody Novonothrus a Trichonothrus, jejichž bazální postavení v Nothridae potvrzují i další studie (Domes et al. 2007b). V takovém případě by mohla nepohlavnost Desmonomata vzniknout pouze jedenkrát a my mohli porovnat ekologii dvou bazálních nepohlavních rodů Trichonothrus a Novonothrus s ostatními zástupci. Protože Trichonothrus a Novonothrus mají geografické rozšíření omezené na mírné oblasti jižní polokoule, zatímco nepohlavní skupiny se vyskytují globálně, od tropů po polární oblasti (Subías 2004), svědčilo by to spíše pro větší teplotní rozsah aktivity nepohlavních linií a tudíž slabě pro naši hypotézu. Naopak, v případě tradičního pohledu na Desmonomata jako parafyletickou skupinu, by nepohlavnost vznikla nezávisle několikrát a vztahy mezi skupinami by byly značně nejasné. Mezi nepohlavní linie by spadala i vrcholová druhově bohatá pohlavní Brachypylina. S nimi bychom mohli porovnat nepohlavní linie. Tato možnost se mi zdá korektnější, neboť Brachypylina jsou druhově bohatou a ekologicky srovnatelnou skupinou; prokazatelně jsou nepohlavním liniím blízce příbuzné (viz výše). Desmonomata dokáží přežít pomocí podchlazení i teploty hluboko pod bodem mrazu, podobně jako vrcholová Brachypilina (viz dále), ale studií na toto téma je velmi málo. Nejnižší zaznamenaná teplota podchlazení je u Camisia anomia, konkrétně −28 °C (Coulson et al. 1995). Aktivita u ní ustává při −3 °C. Krátkodobě vydrží zástupci starobyle nepohlavních linií i teploty až po 40 °C, například Nanhermannia nana (Madge 1965), Nothrus silvestris a Nanhermannia coronata (Malmstrom 2008); výjimečně i něco málo přes, konkrétně Platynothrus peltifer (Camisiidae) 41,5 °C (Madge 1965). Camisiidae mají široké rozšíření, jsou běžní a četní; obývají lesní půdu, rašeliniště, mechy a podobné habitaty, druhy rodu Camisia jsou nejčastěji arboreální od kmenů po koruny stromů, 86
případně obývají nárůsty mechů a lišejníků na kamenech. Živí se houbami a rozkládajícím se rostlinným materiálem. Někdy mohou obývat i sladkovodní biotopy a bentické prostředí, jako např. Platynothrus peltifer (Norton & Behan-Pelletier 2009). Jsou kosmopolitní s výjimkou kontinentální Antarktidy, zasahují do subantarktidy (ostrov Tristan da Cunha v jižním Atlantiku) a oblasti antarktických ostrovů (Jižní Georgie) (Subías 2004). Nothridae jsou s výjimkou Antarktidy a subantarktické oblasti kosmopolitní, dva bazální pohlavní rody Trichonthrus a Novonothrus však obývají pouze jižní polokouli (Subías 2004). Živí se houbami a rozkládajícím se rostlinným materiálem (Norton & Behan-Pelletier 2009). Nanhermanniidae se vyskytují převážně v tropech a subtropech, některé rody mají ale kosmopolitní rozšíření od tropického po mírný pás. Nezasahují do Antarktidy, pouze do subantarktidy (ostrov Svaté Heleny v jižním Atlantiku) (Subías 2004). Obývají listový opad, méně potom arboreální prostředí (Smrž, osobní sdělení) a jsou údajně odolní k vysokým teplotám (Norton & Behan-Pelletier 2009). Trhypochthonidae obývají půdu, opad a rašeliniště, živí se mimo jiné i lišejníky. Některé druhy jsou akvatické, obývají i dna velmi chladných jezer, případně chladné prameny a vodu čerstvě odtávající z ledu ve vysokých nadmořských výškách (Hammer & Wallwork 1979). Osídlují i nově vzniklé habitaty (Norton & Behan-Pelletier 2009). Rozšíření je kosmopolitní s výjimkou Antarktidy a subantarktidy (Subías 2004). Malaconothridae jsou zřejmě kosmopolitní a obývají rašeliniště a akvatické habitaty (Norton & Behan-Pelletier 2009). Jejich rozšíření sahá až do subantarktické oblasti (ostrov Amsterdam v jižním Indickém oceánu, Falklandy) a oblasti antarktických ostrovů (Jižní Georgie) (Subías 2004). Pohlavní Crotoniidae jsou téměř výhradně omezené na jižní polokouli s výjimkou kontinentální Antarktidy, obývají ale i antarktické ostrovy (ostrovy Clampbell, Macquarie) (Subías 2004). Crotoniidae obývají prakticky výhradně mírné a teplejší oblasti jižní polokoule, živí se listovým opadem a celá řada z nich je arboreální (Norton & Behan-Pelletier 2009). Nacházejí se i v listovém opadu, ale převážně jsou arboreální (Norton & Behan-Pelletier 2009). Asi se vyvinuli v rámci Camisiidae reevolvováním sexuality (Domes et al. 2007b), detailní analýzy ale nedávají na tuto otázku jasnou odpověď a celá záležitost je stále otevřená (Goldberg & Igic 2008). Pohlavní Hermannidae jsou kosmopolitní, obývají hlavně temperátní až arktické oblasti severní polokoule od lesů mírného pásma až po tundru, ale zasahují i do subantarktické oblasti (na Falklandy) (Subías 2004; Norton & Behan-Pelletier 2009). Nepohlavní skupiny Desmonomata tedy mají kosmopolitní rozšíření, obývají nejrůznější ekologická prostředí, živí se nejrůznějšími způsoby (nejsou pouze parazité a predátoři v užším slova smyslu) a teplotní rozmezí aktivity této skupiny je očividně poměrně vysoké – obývají biotopy od vody, exponovaných skal a kůry stromů až po půdu a opadanku; a to od tropů až po biotopy oblasti Arktidy a subantarktických ostrovů. Zástupci pohlavních Brachypylina obývají, na rozdíl od předchozích skupin, i kontinentální Antarktidu a jsou na místní podmínky adaptovaní; nalezneme zde i několik endemitů (Subías 2004). 87
Intenzivně zkoumaný Alaskozetes antarcticus se dokáže běžně podchladit na teploty okolo −30 °C (Young & Block 1980; Lee & Baust 1981; Block & Sømme 1982; Schenker 1984; Block 1986; Cannon 1986; Cannon 1987; Hayward et al. 2003; Worland & Block 2003), nejzazším zaznamenaným extrémem je teplota −35 °C (Worland & Convey 2001). Jiní zástupci ale dokáží přežít podchlazení až na −38 °C, konkrétně antarktický Halozetes belgicae (Cannon & Schenker 1985) a −39 °C, konkrétně Calyptozetes sarekensis a Carabodes labyrinthicus z horských oblastí Norska (Sømme & Conradilarsen 1977). Podchlazení dosahujícího hodnot až okolo −30 °C dosahují ale i další zástupci, například antarktická Antarcticila meyeri (Sugawara et al. 1995), Diapterobates notatus a Ceratoppia hoeli ze Špicberek (Coulson et al. 1995), Fuscozetes setosus, Oribatula tibialis, Eupelops occultus a blíže neurčení zástupci rodu Epidamaeus z předmostí švýcarského ledovce (Schenker 1983); arktický litorální Ameronothrus lineatus (Sovik 2004) a blíže neurčení zástupci rodu Phauloppia z horských oblastí Norska (Sjursen & Sømme 2000). Při zmíněných teplotách jsou však jedinci neaktivní. Pro nás jsou však zásadní teplotní limity jejich aktivity. Zdá se, že se začne výrazně snižovat při 0 °C, nicméně zcela se zastavuje až při několika stupních pod nulou. Konkrétně až −5 °C pro Fuscozetes setosus, Oribatula tibialis (Schenker 1983) a Diapterobates notatus (Coulson et al. 1995), až −6 °C pro Podacarus auberti (Marshall et al. 1995); až −7 °C pro Eupelops occultus, blíže neurčené zástupce rodu Epidamaeus (Schenker 1983) a Halozetes fulvus (Marshall et al. 1995); až −8 °C pro Alaskozetes antarcticus (Block 1981) a Maudheimia petronia (Marshall et al. 1995). Rekord zřejmě drží antarktický Halozetes belgicae s limitní teplotou −11 °C (Hawes et al. 2007). Co se týče vysokých teplot, řada jejich zástupců je aktivní i při teplotách až 35 °C, konkrétně Orthogalumna terebrantis (Del Fosse 1977) a 40 °C, konkrétně zástupci rodu Suctobelba, Tectocepheus velatus, Oppiella nova a Conchogneta traegardhi (Malmstrom 2008). Další jsou taktéž aktivní za teplot až 40 °C a umírají těsně nad, konkrétně Scheloribates leleupi, Pergalumna longisetosa, Pergalumna frater, Galumnella areolata, blíže neurčení zástupci rodů Peloribates a Carabodes (Wallwork 1960), Euzetes globulus, Belba geniculosa, Carabodes labyrinthicus, Fuscozetes fuscipes a Humerobates rostrolamellatus (Madge 1965), přičemž poslední zmiňovaný přežije teploty až do 44 °C. Při teplotách nad 30 °C jsou s největší pravděpodobností aktivní i antarktičtí zástupci Alaskozetes antarcticus (Block 1981) a Maudhemia petronia (Marshall et al. 1995). Rekord ze zkoumaných druhů drží blíže neurčení zástupci rodu Phauloppia, kteří zřejmě dokáží přežít i teploty okolo 55 °C, kterých dosahuje jejich habitat exponovaných nárostů lišejníků na skalách (Sjursen & Sømme 2000). Největších tolerancí vysokých a nízkých teplot dosahují zástupci z exponovaných stanovišť, neboť půda do značné míry teplotní výkyvy pufruje. Podobně vysokých teplotních tolerancí velmi pravděpodobně mohou dosahovat i další zástupci exponovaných habitatů, včetně zástupců starobyle nepohlavních linií. Bohužel ale nemůžeme zjistit, jestli jsou podobné extrémy schopni přežít i zástupci nepohlavních Desmonomata, protože se nedostává studií na dané téma. Každopádně mezi Brachypylina nalezneme i endemity Antarktidy, druhy specializované na místní prostředí. Zástupce nepohlavních linií Desmonomata v kontinentální Antarktidě nenalezneme, 88
na druhou stranu se ale vyskytují na některých subantarktických ostrovech (Pugh & Convey 2000; Subías 2004) a do poměrně vysokých zeměpisných šířek Arktidy (Coulson et al. 1995; Makarova & Böcher 2009; Young et al. 2012); rozdíly v teplotních mezích aktivity mezi těmito skupinami tedy asi nebudou příliš vysoké. Z dostupných dat ale můžeme usoudit, že pohlavní Brachypylina mají větší teplotní rozsah aktivity než nepohlavní linie Desmonomata, což svědčí proti naší hypotéze o širším teplotním rozsahu aktivity starobyle nepohlavních skupin. 5.5.3.2 Brachychthoniidae a Lohmanniidae Zbývající dvě druhově bohaté starobyle nepohlavní skupiny Oribatidae – Brachychthoniidae a Lohmanniidae – jsou si navzájem příbuzné a spadají do skupiny Enarthronota (Norton & BehanPelletier 2009), která přednostně obývá hluboké vrstvy půdy (Domes et al. 2007c). Tyto skupiny jsou z hlediska teplotních mezí aktivity téměř neprozkoumané a my musíme v naší analýze vycházet pouze z geografického rozšíření. Podle Nortona a Behan-Pelletiera (2009) můžeme Enarthronota rozdělit na Brachychthonoidea, Hypochthonoidea, Protoplophoroidea, Atopochthonoidea a Heterochthonoidea. Atopochthonoidea a Heterochthonoidea jsou dvě druhově chudé bazální linie; nejspíše jde o parafyletické skupiny a obě jsou nepohlavní (Norton et al. 1993; Norton & Behan-Pelletier 2009). Heterochthonoidea obývají souvisle mírné oblasti palearktické oblasti, reliktně pak temperátní, subtropické a tropické oblasti zřejmě kosmopolitně. Atopochthonoidea se vyskytují široce, snad kosmopolitně, ve středně vlhkých až vlhkých lesních habitatech, není ale známo, že by jejich zástupci obývali nějaká vyloženě extrémní prostředí (Subías 2004; Norton & Behan-Pelletier 2009). Kvůli jejich nejasným fylogenetickým vztahům se jim už dále nebudeme věnovat. Hypochthonoidea tvoří čtyři skupiny. Druhově chudé nepohlavní Hypochthonidae a Eniochthonidae, druhově velmi bohaté nepohlavní Lohmanniidae a zřejmě bazální převážně pohlavní Mesoplophoridae s jedním nepohlavním rodem Archoplophora. Hypochthoniidae a Eniochthoniidae mají kosmopolitní rozšíření, není ale známo, že by obývali nějaká výrazně extrémní prostředí (Subías 2004; Norton & Behan-Pelletier 2009). Fylogeneze podle Heethoffa, Nortona et al. (2009) zkoumá mj. Hypochthonoidea a ukazuje, že pohlavní Mesoplophoridae (rod Mesoplophora) jsou zřejmě sesterští ostatním, zatímco nepohlavní (rod Archoplophora) s nimi tvoří monofyletickou skupinu; teoreticky u nich mohla nepohlavnost vzniknout pouze jedenkrát. Není bez zajímavosti, že pohlavní rod Mesoplophora je s výjimkou Antarktidy kosmopolitní, obývá rozkládající se dřevo a jako jeden z mála druhů Oribatidae je schopný foreze (Norton & Behan-Pelletier 2009). Lohmanniidae jsou převážně tropičtí, zasahují ale do subtropů a okrajově do mírného pásma. Specializují se na dekompozici zbytků vyšších rostlin, mohou se živit houbami v tunelech ve dřevě, případně napadat kořeny rostlin (Norton & Behan-Pelletier 2009). S výjimkou Antarktidy a subantarktidy mají Hypochthonoidea kosmopolitní rozšíření; Lohmanniidae jsou ale výhradně tropické a subtropické. Vzhledem k tomu, že jsou kosmopolitně rozšířené nepohlavní rody i pohlavní rody jako např. Mesoplophora, nemůžeme u této skupiny 89
z dostupných informací usoudit pro naši hypotézu nic. Samotné omezení Lohmanniidae na tropické a subtropické oblasti potom hovoří spíše proti testované hypotéze. Protoplophoroidea jsou převážně pohlavní, nejspíše nepohlavní jsou jen dvě bazální skupiny – Haplochthnonidae a Pediculochelidae. Pediculochelidae mají rozšíření zřejmě omezené na starý svět; Haplochthonidae jsou kosmopolitní s výjimkou Austrálie a byli u nich zdokumentováni dokonce tři zástupci z kontinentální Antarktidy (Subías 2004). Může se však jednat o kontaminaci a tento doklad je značně nejistý (Norton & Behan-Pelletier 2009). Ostatní podskupiny mají kosmopolitní rozšíření, ale do Antarktidy a subantarktidy nezasahují (Subías 2004; Norton & Behan-Pelletier 2009). Protoplophoridea obecně upřednostňují suché či periodicky suché biotopy, od půd po synantropní skládky a včelí úly, kurníky či hnízda krys (Norton & Behan-Pelletier 2009). Brachychthonoidea zahrnuje pouze Brachychthonidae, kteří jsou jedněmi z nejrozšířenějších zástupců Oribatidae. Obývají nejrůznější půdní prostředí, od lesních půd, opadu a nově ustavených společenstev až po prérie severní Ameriky. Nacházíme je téměř kosmopolitně, zasahují až do subarktidy a Arktidy, stejně jako do subantarktidy a téměř až na antarktický kontinent (ostrov Deception u pobřeží Antarktického poloostrova) (Subías 2004; Norton & Behan-Pelletier 2009). Co můžeme pro naši hypotézu usoudit od skupiny Enarthronota? Brachychthonidae mají kosmopolitní rozšíření včetně kontinentální Antarktidy, což by nasvědčovalo spíše pro testovanou hypotézu. To je mezi ostatními spíše výjimkou, ale i pohlavní skupiny Protoplophoroidea a Mesoplophoridae jsou rozšířeny celosvětově ve všech klimatických pásech. Druhá velká nepohlavní skupina, Lohmanniidae, má ale naopak rozšíření omezené na tropy a subtropy, což svědčí spíše proti naší hypotéze. Vzhledem k těmto protichůdným závěrům a obecně nedostatku informací o těchto skupinách se zde zdržím jednoznačného soudu. 5.5.4
Ekologie
U Oribatidae je velice těžké najít a prokázat jakékoli ekologické korelace s jejich způsobem rozmnožování. Pokoušelo se o to mnoho studií a výsledky jsou téměř vždy nejednoznačné, pro každou patrnost nalezneme i protipříklady (Norton & Palmer 1991). Experimenty ukázaly, že jejich starobyle nepohlavní linie nejsou lepšími kolonizátory než pohlavní skupiny (Domes et al. 2007c; Cianciolo 2009). K podobným výsledkům došli výzkumníci i v terénu; nelze říct, že by jejich partenogenetické druhy přednostně obývaly nově vzniklá stanoviště (Skubala & Gulvik 2005); jejich zastoupení v disturbovaných habitatech je sice nezřídka vysoké, nejsou zde ale výhradní (Norton & Palmer 1991). Cianciolo a Norton (2006) testovali na polní studii a metastudií literatury hypotézu, že starobyle nepohlavní linie Oribatidae by měly upřednostňovat prostředí s malým počtem konkurentů (jiní Oribatidae) a predátorů (roztoči skupiny Mesostigmata). Také zkoumali, jestli tyto linie nevykazují znaky univerzálního genotypu (GPG), či, při absenci jakýchkoli ekologických korelací, nemůže za omezení úspěchu nepohlavních skupin Mullerova rohatka. První předpoklad se nepotvrdil, ba naopak, prostředí s větší biotickou diverzitou obývali nepohlavní zástupci přednostně – nutno však dodat, že model nebral v úvahu všechny predátory, konkurenty a patogeny. GPG se taktéž jako 90
zásadní znak nepotvrdil, i když některé druhy jím mohou oplývat (Norton 1994). I z dalších studií můžeme usuzovat, že jednotlivé druhy nemají ve valné většině GPG, ale jsou přizpůsobeny místním teplotám (Wallwork 1960). Vzhledem k existenci alespoň nějakých, byť podivných, ekologických korelací je zásadní role Mullerovy rohatky taktéž nepravděpodobná. Existuje však možnost, že se jasné ekologické korelace v provedených studiích neprojevují proto, že nejprozkoumanějšími jsou oblasti Evropy a Ameriky, které byly nedávno zaledněné. To samo o sobě mohlo ovlivnit zastoupení Oribatidae, případně ještě nemuseli mít dost času se setřídit (Cianciolo & Norton 2006). Protože ale autoři pozorovali nějaké, byť nejasné, patrnosti, tato možnost není příliš pravděpodobná. Zastoupení partenogenetických druhů údajně stoupá z 15 % v mírném pásmu Severní Ameriky až po 45 % ve vysoké Arktidě (Behan-Pelletier 1997). Odlišné studie však ukázaly zcela jiné zastoupení nepohlavních druhů v temperátním pásmu (Cianciolo & Norton 2006) a ani dřívější studie korelaci mezi zeměpisnou šířkou či nadmořskou výškou a nepohlavností nepotvrdily (Norton & Palmer 1991). Trend může být důsledkem snadnější disperze či širšího geografického rozšíření nepohlavních zástupců. Nepohlavní druhy zřejmě převažují ve stabilním prostředí s dostatkem zdrojů. Pokud jsou zdroje limitované a strukturované, mají výhodu pohlavní druhy, což potvrdily i provedené experimenty (Domes et al. 2007c; Maraun et al. 2012). Zastoupení nepohlavních druhů také stoupá s hloubkou půdního horizontu; v hlubokých vrstvách s malou biotickou i abiotickou proměnlivostí jsou častější než v proměnlivých povrchových vrstvách se silnými biotickými tlaky, jak shrnují Norton a Palmer (1991). Zastoupení nepohlavních druhů je větší ve stabilní lesní půdě než v půdách luk s nestabilními abiotickými podmínkami (Siepel 1994). Obecně jsou pohlavní zástupci více zastoupeni mezi arboreálními druhy, zatímco v půdě převažují nepohlavní (Karasawa & Hijii 2008; Maraun et al. 2009). Tento fenomén může být důsledkem intenzivnějších biotických tlaků v arboreálním prostředí, např. nutnosti odpovídat na koevoluční tahy lišejníků, jimiž se arboreální zástupci živí (Maraun et al. 2009); případně je možnost pohlavního rozmnožování v půdě znevýhodněna obtížnějším vyhledáváním pohlavních partnerů (respektive spermatoforů, viz kapitola 5.5.1), například kvůli horší disperzi feromonů (Karasawa & Hijii 2008). 5.5.5
Závěr
Přes všechny problémy komplikující metastudii u této skupiny jsem dospěl k závěru, že shromážděná data mluví spíše proti hypotéze o širším teplotním rozmezí aktivity u starobyle nepohlavních skupin; ekologie této skupiny však naopak podporuje hypotézu o homogennějším charakteru prostředí obývaného starobyle nepohlavními skupinami. Analýzou dostupných dat o teplotních mezích aktivity a geografické distribuci Oribatidae jsem dospěl k tomu, že nepohlavní linie se ve svém teplotním rozsahu příliš neliší od linií pohlavních; všechny velké skupiny aktivují za značného rozsahu teplot a mají široké geografické rozšíření. Řada 91
klíčových skupin je z tohoto hlediska bohužel dodnes nedostatečně prozkoumána, stejně jako jejich vzájemné fylogenetické vztahy. Pokud ovšem můžeme něco usuzovat, tak nepohlavní linie mají spíše užší teplotní rozsah než linie pohlavní, což je patrné zejména na porovnání skupin Desmonomata a Brachypylina. Tyto poznatky hovoří proti testované hypotéze o širším teplotním rozsahu aktivity starobyle nepohlavních skupin. Co se předpokladů druhé hypotézy týče, ty se Oribatidae zdají do značné míry podporovat. Nepohlavní linie převažují v abioticky stabilním půdním prostředí, naopak méně je jich v prostředích arboreálních, která jsou abioticky proměnlivější a jsou zde silnější biotické tlaky. Větší zastoupení mají nepohlavní linie v abioticky stabilním prostředí lesní půdy než v proměnlivé půdě luk. Zastoupení nepohlavních druhů také stoupá s hloubkou půdního horizontu, která je spojená se snižující se biotickou i abiotickou proměnlivostí. V neposlední řadě mají jejich nepohlavní zástupci výhodu v prostředí s nestrukturovanými zdroji. Otevřenou možností zůstává, že zastoupení nepohlavních linií stoupá se zeměpisnou šířkou. Hypotéza o větší homogenitě prostředí starobyle nepohlavních linií je touto skupinou podpořena.
5.6 Další linie roztočů (Acari) Úvod
5.6.1
Mezi roztoči můžeme dále identifikovat několik dalších asexuálních skupin (Norton et al. 1993). U některých byla starobylá nepohlavnost vyvrácena (viz kapitola 5.2.1). Další skupiny jsou zřejmě opravdu starobyle nepohlavní, pokud se můžeme spolehnout na dostupné informace a analogie s prozkoumanějšími Oribatidae (viz kapitola 5.5). O těchto skupinách je však známo jen velice málo informací. Rozhodně nelze dohledat dostatek dat o teplotních mezích jejich aktivity a tudíž k otestování naší první hypotézy. Lze na nich však otestovat hypotézu o větší homogenitě prostředí obývaném starobyle nepohlavními liniemi ve srovnání s jejich sesterskými či blízce příbuznými srovnatelnými pohlavními skupinami. 5.6.2
Endeostigmata
Většina zbylých starobyle nepohlavních linií roztočů náleží do skupiny Endeostigmata. Není bez zajímavosti, že zástupci Endeostigmata jsou obecně velmi malí a obývají nezřídka extrémní půdní biotopy, například velmi hluboké vrstvy půdy či písku, mikrobiální krusty, zasolené oblasti, mořská pobřeží či chladné a pouštní půdy. Jejich fosilní zástupci jsou nacházeni mezi prvními suchozemskými živočichy a zmíněné biotopy mohou charakterizovat jejich původní prostředí, jak poznamenává Walter (2009). Nematalycidae a Proteonematalycidae (Nematalycoidea; Acariformes, Endeostigmata) tvoří skupinu červovitých vysoce specializovaných roztočů obývajících hluboké vrstvy písečných půd. S největší pravděpodobností jsou obligátně nepohlavní, ale o jejich biologii není známo téměř nic (Walter 2009). Jejich sesterskou skupinou jsou Micropsammidae, u kterých se prokazatelně vyskytuje pohlavní rozmnožování (Norton et al. 1993). Micropsammidae jsou půdní fungivoři a na rozdíl od
92
předchozí skupiny se v daleko větším zastoupení vyskytují v mělkých vrstvách půd s množstvím biotických interakcí a snad i abioticky proměnlivějších. Mají značné zastoupení ve společenstvech mělkých půdních horizontů spolu s dalšími roztoči, chvostoskoky (Collembola), želvuškami, hlísty, mechy, lišejníky, houbami, sinicemi (Cyanobacteria) a řadou protistních organismů (Neher et al. 2009; Darby et al. 2011). Prostředí obývané touto pohlavní skupinou je heterogennější než prostředí obývané nepohlavními Nematolycoidea. Grandjeanicidae a Oehserchestidae (Oehserchestida; Acariformes, Endeostigmata) obývají lesní opad a půdu, případně rozkládající se zbytky dřeva (Walter 2001). Živí se celými částmi detritu, houbami, případně Oribatidae a dalšími roztoči či hlísty (Walter 2009). Sesterské pohlavní Terpnacaridae (Norton et al. 1993) jsou fungivory a mají slabší zastoupení v mělkých vrstvách půd, podobně jako Micropsammidae (Neher et al. 2009; Darby et al. 2011). V homogenitě obývaného prostředí zřejmě není u této dvojice taxonů velký rozdíl. Rody Alicorhagia a Stigmalychus (vrcholová skupina Alicorhagiidae; Acariformes, Endeostigmata) jsou roztoči půdy a opadu a živí se prakticky stejně jako předchozí skupina (Walter 2009), snad navíc s fakultativní predací řas (Neher et al. 2009). Mají malé zastoupení i v mělkých vrstvách půd s již uvedenou charakteristikou (Neher et al. 2009; Darby et al. 2011). Bazální rod skupiny Alicorhagiidae – Epistomalycus – je zřejmě pohlavní, nicméně je velmi málo prozkoumaný (Norton et al. 1993). Blízce příbuzné této skupině jsou zřejmě linie Oribatidae a Astigmata (Norton et al. 1993). Obě jsou druhově velmi bohaté, převážně pohlavní a s velkou šíří životních strategií (Neher et al. 2009; Norton & Behan-Pelletier 2009; Oconnor 2009; Darby et al. 2011). Skupinu Oribatidae (Norton & Behan-Pelletier 2009) jsem popsal v předchozí kapitole (viz kapitola 5.5). Astigmata obývají zpravidla dočasné habitaty typu rozkládajícího se dřeva, plodnic hub, mršin a výkalů, dále potom povrchy a dutiny rostlin a jeskyně. Živí se rozkládajícím se organickým materiálem, houbami a bakteriemi, případně semeny a dalšími rostlinnými pletivy. Vzácně mohou být predátory řas, hlístů či hmyzích vajíček. Často žijí jako komenzálové hmyzu či v hnízdech a doupatech ptáků a savců, přičemž z této asociace vychází několik přechodů k parazitismu svých hostitelů u této skupiny (Oconnor 2009). Půdní prostředí obývané dvěma nepohlavními rody je ve svém charakteru jasně homogennější než prostředí těchto pohlavních skupin. 5.6.3
Trombidiformes
Zbylé dvě nepohlavní linie náleží do celkově velice rozrůzněné skupiny Trombidiformes (Walter et al. 2009). Lordalycidae (Acariformes, Trombidiformes) jsou rozšířeni kosmopolitně, ale o jejich biologii není známo téměř nic, snad jen to, že jde výhradně o půdní roztoče a živí se (i) houbami (Walter et al. 2009). Nejblíže příbuzní jsou jim zřejmě Sphaerolichidae a Prostigmata (Norton et al. 1993). Sphaerolichidae jsou predátoři a fungivoři, ale celkově velmi málo prozkoumaní. Prostigmata mají mezi roztoči největší disparitu, zahrnují pozemské, sladkovodní a slanovodní predátory, fytofágy, saprofágy a parazity; velmi variabilní jsou i jejich životní strategie, morfologie a ontogeneze (Walter et al. 2009). Prostigmata se taktéž nacházejí ve značných počtech ve společenstvech mělkých půdních 93
horizontů spolu s pestrou paletou dalších bezobratlých a řadou protistních organismů (Neher et al. 2009; Darby et al. 2011). Prostředí nepohlavní skupiny je v porovnání s příbuznými pohlavními skupinami homogennější. Pomerantziidae (Acariformes, Trombidiformes, Prostigmata) jsou malí podlouhlí roztoči hlubokých půdních horizontů. Nalezeni byli v USA a východní Asii, ale dále o jejich ekologii není známo téměř nic (Kethley 1989; Bochkov & Walter 2007; Walter et al. 2009). V rámci Prostigmata mají poměrně bazální postavení a jejich fylogenetické vztahy nejsou příliš jasné. Mohou mít bazální postavení vůči dvěma kladům (Norton et al. 1993). První z nich zahrnuje Pterygosomatoidea (parazité plazů a členovců), Raphignathoidea (roztoči s arboreálním způsobem života obývající hlavně nadzemní části rostlin a xerické oblasti, částečně ale i vlhká prostředí; jsou herbivoři a predátoři včetně predace jiných roztočů), Cheyletoidea (parazité plazů, ptáků, savců i člověka, predátoři v půdě, opadu, na vegetaci a ve skladištích, kde požírají zrnožravé roztoče; nezřídka jsou asociováni s jinými členovci) a Tetranychoidea (obligátní fytofágové). Druhý klad zahrnuje Stigmocheylidae (roztoči půdy a listového opadu), Pseudocheylidae (roztoči obývající mech, půdu, suchý opad a hnízda ptáků), Heterostigmata (roztoči obývající půdu, písek, humus, lesní opad a hnijící dřevo; jsou parazité, parazitoidi, fungivoři, algivoři a predátoři; nezřídka jsou asociováni s hmyzem včetně sociálního) a Paratydelidae (roztoči upřednostňující suchá prostředí a obývající půdní opad, mech, nadzemní části rostlin a hnízda ptáků; jsou predátoři) (Norton et al. 1993; Neher et al. 2009; Walter et al. 2009; Darby et al. 2011). Z uvedeného výčtu vyplývá, že ať jsou Pomerantziidae sesterské jakékoli z těchto linií či jejich většímu počtu, prostředí jimi obývané je výrazně homogennějšího charakteru než u uvedených pohlavních skupin. 5.6.4
Závěr
Jak jsem uvedl už výše, u těchto skupin není k dispozici dostatek informací o jejich teplotních mezích aktivity, a proto jsem je do testování příslušné hypotézy nezařadil. Pokud z ekologie uvedených skupin můžeme něco usuzovat, pak je zřejmé, že jde vesměs o skupiny obývající půdu. Dále je přinejmenším nápadné, že řada z nich obývá hluboké vrstvy podloží, prostředí, které je dlouhodobě bioticky i abioticky stabilní. S výjimkou Oehserchestida (u nichž není patrný žádný rozdíl) můžeme prohlásit, že vždy ve větší nebo menší míře obývají homogennější prostředí než jejich příbuzné pohlavní linie. Tyto patrnosti svědčí pro naši hypotézu, ale vzhledem k extrémní neprozkoumanosti zmíněných skupin bychom měli mít tyto závěry za provizorní.
5.7 Vittaria 5.7.1
Úvod
Vittaria appalachiana je kapradinou ze skupiny Vittariaceae a dalším silně podpořeným kandidátem na starobyle nepohlavní skupinu.
94
Obvyklý životní cyklus kapradin spočívá ve střídání makroskopického diploidního sporofytu produkujícího nepohlavní spory a zpravidla drobného haploidního gametofytu produkujícího pohlavní buňky, přičemž většina gametofytů zpravidla nežije déle než rok, jak shrnuje Farrar (1990). Některé kapradiny, včetně zde pojednávané Vittaria appalachiana, se však kompletně zbavily stádia sporofytu a po dlouhou dobu přetrvávají výhradně ve formě haploidního gametofytu (Farrar 1967). Rozmnožují se pomocí neukončeného růstu spojeného s rozrůstáním, případně rozpadem větvené stélky a zejména pomocí vegetativních propagulí – gemmae (krátké filamenty několika buněk na stopce k odlomení) (Farrar 1974). Většina kapradin s tímto typem životního cyklu obývá vlhké tropické pralesy. V některých případech mají gametofyty prokazatelně větší odolnost k nízkým teplotám a promrznutí (Farrar 1978), což, jak uvidíme dále, je v tomto případě zřejmě klíčovou preadaptací. Na východním pobřeží USA žijí nezávislé nepohlavně se množící gametofyty Gammitis nimbata (Gammitidaceae) a Hymenophyllum tunbrigense (Hymenophyllaceae) v Karolíně, tyto dva druhy však občas či v některých populacích vyštěpují i pohlavní sporofyt. Tyto dva druhy byly navíc zřejmě na východní pobřeží USA až recentně zavlečeny (Farrar 1985; Farrar 1990). Další dva druhy – Trichomanes holopterum a Vittaria graminifolia – přežívají jako samostatné gametofyty v malých areálech v Louisianě, jižní Alabamě a na Floridě bez známek jakéhokoli dalšího šíření ve vhodných habitatech (Farrar & Wagner 1968). Zbylé dva taxony – Trichomanes intricatum a Vittaria appalachiana – občas vytvářejí gametangia, ale téměř nikdy sporofyty; pokud je vytvářejí, tak jsou abortivní (Farrar 1978; Caponetti et al. 1982). Gametofyty Trichomanes intricatum (Hymenophyllaceae) mají široké rozšíření od Arkansasu až do severního Vermontu a nikdy nevyštěpují pohlavní sporofyt, ale ve světle posledních poznatků se nezdá pravděpodobné, že by se jednalo o starobyle asexuální taxon (viz kapitola 5.2.2). Vittaria appalachiana je v terénu velmi dlouhověká a s velmi pomalým růstem (Farrar 1978; Caponetti et al. 1982), generační doba v kultuře je ale méně než jeden rok (Farrar 1990). Vzhledem k jasným fenotypovým rozdílům jednotlivých populací, které jsou přinejmenším z části založené na genetickém základě (Farrar 1978; Farrar 1985; Farrar 1990), je možné pojmout celou nepohlavní linii Vittaria appalachiana jako druhový komplex (viz kapitola 5.7.3). 5.7.2
Fylogeneze
Areál rozšíření Vittaria appalachiana sahá od západního Kentucky, severní Alabamy, Jižní Karolíny a Georgie na jihu až do Indiany, New Yorku a Pensylvánie na severu. Po řadě neúspěšných pokusů přiřadit gametofyt k již popsanému druhu byla Vittaria appalachiana detailně popsána jako zcela nový druh rodu Vittaria (Farrar & Mickel 1991). Nejbližší sporofyty téhož rodu se vyskytují na jižní Floridě (Vittaria linneata) a reliktně v jižní Alabamě (Vittaria graminifolia). Příbuznější jsou jí ale zřejmě až druhy neotropické (Farrar 1985; Farrar 1990). Vittaria linneata vykazuje značné rozdíly gametofytu v morfologii a fyziologii, formě, rychlosti růstu, odolnosti k chladu, preferenci mikrohabitatu a samozřejmě produkci sporofytů (Farrar 1978; Crane 1997). Vittaria appalachiana má 120 chromozomů (Farrar & Mickel 1991), diploidní 95
sporofyt Vittaria linneata má odpovídajících 240 chromozomů, sporofyt Vittaria graminifolia však pouhých 120 chromozomů, což naopak nasvědčuje spíše příbuznosti s Vittaria linneata (Gastony 1977). Podle části genu rbcl (velká podjednotka ribulóza-1,5-bifosfát karboxylázy oxygenázy) je našemu druhu nejblíže příbuzná Vittaria graminifolia, s čímž souhlasí i struktura gemmae (Crane 1997). Nezávislé gametofyty mohou vznikat při interspecifické hybridizaci (Ebihara et al. 2009), což je velmi pravděpodobně i případ Vittaria appalachiana. Nasvědčuje tomu počet chromozomů (gametofyty jsou zřejmě diploidní) a vysoká fixovaná heterozygosita v lokusech (Farrar 1990). Vittaria appalachiana je také prokazatelně monofyletická (Farrar 1978; Farrar 1985; Farrar 1990). 5.7.3
Doklady pro starobylou nepohlavnost
Starobylou nepohlavnost Vittaria appalachiana podporuje několik nezávislých dokladů. Vittaria appalachiana občas vytváří pohlavní struktury, výjimečně byly v laboratoři (Caponetti et al. 1982) a ještě vzácněji v terénu (Farrar 1978) zdokumentovány i sporofyty (zřejmě produkovány apogamií), ty jsou ale abortivní (Farrar 1978; Caponetti et al. 1982). Dále podporují její starobylou nepohlavnost výsledky enzymové elektroforézy – Vittaria appalachiana není blízce příbuzná žádnému z běžných středoamerických zástupců rodu Vittaria (Vittaria linneata, Vittaria graminifolia, Vittaria dimorpha) (Farrar 1985). Gametofyty Vittaria appalachiana jsou s největší pravděpodobností diploidní, což mimo jiné naznačuje možný vznik této linie z diploidních spor, které neprošly redukčním dělením (Farrar 1985). Jak jsem ale zmínil výše, nejméně stejně pravděpodobnou možností je její vznik prostřednictvím hybridizace (Farrar 1990; Ebihara et al. 2008). Tento taxon je morfologicky odlišný od všech gametofytů hypotetických mateřských druhů stejného rodu včetně Vittaria linneata, jediného dalšího výrazněji zastoupeného zástupce rodu na půdě USA (Farrar 1978). Sesterským je zřejmě některý středoamerický či jihoamerický druh rodu Vittaria (Farrar 1985). Starobylému původu nasvědčuje i biogeografie genotypů (Farrar 1990). Dálkový transport z jižních zdrojů není pravděpodobný, recentní rozšíření je spíše reliktem po rozšíření mateřského druhu s kompletním životním cyklem. Bylo prokázáno, že migrace u tohoto taxonu je velmi omezená. Gemmae jsou příliš velké pro teoretický přenos větrem (0,2–1 mm), omezená migrace je možná pouze pomocí zvířat (Farrar 1985). Populace Vittaria appalachiana také nenalezneme v řadě vhodných habitatů; stejně tak nejsou na nově vzniklých antropogenních habitatech a celkový areál rozšíření odpovídá oblasti východního pobřeží USA, která nebyla zaledněná při posledním glaciálu, jen s malými přesahy do 100 kilometrů (Farrar 1978; Parks & Farrar 1984; Farrar 1990; Farrar 1998). Sporofyty příbuzných druhů netolerují promrznutí (Farrar 1990), takže je zcela oprávněné se domnívat, že Vittaria appalachiana vznikla spolu se změnou klimatických podmínek na východním pobřeží USA. Jak shrnuje Farrar (1990), poslední rozšíření subtropické vegetace v této oblasti sahá do pozdního miocénu zhruba před 10 miliony let, což může být i stářím tohoto nepohlavního druhu. Podobné stáří vychází i korelováním fylogeneze rodu Vittaria podle genu pro rbcl (Crane 1997)
96
s příslušnou substituční rychlostí v chloroplastu (Clegg 1993), jak provedli Docking, Saade et al. (2006). Genetická struktura populací je výrazně uniformní v rámci jedné lokality a variabilní mezi lokalitami (Farrar 1978; Farrar 1985). Taxon má jako celek poměrně velký genetický polymorfismus, který je srovnatelný s pohlavními druhy. Jednotlivé populace jsou ale většinou monomorfní, tj. jedná se s největší pravděpodobností o klony. V centru areálu se nalézají i vzácné alely, ale na okrajích jen ty běžné, což odpovídá hypotéze o omezené migraci z centra rozšíření a dále svědčí proti recentnímu dálkovému transportu. Genový tok u nich prakticky absentuje (Farrar 1990). Jednotlivé populace mají nejen nízký polymorfismus, ale také vykazují přizpůsobení konkrétním podmínkám jak po morfologické stránce (robustnost rostliny, míra produkce nepohlavních rozmnožovacích stádií gemmae, způsob produkce gemmae, vzhled gemmae, počet buněk na gemmae; včetně geografických trendů – rostliny ze západního okraje areálu mají tendenci k menšímu vzrůstu) (Farrar 1978), tak existencí alel specifických pro danou populaci a zřejmě fixovaných selekcí (Farrar 1990). Genetické divergenci populací nasvědčuje i analýza pomocí enzymové elektroforézy (Farrar 1985). Další přizpůsobení zahrnují absenci sporofytu a adaptaci místnímu klimatu. Zůstává však otázkou, zda byly pozorované unikátní alely různých populací skutečně fixovány selekcí a zda jsou pozorované fenotypové rozdíly mezi populacemi založené výhradně či převážně na genetickém základu; pro jistější odpověď by byl třeba rozsáhlejší výzkum. Z uvedených dokladů však vyplývá, že jednotlivé populace se liší po stránce fenotypu i genotypu a můžeme je pojmout jako jednotlivé nepohlavní linie (či druhy) monofyletického nepohlavního kladu Vittaria appalachiana, jejichž specializace nastala při absenci nepohlavního rozmnožování. Proti starobylé nepohlavnosti hovoří poměrně velká a konzervovaná diverzita transpozibilních elementů, degradace se projevila jen u některých a rozdíl v jejich degradaci je jen o málo větší než u mladších asexuálů (Docking et al. 2006). Vysvětlením tohoto pozorování ale může být například fakt, že kvůli dlouhé generační době těchto organismů ještě zmíněné elementy nestačily vymizet nebo jsou domestikované, podobně jako u lasturnatky Darwinula stevensoni (Schön & Arkhipova 2006). Celkově je ale starobylá nepohlavnost této linie solidně podpořená. 5.7.4
Teplotní rozsah
O teplotních tolerancích Vittaria appalachiana nejsou dostupné žádné konkrétní informace. Můžeme však porovnat teplotní extrémy v areálu rozšíření tohoto taxonu s dalšími zástupci rodu v Severní Americe; vedle marginálního rozšíření Vittaria graminifolia (Jižní Alabama) zejména Vittaria linneata na jižní Floridě (Farrar 1978; Farrar 1990). Vittaria appalachiana pravděpodobně není sesterská druhu Vittaria linneata (i když tento názor dlouhou dobu převládal) ani Vittaria graminifolia, ale je zřejmě příbuznější některému středoamerickému či jihoamerickému druhu. Nicméně není jasné jakému a Vittaria linneata je námi zkoumanému taxonu prokazatelně blízce příbuzná. Středoamerické a jihoamerické druhy mají teplotní tolerance zřejmě ještě užší než Vittaria linneata; pokud tedy porovnáme Vittaria appalachiana s tímto druhem, zachováme se nanejvýš konzervativně.
97
Převisy obývané Vittaria appalachiana (viz kapitola 5.7.5) poskytují ochranu před teplotními extrémy, následující teplotní tolerance tudíž chápejme jako nanejvýš orientační, neboť se nevztahují přímo k těmto mikrohabitatům. Dále je zřejmé, že u rostlin musíme chápat mez mezi aktivitou a přežíváním jinak než u živočichů. Proto dále uvádím teploty, se kterými se námi studované taxony mohou setkat ve svém prostředí (Hijmans et al. 2005). Teploty v areálu rozšíření Vittaria appalachiana sahají od −12 °C do 32 °C. Oproti tomu teploty v areálu rozšíření Vittaria linneata od 16 °C do 34 °C. Teploty na místech reliktního výskytu Vittaria graminifolia v jižní Alabamě se pohybují zhruba mezi 3 °C a 33 °C. Pokud vezmeme v potaz i rozšíření druhů Vittaria linneata a Vittaria graminifolia ve střední a Jižní Americe, potom budou maxima ležet zhruba okolo 36 °C a minima klesat možná až k bodu mrazu, zejména v andské oblasti; nicméně není zcela jasné, zda a v jakých habitatech a mikrohabitatech se zde vyskytují a zda zde vyštěpují sporofyty. Přesto je zřejmé, že starobyle nepohlavní Vittaria appalachiana má větší teplotní rozsah než možné příbuzné pohlavní druhy. 5.7.5
Ekologie
Vittaria appalachiana obývá vrchoviny jihovýchodu USA. Vytváří zde velké mechovité nárosty v krytých habitatech převisů a kaňonů, zejména pískovcového podloží. Zmíněná prostředí uchovávají stabilní úroveň vlhkosti a poskytují ochranu před největšími teplotními extrémy. Rostliny v těchto habitatech občas promrzají a vysychají, tato období jsou ale výrazně vzácnější než v exponovaných habitatech na povrchu (Farrar 1978; Farrar 1990). Celkově příslušné habitaty zajišťují velmi stabilní ekologické podmínky. Příslušné mikrohabitaty převisů jsou dlouhodobě stabilní, v historické době se prakticky nezměnily (Farrar 1998). Obligátní gametofyty Vittaria appalachiana rostou jen naprosto výjimečně na dřevě mimo tyto kryté mikrohabitaty (Farrar 1978). Příbuzná Vittaria linneata oproti tomu obývá tropy a subtropy Jižní, střední a Severní Ameriky; na Floridě se sporofyt nachází téměř výhradně na kmenech palem Sabal palmetto, gametofyty potom obecně na kmenech dřevin, na rozkládajícím se dřevě a mezi mechem (Farrar 1978). Další příbuzná Vittaria graminifolia má velmi omezené rozšíření v jižní Alabamě; běžná je ve střední Americe (Farrar & Mickel 1991). Gametofyty příbuzných pohlavních linií rostou hlavně na dřevě, ať už rozkládajícím se, nebo epifyticky (Farrar 1978; Farrar 1990). Samotné vyšší zeměpisné šířky obývané druhem Vittaria appalachiana zřejmě znamenají menší počet parazitů, než mají jeho subtropičtí a tropičtí příbuzní (Rohde 1986; Rohde & Heap 1998). Vittaria appalachiana dále vyžaduje nízkou intenzitu osvětlení (okolo 1000 lux, rozsah zhruba od 2500 lux do 500 lux, běžně okolo 600 lux), což splňují zmíněné jeskyně, převisy a kaňony, jež bývají navíc kryté hustým stínem z korun stromů. Intenzita světla je tak malá, že nedochází ke kompetici s jinými rostlinami, dokonce ani s mechy, které za podobných podmínek bývají časté (Farrar 1978; Farrar 1998). Tato schopnost Vittaria appalachiana je patrně důsledkem extrémně vychýleného poměru jejich fotosyntetických a nefotosyntetických pletiv směrem k prvním jmenovaným (Farrar 1998). Obývání oblastí s extrémně nízkou hladinou osvětlení je výsledkem 98
ekologického trade-off, jde totiž rovněž o oblasti s celoročně vhodnou hladinou vlhkosti a teploty k fotosyntéze. Vesměs jsou to oblasti, které v zimě při absenci vegetačního krytu mají výhled na ¼ až 1/10 volného nebe (méně by nestačilo k fotosyntéze, více by znamenalo příliš velké výkyvy teplot) (Farrar 1998). Není bez zajímavosti, že v kultuře je Vittaria appalachiana extrémně náchylná k invazi bakterií, hub a řas; navíc má malou rezistenci k antibiotikům a sterilizaci (Caponetti et al. 1982). 5.7.6
Závěr
Metastudie Vittaria appalachiana svědčí pro obě naše hypotézy. Tato obligátně nepohlavní linie aktivuje za širšího rozsahu teplot než její oba možné sesterské pohlavní druhy. Také obývá habitaty s jasnými rysy homogenního prostředí. Jí obývané převisy a jeskyně jsou geologicky i ekologicky stabilní, udržují stabilní úroveň vlhkosti a chrání organismy před teplotními výkyvy. Vyšší zeměpisné šířky obývané Vittaria appalachiana přinášejí nižší riziko parazitace. Prostředí převisů s extrémně nízkou hladinou osvětlení výrazně redukuje možnou konkurenci s pohlavními druhy. Samotní zástupci této nepohlavní linie jsou navíc velmi náchylní k infekci a kompetici, jak vyplývá ze zkušeností s jejich laboratorním pěstováním. Charakter prostředí obývaného Vittaria appalachiana je homogennější než u možných sesterských druhů, což svědčí pro naši hypotézu.
5.8 Timema 5.8.1
Úvod
Dalším slibným kandidátem na starobyle nepohlavní skupinu je rod Timema, bazální linie strašilek (Phasmatodea) (Vickery 1993; Vickery & Sandoval 2001; Terry & Whiting 2005). Jedná se o skupinu asi 21 druhů až 3 cm dlouhých strašilek obývajících vyvýšené a horské polohy křovištní formace tvrdolisté vegetace středomořského typu (chaparralu) v jižní části západního pobřeží Severní Ameriky, zhruba mezi 30° a 42° severní šířky (Vickery 1993; Sandoval 1994; Sandoval et al. 1998; Crespi & Sandoval 2000). Všichni příslušníci rodu jsou bezkřídlí a jedná se o herbivory právě rostlin chaparralové vegetace. Ve dne strnule odpočívají na větvích a listech, přičemž spoléhají na své kryptické zbarvení při ochraně proti vizuálním predátorům – zejména ještěrům a ptákům. Páří a krmí se jen v noci (Vickery 1993; Sandoval 1994; Sandoval et al. 1998). Jedinci celý život obývají jednu rostlinu, požírají jí a páří se na ní. Nymfy se z vajíček na zemi vyklubou v lednu či únoru a dolezou k nejbližší živné rostlině, na které dokončí svůj životní cyklus. Další generaci vajíček dospělci zpravidla kladou v květnu a umírají začátkem léta. Dospělec vajíčka shodí ze své živné rostliny na zem, kde přezimují v půdě až do začátku dalšího jara. Vajíčka buď setrvávají v blízkosti živné rostliny rodiče, nebo jsou přenesena mravenci na jiná místa (Sandoval 2000; Scanlon 2009).
99
5.8.2
Fylogeneze
Jednotlivé druhy se určují podle morfologie samčích genitálií (Vickery 1993; Vickery & Sandoval 2001),
což
představuje
značný
problém
u
obligátně
nepohlavních
druhů.
Identifikace
partenogenetických druhů se zakládá na kombinaci živné rostliny, morfologie těla, zbarvení, zkušeností z laboratorního chovu, pozorování a absence samců (Vickery 1993; Vickery & Sandoval 2001). Podle původních představ bylo pět ze zhruba 21 popsaných druhů obligátně nepohlavních a nejméně čtyři z pěti těchto případů činily nezávislé přechody k asexualitě (Sandoval et al. 1998; Vickery & Sandoval 2001; Law & Crespi 2002a; Law & Crespi 2002b). Obligátně partenogenetických druhů je však podle nejnovějších představ sedm a každý z nich vznikl nezávislým přechodem k nepohlavnosti (Schwander et al. 2011). Nacházejí se vždy alespoň na jedné stejné či podobné živné rostlině, kterou využívá většinou lehce identifikovatelný sesterský (v tomto případě můžeme prohlásit dokonce mateřský) pohlavní druh (Sandoval et al. 1998). Tři z těchto druhů – Timema genevieve, Timema tahoe a Timema monikensis – představují starobyle asexuální linie. Zbylé druhy jsou, jak uvidíme dále (viz kapitola 5.8.3), recentně asexuální a patří mezi ně Timema shepardi a Timema douglasi (Law & Crespi 2002a), přičemž druhou jmenovanou zřejmě tvoří tři kryptické druhy („south“, „central“ a „north“), každý s nezávislým přechodem k asexualitě (Schwander et al. 2011). Celkově můžeme podle fylogenetických analýz v rámci rodu identifikovat tři velké monofyletické linie odpovídající geografickému rozšíření a třem horským masivům – severní, Santa Barbara a jižní; přičemž druhy Timema chumash, Timema dorotheae, Timema ritensis, Timema nakipa a Timema nevadense se umístily jako nezávislé bazálně všem zbývajícím (Law & Crespi 2002a; Law & Crespi 2002b). Rod vznikl asi před 20 miliony let, s největší pravděpodobností v oblasti jižní Kalifornie, Arizony a severozápadního Mexika. Právě druhy této oblasti se totiž umísťují bazálně ve fylogenezi rodu provedené na 660 bp mitochondriálního genu COI a mají nejranější časy divergence (Sandoval et al. 1998). Před 1,5 až 3 miliony let prodělal rod řadu speciací (Sandoval et al. 1998). První časový údaj se shoduje se vznikem chaparralu a jeho rozšiřování z jihu směrem na sever. Vegetace typu chaparral se poprvé objevila na západním pobřeží USA ve středním eocénu asi před 40–45 miliony let jako podrost v místních lesích a během posledních 20 milionů let se výrazně rozšířila co do dominance i rozsahu (Axelrod 1980). Období před 3 až 1,5 milionem let zase souhlasí s dobou vyzdvihávání pahorkatin západního pobřeží USA, jak shrnují Sandoval, Carmean a Crespi (1998). Taktéž největší zalednění severoamerického kontinentálního štítu nastalo asi před 2,7 miliony let (Haug et al. 2005) a zřejmě vedlo ke změně podnebí, vertikálnímu posunu živných rostlin zástupců rodu Timema co se týká nadmořské výšky směrem dolů a konsekventnímu rozšíření rostlin spolu se zástupci Timema. Následná zpětná změna klimatu opět vytlačila živné rostliny do vyšších poloh, čímž od sebe izolovala jednotlivé populace rodu Timema (Sandoval et al. 1998).
100
5.8.3
Doklady pro starobylou nepohlavnost
Zástupci nepohlavních linií rodu Timema produkují potomky prokazatelně bez nutnosti oplození (Sandoval & Vickery 1996). U samic obligátně partenogenetických druhů bylo dále prokázáno, že se nekříží se se samci pohlavního druhu (Sandoval et al. 1998). Vyštěpují sice velmi vzácně samce, ale zhruba jen v poměru 1:500, přičemž u druhů Timema genevieve a Timema tahoe je poměr samců k samicím zřejmě ještě menší. U Timema cristinae byli sice zdokumentováni samci v daleko větším počtu (Law & Crespi 2002a), později však vyšlo najevo, že jde o samce sympatricky žijící populace pohlavního druhu Timema chumash (Schwander & Crespi 2009a). Rod Timema má rozmnožovací systém s genetickým určením pohlaví XX:XO (Schwander & Crespi 2009a) a vznik samce je zřejmě způsobený náhodnou ztrátou jednoho z X chromozomů (Schwander et al. 2013). U asexuálních linií prokazatelně dochází k degeneraci pohlavních znaků (Schwander et al. 2013). Na erozi samčích pohlavních znaků, které se za normálních okolností v populaci nepohlavního druhu už nevyštěpují, však nepůsobí selekční tlak a degenerují jen pomalu. Degenerace jen působením genetického driftu je zřejmě velmi pomalá, navíc dráhy odpovědné za vytváření samčích pohlavních znaků mohou být zapojeny v pleiotropních sítích. U těchto samců nebyl pozorován rozklad pářicích rituálů, byly identické jako u samců sesterského pohlavního druhu. Po spáření s příbuzným pohlavním druhem dokázali vyprodukovat životaschopné potomstvo, nicméně vajíčka měla sníženou životaschopnost a tito samci nebyli v oplozování schopni konkurovat přirozeným samcům pohlavního druhu. Pokud se spáří se samicí přirozený samec i samec za normálních okolností nepohlavního druhu, všichni potomci patří přirozenému samci. Není však jisté, zda je tato zákonitost způsobená asexuálním původem jednoho ze samců, nebo tím, že pochází z odlišného druhu. Zůstává tedy otevřenou možností, zda nemohou tito samci teoreticky svými geny pro asexualitu „infikovat“ jinou populaci pohlavního druhu (Simon et al. 2003). V dnešní době však mají obligátně nepohlavní druhy a druhy pohlavní většinou oddělené areály a za normálních podmínek se nesetkávají, nicméně areály některých severních recentních asexuálů se s příbuznými pohlavními druhy částečně překrývají (Law & Crespi 2002a; Law & Crespi 2002b) a Timema monikensis žije sympatricky s Timema chumash (Schwander & Crespi 2009a). Naopak na degeneraci samičích pohlavních znaků působí silný selekční tlak, protože se objevují u všech partenogenetických samic a mohou výrazně snižovat jejich biologickou zdatnost – například zvuky a feromony určené k lákání pohlavního partnera mohou lákat dravce, parazity a parazitoidy. Samičí pohlavní znaky tak jsou degenerované už u recentních asexuálů a zpětný přechod k pohlavnosti je tudíž velmi nepravděpodobný. U samic nepohlavního druhu byla pozorována degenerace všech sledovaných pohlavních znaků. Pro samce příbuzného pohlavního druhu jsou méně atraktivní na blízko i na dálku, nepohlavní samice se páření často brání, mají variabilnější chemické složení kutikuly (zřejmě způsobené absencí selekčního tlaku pohlavního výběru na kvalitu ontogeneze či lákání samců), spermatéka samic je redukovaná a nerovnoměrně vyvinutá. I v případě, že se samec pohlavního druhu s nepohlavní samicí spáří, nedojde k oplození vajíčka ani ke změně pravděpodobnosti vyklubání vejce (Schwander et al. 2013). 101
Dlouhou dobu zůstávala nevyřešená otázka způsobu vzniku nepohlavních vajíček obligátně nepohlavních druhů rodu Timema. Pokud se v potomstvu udržuje heterozygosita, pravděpodobně se jedinec množí apomikticky, pokud heterozygosita klesá, tak automikticky. Vajíčka obligátně nepohlavních druhů rodu Timema se prokazatelně vyvíjejí apomikticky. V potomstvu asexuálních druhů rodu Timema je totiž kompletně udržovaná heterozygosita (Law & Crespi 2002a; Schwander & Crespi 2009a; Schwander et al. 2011). Genotypy obligátních asexuálů plně odpovídají genotypu matky, nedochází k rekombinaci. Nikdy u nich nebyly pozorovány samičí haploidní pohlavní buňky, meióza či rekombinace při tvorbě gamet (Schwander et al. 2010; Schwander et al. 2011). Až 30 % samic pohlavních druhů je schopno produkovat potomky nepohlavně takzvanou automiktickou tachypartenogenezí, což se projevuje klesající heterozygositou v potomstvu. Tato tendence odpovídá očekávání automixis, zřejmě s variabilním poměrem centrálních a terminálních fúzí (Schwander & Crespi 2009a; Schwander et al. 2010). Při tvorbě gamet byl u nich rovněž pozorován crossing-over a rekombinace (Schwander et al. 2011). Tento způsob rozmnožování je však limitován velmi nízkou životaschopností nepohlavních vajíček a sníženou biologickou zdatností potomků, způsobenou zřejmě inbrední depresí. Tychopartenogenetická vejce jsou navíc triploidní, což je neslučitelné s oplozením (Schwander & Crespi 2009a; Schwander et al. 2010). Výjimkou mezi pohlavními druhy je zřejmě Timema poppensis, u které v tomto případě pravděpodobně dochází k apomixis (Schwander et al. 2010). Matematické modely ukázaly, že za určitých pro tento rod poměrně realistických podmínek (izolovanost populací, demografická stochasticita, zmenšení velikosti populace, zvýšení podílu tachypartenogenetických jedinců a související zpětná vazba) mohou tachypartenogenetičtí jedinci zcela vytlačit pohlavní jedince a přejít k obligátní nepohlavnosti (Schwander et al. 2010). Crespi a Sandoval (2000) však dokázali, že obligátně nepohlavní linie rodu Timema nevznikly hybridizací ani pomalým přechodem přes fakultativní nepohlavnost a tachypartenogenetickou automixis, nýbrž spontánním přechodem k apomixis. Tomu nasvědčuje vysoká konzervovaná heterozygosita původně pohlavního druhu, o které dokázali, že velmi pravděpodobně není následkem pomalého hromadění mutací. Náhlý přechod k apomixis má značné výhody za všech podmínek díky efektivní partenogenezi a vysoké genetické konzervované variabilitě (Schwander & Crespi 2009a). Schwander a Crespi (2009a) dále zdokumentovali, že karyotypy nepohlavních druhů jsou velmi podobné pohlavním, nedošlo tudíž k duplikaci genomu ani hybridizaci. Na základě počtu chromozomů potvrdili tři dříve identifikované monofyletické linie. Dva druhy mají interspecificky variabilní počet chromozomů. Severní linie má 11 párů autozomů, 12 párů autozomů má linie Santa Barbara a 13 párů autozomů má jižní linie. Starobyle nepohlavní Timema genevieve má vnitrodruhový polymorfismus v počtu chromozomů, může mít 21 či 27 chromozomů a jediná tak splňuje předpoklad o degradaci párujících chromozomů u asexuálů. Pohlavní Timema chumash je taktéž variabilní, má 10–12 párů autozomů. Bezpochyby u rodu docházelo k fúzím chromozomů. Zvláštní je na starobylé asexuály poměrně konzervovaný počet chromozomů, ale u rodu Timema se zřejmě neslučují se životaschopností rozsáhlejší chromozomové přestavby než pouhé fúze. 102
Pokud asexuální druh vznikl spontánně, jeho předek odvozený z analýzy genomu maternálně děděné mitochondrie a biparentálně děděného jaderného genomu by si měli přesně odpovídat (Simon et al. 2003; Schwander & Crespi 2009a). A opravdu, výsledky naznačují, že pět analyzovaných partenogenetických linií vzniklo spontánně. Této hypotéze odpovídá i karyotyp dvojic druhů, který nesvědčí pro hybridizaci ani polyploidii, a shoda v živných rostlinách (Schwander & Crespi 2009a). Problém je s fylogenetickým postavením recentně asexuálních Timema douglasi a Timema shepardi, které jsou blízce příbuzné pohlavnímu druhu Timema poppensis, ale i Timema californicum, Timema petita, Timema knulli a Timema landelsensis, které všechny mají alespoň jednu stejnou živnou rostlinu či shodné rysy morfologie. Zejména u Timema shepardi fylogenetická analýza sekvence mitochondriálního genu COI ukazuje na Timema poppensis jako na sesterský druh, zatímco podle jaderného genomu je jím Timema californicum (Schwander & Crespi 2009a). Tuto patrnost může vysvětlit buď hybridní původ asexuality, původ asexuální linie už v hybridní populaci poppensis-californicum, nebo spontánní původ v Timema poppensis s pozdější introgresí genů od samců Timema californicum. Nejpravděpodobnější je však vznik hybridní populace poppensiscalifornicum, následné křížení s Timema californicum a poté náhlý přechod k asexualitě. Tuto hypotézu podporuje i zjištění, že mezi Timema poppensis a Timema californicum probíhá malý, ale pozorovatelný, genový tok (Comeault et al. 2012). Zajímavé je, že Timema poppensis a Timema californicum nemají stejnou živnou rostlinu, takové hybridizace musejí být vzácné (Crespi & Sandoval 2000; Law & Crespi 2002b; Schwander & Crespi 2009a). Jak už jsem uvedl výše (viz kapitola 5.8.1), ze sedmi nezávislých přechodů k obligátní asexualitě zřejmě tři dosahují úrovně starobylé nepohlavnosti (Schwander et al. 2011). Genetické vzdálenosti mezi nepohlavním druhem a jeho pohlavním sesterským druhem jsou vesměs malé a genetická variabilita v rámci jednoho druhu může být i větší než mezidruhová (Sandoval et al. 1998). Stáří asexuálních linií rodu Timema se už podle prvních molekulárně-biologických studií pohybuje mezi 1,5 až 3 miliony let (Sandoval et al. 1998), přičemž identifikace sesterských pohlavních druhů se zdá být velmi jistou. Podporuje ji morfologická nerozlišitelnost a shoda v potravních nárocích s blízce příbuzným pohlavním druhem u všech nepohlavních linií. Není pravděpodobné, že by byl sesterským jiný, dosud neobjevený, případně vymřelý, pohlavní druh. Navíc téměř stejnou genetickou vzdálenost od pohlavního druhu vykazují různí jedinci nepohlavního druhu, nemáme tudíž zřejmě problém s nedostatečným samplingem. Dávným divergencím navíc napovídá i koincidence se změnami prostředí (Sandoval et al. 1998). Timema douglasi, Timema shepardi, Timema poppensis a Timema californicum jsou si blízce příbuzné. Timema douglasi je zřejmě sesterská Timema poppensis a Timema shepardi sesterská Timema californicum, čemuž nasvědčuje jejich blízkost ve fylogenetické analýze a odpovídající si živné rostliny. Každopádně Timema douglasi a Timema shepardi jsou blízce příbuzné jedna druhé a evolučně mladé – méně než 0,5 milionu let (Law & Crespi 2002a; Law & Crespi 2002b). Naopak u Timema monikensis (sesterská pohlavní Timema cristinae), Timema tahoe (sesterská pohlavní Timema bartmani) a Timema genevieve (sesterská pohlavní Timema podura) studie se širším 103
samplingem individuí i druhů na 416 bp COI potvrdily starobylou nepohlavnost a zpřesnily její dataci (Law & Crespi 2002a). Blízkou příbuznost právě těchto zmíněných pohlavních druhů se zmíněnými starobyle nepohlavními potvrdila i další studie, Timema monikensis navíc může být dokonce vnitřní linií recentní Timema cristinae (Law & Crespi 2002b). U prvních dvou jmenovaných starobyle asexuálních linií je jistým problémem nízká vnitrodruhová genetická variabilita, která posouvá dolní časový limit divergence poměrně nízko. Časové divergence pro tyto dva druhy jsou 0,26–2,39 milionu let, respektive 0,29–1,06 milionu let. Efekt ale může být způsoben tím, že od obou druhů byla otestována jen jedna populace, případně v nedávné době vymřelo mnoho populací těchto nepohlavních druhů. Alternativní vysvětlení, totiž existence neotestovaných příbuznějších pohlavních druhů či jejich extinkce, je z důvodů uvedených výše nepravděpodobné. Nejsilnější doklady pro starobylou asexualitu pocházejí od Timema genevieve, kde se datace pohybuje okolo 0,81–1,42 milionu let (Law & Crespi 2002a). Schwander, Henry a Crespi (2011) na základě analýzy 771 bp COI od velkého množství jedinců nepohlavních a příbuzných pohlavních druhů z celé oblasti výskytu došli k závěru, že starobyle nepohlavní druhy se nepohlavně rozmnožují nejméně milion generací. Také dále upřesnili odhady stáří starobyle nepohlavních druhů Timema. Timema douglasi zřejmě přešla k asexualitě třikrát nezávisle na sobě a spíše recentně, recentní asexuál je i Timema shepardi, oba se nepohlavně rozmnožují asi 0,1 až 1 milion let. Naopak Timema genevieve, Timema tahoe a Timema monikensis jsou opravdu starobyle asexuální. Timema monikensis 0,1–1,85 milionu let, Timema tahoe 0,45– 1,5 milionu let a Timema genevieve 1,45–1,5 milionu let, přičemž horní limity jsou pravděpodobnější (Schwander et al. 2011). U starobyle nepohlavních zástupců rodu Timema byl dále pozorován Meselsonův efekt na jaderných sekvencích genů actin (protein aktin) a hsp70 (Schwander et al. 2011). Žádný zástupce neměl více než dvě kopie studovaných jaderných genů. Jednotlivé původně homologní alely hromadí mutace nezávisle na sobě a rozdělily se do dvou větví, přičemž obě nalezneme u jednoho individua. Timema tahoe vykazuje velké vnitrodruhové diference v sekvencích genů actin i hsp70; Timema genevieve a Timema monikensis jen v sekvenci genu actin. U sesterských pohlavních druhů se Meselsonův efekt na divergenci příslušných alel neprojevil. Alternativní vysvětlení, jako například recentní vznik nepohlavních druhů hybridizací, polyploidie či genové duplikace, jsou z už výše uvedených důvodů velmi nepravděpodobná. U nepohlavních linií rodu Timema byl pozorován i přechod k funkční haploidii, přednostní hromadění mutací v jedné z alel (Schwander et al. 2011). V genomech asexuálních (a zejména starobyle asexuálních) linií rodu Timema dochází k akumulaci škodlivých mutací, což pozorovali Henry, Schwander a Crespi (2012) jako akumulaci nesynonymních mutací v mitochondriální sekvenci COI a jaderných sekvencích actin a hsp70. Protože jde o konzervované geny, nesynonymní mutace v nich budou s největší pravděpodobností škodlivé. U asexuálních druhů v porovnání se sexuálními dochází k daleko rychlejší akumulaci nesynonymních substitucí v porovnání se synonymními substitucemi. Změny kódovaných 104
aminokyselin jsou také škodlivější u asexuálů, protože u nich častěji dochází ke změně hydrofobicity aminokyselin. Hsp70 a COI u nepohlavních druhů má ale asi na druhou stranu zpomalené hromadění synonymních mutací, což může být dokladem pro obecně zpomalenou mutační rychlost (Henry et al. 2012). Z pravděpodobně starobyle nepohlavních linií je nejméně podpořená Timema monikensis. Původně byli z její populace zdokumentováni samci (Vickery & Sandoval 2001; Law & Crespi 2002b), o kterých ale na základě analýzy mitochondriálního a jaderného genomu a karyotypu vyšlo najevo, že bezpochyby náleží k druhu Timema chumash, který s Timema monikensis žije na mnoha místech sympatricky na stejných živných rostlinách (Schwander & Crespi 2009a). To je samo o sobě mezi starobyle asexuálními zástupci rodu Timema výjimkou, u Timema monikensis však navíc také nepozorujeme geografickou partenogenezi, její areál se nachází na jih od sesterského pohlavního druhu Timema cristinae (Law & Crespi 2002b). Navíc extrémně velký rozptyl v odhadu stáří druhu, způsobený velmi malou vnitrodruhovou variabilitou v COI, dává tušit, že je možná daleko mladší; geneticky bližší populace Timema cristinae však vymřely nebo nebyly otestovány. I známky Meselsonova efektu byly od ní zdokumentovány jen ze sekvence genu actin (Schwander et al. 2011). Naopak nejlépe podpořený starobyle nepohlavní druh rodu Timema je Timema tahoe (Schwander et al. 2011). 5.8.4
Teplotní rozsah
Výhodou u této skupiny je však jasná identifikace sesterských pohlavních druhů tří starobyle nepohlavních druhů – Timema tahoe, Timema genevieve a Timema monikensis (Sandoval et al. 1998; Law & Crespi 2002a; Law & Crespi 2002b; Schwander et al. 2011). Na tomto místě však musím poznamenat, že hypotetický pozitivní výsledek testované hypotézy o širším teplotním rozsahu aktivity starobyle nepohlavních skupin by v tomto případě mohl být artefaktem. Podobnou patrnost by totiž mohla mít za následek i „imigrační zátěž“ (Peck et al. 1998), intenzivní vnitrodruhový genový tok uvnitř pohlavních druhů, který by v důsledku většího reprodukčního úspěchu populací obývajících příznivé habitaty přinášel geny výhodné v příznivých podmínkách do okrajových populací a znemožňoval jim adaptaci na extrémní okrajové habitaty (viz kapitola 2.3.8). Co se týče teplotních limitů, za kterých dokáží starobyle nepohlavní druhy rodu Timema aktivovat, můžeme vycházet pouze z jejich geografického rozšíření. Žádné konkrétní studie na teplotní meze jejich aktivity nebyly provedeny. Teploty v areálu nepohlavního druhu Timema tahoe se mohou pohybovat mezi −12 °C až 30 °C, u sesterského pohlavního druhu Timema bartmani, který se vyskytuje jižněji, mezi −6 °C až 36 °C. Teploty v areálu nepohlavního druhu Timema genevieve se pohybují v rozmezí 3 °C až 36 °C, u sesterského pohlavního druhu Timema podura mezi −6 °C až 42 °C. Konečně teploty v areálu nepohlavního druhu Timema monikensis se pohybují mezi 1 °C a 30 °C, zatímco u sesterského pohlavního Timema cristinae mezi 0 °C a 29 °C (Law & Crespi 2002a; Hijmans et al. 2005).
105
5.8.5
Ekologie
Ancestrální zástupci rodu Timema byli zřejmě víceméně herbivorní generalisté požírající tvrdolistou vegetaci. Postupem času nastávala v jednotlivých liniích specializace ztrátou živných rostlin, přičemž nejodvozenější zástupci si zpravidla uchovali jen jednu. Následovat mohly přeskoky na novou živnou rostlinu, na kterou byly druhy preadaptovány svým kryptickým zbarvením (Crespi & Sandoval 2000). Podobný trend zřejmě probíhal i v evoluci kryptického zbarvení, od polymorfismu ve zbarvení (viz např. Sandoval (1994)) ke specializaci. V tomto případě byl zřejmě poháněn diverzifikující selekcí ze strany predátorů (Crespi & Sandoval 2000). Tlak predátorů na různé morfy žijící na různých rostlinách mohl u rodu vyvolat tlak na divergenci a vlnu speciací; byla u nich prokázána pozitivní korelace mezi divergentní selekcí a divergencí znaků (Nosil & Crespi 2006). Stejné kryptické vzory zřejmě vznikly několikrát paralelně (Sandoval & Crespi 2008). Starobyle nepohlavní a jejich sesterské pohlavní druhy rodu Timema se ve své ekologii, až na areál rozšíření, prakticky neliší. Jejich potravní nároky jsou téměř totožné, obývají z velké většiny stejné živné rostliny. Timema tahoe má totožnou živnou rostlinu jako Timema bartmani, zbylé dva starobyle nepohlavní druhy Timema genevieve a Timema monikensis obývají jednu ze živných rostlin pohlavních sesterských druhů Timema podura, respektive Timema cristinae (Law & Crespi 2002b). To by mohlo značit jistou specializaci, fenotypově se však tyto druhy, až na způsob rozmnožování, téměř neliší (Sandoval et al. 1998). Nepohlavní linie rodu Timema se vyskytují severněji a alopatricky či parapatricky vůči svým sesterským pohlavním druhům. Ve vzniku a biogeografickém rozšíření nepohlavních druhů zřejmě hrála důležitou roli rozsáhlá zalednění Severní Ameriky (Haug et al. 2005), která sem sice nezasahovala, ale měla zásadní vliv na podmínky prostředí. Mladší asexuální linie mají severnější rozšíření vůči svým pohlavním příbuzným i absolutně v rámci celého rodu, zatímco starší asexuální linie tuto patrnost v takové míře nevykazují (Law & Crespi 2002a). Za trend může zřejmě výhoda asexuálů při kolonizaci nových stanovišť v oblasti velmi proměnlivé během glaciálních období, kdy se rozšiřují a opět stahují vhodné živné rostliny (Law & Crespi 2002b). U starobyle asexuálních druhů na jihu zřejmě vstupují do hry i ekologické interakce druhu. Timema genevieve i Timema tahoe mají severnější areál výskytu než jejich sesterský pohlavní druh, pouze Timema monikensis se nachází lehce na jih od sesterské Timema cristinae (Law & Crespi 2002b). Timema genevieve od sesterské Timema podura dělí zhruba 250 km, Timema tahoe od Timema bartmani dokonce 500 km (Sandoval et al. 1998) – mají zřejmě dobrou disperzi (Law & Crespi 2002a). Menší vzdáleností, ale stále jasně separované, jsou i Timema monikensis a Timema cristinae. Starobyle nepohlavní druhy mají navíc areály oddělené i od vzdáleněji příbuzných zástupců rodu Timema (Law & Crespi 2002b). Takto disparátní areály zdaleka nejsou u rodu Timema pravidlem a je otázkou, zda právě tato separace a z ní vyplývající snížená mezidruhová kompetice nemohly být klíčem k úspěchu jejích starobyle asexuálních linií. Na druhou stranu, Timema monikensis, byť nejslaběji podpořený starobyle asexuální druh (viz kapitola 5.8.3), tvoří výjimku z tohoto hypotetického pravidla, neboť obývá 106
sympatricky stejnou živnou rostlinu jako Timema chumash (Schwander & Crespi 2009a). Naopak recentně asexuální druhy na severu sousedí a částečně překrývají své areály s více či méně příbuznými pohlavními zástupci rodu, včetně druhů sesterských (Law & Crespi 2002b). Zalednění severoamerického kontinentálního štítu nastalo asi před 2,7 miliony let (Haug et al. 2005) a zřejmě vedlo ke změně podnebí, vertikálnímu posunu živných rostlin zástupců rodu Timema co se týká nadmořské výšky směrem dolů a konsekventnímu rozšíření rostlin spolu se zástupci Timema. Následná zpětná změna klimatu opět vytlačila živné rostliny do vyšších poloh, čímž od sebe izolovala jednotlivé populace rodu Timema. Tímto způsobem se šířily pohlavní i nepohlavní druhy. Pokud je ale nepohlavní druh lepší v disperzi, kolonizaci a výdrži na okraji areálu, potom by měl tvořit předvoj šíření rodu. Pozorovaná geografická partenogeneze je tedy zřejmě výsledkem expanze areálu (Law & Crespi 2002b). Alternativním vysvětlením je alopatrická fragmentace – rozpad na dva kryptické druhy, přičemž v jednom převládnou nepohlavní jedinci, druh se stane obligátně nepohlavním a časem se morfologicky odliší. Případně může být nepohlavní druh sice úspěšný, ale velmi omezený v disperzi, šíří se tudíž pomalu a větší areál rozšíření by měly mít starší asexuální linie. Biogeografická analýza ukázala, že se zřejmě nejvíce uplatnila expanze areálu, ale některé starobylé haplotypy se nacházejí i na severu. Možná se tam nacházela glaciální refugia. Svou roli ale zřejmě sehrála i omezená disperze a dálková kolonizace. Rozšíření starobyle nepohlavních druhů, stejně jako celkový trend na úrovni rodu, však nejlépe vysvětluje expanze areálu (Law & Crespi 2002b). 5.8.6
Závěr
Doklady ani pro jednu z testovaných hypotéz nejsou u této skupiny příliš silné. Tendence k užšímu rozsahu teplot aktivity u starobyle nepohlavních druhů svědčí proti testované hypotéze o širším teplotním rozsahu aktivity starobyle nepohlavních skupin. V homogenitě prostředí se starobyle nepohlavní a sesterské pohlavní druhy v této skupině prakticky neliší. Co se teplotních mezí aktivity týče, rozhodně nelze prohlásit, že by měly nepohlavní druhy větší rozsah teplot, za kterých dokáží aktivovat. Timema monikensis a Timema cristinae se rozsahem teplot neliší, jejich areály nejsou příliš vzdálené. Timema tahoe sice obývá areál, kde teploty klesají níže než u jeho sesterského pohlavního druhu Timema bartmani, teploty v jejím areálu však mohou dosáhnout o stejný díl vyšších hodnot. Navíc zimní období zástupci přečkávají ve formě vajíček, tudíž neaktivují a je zřejmé, že za většího rozsahu teplot je schopna aktivovat pohlavní Timema bartmani. Konečně teploty v areálu Timema genevieve mají v obou extrémech znatelně menší rozsah než u sesterské pohlavní Timema podura. Můžeme tedy tento problém uzavřít v neprospěch naší hypotézy, pohlavní zástupci rodu Timema obývají prostředí s větším rozsahem teplot. Z tohoto důvodu se dále nemusíme zabývat možností, že by hypotetický pozitivní výsledek mohl být důsledkem vnitrodruhového genového toku uvnitř pohlavních druhů (viz kapitola 5.8.4). Co se týče druhé testované hypotézy, nelze prohlásit, že by prostředí obývané starobyle nepohlavními druhy rodu Timema bylo homogennější či heterogennější. Jisté indicie, jako například separovanost areálů starobyle nepohlavních druhů od jiných druhů rodu, mohou značit sníženou mezidruhovou kompetici. Obdobně relativně severnější rozšíření oproti sesterským pohlavním druhům 107
může značit snížený počet parazitů (Rohde 1986; Rohde & Heap 1998). Celkově máme ale příliš málo dokladů, abychom se mohli přiklonit k jedné či druhé variantě.
5.9 Lasaea 5.9.1
Úvod
Posledním dobře podpořeným kandidátem na starobyle asexuální skupinu jsou nepohlavní linie mořského mlže rodu Lasaea ze skupiny Lasaeidae. Velikost jeho zástupců obvykle nepřesahuje 6 mm a v kosmopolitním měřítku jako přisedlý obývá přílivovou zónu, zejména stíněné nerovnosti a trhliny v kamenech na skalnatých pobřežích, pozůstatky vilejšů a ostrůvky přílivové vegetace (Morton et al. 1957; Ó Foighil & Eernisse 1988; Ó Foighil 1989). Zástupci rodu Lasaea jsou hermafrodité (Ó Foighil & Smith 1995; Ó Foighil & ThiriotQuievreux 1999). Rod Lasaea má specifický způsob ontogeneze, u pohlavních druhů hermafroditický jedinec nasaje vodu se spermiemi sifonem do žaberní dutiny, kde dochází k oplození vajíček (Ó Foighil 1989). U nepohlavních linií jedinec gynogeneticky aktivuje tyto vajíčka vlastní spermií, jde tedy o autogynogenezi a zástupci jsou pseudogamní samooplozující se hermafrodité (Ó Foighil & Thiriot-Quiévreux 1991). Všechny druhy následně pečují o své mladé ve své plášťové dutině (Ó Foighil 1989). Lasaea australis má nepřímý vývoj a vypouští mláďata již brzy ve stadiu planktonní larvy veligeru (Ó Foighil 1988). Všichni ostatní zástupci vypouštějí své mladé až ve stádiu juvenila připomínajícího dospělce, který se od mateřského rodiče odplazí (Rosewater 1975; Ó Foighil & Eernisse 1988; Ó Foighil 1989). Asexualita v tomto rodu tedy silně koreluje s absencí larev, ne však beze zbytku, protože pohlavní Lasaea colmani má taktéž nepřímý vývoj (Ó Foighil & Smith 1995). Délka života zástupců rodu Lasaea pravděpodobně dosahuje několika let, výjimečně až čtyř. Zástupci s přímým vývojem dosahují rozměrů dospělce zhruba po roce a v té době začíná i produkce potomstva (McGrath & Ó Foighil 1986). 5.9.2
Fylogeneze
Naprostá většina linií v rámci rodu je polyploidní a rozmnožuje se obligátně nepohlavně. Pouze dvě diploidní australské linie, Lasaea australis a Lasaea colmani, se rozmnožují pohlavně (Ó Foighil & Smith 1995; Ó Foighil & Thiriot-Quievreux 1999). Ve světle nejnovějších poznatků se zdá pravděpodobné, že Lasaea australis tvoří ve skutečnosti spíše tři kryptické druhy (Li et al. 2013). U Lasaea colmani i Lasaea australis byla pozorována meióza, a tak i když neexistuje přímý důkaz pro přítomnost pohlavního rozmnožování, přítomnost meiózy a diploidní stav genomu hovoří silně pro tuto možnost (Thiriot-Quivreux 1992; Ó Foighil & Smith 1995). Lasaea colmani má zřejmě 20 chromozomových párů, ale možná je v počtu chromozomů mírně variabilní (Ó Foighil & ThiriotQuievreux 1999). Lasaea australis má 18 párů chromozomů (Thiriot-Quivreux 1992) a genetická struktura její populace odpovídá přítomnosti pohlavního rozmnožování – očekáváním plynoucím z Hardyho-Weinbergovy rovnováhy (Ó Foighil 1988).
108
Nepohlavní linie téměř jistě nejsou monofyletické a vznikly nejméně dvakrát, zřejmě hybridizací (Thiriot-Quivreux 1992; Ó Foighil & Smith 1995; Taylor & Ó Foighil 2000). Některé jsou příbuznější Lasaea australis, jiné Lasaea colmani; oba druhy navíc zřejmě nemají v rámci svých linií bazální postavení (Taylor & Ó Foighil 2000; Li et al. 2013). Existence dosud neobjevených pohlavních linií v jiných geografických oblastech je však velmi nepravděpodobná – nepodařilo se je objevit ani přes extenzivní výzkum v severovýchodním Atlantiku, severovýchodním Pacifiku, jižním Indickém oceánu, středomoří, Japonsku, Jižní Africe, ani na Floridě, Bermudách a Novém Zélandu (Ó Foighil & Smith 1995; Taylor & Ó Foighil 2000). V rámci nepohlavních linií je mimořádně obtížné morfologicky vymezit druhy. I příbuzní jedinci mají velkou variabilitu v morfologických znacích, zejména zbarvení. Přesto mají zřejmě jisté linie konkrétní preference prostředí (Ó Foighil & Eernisse 1988). 5.9.3
Doklady pro starobylou nepohlavnost
Starobylá nepohlavnost u asexuálních linií rodu Lasaea je dobře podpořená. Nepohlavní linie rodu Lasaea jsou polyploidní. Jak zmiňují Ó Foighil a Smith (1995), asexualita a polyploidie je u mlžů zcela výjimečná, první jmenovaná byla zdokumentována jen u tohoto rodu (Ó Foighil & ThiriotQuiévreux 1991); druhá se kromě rodu Lasaea objevuje jen u mlžů Corbicula leana. Ploidie se pohybuje od stavu triploidního do hexaploidního, a to dokonce i mezi sympatrickými nepohlavními liniemi. Časté jsou i nepárující chromozomy (Ó Foighil & Thiriot-Quiévreux 1991). Počet chromozomů je velmi variabilní globálně i v rámci jednotlivých linií, očividně muselo dojít k opakovaným polyploidiím a aneuploidiím. Australské nepohlavní druhy mají 59 až 124 chromozomů (Ó Foighil & Thiriot-Quievreux 1999). Lasaea severovýchodního Pacifiku mají 58 až 108 chromozomů, které lze identifikovat jako 32 tripletů doplněných nadbytečnými aneuploidními chromozomy (Ó Foighil & Thiriot-Quiévreux 1991). Linie z jižního Pacifiku mají 100 až 120 chromozomů a pro mlže je netypický nejen jejich velký a variabilní počet, ale i velikost (ThiriotQuivreux et al. 1988). Zmíněné patrnosti jsou pravděpodobně důsledkem abnormálního rozmnožování u předka – vysokého inbreedingu, častého samooplozování, apomixie a hybridogeneze (ThiriotQuivreux et al. 1988). Nepohlavní linie jsou hermafroditické s nepatrnou samčí alokací. S pravděpodobností hraničící s jistotou můžeme prohlásit, že u nich nedochází k oplození od cizího jedince. Jedinci vypouštějí spermie do vlastní žaberní dutiny (Ó Foighil & Thiriot-Quiévreux 1991; Ó Foighil & ThiriotQuievreux 1999). Samčí část jejich gonád zabírá pouze zhruba 5 % jejich objemu, zatímco u pohlavně se rozmnožující Lasaea australis okolo 50 % (Ó Foighil 1985). Spermií je málo, mají sníženou pohyblivost (Ó Foighil 1985) a u nepohlavních zástupců nenalezneme specializované rozmnožovací struktury a adaptace, jako například spermatofory, pohlavní dimorfismus či pseudokopulaci, jak shrnují Ó Foighil a Eernisse (1988). Spermie také mají celkem velkou variabilitu ve tvaru a mají nekompletní kondenzaci chromatinu (Ó Foighil 1985; Beauchamp 1986; McGrath & Ó Foighil 1986). Přesto jsou pohyblivé a schopné vázat se na vajíčko a proniknout do něj; proto otázka, zda se rozmnožují samooplozením či autogynogenezí, zůstávala dlouhou dobu nerozřešená (Ó Foighil 1987). 109
Cizí oplození vyloučily populačně-genetické studie, které zdokumentovaly mj. absenci intermediálních fenotypů u sympatrických linií (Ó Foighil 1988). Podobné výsledky bychom ale čekali i u samooplozujícího se hermafrodita. U takových populací ale vesměs alespoň občas dochází k cizímu oplození, což v tomto případě nenaznačují žádné výsledky. Studium interakce pronukleů při oplodnění potvrdilo, že se u nepohlavních zástupců rodu Lasaea nejedná o samooplození, ale opravdu o autogynogenezi, kdy spermie jedince aktivuje vajíčko téhož jedince (Ó Foighil & Thiriot-Quiévreux 1991). Spermie nepředává genetický materiál do potomka. Přichytí se na vajíčko a pronikne do kortexu, přičemž chromatin spermie zůstává kondenzovaný, než vzniknou ze samičí pohlavní buňky dvě polární tělíska. Poté dekondenzuje, ale už nikdy nerekondenzuje, ani netvoří chromozomy. Po prvním dělení vajíčka obvykle zůstává v kortexu jednoho z dceřiných vajíček a rozpouští se. Genetický materiál ze spermie se nijak nespojuje s genetickým materiálem vajíčka, další dělení vajíčka probíhají bez jeho přispění (Ó Foighil & ThiriotQuiévreux 1991). Obě polární tělíska jsou diploidní, což jasně značí, že vajíčko nevzniká meiózou, ale mitózou, jedná se tedy s největší pravděpodobností o apomixis (Ó Foighil & Thiriot-Quiévreux 1991). Meióza ani segregace alel u nich přes množství studií nikdy nebyly pozorovány (Ó Foighil & Eernisse 1988; Thiriot-Quivreux et al. 1988; Ó Foighil & Thiriot-Quiévreux 1991). Zvýšené ploidie spojené s přítomností přebytečných chromozomů také úspěšnou meiózu pravděpodobně znemožňují (Ó Foighil & Thiriot-Quiévreux 1991). Pro autogynogenezi mluví i novější populačně-genetické studie. Výzkum Taylora a Ó Foighila (2000), využívající markery z jaderného i mitochondriálního genomu, ukázal zásadní odchylky genetické struktury od očekávání plynoucích z náhodného párování při pohlavním rozmnožování, a to v rámci jednotlivých lokusů i mezi různými lokusy. Dále prokázal obecně vysokou míru fixované heterozygosity a nízkou genotypovou diverzitu v jednotlivých geografických oblastech (Taylor & Ó Foighil 2000). Vysoká fixovaná heterozygosita, která se nerozchází do potomků, byla pozorována i dříve (Ó Foighil & Eernisse 1988). Asexuální linie s největší pravděpodobností vznikly allopolyploidií, zkřížením dvou jedinců různých druhů spojeným s polyploidizací, a to při několika nezávislých hybridizačních událostech (Taylor & Ó Foighil 2000; Li et al. 2013). Autogynogeneze, polyploidie i vysoká fixovaná heterozygosita svědčí spíše pro hybridní vznik nepohlavních linií než pro jiný způsob jejich geneze (Ó Foighil & Smith 1995). Tuto hypotézu podporují i karyologická pozorování (Thiriot-Quivreux 1992). Přímým důkazem je pozorovaná asymetrická alozymová heterozygosita celé řady zástupců, kterou lze v tomto případě nejlépe vysvětlit genetickou strukturou nepohlavní populace s allopolyploidním původem (Taylor & Ó Foighil 2000). Další doklady naznačují, že nepohlavní linie jsou zřejmě asexuální velmi dlouhou dobu. Starobylou nepohlavnost podporuje jak populační genetika a biogeografie, tak přítomnost velkých monofyletických asexuálních kladů. Molekulárně-biologické metody nám umožňují rekonstruovat
110
kladogenezi rodu včetně datace jednotlivých divergencí. Přinejmenším některé z těchto linií se zřejmě obligátně nepohlavně rozmnožují po miliony let. Fylogeneze založená na srovnání mitochondriálního genu COIII (cytochrom oxidáza III) z populací Austrálie, severovýchodního Atlantiku, severovýchodního Pacifiku, středomoří a jižního Indického oceánu ukazuje dvě velké a jasně separované linie, každou s jedním pohlavním druhem, které ale vzhledem k velkým morfologickým i genetickým odlišnostem zřejmě nejsou jejich předky. Nepohlavní linie Lasaea mají velmi pravděpodobně původ nejméně ve dvou nezávislých přechodech k asexualitě, vznikly s přispěním mitochondrií nejméně dvou rodičovských druhů (Ó Foighil & Smith 1995). Dávné nejsou jen divergence od pohlavních příbuzných (což by bylo možné vysvětlit několika nezávislými přechody k nepohlavnosti, třeba i relativně nedávného data, spojenými s vymřením rodičovské pohlavní linie), ale zejména mezi jednotlivými příbuznými liniemi z jedné biogeografické oblasti v rámci monofyletických nepohlavních kladů (Ó Foighil & Smith 1995). Alternativní hypotéza kladogeneze rodu, která by nepočítala se starobylou nepohlavností linií, by vyžadovala reevolvování sexuality, diploidie a planktonní larvy, což je extrémně nepravděpodobné. Mimo jiné kvůli tomu, že u přímo se vyvíjejících linií bylo ztraceno i komplexní larvální velum sloužící k příjmu potravy (Ó Foighil 1986), které je ale přítomné u Lasaea australis (Ó Foighil 1988). Právě tato změna, spojená s nepohlavností (Ó Foighil 1985; Ó Foighil 1987; Ó Foighil & Eernisse 1988) a polyploidií jasně ukazuje, že pohlavnost spojená s nepřímým vývojem a diploidií je ancestrálním stavem (Ó Foighil & Smith 1995). Dalším alternativním vysvětlením by bylo občasné zakomponování mitochondrie ze spermie do vajíčka a potažmo buněk potomka, které bylo pozorováno u mlže rodu Mytilus (Zouros et al. 1992). Podobné události samy o sobě ale s největší pravděpodobností nemohou být zodpovědné za celý pozorovaný fenomén. I pokud by se občas dostaly geny ze spermie do vajíčka, budou to jen geny téhož jedince. Třetí hypotetická alternativa – možnost konvergentní evoluce studované sekvence genu COIII – je spolehlivě vyvrácená (Ó Foighil & Smith 1995). Příbuznost linií příliš neodráží geografickou blízkost a hybridizace spojené s přechodem k nepohlavnosti tak mohly teoreticky nastat už v Austrálii (Ó Foighil & Smith 1995), i když podle novějších studií se to nezdá tak pravděpodobné (Taylor & Ó Foighil 2000; Li et al. 2013). Není pravděpodobné, že by divergence v mitochondriální DNA uvnitř nepohlavních linií byla jen důsledkem opakovaného hybridního vzniku nepohlavnosti, dalece totiž překračuje vnitrodruhovou variabilitu a muselo tudíž docházet k dalšímu rozrůzňování při absenci pohlavního rozmnožování. Populačně-genetický výzkum založený na jaderných a mitochondriálních markerech (Taylor & Ó Foighil 2000) ukázal silnou geografickou strukturaci a absenci kosmopolitních linií. V naprosté většině případů jsou si genotypy z jedné oblasti příbuznější než s jinými oblastmi (Taylor & Ó Foighil 2000). Mezi oblastmi nenacházíme sdílené linie, i když někdy se sympatricky nachází několik zcela nepříbuzných nepohlavních linií. Kosmopolitní distribuce nepohlavních linií tedy rozhodně není důsledkem jejich snadné mobility a potažmo invazí či introdukcí. Dva pohlavní druhy nejsou 111
parentální dnešním nepohlavním liniím, řadě nepohlavních linií vychází ve fylogenetických studiích bazální postavení i vůči pohlavním druhům (Taylor & Ó Foighil 2000; Ó Foighil et al. 2001). Na lokalitě obvykle žije jedna až několik velmi hojných nepohlavních linií a spolu s ním (potažmo s nimi) řada vzácných endemických. Tyto vzácné nepohlavní linie se liší od běžných nepohlavních linií jen autapomorfiemi, nic nenasvědčuje tomu, že by byly odvozeny od vymřelých populací, pocházely z recentních hybridizací, z jiných vzácných nepohlavních linií nebo byly introdukovány z jiných lokací – vznikly nezávislým hromaděním mutací (Ó Foighil & Eernisse 1988; Ó Foighil & Smith 1996; Taylor & Ó Foighil 2000). Jednotlivé nepohlavní linie také vykazují jisté rozdíly v morfologii, preferenci k prostředí (zejména hloubky v přílivové zóně) (Crisp & Standen 1988) a rozdílnou toleranci teplot (TylerWalters & Davenport 1990). Za starobylou asexualitu tudíž není zodpovědná pouze polyploidie, hypoteticky chránící před hromaděním škodlivých mutací Odhady času od divergence současných nepohlavních linií od pohlavních na základě COIII se pohybují mezi 5,5 a 7,9 miliony let. Tento údaj je však jen horní mezí a je třeba věnovat pozornost faktu, že výzkumníci vycházeli z rychlosti molekulární evoluce u plže Nucella, ne však pro COIII, ale pro cytochrom b (podjednotka transmembránových komplexů) (Ó Foighil & Smith 1995). Srovnání geograficky izolovaných monofyletických linií naopak poskytuje možnost přiblížit si dolní mez, která se na základě srovnání populací ze severovýchodního Pacifiku v tomto případě pohybuje mezi 4 a 4,9 miliony let (Ó Foighil & Smith 1995). Tyto údaje pravděpodobně nejsou nadhodnocené, protože možnost zrychlené molekulární evoluce u nepohlavních zástupců rodu Lasaea v porovnání s pohlavními zástupci byla vyvrácená. Substituční rychlosti mají všichni zhruba stejné, stejně daleko od outgroupu se umisťují i pohlavní i nepohlavní linie (Ó Foighil & Smith 1995; Li et al. 2013). Další obdobná studie taktéž vycházela z analýzy COIII a zaměřila se na nepohlavní linie rodu Lasaea ze severovýchodního Pacifiku (Ó Foighil & Smith 1996). Ty podle ní tvoří monofyletický klad a postupně se rozdělily před 3 až 6 miliony let. Jejich společný předek byl s největší pravděpodobností asexuální, alternativní hypotéza by vyžadovala nejméně pět nezávislých recentních extinkcí pohlavních linií, řadu neobjevených mateřských pohlavních linií nebo recentní dálkový transport, přičemž všechny tyto možnosti jsou velmi nepravděpodobné. Fylogeneze založená na 462 nukleotidů dlouhé části 16S mtDNA a 624 nukleotidů dlouhé části COIII spojená s biogeografickou analýzou rozšíření linií na oceánských ostrovech v Atlantiku (Ó Foighil & Jozefowicz 1999) ukázala, že jednotlivé lokality nebyly kolonizovány ancestrálními (nejspíše pohlavními) liniemi s nepřímým vývojem a planktonní larvou, ale raftingem na střední vzdálenosti (viz kapitoly 5.9.5 a 6.3.1). Navíc zřejmě za situace, kdy oceánské proudění v západním Atlantiku probíhalo jinak než dnes (Pollard & Pu 1985), což jejich původ posouvá dále do minulosti. Žádná linie není rozšířená na obou březích Atlantiku, dálkový transport, a to ani pomocí larev, ani raftingem na plovoucích kusech vegetace, se tedy neudál. Svou roli mohlo sehrát i zavlečení
112
člověkem. Podle výzkumu se azorská starší linie oddělila od iberské před 4 až 20 miliony let, konkrétní čas závisí na použité metodice molekulárního datování (Ó Foighil & Jozefowicz 1999). Nejnovější fylogenetickou analýzu provedli Li, Ó Foighil a Park (2013) na základě dvou mitochondriálních úseků z genů pro 16S mtDNA a COIII a jaderného úseku ITS2. Rozebírat konkrétní metody, které výzkumníci použili, jde nad rámec této práce. Musím však zmínit, že podle použité metody kalibrace molekulárních hodin se datace jednotlivých kladogenetických událostí významně liší, a to až dvojnásobně (Li et al. 2013). Konzervativnější bude vycházet z údajů z výzkumu kalibrovaného pomocí fosilních nálezů, který nabízí sice ne tak dávná datování, ale přesto už jasně v oblasti starobylé asexuality. Oddělení Lasaea colmani od nepohlavních příbuzných linií nastalo zhruba před 12 miliony let, obdobně u Lasaea australis zhruba před 17 miliony let. Jednotlivé divergence u dnes asexuálních kladů sahají až 31 milionů let do minulosti, přičemž recentní ztrátu mateřské pohlavní linie (podle biogeografie) můžeme se značnou dávkou jistoty vyloučit pro linie staré zhruba 12 milionů let (Li et al. 2013). Podobně jako v předchozí studii vyšlo, že recentní pohlavní druhy nejsou ancestrální dnešním nepohlavním liniím. Starobylé nepohlavnosti tedy napovídá prokázané obligátně nepohlavní rozmnožování, velká genetická diverzita regionálně monofyletických linií, velké divergence mezi jednotlivými liniemi, mnoho minoritních haplotypů a široké geografické rozšíření (Ó Foighil & Eernisse 1988; ThiriotQuivreux et al. 1988; Ó Foighil 1989; Ó Foighil & Thiriot-Quiévreux 1991; Ó Foighil & Smith 1995; Ó Foighil & Jozefowicz 1999; Ó Foighil & Thiriot-Quievreux 1999; Taylor & Ó Foighil 2000). Svědčí pro ni i jasné známky degradace původně homologních chromozomů, respektive mnoho nepárujících chromozomů (Thiriot-Quivreux et al. 1988; Ó Foighil & Thiriot-Quiévreux 1991; Ó Foighil & Thiriot-Quievreux 1999). Další doklady pro či proti starobylé nepohlavnosti (například studie zabývající se transpozibilními elementy) bohužel zatím nejsou k dispozici. Celkově je ale silně podpořená. 5.9.4
Teplotní rozsah
Co se týče rozsahu teplot, za kterých dokáží zástupci rodu Lasaea aktivovat, nemůžeme se bohužel obrátit téměř na žádné konkrétní studie. Někteří výzkumníci se zabývali odolností zástupců rodu Lasaea k teplotním extrémům a vyschnutí (Morton et al. 1957; Davenport & Beard 1988; TylerWalters & Davenport 1990), nikdo však neprovedl reprezentativní studii, která by jasně určila limity aktivity a přežívání různých nepohlavních linií a pohlavních druhů. Na druhou stranu však známe geografické rozšíření jednotlivých linií, víme, že pohlavní linie se omezují na pobřeží Austrálie a Tasmánie (Guiler 1960; Li et al. 2013), zatímco nepohlavní linie jsou rozšířeny kosmopolitně (Ó Foighil & Eernisse 1988; Ó Foighil 1989). Jejich geografické rozšíření můžeme srovnat s příslušnými povrchovými teplotami oceánů. Existují databáze povrchových teplot oceánů, z nichž v tomto případě budu vycházet (NASA 2013). Nejnižší teplota, kterou mohou zažít Lasaea australis a Lasaea colmani je zhruba 10 °C, ke kterým mohou klesnout povrchové teploty oceánu na pobřeží Tasmánie v našich letních měsících. Naopak v severní Austrálii se povrchové teploty oceánu mohou v našich zimních měsících vyšplhat ke 113
zhruba 30 °C. Oproti tomu globálně rozšířené nepohlavní linie rodu Lasaea mohou zažívat povrchové teploty na hladině klesající až pod bod mrazu, například teploty pohybující se dlouhodobě okolo −2 °C na pobřeží ostrova Krále Jiřího u pobřeží Antarktidy (Tada et al. 1996). Naopak v tropech může povrchová teplota vody stoupnout výjimečně až k 35 °C. Podle experimentální studie Davenporta a Bearda (1988) dokáží přinejmenším některé nepohlavní linie přežít v rozmezí teplot až mezi −10 °C a 40 °C. K velmi podobným výsledkům dospěli i Tyler-Walters a Davenport (1990), horní teplotní hranice se u některých jedinců určitých nepohlavních linií může pohybovat až okolo 45 °C. Studie s větším samplingem mezi nepohlavními liniemi a zahrnující i pohlavní druhy rodu Lasaea však nejsou k dispozici. Co se horní teplotní meze jejich aktivity týče, vzhledem k životu v habitatech přílivové zóny je pravděpodobné, že pohlavní i nepohlavní zástupci zažívají i vyšší teploty než zde uvedené, a je tedy pravděpodobné, že se v horní teplotní mezi aktivity příliš neliší. Nepohlavní zástupci však mají zjevně výrazně větší rozsah aktivity, co se dolní teplotní hranice týče. Nepohlavní zástupci mají tedy u rodu Lasaea jasně větší teplotní rozsah aktivity než recentní zástupci pohlavní. 5.9.5
Ekologie
Extenzivní studii ekologie rodu Lasaea uskutečnili například Morton, Boney a Corner (1957). Zásadním problémem u tohoto taxonu je, že se nikdo nevěnoval studiu rozdílů v ekologii pohlavních a nepohlavních linií tohoto rodu, ani pouhému formulování, zda nějaké takové rozdíly existují. Jediným ekologickým znakem, který zde můžu uvést a ve kterém se jejich pohlavní a nepohlavní zástupci prokazatelně liší, je již zmíněné geografické rozšíření. Určitým paradoxem je výrazně širší – kosmopolitní – rozšíření nepohlavních přímo se vyvíjejících linií v porovnání s dvěma australskými pohlavními druhy. Odpověď zřejmě leží ve skupině preadaptací pro dálkové šíření, kterými oplývají přímo se vyvíjející nepohlavní zástupci. Schopnost reprodukce v izolaci a absence obligátně disperzivního stadia jsou totiž klíčovými preadaptacemi na rafting (Ó Foighil 1989), tj. cestování na volně plovoucích kusech vegetace pohybujících se oceánskými proudy (Jackson 1986). Lasaea byla opakovaně pozorována, že raftuje na plovoucích substrátech, jak shrnují například Thiel a Gutow (2005). Nepřímo se vyvíjející zástupci jsou na první pohled zvýhodněni v disperzi přítomností planktonní larvy. Ta jim sice umožňuje účinnou disperzi na krátké vzdálenosti, ale naopak omezuje dálkovou disperzi na dobu svého individuálního vývoje. Naopak zástupci s přímým vývojem nejsou na příslušném raftu v délce disperze nijak omezeni (Ó Foighil 1989). Větší geografický rozsah nepohlavních linií rodu Lasaea s přímým vývojem a jejich schopnost kolonizovat kontinentální i oceánské ostrovy naznačují, že tyto linie mohou být jako celek odolnější k extinkcím než druhy pohlavní s nepřímým vývojem (Ó Foighil 1989). Migrující druhy zřejmě také častěji speciují po migraci do nové oblasti, ale je pravda, že rod Lasaea zřejmě dokáže speciovat i ekologicky na jednotlivých lokalitách, kde bylo opakovaně pozorováno několik specializovaných a
114
geneticky divergentních linií (Morton et al. 1957; Crisp & Standen 1988; Ó Foighil & Eernisse 1988; Thiriot-Quivreux et al. 1988; Tyler-Walters & Davenport 1990). Kvůli nedostatku informací o ekologických rozdílech mezi pohlavními a nepohlavními liniemi rodu Lasaea však nemohu rozhodnout, zda v homogennějším prostředí žijí přednostně pohlavní, nebo naopak nepohlavní zástupci. Proto pouze v diskusi stručně shrnu poznatky o ekologii rodu Lasaea a navrhnu některé zajímavé jednotlivosti, které mu mohly posloužit jako preadaptace k úspěšnému přechodu ke starobylé nepohlavnosti (viz kapitola 6.3.1). Do testu příslušné hypotézy jej však nezahrnu. 5.9.6
Závěr
Metastudie u rodu Lasaea mě dovedla k závěru, že širší rozsah teplot aktivity u starobyle nepohlavních linií tohoto rodu svědčí pro příslušnou hypotézu. K testování hypotézy o homogennějším prostředí obývaném starobyle nepohlavními liniemi však u této skupiny není dostatek informací. Nepohlavní linie Lasaea mají větší rozmezí teplot, za kterých dokáží aktivovat, což svědčí pro naši první hypotézu. Dvě skupiny se pravděpodobně příliš neliší v horním limitu teplot, za kterých dokáží aktivovat. Nepohlavní linie však mají prokazatelně výrazně nižší dolní teplotní limity aktivity. Co se týče testování hypotézy o preferenci homogenních prostředí starobyle nepohlavními liniemi v porovnání s jejich sesterskou či blízce příbuznou pohlavní linií, nemůžeme u rodu Lasaea rozhodnout ani pro jednu možnost, protože nejsou dostupné prakticky žádné údaje o odlišnostech ekologie pohlavních a nepohlavních zástupců.
115
5.10 Souhrn V následujících řádcích stručně shrnu formou tabulky teplotní maxima a minima aktivity naměřená u jednotlivých skupin (viz tabulka 1). Ve všech případech uvádím údaje pocházející ze spolehlivých zdrojů. Pro bližší informace o zdroji a způsobu měření či odvození teplotních údajů, stejně jako na teploty naměřené v některých méně spolehlivých či jinak nejasných zdrojích, odkazuji čtenáře do příslušných předcházejících kapitol výsledků (viz kapitola 5). Následující výčet je také čistě kvantitativní, z hlediska testování naší hypotézy hraje v řadě skupin roli i úspěšnost jednotlivých skupin za mezních teplot, jejich cílené vyhledávání, nebo naopak snaha vyhnout se jim. I tyto informace nalezne čtenář v předcházejících kapitolách.
116
Tabulka 1. Rozsah teplotních mezí aktivity srovnávaných skupin TAXONOMICKÁ
MINIMÁLNÍ
SKUPINA
TEPLOTA
Bdelloidea
0 °C
DRUH (ZDROJ)
MAXIMÁLNÍ DRUH (ZDROJ) TEPLOTA
Bdelloidea (Virro 1996); Philodina sp., Habrotrocha
46 °C
Philodina roseola (Issel 1900; Issel 1901)
42 °C
Adineta vaga, Lecane gissensis, Lepadella ovalis,
sp. (Schwarz et al. 1993); Philodina gregaria, Philodina alata (Cathey et al. 1981) Monogononta
0 °C
Epiphanes sp. (Schwarz et al. 1993); Collotheca sp. (Cathey et al. 1981)
Darwinuloidea
0 °C
Darwinuloidea (McLay 1978; Tudorancea et al. 1979;
Monostyla sp. (Issel 1900; Issel 1901) 50 °C
Penthesilenula malayica (Menzel 1923)
54 °C
Thermopsis thermophila (Külköylüoğlu et al. 2003);
Külköylüoğlu & Vinyard 2000; Bunbury & Gajewski 2009) Cypridoidea
0 °C
Cypridoidea (McLay 1978; Tudorancea et al. 1979; Külköylüoğlu & Vinyard 2000; Bunbury & Gajewski
Potamocypris sp. (Wickstrom & Castenholz 1985)
2009) Nepohlavní
−3 °C
Camisia anomia (Coulson et al. 1995)
41,5 °C
Platynothrus peltifer (Madge 1965)
−11 °C
Halozetes belgicae (Hawes et al. 2007)
44 °C
Humerobates rostrolamellatus (Madge 1965)
−12 °C
Vittaria appalachiana (Farrar 1978; Farrar 1990;
32 °C
Vittaria appalachiana (Farrar 1978; Farrar 1990;
Oribatidae Pohlavní Oribatidae Nepohlavní Vittaria
Hijmans et al. 2005)
Hijmans et al. 2005)
Pohlavní
3 °C (a);
(a) Vittaria graminifolia (Farrar 1978; Farrar 1990;
33 °C (a);
(a) Vittaria graminifolia (Farrar 1978; Farrar 1990;
Vittaria
16 °C (b)
Hijmans et al. 2005); (b) Vittaria linneata (Farrar 1978;
34 °C (b)
Hijmans et al. 2005); (b) Vittaria linneata (Farrar
Farrar 1990; Hijmans et al. 2005)
1978; Farrar 1990; Hijmans et al. 2005) 117
TAXONOMICKÁ
MINIMÁLNÍ
SKUPINA
TEPLOTA
Nepohlavní
−12 °C (a);
(a) Timema tahoe, (b) Timema monikensis, (c) Timema
30 °C (a);
(a) Timema tahoe, (b) Timema monikensis, (c)
Timema
1 °C (b);
genevieve (Law & Crespi 2002a; Hijmans et al. 2005)
30 °C (b);
Timema genevieve (Law & Crespi 2002a; Hijmans et
36 °C (c)
al. 2005)
DRUH (ZDROJ)
MAXIMÁLNÍ DRUH (ZDROJ) TEPLOTA
3 °C (c) Pohlavní
−6 °C (a);
(a) Timema bartmani, (b) Timema cristinae, (c) Timema
36 °C (a);
(a) Timema bartmani, (b) Timema cristinae, (c)
Timema
0 °C (b);
podura (Law & Crespi 2002a; Hijmans et al. 2005)
29 °C (b);
Timema podura (Law & Crespi 2002a; Hijmans et al.
42 °C (c)
2005)
35 °C
Nepohlavní linie Lasaea (Ó Foighil & Eernisse 1988;
−6 °C (c)
Nepohlavní
−2 °C
Lasaea Pohlavní Lasaea
Nepohlavní linie Lasaea (Ó Foighil & Eernisse 1988; Ó
Ó Foighil 1989; Tada et al. 1996; NASA 2013)
Foighil 1989; Tada et al. 1996; NASA 2013) 10 °C
Lasaea australis, Lasaea colmani (Guiler 1960; Li et al. 2013; NASA 2013)
30 °C
Lasaea australis, Lasaea colmani (Guiler 1960; Li et al. 2013; NASA 2013)
118
V následující tabulce shrnu, zda výsledky zjištěné u jednotlivých skupin svědčí spíše pro, nebo proti zde testovaným hypotézám (viz tabulka 2). Hypotézou I se zde myslí hypotéza o větším teplotním rozsahu aktivity starobyle nepohlavních skupin. Hypotézou II potom hypotéza o homogennějším charakteru prostředí obývaném starobyle nepohlavními skupinami (viz kapitola 2.4). Konkrétní informace k ekologii jednotlivých skupin čtenář nalezne v předcházejících oddílech výsledků (viz kapitola 5). Značka (+) značí souhlas s testovanou hypotézou, značka (−) opačný efekt, značka (0) absenci jasně pozorovatelného rozdílu a nemožnost rozhodnout ani pro jednu z variant, značka (x) nemožnost zařadit příslušnou skupinu do testu kvůli nedostatku informací. Tabulka 2. Dílčí výsledky vztažené k testovaným hypotézám Taxonomická skupina
Hypotéza I
Hypotéza II
Bdelloidea
+
+
Darwinuloidea
−
+
Oribatidae
−
+
Endeostigmata
x
+
Trombidiformes
x
+
Vittaria
+
+
Timema
−
0
Lasaea
+
x
V datovém souboru jsem shromáždil údaje od osmi starobyle asexuálních skupin a jejich sesterských či blízce příbuzných srovnatelných pohlavních linií. Tři starobyle nepohlavní skupiny jsou monofyletické, zbylých pět polyfyletických. Způsob ošetření výsledků u polyfyletických linií je uveden v jednotlivých případech v předcházejících kapitolách výsledků (viz kapitola 5) a v metodice (viz kapitola 4); ve stručnosti jsem vždy zjišťoval převládající trend u příslušných starobyle nepohlavních a sesterských či blízce příbuzných pohlavních podskupin. Hypotéza o větším teplotním rozsahu aktivity starobyle nepohlavních skupin (I) nebyla touto metastudií podpořena. Tři starobyle asexuální skupiny měly větší teplotní rozsah než sesterské či blízce příbuzné starobyle nepohlavní linie, tři starobyle asexuální linie menší rozsah a u dvou jsem neshromáždil dostatek dat k rozsouzení obou možností, do testu jsem je tudíž nezahrnul. Nulovou hypotézu, že se teplotní rozsah aktivity pohlavních a nepohlavních skupin neliší či mají větší rozsah pohlavní skupiny, můžeme zavrhnout na hladině signifikance p = 0,7165. Tento výsledek není signifikantní, ani se neblíží statisticky významné hladině signifikance p = 0,1 používané u jednostranných testů. Hypotéza o větší homogenitě prostředí obývaného starobyle asexuálními liniemi (II) byla v této metastudii podpořena. Byť v tomto případě nepochybně silně záleží na subjektivním posouzení výzkumníka, u šesti starobyle asexuálních skupin je jasná tendence k preferenci tohoto typu prostředí v porovnání se sesterskou či blízce příbuznou pohlavní skupinou. Pouze charakter prostředí 119
pohlavních a starobyle nepohlavních zástupců rodu Timema se prakticky neliší. Rod Lasaea je z hlediska rozdílu prostředí mezi starobyle nepohlavními a příslušnými pohlavními skupinami tak málo prozkoumaný, že jsem s ním dále nepracoval a do testování této hypotézy jej nezahrnul. Nulovou hypotézu, že se v homogenitě obývaného prostředí pohlavní a nepohlavní skupiny neliší či pohlavní skupiny obývají homogennější prostředí, můžeme zavrhnout na hladině signifikance p = 0,0023. Výsledek testu je tudíž výrazně signifikantní. Samozřejmě je otázkou, do jaké míry je statistický test aplikovatelný na typ zjištění, který značně závisí na subjektivním posouzení výzkumníka; v každém případě je ale tendence k obývání homogennějších typů prostředí u starobyle asexuálních skupin velmi jasná.
120
6
Diskuse
6.1 Starobyle nepohlavní skupiny Jako hypotetické starobyle asexuální skupiny bylo navrženo obrovské spektrum nepohlavních linií z nejrůznějších nepříbuzných taxonů (Judson & Normark 1996; Normark et al. 2003; Neiman et al. 2009; Schurko et al. 2009; Schwander & Crespi 2009a). Obligátní nepohlavnost mnoha navržených skupin byla vyvrácena (viz kapitola 5.2), rozhodně se však nelze ztotožnit s názorem některých výzkumníků (Hurst et al. 1992; Schön et al. 1996), že pohlavní rozmnožování dříve či později bude objeveno u všech těchto skupin. Můžeme však považovat přinejmenším nápadné, jak velké množství linií, které byly považovány za nepohlavní, ve skutečnosti velice zřídka prochází pohlavním procesem. Již v literárním přehledu jsem zmínil široké rozšíření fakultativní a cyklické partenogeneze (viz kapitola 2.1.2.3). Vedle toho ale i řada za normálních okolností obligátně asexuálních linií zažívá sporadické pohlavní rozmnožování, například formou hybridizací s příbuznou pohlavní linií. Velmi často tímto způsobem koexistují celé komplexy pohlavních a nepohlavních linií (Hedges et al. 1992; Dufresne & Hebert 1994; Vrijenhoek 1994; Delmotte et al. 2001; Delmotte et al. 2003; Pongratz et al. 2003; Bogart et al. 2007). Další skupiny vykazují jiný způsob výměny genetické informace. Můžeme jmenovat například parasexuální
procesy
některých
eukaryot,
včetně
uvedených
nepohlavních
skupin
hub
(Vandenkoornhuyse et al. 2001; Gandolfi et al. 2003; Mikheyev et al. 2006; Croll & Sanders 2009). Jen velmi málo nepohlavních skupin neprochází alespoň velmi zřídka procesem pohlavního rozmnožování či nějakou jeho obdobu. Tato metastudie tedy podpořila názor, že alespoň občasné pohlavní rozmnožování je velice výhodné za široké škály podmínek, které se snaží vysvětlit uvedené teorie pohlavního rozmnožování (viz kapitola 2.2). Dále tato metastudie podpořila existenci tří největších a nejprozkoumanějších starobyle nepohlavních skupin – Bdelloidea, Darwinulidae a několika linií Oribatidae. Tyto skupiny jsou zřejmě výjimečné i mezi ostatními starobyle asexuálními liniemi. Jde o relativně druhově bohaté skupiny. Bdelloidea mají zhruba 460 druhů (Segers 2007; Segers 2008), Darwinulidae asi 40 druhů (Rossetti et al. 2011) a počet nepohlavních druhů Oribatidae se pohybuje okolo 1000 (Palmer & Norton 1991; Subías 2004). Nepohlavní jsou také velmi dlouhou dobu – Bdelloidea nejméně 40 milionů let (Poinar & Ricci 1992; Waggoner & Poinar 1993), Darwinulidae až 245 milionů let (Martens et al. 2003) a nepohlavní linie Oribatidae až 240 milionů let (Hammer & Wallwork 1979; Heethoff 2004). Prokazatelně v nich docházelo k rozrůzňování při absenci pohlavního rozmnožování. V prvních dvou případech navíc jde prokazatelně o monofyletické skupiny (Melone & Ricci 1995; Wallace et al. 1996; Welch & Meselson 2000; Schön et al. 2003; Yamaguchi & Endo 2003; Wysocka et al. 2006; Yu et al. 2006; Yamada 2007; Tinn & Oakley 2008; Schön et al. 2009), pouze Oribatidae zahrnují několik nepohlavních linií (Norton & Behan-Pelletier 2009). Zcela typickým znakem těchto tří skupin je extrémně pomalá morfologická evoluce (Straub 1952; Poinar & Ricci 1992; Waggoner & Poinar 1993; Martens et al. 1997; Martens et al. 2003; Martens et 121
al. 2005; Heethoff et al. 2007; Walter 2009), která ale vůbec nemusí souviset se zpomalenou evolucí molekulární (která byla potvrzena jen u Darwinulidae (Schön et al. 1998)). Rovněž nesouvisí s fenoménem univerzálního genotypu (GPG), neboť, jak už bylo řečeno, tyto linie jsou rozrůzněné. Velmi pravděpodobně souvisí spíše s obsazením stabilních biotopů a nízkou potřebou dále cokoli na morfologii měnit (Pilato 1979). U ostatních obligátně nepohlavních skupin záleží na našem pojetí starobyle asexuálních kladů, jak staré linie do nich už zařadíme. Každá mez je samozřejmě arbitrární. Někteří badatelé pokládají za starobyle nepohlavní linie už linie rozmnožující se obligátně nepohlavně po 50 000 generací či 0,5 milionu let (Law & Crespi 2002a), jindy je upřednostňován jeden milion generací (Schwander et al. 2011). Někteří autoři mluví poněkud vágně o „milionech let“ (Judson & Normark 1996; Normark et al. 2003). Já se v této studii rozhodl držet konzervativního přístupu a za starobyle nepohlavní linie považovat linie obligátně nepohlavně se rozmnožující po více než jeden milion let. U celé řady obligátně asexuálních skupin bylo zpochybněno jejich stáří a může se jednat o pouhé recentní nepohlavní linie. Několik dalších je slibnými kandidáty, ale máme o nich zatím příliš málo informací (viz kapitola 5.2). Nicméně můžeme identifikovat několik dalších dobře podpořených starobyle asexuálních linií. Ty jsou však druhově výrazně chudší než zmíněné tři skupiny a s výjimkou několika dalších skupin roztočů, u kterých zatím nemůžeme s jistotou odhadovat jejich stáří, zřejmě také výrazně mladší. Jejich stáří se pohybuje od jednoho milionu let (Schwander et al. 2011) do zhruba 12 milionů let (Li et al. 2013). Některé tyto linie jsou monofyletické (Vittaria appalachiana (Farrar 1990)), jiné polyfyletické (další skupiny roztočů (Norton et al. 1993), nepohlavní linie rodů Timema (Schwander et al. 2011) a Lasaea (Thiriot-Quivreux 1992; Ó Foighil & Smith 1995; Taylor & Ó Foighil 2000)).
6.2 Hypotéza o širším teplotním rozsahu aktivity starobyle nepohlavních skupin Hypotéza o širším rozsahu teplot, kterým jsou schopny se evolučně přizpůsobit a za kterého jsou schopny aktivovat starobyle nepohlavní skupiny v porovnání s jejich sesterskými či blízce příbuznými pohlavními liniemi, nebyla touto studií podpořena. Nejprve shrnu specifika jednotlivých skupin a komplikace znesnadňující jejich výzkum. Poté uvedu možné důvody tohoto negativního výsledku a zdůrazním některé faktory obecně znesnadňující podobný výzkum. Nakonec navrhnu cestu, jak se jim v budoucnu vyhnout, případně jak testovat hypotézu jinými způsoby. 6.2.1
Poznámky k jednotlivým skupinám
Relativně nejjasnější trend můžeme nalézt u Bdelloidea. Jde o monofyletickou skupinu (Melone & Ricci 1995; Wallace et al. 1996; Welch & Meselson 2000). Její zástupci jsou výrazně ekologicky úspěšnější za vysokých teplot. Srovnávaná Monogononta mají sice také značný teplotní rozsah aktivity, za vyšších teplot však nedosahují takových extrémů a jsou prokazatelně méně úspěšná (Issel 1900; Issel 1901). V tomto ohledu je poněkud problematická spolehlivost jednotlivých studií. Byl zdokumentován jejich údajný výskyt až při 44 °C (Jana & Sarkar 1971) a 45 °C (Issel 1906, převzato z Brues 1928), potažmo 62,5 °C (Kutikova 1970, str. 451). V prvních dvou případech se však zřejmě 122
jedná o teplotu vývěru horkého pramene, nikoli konkrétního obývaného mikrohabitatu, a v posledním případě autorka neuvedla žádné bližší informace, s největší pravděpodobností jde taktéž o teplotu vývěru. Ward a Whipple (1918) dále uvádějí jako nejvyšší teplotu, při které aktivují vířníci, 65 °C, opět však nijak nespecifikují konkrétní taxon ani příslušný zdroj. Na konci příslušné kapitoly uvádějí několik generálních zdrojů, vesměs publikace z druhé poloviny devatenáctého století a počátku století dvacátého, ve kterých by snad historik mohl dohledat přesný zdroj. Co se týče nízkých teplot, co do absolutní meze aktivity není mezi dvěma skupinami rozdíl, Bdelloidea jsou zde ale opět ekologicky úspěšnější (Dartnall 1983; Pejler 1995; Janiec 1996; McDermott & Skorupa 2011). Skupina Darwinulidae je také relativně dobře prozkoumána. Rovněž jde o monofyletickou linii (Schön et al. 2003; Yamaguchi & Endo 2003; Wysocka et al. 2006; Yu et al. 2006; Yamada 2007; Tinn & Oakley 2008; Schön et al. 2009). Můžeme u ní nalézt opačný trend. Dolní teplotní hranice aktivity Darwinulidae a srovnávaných Cypridoidea je prakticky stejná. Vyšší teplotní meze aktivity však dosahují sexuální Cypridoidea. V jejich případě jsou teplotní studie vesměs spolehlivější. Problémem těchto skupin však je, že pohlavní Cypridoidea jsou daleko druhově bohatší, což může zkreslovat náš výsledek. Pohlavní Cypridoidea zahrnují více než 1500 popsaných druhů, zatímco Darwinulidae jen okolo 40 (Martens et al. 1998a; Rossetti et al. 2011). Vyvstává tak otázka, zda pozorovaná patrnost není spíše důsledkem větší druhové bohatosti skupiny Cypridoidea. Hypotézu, že pozorovaná patrnost je pouze důsledkem větší druhové bohatosti pohlavní skupiny, by bylo možné testovat opakovaným porovnáním teplotního rozsahu čtyřiceti nepohlavních druhů Darwinulidae s teplotním rozsahem opakovaně náhodně vybraných čtyřiceti druhů pohlavních Cypridoidea. Příslušná extenzivní data k teplotním mezím aktivity všech druhů skupiny Cypridoidea (případně alespoň jejich reprezentativní frakce) se mi však nepodařilo shromáždit a je otázkou, zda jsou vůbec k dispozici. Příslušné srovnání by rovněž naráželo na problém vymezení druhu u pohlavních a nepohlavních organismů, v případě Cypridoidea navíc na problém existence celých komplexů vzájemně se křížících pohlavních a nepohlavních linií (Martens 1998b). Proto jsem se rozhodl zachovat konzervativně a teplotní rozsah aktivity Darwinulidae označit za menší než u srovnávané skupiny Cypridoidea. Situace u Oribatidae je velice komplikovaná. Přímých studií zaměřených na teplotní limity jejich aktivity je málo a nejsou příliš reprezentativní. Problematický je také fakt, že dostupné údaje o teplotních mezích aktivity pocházejí téměř výhradně od organismů obývajících velmi abioticky proměnlivá prostředí (Sjursen & Sømme 2000); ne stabilní a extrémní, ve kterých by podle naší hypotézy měly mít výhodu nepohlavní druhy. Proto jsem musel svůj výzkum doplnit o porovnání biogeografického rozšíření jednotlivých skupin; pokud je například jedna skupina omezená na tropy, zatímco druhá má kosmopolitní rozšíření, můžeme se domnívat, že teplotní rozsah aktivity druhé skupiny bude větší. Ještě větším problémem je fakt, že starobyle nepohlavních linií je v této skupině několik a jejich fylogenetické vztahy, stejně jako vztahy k příbuzným pohlavním skupinám, jsou nejasné (Norton et al. 1993; Norton 1994; Domes et al. 2007a; Domes et al. 2007b; Heethoff et al. 2009; Norton & Behan-Pelletier 2009; Dabert et al. 2010). U Oribatidae také možná došlo 123
k reevolvování sexuality ve skupině Crotoniidae (Domes et al. 2007b). Z těchto důvodů jsem se snažil odvodit nejpravděpodobnější fylogenetické vztahy a porovnat sesterské pohlavní a nepohlavní skupiny, abych posléze u celé skupiny určil převládající trend. Zvolil jsem proto také jiný způsob prezentace výsledků (viz kapitola 5.5). Zdůrazňuji, že jsem nepostupoval tak, že bych postupně porovnal jednotlivé možnosti či případně srovnal starobyle nepohlavní klad se všemi možnými příbuznými najednou. Zdá se, že u Desmonomata je teplotní rozsah aktivity srovnávané pohlavní skupiny větší, s čímž koreluje i její širší geografické rozšíření. U Enarthronota potom můžeme vycházet pouze z geografického rozšíření a to v tomto případě neposkytuje žádné jasné výpovědi o širších teplotních mezích aktivity u pohlavních či naopak nepohlavních skupin. Ještě méně informací je dohledatelných k teplotnímu rozsahu ostatních skupin roztočů. U nich není dostatečně prozkoumáno ani jejich geografické rozšíření a do testování hypotézy o teplotním rozsahu aktivity jsem je proto nemohl vůbec zařadit. Vittaria appalachiana je monofyletickou linií, její fylogenetické vztahy však nejsou zcela jasné (Farrar 1985; Farrar 1990). Byla sice popsaná jako jeden druh (Farrar & Mickel 1991), ve skutečnosti se však její jednotlivé populace fenotypově i genotypově odlišují (Farrar 1978; Farrar 1985; Farrar 1990) a je možné je pojmout jako několik nepohlavních „druhů“, které se odlišily při absenci pohlavního rozmnožování. Pravděpodobně je sesterská či blízce příbuzná druhu Vittaria graminifolia (Farrar 1978; Crane 1997), ale nelze zcela vyloučit ani sesterskou pozici Vittaria linneata (Gastony 1977), která byla dříve považována za její sesterský druh. U žádného z těchto druhů nejsou k dispozici konkrétní studie na teplotní tolerance či meze aktivity. Na druhou stranu je však poměrně dobře známé jejich geografické rozšíření (Farrar 1978; Farrar 1990), a protože jde o v přírodě dlouhověké rostliny, mohl jsem z teplotní mapy (Hijmans et al. 2005) odečíst minimální a maximální roční teploty, se kterými se setkávají. Starobyle nepohlavní Vittaria appalachiana má podle tohoto srovnání jasně širší rozsah teplot než možné sesterské druhy. Problémem použitých teplotních map je fakt, že teploty povrchu Země jsou na nich z praktických důvodů extrapolovány – konkrétní teploty se totiž měří jen na zlomku povrchu Země a navíc se měření liší provedením i metodikou. Pro globální srovnání je však třeba unifikované teplotní mapy (Hijmans et al. 2005). Zcela jasně tak teplotní minima a maxima odečtená z těchto map neodpovídají reálným minimům a maximům na konkrétním území. Přes všechny tyto problémy jsou však klimatické mapy široce využívány (Šímová, osobní sdělení). K Vittaria appalachiana se navíc váže další problém. Protože obývá poměrně specifické mikrohabitaty, je oprávněné se domnívat, že skutečné teploty, se kterými se setkává, jsou poněkud pufrované proti extrémům. Protože v této metastudii vycházím pouze z poměru velikostí teplotních rozsahů, tj. data převádím na nominální, nehrají zmíněná fakta velkou roli. Pokud bychom však chtěli srovnávat konkrétní teploty u jednotlivých skupin, případně pracovat s konkrétní velikostí rozsahů, je třeba mít na paměti, že v tomto případě jde pouze o hrubý odhad a takto odvozená data nejsou srovnatelná s přímo zjištěnými teplotami například u Bdelloidea či Darwinulidae. Situace u rodu Timema je analogická právě zmíněnému případu. V něčem je komplikovanější, v něčem naopak lehčí. Na rozdíl od Vittaria appalachiana se v případě starobyle nepohlavních linií 124
tohoto taxonu nejedná o monofyletickou skupinu. Na druhou stranu ale u třech starobyle nepohlavních druhů tohoto taxonu můžeme spolehlivě identifikovat sesterské pohlavní druhy (Sandoval et al. 1998; Vickery & Sandoval 2001; Law & Crespi 2002a; Law & Crespi 2002b; Schwander et al. 2011). Stejně jako v minulém případě však nejsou k dispozici žádné studie o konkrétních teplotních mezích aktivity. Proto jsem musel, stejně jako v předchozím případě, vycházet z biogeografického rozšíření příslušných linií (Law & Crespi 2002a) a jeho srovnání s již zmíněnými teplotními mapami (Hijmans et al. 2005), k čemuž se váží stejné problémy. Následně jsem ze zjištění vztahů teplotních rozsahů tří zmíněných dvojic druhů odvodil celkový trend u této skupiny. Ten, byť není silný a rozdíl vidíme jen u dvou srovnávaných dvojic druhů, vykazuje širší rozsah teplot aktivity u pohlavních druhů. V případě opačného výsledku by pozorovaná patrnost mohla důsledkem snížené adaptivity pohlavních druhů vlivem genového toku uvnitř pohlavních populací, tj. „imigrační zátěže“ (Peck et al. 1998) (viz kapitola 2.3.8), nikoli důsledkem mechanismů popisovaných teorií zamrzlé plasticity. Z hlediska testované hypotézy jsem však dospěl k negativnímu výsledku a touto možností se nemusíme dále zabývat. Srovnání pohlavních druhů a nepohlavních linií rodu Lasaea svým způsobem kombinuje komplikace dvou předchozích skupin. Fylogenetické vztahy mezi dvěma pohlavními druhy a množstvím nepohlavních linií nejsou zdaleka jisté (Thiriot-Quivreux 1992; Ó Foighil & Smith 1995; Taylor & Ó Foighil 2000; Li et al. 2013). Studií na teplotní meze aktivity druhů tohoto rodu je málo a vztahují se jen na nepohlavní linie (Morton et al. 1957; Davenport & Beard 1988; Tyler-Walters & Davenport 1990). Na druhou stranu má tento rod příhodné biogeografické rozšíření; oba pohlavní druhy žijí výhradně na pobřeží Austrálie a Tasmánie, zatímco jejich příbuzné nepohlavní linie mají globální rozšíření (Ó Foighil & Smith 1995; Ó Foighil & Thiriot-Quievreux 1999; Taylor & Ó Foighil 2000). Z této distribuce jsem mohl s použitím klimatických map (NASA 2013) jasně odvodit, že nepohlavní linie dokáží aktivovat za širšího rozsahu teplot než pohlavní druhy rodu. V tomto případě klimatické mapy nejsou extrapolovány, ale vyjadřují konkrétní teploty odečtené satelitem z povrchové vrstvy oceánu. Efekt je samozřejmě daný jejich geografickým rozšířením, je ale nanejvýš pravděpodobné, že nejde na vrub jen jemu. Zástupci nepohlavních linií jsou na nízké teploty specificky adaptováni, protože jednotlivé druhy a linie Lasaea mají svá jasně daná teplotní optima, která se liší například mezi jednotlivými nepohlavními liniemi obývajícími různé hloubky pobřeží (Tyler-Walters & Davenport 1990). K rodu Lasaea se dále váže podobný problém s obývaným mikrohabitatem, se kterým jsme se setkali už u Vittaria appalachiana, jen s opačným znaménkem. Lasaea obývá poměrně specifické mikrohabitaty přílivové zóny, které jsou po značný čas nad hladinou mořské hladiny vystaveny vysokým teplotám a vysychání. Víme, že za těchto teplot Lasaea neaktivuje (Morton et al. 1957). Avšak i po ponoření bude teplota jejich mikrohabitatu pravděpodobně odlišná od teploty na otevřeném moři. Nám jde v této metastudii pouze o určení, zda jsou za širšího rozsahu teplot schopni aktivovat pohlavní či naopak nepohlavní zástupci, což ze zmíněných dat můžeme spolehlivě vyčíst. Pokud bychom však chtěli pracovat s konkrétními teplotami či konkrétní velikostí rozsahů, musíme mít zmíněné komplikace na mysli. 125
6.2.2
Poznámky obecného charakteru
Ačkoli testovaná hypotéza nebyla podpořená, ze shromážděných dat můžeme vyvodit řadu zajímavých poznatků a poučení. Teplotu jako faktor prostředí jsem pro testování příslušné hypotézy zvolil proto, že umožňuje srovnání napříč velkou škálou taxonů z nejrůznějších habitatů. Jen obtížně by bylo možné nalézt podobně univerzální faktor prostředí; vlhkost, pH, ozáření a další myslitelné faktory je možné aplikovat jen na malou část starobyle nepohlavních taxonů. Testovaná hypotéza vychází z ekologických implikací teorie zamrzlé plasticity. Proto je zásadní testovat teploty, za kterých příslušné skupiny ještě aktivují, a ne případné extrémní tolerance jejich odolných stádií. Z hlediska teorie nejsou důležité dočasné extrémy abiotických faktorů prostředí, které jsou určité taxony schopné přežít, ale naopak dlouhodobě stabilní extrémní prostředí, na které jsou příslušné taxony specializované (viz kapitola 2.4). Ve výzkumech podobných zde provedené metastudii je proto zcela zásadní nejdříve přezkoumat životní strategie studovaných taxonů, zejména jejich délku života. Z toho se odvíjí typ dat, která musíme vyhledávat. Pokud organismus žije jen pár týdnů, nemůžeme vycházet například z maximální a minimální roční teploty v jím obývaném habitatu, ale můžeme brát v úvahu jen teploty při jeho nálezu. Navíc musíme vzít v potaz možnou přítomnost dormantních stádií u námi zkoumaného taxonu. Pokud je má, opět musíme být velmi opatrní a v potaz brát jen teploty, za kterých prokazatelně aktivuje. Podobné srovnání je velmi komplikované. Dostatek relevantních informací o teplotách, za kterých dokáží jejich zástupci aktivovat, je dostupný jen od relativně nejprozkoumanějších skupin Bdelloidea, Darwinulidae a Oribatidae, spolu s jejich sesterskými skupinami. Ani tyto údaje však nejsou nijak extenzivní a jde spíše o jednotlivá pozorování, nezřídka stará více než sto let. Tento tristní poznatek není překvapivý. Rozsáhlé studie zaměřené na zjišťování nejrůznějších vlastností širokého spektra organismů se v současné době téměř neprovádějí. Jen o něco málo lepší je situace u laboratorních experimentů zaměřených na zjišťování teplotních mezí aktivity konkrétních druhů. Značným problémem, ovšem o nic více překvapivým, také je, že u každé skupiny se výzkum ubírá odlišným směrem a probíhá s odlišnou intenzitou. Rozhodně bychom také měli mít na mysli, že zde srovnávaný absolutní teplotní rozsah podmínek aktivity je velmi zjednodušující. Zkoumané druhy jsou například za různých teplot ekologicky různě úspěšné, mají různé teplotní preference a jejich aktivita neustává náhle, ale na určité škále. K provedení statistického testu však bylo třeba různorodé poznatky formalizovat. Konkrétní specifika jednotlivých skupin jsem se však vždy u příslušných skupin snažil okomentovat. Příčinou negativního výsledku může být samozřejmě fakt, že nepohlavní linie ve skutečnosti neoplývají větší adaptabilitou, než linie pohlavní. Případně mohou tyto linie evolučně „rozmrzat“ relativně často a nemusí u nich docházet ve výrazné míře k nevratnému „zamrzání“ znaků (viz kapitola 2.4.1), takže se přizpůsobí i extrémním podmínkám prostředí. Proti tomuto závěru však
126
nepřímo svědčí výrazně větší tolerance i rozmezí aktivity primárně nepohlavních prokaryot ve všech myslitelných abiotických faktorech prostředí (Toman 2011). Také je možné, že teplota není vhodně zvoleným abiotickým faktorem pro srovnání podobná této metastudii a v neposlední řadě může být negativní výsledek způsoben nedostatečným množstvím analyzovaných dat. Máme nějakou jinou možnost, jak testovat hypotézu o větší adaptabilitě nepohlavních organismů vyplývající z teorie zamrzlé plasticity? První možností je počkat na objevení či potvrzení nových starobyle nepohlavních linií a metastudii provést ve větším měřítku. Ze studie však vyplývá, že mezi starobyle nepohlavními a příbuznými pohlavními skupinami obecně není velký rozdíl v rozsahu životních teplot. Teplota jako faktor prostředí tedy možná není pro podobné srovnání vhodná. Zůstává však otázkou, jaký jiný faktor by mohl teplotu v podobném srovnání nahradit – žádný není tak univerzální a neumožňuje srovnání všech starobyle nepohlavních skupin, kterých navíc není mnoho. Další teoretickou možností je shromáždit větší množství dat k jednotlivým druhům starobyle nepohlavních taxonů a jejich sesterských nebo blízce příbuzných pohlavních taxonů. Potom by bylo možné srovnat nikoli rozsah teplotních mezí aktivity celých taxonů, ale rozptyl teplotních mezí aktivity jejich druhů. U starobyle nepohlavních taxonů bychom podle teorie očekávali rozptyl velký, u pohlavních taxonů naopak malý, jen málo se odchylující od teplotní preference předka skupiny. Z předběžného průzkumu, který jsem provedl, vyplývá, že podobné srovnání by v současnosti bylo proveditelné zřejmě pouze u skupiny Bdelloidea. Ze situace u jedné skupiny však nemůžeme usuzovat na celkovou zákonitost univerzální všem starobyle nepohlavním skupinám. K jakémukoli srovnání zahrnujícímu konkrétní rozsahy teplot či konkrétní teploty bychom také potřebovali srovnatelné teplotní údaje získané jednotnou metodou; což není případ této metastudie, viz výše.
6.3 Hypotéza o větší homogenitě prostředí starobyle nepohlavních linií Hypotéza o tom, že starobyle nepohlavní skupiny obývají homogennější prostředí než jejich sesterské či blízce příbuzné ekologicky srovnatelné pohlavní skupiny, byla touto metastudií podpořena. Nejprve shrnu, jaké teoretické výhody asexuality se projevují u jednotlivých starobyle nepohlavních skupin a zda je právě homogenita prostředí opravdu nejlepším vysvětlením pozorovaných patrností. Poté zdůrazním některé další zajímavé rysy ekologie starobyle nepohlavních skupin a navrhnu další možnosti výzkumu v této oblasti. 6.3.1
Poznámky k jednotlivým skupinám
Hned na úvod musím poznamenat, že u žádné z těchto skupin nehraje kvůli jejich starobylé asexualitě velkou roli ani dobrá startovní pozice, ani skrytý sex, který se u nich prokazatelně nevyskytuje. Vířníci Bdelloidea v porovnání s Monogononta obývají přednostně marginální habitaty (Ricci 1987; Pejler 1995; Welch et al. 2009). Jsou výhradně bentičtí, případně přisedlí (Koste & Shiel 1986; Ricci & Balsamo 2000). Dále jsou schopni velmi rychle přejít do neaktivního stavu anhydrobiózy, 127
čímž se vyhnou nepříznivým vlivům prostředí. Aktivují jen za pro ně příznivých podmínek, jejich prostředí je pro ně subjektivně homogenní (Pilato 1979; Ricci 2001). Anhydrobióza jim navíc umožňuje zbavit se parazitů (Wilson & Sherman 2010; Wilson 2011) a poskytuje možnost velmi účinné disperze (Caceres & Soluk 2002), z čehož vyplývá jejich strukturovaná metapopulační struktura. Prostřednictvím těchto vlastností se hypoteticky mohou vyhnout nepříznivým důsledkům plynoucím z teorie Červené královny, respektive dalších teorií pohlavního rozmnožování založených na heterogenitě prostředí v čase či prostoru (Ladle et al. 1993). S touto vlastností souvisí i mimořádně intenzivní horizontální genový transfer (Gladyshev et al. 2008), opravy dvouřetězcových zlomů DNA a mimořádná odolnost k záření (Gladyshev & Meselson 2008) a hladovění (Ricci & Perletti 2006). Živorodost se u nich nevyskytuje. Bdelloidea nevykazují geografickou partenogenezi, nicméně nad Monogononta výrazně převažují v půdě (Pejler 1995), přičemž ve vysokohorské půdě se vyskytují zřejmě výhradně ony (Devetter, osobní sdělení). Jednotlivé druhy se samozřejmě liší tolerancí k různým faktorům prostředí (Koste & Shiel 1986), úspěch Bdelloidea však nelze vysvětlit existencí univerzálního genotypu (GPG). Jednotlivé druhy jsou totiž nezřídka velmi specializované (Ricci 1987; Birky et al. 2005). Není na ně ale aplikovatelný ani model zamrzlé palety nik (FNV), protože Bdelloidea jsou velmi starobylou skupinou s monofyletickým původem (Melone & Ricci 1995; Wallace et al. 1996; Welch & Meselson 2000) pravděpodobně v hybridizaci (Welch et al. 2008). Speciace a specializace jednotlivých recentních druhů nastávaly při absenci pohlavního rozmnožování (Ricci 1987; Birky et al. 2005; Pouchkina-Stantcheva et al. 2007; Welch et al. 2008), nikoli opakovaným odštěpováním z pohlavního kladu. V neposlední řadě se potom liší v preferenci prostředí od příbuzných, ale ekologicky srovnatelných Monogononta. Právě z tohoto důvodu se domnívám, že jejich úspěch nejlépe vysvětluje právě obývání homogenního prostředí. Darwinulidae preferují marginální habitaty, podobně jako předchozí skupina (Schön et al. 1998; Pinto et al. 2005; Pieri et al. 2009; Schön et al. 2009). Stejně jako Bdelloidea jsou výhradně bentičtí či přisedlí (Dole-Olivier et al. 2000; Schön et al. 2009; Rossetti et al. 2011). Nepříznivé podmínky (i když ne tak výrazně nepříznivé, jako předchozí skupina) jsou schopni přežít ve stavu torporu, takže prostředí je pro ně do značné míry také subjektivně homogenní. Torporu je však schopna i řada zástupců Cypridoidea, takže tato vlastnost pro ně, na rozdíl od předchozí dvojice skupin, není výhradní (Delorme & Donald 1969; Carbonel et al. 1988; Retrum et al. 2011). Darwinulidae mají výrazně zpomalenou rychlost molekulární evoluce, potažmo hromadění mutací v jejich genomu (Schön et al. 1998). V trvalých vodních plochách preferují Darwinulidae hypoxické oblasti (Rossi et al. 2002; Smith et al. 2006; Schön et al. 2009). Darwinulidae se také jen velice zřídka stávají cílem predace (Ranta 1979). I když k šíření mají hypoteticky řadu preadaptací (Delorme & Donald 1969; Martens 1998b; Frisch et al. 2007; Retrum et al. 2011), zřejmě nejsou dobří kolonizátoři (Malmqvist et al. 1997; Martens et al. 2008). Prakticky se nevyskytují ve starobylých jezerech, kde mají výraznou výhodu pohlavní lasturnatky (Schön & Martens 2004). Pravděpodobně zde působí daleko silnější biotické tlaky. U některých skupin Cypridoidea můžeme vysledovat geografickou partenogenezi (Horne et al. 1998), na Cypridoidea a lasturnatky jako celek, stejně jako na Darwinulidae, ji však 128
aplikovat nemůžeme (Bell 1982, str. 265–266; Schwander & Crespi 2009a). Darwinula stevensoni jasně vykazuje univerzální genotyp, oplývá velmi širokou toleranci abiotických faktorů spojenou s globálním rozšířením a malou genetickou variabilitou (Van Doninck et al. 2002). Na ostatní druhy rodu však tento koncept lze aplikovat jen omezeně nebo vůbec (Van Doninck et al. 2003a). Stejně tak není pravděpodobná hypotéza, že ostatní druhy rodu byly ze starobyle asexuální Darwinula stevensoni, přežívající dlouhodobě kvůli GPG, nedávno odštěpeny (Van Doninck et al. 2002). Jsou totiž rovněž starobylé (Martens et al. 2003). Kvůli starobylému (Martens et al. 2003) a monofyletickému původu skupiny (Schön et al. 2003; Yamaguchi & Endo 2003; Wysocka et al. 2006; Yu et al. 2006; Yamada 2007; Tinn & Oakley 2008; Schön et al. 2009) na ně není aplikovatelný ani koncept FNV. U Darwinulidae nenalezneme alternativní způsob výměny genetické informace. Darwinulidae jsou živorodá (Butlin et al. 1998a). Situace je tedy do značné míry podobná, jako u předchozí skupiny, jen výrazně více „zamlžená“. Jen málokterá patrnost u nich platí absolutně oproti pohlavním Cypridoidea. Můžeme se ptát, co stojí za touto „zamlžeností“ ekologických trendů. Může se jednat například o nepoměr v druhové bohatosti dvou zde srovnávaných skupin. Značnou roli také může hrát fakt, že některé druhy Cypridoidea často odštěpují nové recentně asexuální populace (celá řada druhů má pohlavní i nepohlavní populace, někdy se o některých druzích Cypridoidea mluví až jako o „motoru na odštěpování nových druhů“), které mohou mít výhodu v řadě prostředí preferovaných starobyle asexuální skupinou (Martens 1998b). Lasturnatky obecně mají zřejmě řadu preadaptací k úspěšnému přechodu k obligátní asexualitě, například jsou obecně velmi málo parazitovány (Schön et al. 2009; Bruvo et al. 2011). Starobyle nepohlavní zástupci Oribatidae převažují v půdě a jejich zastoupení roste s hloubkou půdního horizontu (Norton & Palmer 1991; Karasawa & Hijii 2008; Maraun et al. 2009), naopak mezi arboreálními druhy převažují pohlavní skupiny (Karasawa & Hijii 2008; Maraun et al. 2009). Půdní prostředí udržuje stabilní vlhkost, chrání před výkyvy teplot a slunečním zářením (Krivolutsky & Druk 1986). Starobyle nepohlavní zástupci Oribatidae dále upřednostňují abioticky málo proměnlivé lesní půdy ve srovnání s proměnlivějšími půdami luk (Siepel 1994). I experimenty ukázaly, že mají výhodu ve stabilním prostředí s dostatkem nestrukturovaných zdrojů (což odpovídá řadě ekologických teorií pohlavního rozmnožování, viz kapitola 2.2.4) (Domes et al. 2007c; Maraun et al. 2012). Nepohlavní zástupci nejsou v porovnání s pohlavními liniemi lepšími kolonizátory (Skubala & Gulvik 2005; Domes et al. 2007c; Cianciolo 2009). V teoretické rovině zůstává možnost jejich geografické partenogeneze (Behan-Pelletier 1997), protože důkazy pro ni jsou přinejmenším velice nejasné (Norton & Palmer 1991; Cianciolo & Norton 2006). Fenomén GPG se u nich ve větší míře neprojevuje, naopak řada morfologicky popsaných „druhů“ se širokým rozšířením možná ve skutečnosti sestává z řady kryptických druhů (Heethoff 2004; Heethoff et al. 2007). Jejich nepohlavní linie jsou velmi starobylé a nejde o velké specialisty, nelze na ně tedy aplikovat ani koncept FNV (Maraun et al. 2003; Heethoff et al. 2007). Zůstává otázkou, zda výhodu nepohlavním druhům poskytuje obtížné vyhledávání pohlavního partnera, stabilní abiotické podmínky v půdě, fakt, že se živí zejména rozkládajícím se materiálem a nemusí se svými protivníky držet krok v koevolučním 129
zápase, hypoteticky omezený přenos parazitů v půdním prostředí či rovnoměrná distribuce potravy. Oribatidae jsou, jak se zdá, ovlivňovány hlavně abiotickými faktory prostředí, případně kompeticí, ale velmi málo predací a parazitací. Můžeme jen spekulovat, jestli je u nich například predace snížena přítomností obranných mechanismů nebo život v půdním horizontu omezuje přenos parazitů. Každopádně, prostředí upřednostňované starobyle nepohlavními liniemi tohoto taxonu je výrazně homogennější a právě tento fenomén se zdá nejlepším vysvětlením pozorovaných patrností. Endeostigmata upřednostňují půdu a zejména hluboké půdní horizonty (Walter 2009), příbuzné pohlavní skupiny obývají heterogennější prostředí s více biotickými interakcemi (Norton et al. 1993; Neher et al. 2009; Darby et al. 2011). Situace ohledně jejich ekologie je do značné míry analogická s předchozím případem, pouze nejsou tak důkladně prozkoumaní. Obývání půdního prostředí je zřejmě predispozicí přechodu k asexualitě. Velice podobná situace je i u starobyle nepohlavních linií taxonu Trombidiformes (Neher et al. 2009; Walter et al. 2009; Darby et al. 2011). Jejich příbuzné skupiny, ať už jednotlivě, nebo v libovolné kombinaci (jejich fylogenetická pozice není zcela jasná), navíc mají výrazně větší disparitu ve vlastnostech fenotypu než tyto nepohlavní linie (Norton et al. 1993; Neher et al. 2009; Walter et al. 2009; Darby et al. 2011). Není bez zajímavostí, že roztoči byli jedněmi z prvních zástupců mnohobuněčných živočichů, kteří se přizpůsobili životu v suchozemském prostředí (Walter 2009). Hypoteticky mohly mít v dosud neobsazeném prostředí s minimem biotických interakcí výhodu nepohlavní linie, ale s postupem času, zaplňování a tvorby nových ekologických nik a zesložiťováním biotických interakcí mohli převážit pohlavní zástupci. Nepohlavní linie mohly být později vytlačeny jen do specifických homogenních habitatů, například půdy a zejména jejích hlubokých horizontů. Vittaria appalachiana obývá geologicky (Farrar 1998) i ekologicky stabilní habitaty. Jak jsem již zmínil (viz kapitoly 5.7.1, 5.7.3 a 6.2.1), vzhledem ke genetickým i fenotypovým odlišnostem jejích jednotlivých populací je možné ji pojmout jako skupinu nepohlavních linií či druhů. Obývané převisy zajišťují stabilní hladinu vlhkosti a chrání před výkyvy teplot (Farrar 1978; Farrar 1990; Farrar 1998). Velmi nízké hladiny osvětlení mají za následek minimalizaci mezidruhové konkurence. Tato nepohlavní linie také vykazuje geografickou partenogenezi oproti možným sesterským pohlavním druhům (Farrar 1978; Farrar 1998). Rozšíření ve vyšších zeměpisných šířkách má zřejmě za následek menší parazitaci (Rohde 1986; Rohde & Heap 1998). Samotné tyto rostliny jsou velmi náchylné k parazitaci a konkurenci, jak naznačují pokusy o pěstování v laboratoři (Caponetti et al. 1982). Příbuzné pohlavní skupiny tyto patrnosti nevykazují. Na Vittaria appalachiana nemůžeme aplikovat GPG. Byla sice popsána jako jeden druh a má široké rozšíření; rozhodně však nemá širokou teplotní toleranci. Mezi jejími jednotlivými populacemi docházelo ke specializaci při absenci pohlavního rozmnožování, tyto populace se liší v genotypu i fenotypu (Farrar 1978; Farrar 1985; Farrar 1990). Vittaria appalachiana má dále monofyletický původ (Farrar 1985; Farrar 1990), zřejmě v hybridizaci (Farrar 1990). Právě z tohoto důvodu, a také kvůli vysokému stáří linie (Farrar 1990; Docking et al. 2006), na ní není aplikovatelný model FNV. Pozorované trendy opět nejlépe vysvětluje obývání velmi homogenního prostředí. 130
Nepohlavní a pohlavní linie rodu Timema se ekologicky příliš neliší. Dva ze tří nepohlavních druhů mají užší potravní spektrum než sesterské pohlavní druhy (Law & Crespi 2002b). Nelze ale prohlásit, že by u nich došlo ke specializaci – morfologicky se prakticky neliší (Sandoval et al. 1998). Starobyle nepohlavní druhy také mají oddělené areály od dalších zástupců rodu, a to zpravidla velkou vzdáleností (Sandoval et al. 1998; Law & Crespi 2002b). Z tohoto důvodu je možné, že mohou těžit z absence mezidruhové kompetice s jinými zástupci rodu; zejména sesterskými liniemi se stejnou či překrývající se potravní nikou. Recentní nepohlavní zástupci rodu potom vykazují geografickou partenogenezi, ta se však neprojevuje u starobyle nepohlavních zástupců (Law & Crespi 2002a; Law & Crespi 2002b). Dva ze tří sice mají znatelně severnější rozšíření oproti sesterskému pohlavnímu druhu, což by hypoteticky mohlo značit například nižší parazitaci (Rohde 1986; Rohde & Heap 1998), jiné druhy rodu, včetně pohlavních, jsou však rozšířeny do ještě vyšších zeměpisných šířek (Law & Crespi 2002b). Na starobyle nepohlavní linie rodu Timema nelze aplikovat koncepty GPG a FNV. Nepohlavní linie rozhodně nevykazují univerzální genotyp, mají vesměs menší areál rozšíření, potravní niku (Law & Crespi 2002a; Law & Crespi 2002b) a teplotní meze aktivity než sesterský pohlavní druh. Stejně tak situace u rodu neodpovídá možnosti, že by se od pohlavních druhů opakovaně odštěpovaly specializované nepohlavní linie, které by pohlavní zástupce vytlačily. Jak již bylo řečeno, tyto linie ani nejsou výrazně specializované. U tohoto rodu ale nemůžeme ani prohlásit, že by starobyle nepohlavní linie obývaly homogennější či heterogennější prostředí než sesterské linie pohlavní. Zdaleka nejproblematičtější je z hlediska testování naší hypotézy situace u rodu Lasaea. Není totiž k dispozici dostatek informací o možných ekologických rozdílech jejích pohlavních a starobyle nepohlavních zástupců. Můžeme vycházet pouze z poznatku, že nepohlavní zástupci mají globální rozšíření, zatímco pohlavní druhy jsou omezené jen na pobřeží Austrálie a Tasmánie (Ó Foighil & Smith 1995; Ó Foighil & Thiriot-Quievreux 1999; Taylor & Ó Foighil 2000). Tento rod tudíž vykazuje geografickou partenogenezi, jejíž příčinou jsou zřejmě výborné disperzní vlastnosti přímo se vyvíjejících nepohlavních linií (Ó Foighil 1989). Konsekventně mají nepohlavní linie širší teplotní rozmezí aktivity. Můžeme považovat přinejmenším za nápadné, že nepohlavní linie mají bez výjimky přímý vývoj, mládě se vyvíjí v těle matky a samice jsou živorodé (Rosewater 1975; Ó Foighil & Eernisse 1988; Ó Foighil 1989). Tuto vlastnost má však i jeden ze dvou pohlavních druhů (Lasaea colmani) (Ó Foighil & Smith 1995), a tak nemůžeme odvodit žádné jasné závěry. Na rod Lasaea nelze úspěšně aplikovat model GPG. Nepohlavní linie sice mají kosmopolitní rozšíření (Ó Foighil 1989), rozhodně ale nejde o jeden výborně adaptovaný genotyp se širokou ekologickou valencí. Jednotlivé nepohlavní linie jsou omezené na jednu geografickou oblast, geneticky i ekologicky jsou velmi divergentní (Crisp & Standen 1988; Ó Foighil & Eernisse 1988; Tyler-Walters & Davenport 1990; Ó Foighil & Smith 1995; Ó Foighil & Smith 1996; Ó Foighil & Jozefowicz 1999; Ó Foighil & ThiriotQuievreux 1999; Taylor & Ó Foighil 2000; Ó Foighil et al. 2001; Li et al. 2013). Stejně tak naše poznatky nevyčerpává ani FNV. Přechod k nepohlavnosti sice zřejmě nastal při několika nezávislých hybridizačních událostech (Taylor & Ó Foighil 2000; Li et al. 2013), nově vzniklé linie se však dále 131
šířily v oblastech bez zastoupení sesterského pohlavního druhu a dávaly vznik dalším ekologicky specializovaným nepohlavním liniím, to vše při absenci pohlavního rozmnožování, kdy hlavním zdrojem genetické variability byly pouze mutace (Taylor & Ó Foighil 2000). Z důvodu nemožnosti identifikovat hypotetické ekologické rozdíly mezi pohlavními a nepohlavními liniemi tohoto rodu jsem jej nezařadil do testování příslušné hypotézy. Na následujících řádcích si však stručně shrňme ekologii tohoto rodu obecně. Může nám to pomoct identifikovat například možné preadaptace k přechodu k nepohlavnímu rozmnožování. Mlži rodu Lasaea obývají oblasti přílivové zóny v průměru zaplavované při skočném přílivu. Obvykle se vyhýbají extrémním teplotám a riziku úplného vyschnutí životem v mělkých prasklinách a stíněných nerovnostech kamene, obýváním pozůstatků schránek vilejšů a ostrůvků přílivové vegetace. Živí se filtrací detritu, což dokáží provádět i při neúplném ponoření. Jedinci mají tendenci okamžitě vyhledávat substrát k přichycení, a pokud se takový v okolí nenachází, přichycují se jeden k druhému (Morton et al. 1957). Obývají oblasti od úplného ponoření po 4 hodiny z 12 (v těchto podmínkách nikdy není jedinec na suchu více než jeden příliv) až po úroveň přílivové zóny, kde mohou být ponoření jen 1 hodinu z 12 (za podmínek hluchého přílivu nemusejí být v tomto případě jedinci ponoření až po 12 dní v kuse). V prvním případě substrát prakticky nevysychá a teploty se drží konstantně nízko, v druhém nastávají značné výkyvy. Značnou roli hraje vítr a intenzita vln, které prodlužují periodu zaplavení (Morton et al. 1957). Organismy z prostředí výše v přílivové zóně mají rychlejší reakce na změnu podmínek, po zaplavení začnou rychleji a účinněji filtrovat. Lasaea dokáže filtrovat a získávat potravu už v množství vody, které sotva zaplaví její lasturu. Lasaea má vysokou toleranci k nízké i vysoké salinitě, přičemž větší toleranci mají zástupci žijící výše v přílivovém pásmu. Ti mají také výrazně (asi o 50 %) vyšší respiraci. Lasaea nedokáže přijímat vzdušný kyslík; respirace probíhá, jen pokud jsou zástupci plně ponoření. Vyschnutí se jedinci brání pevným uzavřením schránek a zpomalením metabolismu, přičemž zástupci žijící výše v přílivovém pásmu jsou tomu lépe přizpůsobení. Schránky zavírají rychleji a vydrží v tomto stavu déle (Morton et al. 1957). Jen málo měkkýšů dokáže žít tak vysoko v přelivovém pásmu, Lasaea je zde navíc velmi úspěšná. Zástupci přebývající výše v přílivovém pásmu mají navíc zřejmé specifické adaptace – morfologické (například malá velikost, odlišné zbarvení), behaviorální (například vyhledávání stanoviště) a fyziologické (intenzita respirace, odolnost k širokému rozmezí salinity) (Morton et al. 1957). Bohužel, ze studie Mortona, Boneyho a Cornera (1957) nelze určit, zda jsou tyto adaptace kódovány geneticky. Specifické adaptace jednotlivých nepohlavních linií na různé podmínky prostředí – například teplotu či výšku v přílivové zóně – však odhalily i další studie (Crisp & Standen 1988; Tyler-Walters & Davenport 1990). Obě adaptace jsou pravděpodobně založené na genetickém základu, jednotlivé nepohlavní linie s odlišnými teplotními preferencemi a odlišnou obývanou výškou pobřeží přílivové zóny se liší v enzymové elektroforéze (Tyler-Walters & Davenport 1990). 132
Zajímavý je fakt, že, na rozdíl od podobných živočichů, zástupci rodu Lasaea nedokáží zřejmě ani v omezené míře dýchat vzdušný kyslík. Za nepříznivých podmínek totiž pevně uzavřou lastury a přejdou do neaktivního stavu. Právě tato vlastnost ale může být preadaptací na život v drsném přílivovém pásmu. V neaktivním stavu mohou zástupci rodu Lasaea přežívat až několik dní (podle Mortona, Boneyho a Cornera (1957) například až 12 dní) a je otázkou, zda nejde o evoluční obdobu anabiózy Bdelloidea a torporu Darwinulidae. Nepříznivá období by Lasaea mohla přežít v neaktivním stavu a její prostředí by pro ni potom bylo subjektivně homogenní. Na testování této hypotézy by však bylo třeba důkladnějšího výzkumu a rozlišení pohlavních a nepohlavních linií. Protože rod Lasaea obývá drsné prostředí přílivové zóny, obvykle nemá příliš velkou konkurenci ze strany jiných měkkýšů. Nelze však prohlásit, že by obecně zažívali jeho zástupci málo biotických interakcí. Obývají společenstvo s řadou vodních rostlin, stejnonožců (Isopoda), chvostoskoků, roztočů, brouků, štírků (Pseudoscorpiones) a plžů, níže v přílivové zóně potom dalších mlžů (Morton et al. 1957). Schránky mohou být porostlé amenzálními vláknitými sinicemi a zelenými filamentózními řasami například rodu Entocladia, které způsobují jejich erozi (Morton et al. 1957). Všichni nepohlavní zástupci (ale i pohlavní Lasaea colmani) mají přímý vývoj s nepřítomností ancestrální planktonní larvy (Rosewater 1975; Ó Foighil & Eernisse 1988; Ó Foighil 1989). Podle paleontologických výzkumů by tento stav měl znamenat větší extinkční rychlost při průběžném vymírání (Jablonski 1986). U Lasaea se ale naopak zdá, že přímo se vyvíjející nepohlavní zástupci mají snížené riziko extinkce. Tito zástupci mají také zvýšenou šanci speciovat po migraci do nové oblasti (Ó Foighil 1989). Nepohlavní linie Lasaea mají vysokou adaptabilitu, na lokalitě jsou schopny ekologické speciace (Morton et al. 1957; Crisp & Standen 1988; Ó Foighil & Eernisse 1988; ThiriotQuivreux et al. 1988; Tyler-Walters & Davenport 1990). Velmi zajímavou vlastností Lasaea je zmíněné přežívání nepříznivých podmínek v neaktivním stavu (Morton et al. 1957). Prostředí přílivové zóny je abioticky proměnlivé, rozhodně však nelze prohlásit, že by zde bylo málo biotických interakcí – jak již bylo řečeno, Lasaea je součástí společenstva vodních rostlin, bezobratlých a amenzálních vláknitých řas (Morton et al. 1957). Některé klíčové oblasti výzkumu, týkající se například parazitace Lasaea, však ještě nejsou prozkoumány. 6.3.2
Poznámky obecného charakteru
Z uvedeného výčtu je zřejmé, že u jednotlivých starobyle asexuálních skupin se uplatňuje celá řada nejrůznějších adaptací na jejich nepohlavní způsob života. U různých taxonů se jako vysvětlení pozorovaných fenoménů uplatňují různé teorie a různé mechanismy. Žádná z teorií pohlavního rozmnožování (viz kapitola 2.2), ani konkrétních mechanismů, navržených jako důvod dlouhodobého přežívání některých nepohlavních linií (viz kapitola 2.3), však nemá tak širokou aplikovatelnost, jako život v homogenním prostředí (definice viz kapitola 2.4.2). Výrazná homogenita prostředí starobyle nepohlavních skupin ve srovnání s jejich sesterskými či příbuznými ekologicky srovnatelnými klady, která byla touto metastudií podpořená, je jediným faktorem, který (1) shrnuje naprostou většinu konkrétních navržených adaptací a (2) projevuje se u naprosté většiny studovaných starobyle nepohlavních kladů. 133
Žádná z teorií pohlavního rozmnožování nedokáže sama o sobě problém vysvětlit v celé šíři (viz kapitola 2.2). Pro většinu z nich svědčí alespoň nějaké důkazy, případně matematické modely. Naprostá většina teorií, zejména z ekologického okruhu, se navíc velmi dobře doplňuje a je nanejvýš pravděpodobné, že jimi navrhované mechanismy v přírodě spolupůsobí. Predikce teorie zamrzlé plasticity o ekologických preferencích pohlavních a nepohlavních druhů jsou vůči nim jakousi metateorií, která spojuje hypotetické výhody navrhované mnoha konkrétními teoretickými koncepty. Z konkrétních navržených adaptací zajišťujících dlouhodobé přežívání některých nepohlavních linií můžeme dobrou startovní pozici a skrytý sex zavrhnout hned na začátku. První nehraje u starobyle nepohlavních skupin ve velkém časovém měřítku velkou roli, druhý se u nich prokazatelně vůbec nevyskytuje. U některých skupin můžeme nalézt alternativní způsob výměny genetické informace. Na tomto místě musím jmenovat především velmi intenzivní horizontální genový transfer pozorovaný u vířníků skupiny Bdelloidea (Gladyshev et al. 2008). U do jisté míry zpochybněných starobyle asexuálních kladů hub (Glomales, Tricholomataceae, Lepiotaceae) se potom zřejmě uplatňují parasexuální procesy (Vandenkoornhuyse et al. 2001; Gandolfi et al. 2003; Mikheyev et al. 2006; Croll & Sanders 2009). Alternativní způsob výměny genetické informace ale nenalezneme u žádné z dalších starobyle nepohlavních skupin. Jako další adaptace podporující dlouhodobé přežívání nepohlavní linie byla navržená živorodost. Není bez zajímavosti, že ji mezi starobyle nepohlavními skupinami opravdu často nalezneme. Tímto způsobem se vyvíjejí potomci u skupiny Darwinulidae (Butlin et al. 1998a) a nepohlavních linií rodu Lasaea (Rosewater 1975; Ó Foighil & Eernisse 1988; Ó Foighil 1989). Stejně jako předchozí adaptace však živorodost (případně nějaké její obdoby) nemá mezi starobyle nepohlavními skupinami všeobecné rozšíření. Značnou roli by mohla hrát i výrazná strukturace populací nepohlavních organismů v prostoru nebo čase. Ta se zřejmě uplatňuje mezi starobyle nepohlavními organismy velmi často. Ze zjevných důvodů ji nalezneme u druhů marginálních habitatů. Bdelloidea mají díky schopnosti anhydrobiózy a s ní spojené disperze populace výrazně strukturované v prostoru i čase (Ladle et al. 1993). Darwinulidae taktéž, byť v o něco menší míře (Baltanás 1998). Výrazně strukturované populace mají i nepohlavní linie rodu Lasaea, u nich je však tato patrnost způsobená hlavně prostorovou disperzí; v ekologickém čase malou, ale v geologickém čase výraznou (Ó Foighil & Eernisse 1988; Ó Foighil & Smith 1995; Ó Foighil & Smith 1996; Ó Foighil & Jozefowicz 1999; Taylor & Ó Foighil 2000). V tomto ohledu stojí rozhodně za pozornost fakt, že všechny tři zmíněné skupiny jsou výhradně bentické či přisedlé (Morton et al. 1957; Rosewater 1975; Koste & Shiel 1986; Ó Foighil & Eernisse 1988; Ó Foighil 1989; Dole-Olivier et al. 2000; Ricci & Balsamo 2000; Schön et al. 2009; Rossetti et al. 2011), na rozdíl od svých pohlavních příbuzných. V případě Monogononta (Pejler 1995) a Cypridoidea (Martens et al. 2008) nalezneme mezi jejich druhy i planktonní zástupce, v případě rodu Lasaea má jeden z jejich dvou příbuzných pohlavních druhů planktonní larvy (Ó Foighil 1988).
134
Bentický způsob života a s ním spojená strukturace populací by hypoteticky mohly znesnadňovat šíření parazitů. Studovaní roztoči mají jasné tendence k životu v půdním horizontu (Norton & Palmer 1991; Karasawa & Hijii 2008; Maraun et al. 2009). Tento způsob života by mohl rovněž hypoteticky znesnadňovat přenos parazitů a není bez zajímavosti, že půdních je i celá řada do různé míry zpochybněných starobyle nepohlavních linií – Glomales (Croll & Sanders 2009), želvušky (Pilato 1979; Jorgensen et al. 2007) a rod Meloidogyne (Esbendshade & Triantaphyllou 1987; Castagnonesereno et al. 1993). Celkově však Oribatidae zřejmě nejsou příliš dobří kolonizátoři (Skubala & Gulvik 2005; Domes et al. 2007c; Cianciolo 2009). Jednotlivé populace Vittaria appalachiana jsou výrazně separované vlivem velmi malé efektivity migrace, na jednom místě však vytváří souvislé mechovité nárosty a jako jediná z dobře podpořených starobyle nepohlavních linií předpokladu o zásadní roli metapopulační struktury příliš neodpovídá (Farrar 1978; Farrar 1985; Farrar 1990). Omezení hromadění mutací zřejmě hraje značnou roli, nicméně dokázáno bylo pouze od Darwinulidae, kteří mají výrazně zpomalenou substituční rychlost (Schön et al. 1998). U některých z ostatních skupin bylo prokázáno zrychlené hromadění škodlivých mutací v rámci druhu (Barraclough et al. 2007; Henry et al. 2012)), vzhledem k jejich evoluční dlouhověkosti se však s tímto problémem v delších časových měřítkách očividně dokáží vyrovnat. Hypotéza o preferenci extrémních prostředí se do značné míry kryje s námi testovanou hypotézou, nicméně ne všechna homogenní prostředí jsou extrémní. U námi testované hypotézy nejde o samotné extrémní faktory prostředí, nezřídka fluktuující, které snižují biotické interakce. V naší hypotéze hraje roli i dlouhodobá stabilita a neměnnost prostředí z hlediska abiotického. Právě z tohoto důvodu vysvětluje širší okruh fenoménů (viz kapitola 2.4). Čistě extrémní podmínky prostředí obývá například zpochybněná starobyle nepohlavní skupina „Artemia parthenogenetica“ (Vanhaecke et al. 1984; Perez et al. 1994). Geografická partenogeneze se u některých starobyle nepohlavních kladů vyskytuje. Jedná se například o Vittaria appalachiana (Farrar 1978; Farrar 1990) a nepohlavní linie rodu Lasaea (Ó Foighil & Smith 1995; Ó Foighil & Thiriot-Quievreux 1999; Taylor & Ó Foighil 2000), vzhledem k sesterským pohlavním liniím potom i u rodu Timema (Law & Crespi 2002b). Možná se vyskytuje u Oribatidae (Behan-Pelletier 1997), doklady jsou však velmi neprůkazné (Norton & Palmer 1991; Cianciolo & Norton 2006). U řady dalších skupin ji však vůbec nenalezneme. Dále se vyskytuje u některých fakultativně nepohlavních druhů, recentně nepohlavních skupin a vyvrácených či zpochybněných starobyle nepohlavních linií, jak shrnují Hörandl (2009) a Vrijenhoek a Parker (2009). Univerzální genotyp (GPG) se prokazatelně vyskytuje u některých jednotlivých starobyle nepohlavních druhů – například Darwinula stevensoni (Van Doninck et al. 2002). Možná jej také nalezneme u některých osamocených druhů Oribatidae (Norton 1994), Bdelloidea (Koste & Shiel 1986) a dalších Darwinulidae (Van Doninck et al. 2003a). Široká tolerance a rozšíření některých dalších starobyle nepohlavních linií se však nepojí s výraznou genetickou uniformitou; ve skutečnosti 135
se jedná o jednotlivé populace s konkrétními adaptacemi (viz kapitola 5). GPG však možná nalezneme u některých recentně nepohlavních skupin a zpochybněných starobyle nepohlavních linií, jak shrnují Vrijenhoek a Parker (2009). Zamrzlá paleta nik (FNV) se u starobyle nepohlavních linií v klasické podobě prakticky neuplatňuje; kvůli jejich vysokému stáří u nich speciace a specializace nastává v důsledku hromadění mutací. Samotná specializace na určité podmínky prostředí zřejmě není výjimkou u žádné ze starobyle nepohlavních skupin (snad s výjimkou rodu Timema), ta je však jen jednou částí uvedeného modelu (viz kapitola 2.3.10). Obecně jako GPG, i FNV se možná vyskytuje u řady recentně nepohlavních skupin, případně zpochybněných starobyle nepohlavních linií, jak shrnují Vrijenhoek a Parker (2009). Jak vidíme, u starobyle nepohlavních skupin se zřejmě uplatňuje celá škála konkrétních adaptací, žádná se však nevyskytuje univerzálně. Vysoká homogenita prostředí shrnuje řadu těchto konkrétních vlastností a dává jim rámec. Provedená metastudie potvrdila, že tento rys prostředí můžeme u starobyle asexuálních skupin nalézt téměř univerzálně. V jejím rámci potom působí právě jednotlivé navržené adaptace, jejichž důležitost by ale tímto zjištěním neměla být snižována. Jejich uplatnění je často velmi zajímavé a rozhodně si zaslouží další průzkum. Především bych rád zdůraznil roli odolných stádií umožňujících přečkávat neprediktabilně nastávající nepříznivé podmínky prostředí (vyskytují se u Bdelloidea (Pilato 1979; Ricci 2001) a Darwinulidae (Delorme & Donald 1969; Carbonel et al. 1988; Retrum et al. 2011)). Rozhodně není triviální si uvědomit, že subjektivní prostředí organismu, který dokáže přežít nepříznivé podmínky prostředí v těchto odolných stádiích, je velmi homogenní. Možná právě opomenutí tohoto faktu vedlo Bella (1982, str. 377–378, 383–385) v jeho metastudii k mylným závěrům. Celá řada prostředí, která označil za extrémní (například jeskyně či podzemní prostory), ve skutečnosti nemusí být příliš homogenní a není překvapivé, že nepůsobí selekčním tlakem na vznik nepohlavnosti a že zde nepohlavní organismy nepřevažují; naopak mnohá na první pohled velmi heterogenní prostředí mohou pro konkrétní organismus být subjektivně značně homogenními (Pilato 1979). Vytrvalá stádia umožňující přečkávat neprediktabilně nastávající nepříznivé podmínky prostředí se dále vyskytují i u několika zpochybněných starobyle nepohlavních skupin, konkrétně „Artemia parthenogenetica“ (Skoultchi & Morowitz 1964) a želvušek (Mobjerg et al. 2011). Velmi zajímavá je i zmíněná preference starobyle nepohlavních organismů k bentickému či podzemnímu způsobu života. Mimo jiné i proto, že bentické (vodní Oribatidae (Norton & BehanPelletier 2009), Schmidtea polychroa (Pongratz et al. 2003), Potamopyrgus antipodarum (Neiman et al. 2005), Heterocypris incongruens a Eucypris virens (Butlin et al. 1998b; Martens 1998b; Schön et al. 2000)) a podzemní (Glomales (Croll & Sanders 2009), želvušky (Pilato 1979; Jorgensen et al. 2007) a rod Meloidogyne (Trudgill & Blok 2001)) prostředí upřednostňují i další zpochybněné starobyle nepohlavní linie. Život ve velmi homogenním podzemním prostředí stírá většinu možných výhod pohlavního druhu; zdejší organismy mají dále velmi zpomalenou morfologickou evoluci (Pilato 1979). Naopak v prostředích s velmi silnými biotickými tlaky zástupce starobyle nepohlavních skupin
136
téměř nenalezneme, jak značí například téměř úplná absence Bdelloidea a Darwinulidae v starobylých jezerech (Martens & Schön 2000; Schön & Martens 2004). Dále je přinejmenším nápadné, že mezi dobře podpořenými starobyle asexuálními liniemi nenacházíme žádné typické parazity a predátory; nápadně často se živí mrtvým materiálem (případně autotrofně), v případě predace jde o fytofágy či filtrátory. Pro diskusi o homogenitě prostředí je zásadní poznatek týkající se zdrojů. Situace je zřejmě o něco složitější, než by vyplývalo z Flegrova (2013) tvrzení, že nepohlavní linie mají výhodu v abioticky drsných oblastech chudých na zdroje. Daleko větší roli než množství zdrojů (jehož nadbytek naopak může zvýhodňovat rychle se množící asexuály) zřejmě hraje strukturovanost zdrojů. V případě strukturovaných zdrojů (a tím pádem prostorově abioticky heterogenního prostředí) má výhodu pohlavní druh, v případě nestrukturovaných zdrojů nepohlavní druh (Domes et al. 2007c; Maraun et al. 2012). U celé řady starobyle nepohlavních skupin můžeme pozorovat další zajímavý fenomén. Ve značně homogenním prostředí totiž obvykle žijí i jejich sesterské a blízce příbuzné ekologicky srovnatelné skupiny. Celá skupina tak má z hlediska ekologie výraznou preadaptaci k přechodu k nepohlavnímu rozmnožování. Velmi výrazná je tato tendence například u Darwinulidae, jejichž sesterská skupina Cypridoidea obývá velmi podobná prostředí a velice často odštěpuje fakultativně a obligátně asexuální linie (Martens 1998b). Obdobná je situace u Bdelloidea a Monogononta (Pejler 1995), Oribatidae (Norton & Behan-Pelletier 2009), Endeostigmata (Walter 2009) a řady zpochybněných starobyle nepohlavních linií (viz kapitola 5.2). V neposlední řadě poznamenejme, že velmi homogenní prostředí obývá i řada kandidátských a zpochybněných starobyle nepohlavních linií. Půdu obývají Glomales (Croll & Sanders 2009), želvušky (Pilato 1979; Jorgensen et al. 2007) a rod Meloidogyne (Trudgill & Blok 2001); ekologie Heterocypris incongruens a Eucypris virens může být velmi podobná Darwinulidae (Butlin et al. 1998b; Martens 1998b; Schön et al. 2000); „Artemia parthenogenetica“ obývá abioticky do značné míry stabilní biotopy s velmi redukovanými biotickými interakcemi (Vanhaecke et al. 1984; Perez et al. 1994); ekologie Trichomanes intricatum je velmi podobná starobyle nepohlavnímu druhu Vittaria appalachiana (Farrar 1990; Farrar 1992); nepohlavní linie Lepiotaceae, Tricholomataceae (Currie et al. 1999a; Currie et al. 1999b) a Ophistomatales (Farrell et al. 2001) žijí v symbióze se svými hmyzími hostiteli, kteří se starají o velkou abiotickou homogenitu jejich prostředí, odstraňují jejich parazity a zabraňují konkurenci jiných hub, čímž jim zajišťují i bioticky velmi homogenní prostředí. Zdá se, že některé starobyle nepohlavní taxony upřednostňují prostředí homogenní hlavně z hlediska biotického, zatímco jiné z hlediska abiotického. Abiotická a biotická složka heterogenity prostředí jsou však zřejmě značně provázané, ve svých vlivech na výhodu pohlavního či nepohlavního rozmnožování se doplňují a podmiňují (Glesener & Tilman 1978). Abioticky homogenní prostředí může (v případě prostředí s dostatkem zdrojů a mírnými podmínkami (Schön & Martens 2004; Neher et al. 2009; Darby et al. 2011)), ale nemusí (například v případě extrémních prostředí s vysokou teplotou nebo salinitou (Vanhaecke et al. 1984)), působit na zvyšování biotické složky heterogenity 137
(například prostřednictvím zesložiťování ekosystému). Naopak abioticky heterogenní prostředí mají zpravidla i nízkou složku biotické heterogenity (viz např. Wilson & Sherman (2010) a Wilson (2011)). Vztah těchto dvou složek prostředí by měl být námětem dalšího výzkumu. Musím však zdůraznit, že žádný starobyle nepohlavní taxon se nevyskytuje v prostředí, jehož jedna složka heterogenity by na něj působila ve velmi intenzivní podobě. Jak by na zmíněná zjištění bylo možné navázat? Samozřejmě by bylo žádoucí provést srovnání homogenity prostředí u širšího spektra starobyle nepohlavních linií, až budou případně objeveny či potvrzeny další takovéto skupiny. Velmi žádoucí by byl i průzkum zaměřený na rod Lasaea, konkrétně možné ekologické odlišnosti jeho pohlavních a nepohlavních linií. Žádoucí by bylo také popsat, zajisté nelineární, vztahy mezi biotickou a abiotickou heterogenitou prostředí. V neposlední řadě by bylo možné provést průzkum zaměřený na srovnání pohlavních eukaryot a nepohlavních prokaryot. Naše predikce ohledně preference prostředí by se měly vztahovat i na tuto primárně nepohlavní skupinu. Už ve své bakalářské práci jsem došel k závěru, že prokaryota jsou schopna se přizpůsobit ve všech směrech extrémnějšímu prostředí (Toman 2011). Dále bychom mohli očekávat, že ve velmi homogenním, ale jinak ne příliš extrémním prostředí, by prokaryota mohla obsadit daleko širší spektrum nik než v prostředí heterogenním. Tuto hypotézu by bylo opět možné testovat.
138
7
Závěr
Výsledky provedené metastudie nejsou jednoznačné. Můžeme identifikovat značné množství recentně nepohlavních linií, které nezřídka v různé frekvenci procházejí procesem pohlavního rozmnožování. Alespoň občasný sex je zřejmě výhodný za široké škály podmínek prostředí. Mezi krátkodobě nepohlavními však nalezneme i řadu obligátně nepohlavních linií, takže tento způsob rozmnožování je očividně rovněž velmi výhodnou strategií za značného rozmezí podmínek prostředí. Jen zlomek z těchto skupin je však nepohlavní opravdu dlouhou dobu. Po přezkoumání navržených starobyle nepohlavních skupin jsem identifikoval několik dobře podpořených linií. Zbytek starobyle nepohlavních linií byl buď v této své vlastnosti vyvrácen, zpochybněn, nebo o těchto skupinách zatím nemáme dostatek spolehlivých informací. Mezi řadou podpořených starobyle nepohlavních linií vynikají zejména tři druhově bohaté a skutečně velmi dlouhou dobu obligátně nepohlavní skupiny – Bdelloidea, Darwinulidae a nepohlavní linie Oribatidae. Následná metastudie podpořila testovanou hypotézu o větší homogenitě prostředí obývaného starobyle nepohlavními taxony ve srovnání s jejich pohlavními sesterskými či blízce příbuznými ekologicky srovnatelnými pohlavními taxony, která vyplývá z teorie zamrzlé plasticity. Tento fenomén se projevil u naprosté většiny studovaných nepohlavních taxonů; pouze u jedné dvojice srovnávaných taxonů nebyl pozorovatelný rozdíl v homogenitě jejich prostředí a jeden pár jsem nezařadil do testu z důvodu nedostatku informací. U žádné srovnávané dvojice nemělo prostředí pohlavního taxonu homogennější charakter. Alternativní hypotézu, že starobyle nepohlavní linie neobývají přednostně homogennější prostředí nebo v tomto ohledu mezi srovnávanými pohlavními a nepohlavními skupinami není rozdíl, můžeme zavrhnout na hladině signifikance p = 0,0023. Zdá se, že u některých taxonů hraje větší roli heterogenita abiotického prostředí, zatímco jinde biotického. Zásadní je také zjištění, že důležité je pro druh jeho subjektivně zažívané prostředí. Například, pokud ve velmi heterogenním prostředí přečkává dočasné nepříznivé podmínky v odolných vytrvalých stádiích, tak je jeho subjektivní prostředí ve svém charakteru homogenní. Z konkrétních adaptací můžeme jmenovat např. právě zmíněnou tvorbu dormantních stádií, bentický život, podzemní život či život za extrémních podmínek prostředí. Velmi často má tendenci obývat prostředí s jasně homogenními rysy i příbuzný pohlavní klad, což mohlo být preadaptací na starobylou asexualitu u jejich společného předka. Na zmíněné poznatky by bylo možné dále navázat. Nabízí se například metastudie s větším množstvím srovnávaných dvojic pohlavních a nepohlavních skupin. Případně by bylo možné provést srovnání, zda ve velmi homogenních prostředích neobsazují větší spektrum nik primárně nepohlavní prokaryota. Provedená metastudie na druhou stranu nepodpořila naší hypotézu o schopnosti nepohlavních kladů se v delším časovém měřítku přizpůsobit širšímu rozsahu podmínek prostředí. Nepotvrdil se náš předpoklad, že starobyle nepohlavní skupiny mají širší rozsah teplot, za kterých dokáží aktivovat než jejich sesterské či blízce příbuzné ekologicky srovnatelné pohlavní klady. Alternativní hypotézu, že starobyle nepohlavní skupiny mají menší rozsah životních teplot, případně, že se srovnávané skupiny 139
se v rozsahu životních teplot neliší, můžeme zavrhnout na hladině signifikance p = 0,7165. Nezaznamenal jsem ani žádnou prokazatelnou tendenci k tomuto jevu, tři starobyle nepohlavní skupiny mají větší rozsah životních teplot než srovnávané pohlavní skupiny, tři menší a dvě dvojice skupin jsem kvůli nedostatku informací nemohl do testování zařadit. Tento negativní výsledek může mít celou řadu důvodů. Jednou z možností je, že starobyle nepohlavní linie skutečně nemají větší adaptabilitu. Proti tomu však hovoří poznatek, že primárně asexuální prokaryota mají ve všech ohledech větší toleranci i rozmezí aktivity za extrémních podmínek prostředí (Toman 2011). Dále je možné, že testovaný rozsah teplot není vhodně zvoleným faktorem, čemuž naznačuje fakt, že srovnávané skupiny se v tomto faktoru obvykle příliš neliší. Teoreticky by bylo možné metastudii zopakovat s jiným faktorem či faktory prostředí než teplotou. Také je možné, že jasnější trend by se projevil na větším datovém souboru, případně kvantitativním srovnáním konkrétních rozsahů teplot. Pro testování druhé možnosti bychom však potřebovali srovnatelná teplotní data, nejlépe získaná jedním způsobem, což není případ této metastudie. S dostatečně velkým množstvím kvalitních dat tohoto typu by také bylo možné porovnat rozptyly teplotních mezí aktivity jednotlivých druhů uvnitř taxonu – nepohlavní taxon by podle naší teorie měl mít větší rozptyl než taxon pohlavní. Celá studie vyznívá tak, že predikce teorie zamrzlé plasticity do značné míry odpovídají realitě. Starobyle nepohlavní taxony skutečně přednostně obývají prostředí, ve kterém by podle jejích predikcí měly mít výhodu. V tomto ohledu je teorie zamrzlé plasticity výjimečná tím, jak široké spektrum pozorovaných fenoménů dokáže vysvětlit. Zahrnuje pod sebou celou řadu konkrétních, dříve navržených teoretických konceptů pohlavního rozmnožování. Přinejmenším z tohoto důvodu se může jevit jako zatím nejlepší navržené vysvětlení paradoxu pohlavního rozmnožování. Zmíněnou teorii a její predikce však bude třeba otestovat i z mnoha dalších úhlů, než budeme moci prohlásit tak odvážné tvrzení s větší jistotou. Například hypotetická větší adaptabilita nepohlavních skupin totiž nebyla touto metastudií podpořena.
140
8
Seznam citované literatury
Abushik, A. (1990) Manual of the microfauna of the USSR. 356 p. VSE-GEI, NEDRA, Leningrad. Afifi, A., Hassan, M. & Nawar, M. (1986) Notes on the biology and feeding habits of Protogamasellus minutus (Hafez, El-Badry & Nasr (Acari: Gamasida: Ascidae). Bulletin of the Entomological Society of Egypt, 66, 251-259. Agrawal, A. (2006) Evolution of sex: why do organisms shuffle their genotypes? Current Biology, 16(17), R696R704. Agrawal, A.F. (2001) Sexual selection and the maintenance of sexual reproduction. Nature, 411(6838), 692-695. Aguin-Pombo, D., Kuznetsova, V. & Freitas, N. (2006) Multiple parthenoforms of Empoasca leafhoppers from Madeira Island: where are these unisexual forms coming from? Journal of Heredity, 97(2), 171-176. Alamouti, S.M., Tsui, C.K.M. & Breuil, C. (2009) Multigene phylogeny of filamentous ambrosia fungi associated with ambrosia and bark beetles. Mycological Research, 113, 822-835. Allison, A.C. (1954) The distribution of the sickle-cell trait in East Africa and elsewhere and its apparent relationship to the incidence of subtertian malaria. Transactions of the Royal Society of Tropical Medicine and Hygiene, 48(4), 312-318. Amato, A., Orsini, L., D'Alelio, D. & Montresor, M. (2005) Life cycle, size reduction patterns and ultrastructure of the pennate planktonic diatom Pseudo-nitzschia delicatissima (Bacillariophyceae). Journal of Phycology, 41(3), 542-556. Andersson, D.I. & Hughes, D. (1996) Muller's ratchet decreases fitness of a DNA-based microbe. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 93(2), 906-907. Andrews, D. & Rigler, F. (1985) The effects of an Arctic winter on benthic invertebrates in the littoral zone of Char Lake, Northwest Territories. Canadian Journal of Zoology-Revue Canadienne De Zoologie, 63(12), 2825-2834. Angerbjörn, A. (1986) Gigantism in island populations of wood mice (Apodemus) in Europe. Oikos, 47(1), 4756. Arkhipova, I. & Meselson, M. (2000) Transposable elements in sexual and ancient asexual taxa. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 97(26), 14473-14477. Arkhipova, I.R. & Meselson, M. (2005) Diverse DNA transposons in rotifers of the class Bdelloidea. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 102(33), 1178111786. Axelrod, D. (1980) Contributions to the Neogene paleobotany of central California. The University of California Press, Los Angeles, California. Azevedo, R., Lohaus, R., Srinivasan, S., Dang, K. & Burch, C. (2006) Sexual reproduction selects for robustness and negative epistasis in artificial gene networks. Nature, 440(7080), 87-90. Baker, H. (1965) Characteristics and modes of origin of weeds. In H. Baker & G. Stebbins, Eds. Genetics of colonizing species, 1, p. 147-172. Academic Press, New York. Balompapueng, M., Hagiwara, A., Nozaki, Y. & Hirayama, K. (1997) Preservation of resting eggs of the euryhaline rotifer Brachionus plicatilis O. F. Muller by canning. Hydrobiologia, 358, 163-166. Baltanás, A. (1998) Ostracod populations as metapopulations. In K. Martens, ed. Sex and Parthenogenesis: Evolutionary Ecology of Reproductive Modes in Non-Marine Ostracds, p. 229-241. Backhuys, Leiden. Barraclough, T.G., Fontaneto, D., Ricci, C. & Herniou, E.A. (2007) Evidence for inefficient selection against deleterious mutations in cytochrome oxidase I of asexual bdelloid rotifers. Molecular Biology and Evolution, 24(9), 1952-1962. Bartolomei, M. & Tilghman, S. (1997) Genomic imprinting in mammals. Annual Review of Genetics, 31, 493525. Baxevanis, A., Kappas, I. & Abatzopoulos, T. (2006) Molecular phylogenetics and asexuality in the brine shrimp Artemia. Molecular Phylogenetics and Evolution, 40(3), 724-738. Beauchamp, K. (1986) Reproductive ecology of the brooding, hermaphroditic clam Lasaea subviridis. Marine Biology, 93(2), 225-235. Becerra, M., Brichette, I. & Garcia, C. (1999) Short-term evolution of competition between genetically homogeneous and heterogeneous populations of Drosophila melanogaster. Evolutionary Ecology Research, 1(5), 567-579. Behan-Pelletier, V. (1997) Oribatid mites of the Yukon. In H. Danks & J. Downes, Eds. Insects of the Yukon, 2, p. 115-149. Biological Survey of Canada (Terrestrial Arthropods), Ottawa. Bell, G. (1982) The masterpiece of nature: the evolution and genetics of sexuality. 635 p. p. Croom Helm, London. Bell, G. (1993) The sexual nature of the eukaryote genome. Journal of Heredity, 84(5), 351-359. Bell, K. & Bliss, L. (1980) Plant reproduction in a high arctic environment. Arctic and Alpine Research, 12(1), 1-10. Belshaw, R., Quicke, D.L.J., Volkl, W. & Godfray, H.C.J. (1999) Molecular markers indicate rare sex in a predominantly asexual parasitoid wasp. Evolution, 53(4), 1189-1199.
141
Bengtsson, B. (2009) Asex and evolution: a very large-scale overview. In I. Schön, K. Martens & P. van Dijk, Eds. Lost Sex: The Evolutionary Biology of Parthenogenesis, 1, p. 1-19. Springer Science+Business Media B.V. Bennett, R. & Johnson, A. (2003) Completion of a parasexual cycle in Candida albicans by induced chromosome loss in tetraploid strains. Embo Journal, 22(10), 2505-2515. Bergthorsson, U., Adams, K.L., Thomason, B. & Palmer, J.D. (2003) Widespread horizontal transfer of mitochondrial genes in flowering plants. Nature, 424(6945), 197-201. Bernstein, H. (1983) Recombinational repair may be an important function of sexual reproduction. Bioscience, 33(5), 326-331. Bernstein, H., Byerly, H., Hopf, F. & Michod, R. (1985) Sex and the emergence of species. Journal of Theoretical Biology, 117(4), 665-690. Bernstein, H., Byers, G. & Michod, R. (1981) Evolution of sexual reproduction: importance of DNA repair, complementation and variation. American Naturalist, 117(4), 537-549. Berthet, P.L. (1964) Field study of the mobility of Oribatei using radioactive tagging. Journal of Animal Ecology, 33(3), 443-449. Bi, K. & Bogart, J.P. (2010) Time and time again: unisexual salamanders (genus Ambystoma) are the oldest unisexual vertebrates. BMC Evolutionary Biology, 10. Birky, C.W. (1996) Heterozygosity, heteromorphy and phylogenetic trees in asexual eukaryotes. Genetics, 144(1), 427-437. Birky, C.W. (1999) An even broader perspective on sex and recombination – Commentary. Journal of Evolutionary Biology, 12(6), 1013-1016. Birky, C.W. (2010) Positively negative evidence for asexuality. Journal of Heredity, 101, S42-S45. Birky, C.W. (2009) Sex and evolution in eukaryotes. [Internet]. Encyclopedia of Life Support Systems (EOLSS), K dispozici na http://www.eolss.net. Eolss Publishers, Oxford. Birky, C.W. (2004) Bdelloid rotifers revisited. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 101(9), 2651-2652. Birky, C.W., Wolf, C., Maughan, H., Herbertson, L. & Henry, E. (2005) Speciation and selection without sex. Hydrobiologia, 546, 29-45. Blackman, R.L. (1972) The inheritance of life-cycle differences in Myzus persicae (Sulz.) (Hem.: Aphididae). Bulletin of Entomological Research, 62(2), 281-294. Blackman, R.L., Spence, J.M. & Normark, B.B. (2000) High diversity of structurally heterozygous karyotypes and rDNA arrays in parthenogenetic aphids of the genus Trama (Aphididae: Lachninae). Heredity, 84(2), 254-260. Blanc, D., Nicholls, R. & Sargeaunt, P. (1989) Experimental production of new zymodemes of Entamoeba histolytica supports the hypothesis of genetic exchange. Transactions of the Royal Society of Tropical Medicine and Hygiene, 83(6), 787-790. Blanc, G., Duncan, G., Agarkova, I., Borodovsky, M., Gurnon, J., Kuo, A., Lindquist, E., Lucas, S., Pangilinan, J., Polle, J., Salamov, A., Terry, A., Yamada, T., Dunigan, D., Grigoriev, I., Claverie, J. & Van Etten, J. (2010) The Chlorella variabilis NC64A genome reveals adaptation to photosymbiosis, coevolution with viruses and cryptic sex. Plant Cell, 22(9), 2943-2955. Bliss, L. (1962) Adaptations of arctic and alpine plants to environmental conditions. Arctic, 15, 117-144. Block, W. (1981) Terrestrial arthropods and low temperature. Cryobiology, 18(4), 436-444. Block, W. (1986) Effects of temperature acclimation on cold-hardiness of Antarctic micro-arthropods. Proceedings of the 3rd European Congress of Entomology, p. 247-250. Nederlandse Entomologische Vereniging, Amsterdam. Block, W. & Sømme, L. (1982) Cold hardiness of terrestrial mites at Signy Island, maritime Antarctic. Oikos, 38(2), 157-167. Bloszyk, J., Adamski, Z., Napierala, A. & Dylewska, M. (2004) Parthenogenesis as a life strategy among mites of the suborder Uropodina (Acari: Mesostigmata). Canadian Journal of Zoology-Revue Canadienne De Zoologie, 82(9), 1503-1511. Bloszyk, J. & Szymkowiak, P. (1996) Trachytes kaliszewskii, n. sp.(Acari: Uropodina), from the Great Basin (Utah, USA), with remarks on the habitats and distribution of the members of the genus Trachytes. Great Basin Naturalist, 56(1), 59-72. Bochkov, A. & Walter, D. (2007) The life-cycle of Pomerantzia philippina sp. n. (Prostigmata: Pomerantziidae) described from the Philippines. Acarina, 15(1), 159-170. Bode, S., Adolfsson, S., Lamatsch, D., Martins, M., Schmit, O., Vandekerkhove, J., Mezquita, F., Namiotko, T., Rossetti, G., Schön, I., Butlin, R. & Martens, K. (2010) Exceptional cryptic diversity and multiple origins of parthenogenesis in a freshwater ostracod. Molecular Phylogenetics and Evolution, 54(2), 542552. Bogart, J.P., Bi, K., Fu, J.Z., Noble, D.W.A. & Niedzwiecki, J. (2007) Unisexual salamanders (genus Ambystoma) present a new reproductive mode for eukaryotes. Genome, 50(2), 119-136.
142
Boschetti, C., Carr, A., Crisp, A., Eyres, I., Wang-Koh, Y., Lubzens, E., Barraclough, T., Micklem, G. & Tunnacliffe, A. (2012) Biochemical diversification through foreign gene expression in bdelloid rotifers. PLOS Genetics, 8(11). Boschetti, C., Pouchkina-Stantcheva, N., Hoffmann, P. & Tunnacliffe, A. (2011) Foreign genes and novel hydrophilic protein genes participate in the desiccation response of the bdelloid rotifer Adineta ricciae. Journal of Experimental Biology, 214(1), 59-68. Boutin, T., Rouzic, A. & Capy, P. (2012) How does selfing affect the dynamics of selfish transposable elements? Mobile DNA, 3(5). Brody, T. & Williams, K.L. (1974) Cytological analysis of the parasexual cycle in Dictyostelium discoideum. Journal of General Microbiology, 82(JUN), 371-383. Browne, R. (1992) Population genetics and ecology of Artemia: insights into parthenogenetic reproduction. Trends in Ecology & Evolution, 7(7), 232-237. Brues, C. (1928) Studies on the fauna of hot springs in the western United States and the biology of thermophilous animals. Proceedings of the American Academy of Arts and Sciences, 64(4), 139-228. Brues, C. (1932) Further studies on the fauna of North American hot springs. Proceedings of the American Academy of Arts and Sciences, 67(7), 185-303. Bruvo, R., Adolfsson, S., Symonova, R., Lamatsch, D., Schön, I., Jokela, J., Butlin, R. & Muller, S. (2011) Few parasites and no evidence for Wolbachia infections, in a freshwater ostracod inhabiting temporary ponds. Biological Journal of the Linnean Society, 102(1), 208-216. Bruvo, R., Schulenburg, H., Storhas, M. & Michiels, N.K. (2007) Synergism between mutational meltdown and Red Queen in parthenogenetic biotypes of the freshwater planarian Schmidtea polychroa. Oikos, 116(2), 313-323. Bryant, E., Combs, L. & McCommas, S. (1986a) Morphometric differentiation among experimental lines of the housefly in relation to a bottleneck. Genetics, 114(4), 1213-1223. Bryant, E., McCommas, S. & Combs, L. (1986b) The effect of an experimental bottleneck upon quantitative genetic variation in the housefly. Genetics, 114(4), 1191-1211. Buckling, A., Wei, Y., Massey, R.C., Brockhurst, M.A. & Hochberg, M.E. (2006) Antagonistic coevolution with parasites increases the cost of host deleterious mutations. Proceedings of the Royal Society BBiological Sciences, 273(1582), 45-49. Bunbury, J. & Gajewski, K. (2009) Biogeography of freshwater ostracodes in the Canadian arctic archipelago. Arctic, 62(3), 324-332. Buric, M., Hulak, M., Kouba, A., Petrusek, A. & Kozak, P. (2011) A successful crayfish invader is capable of facultative parthenogenesis: a novel reproductive mode in decapod crustaceans. PLOS One, 6(5). Burt, A. (2000) Perspective: sex, recombination and the efficacy of selection—was Weismann right? Evolution, 54(2), 337-351. Burt, A. & Bell, G. (1987) Mammalian chiasma frequencies as a test of two theories of recombination. Nature, 326(6115), 803-805. Butlin, R. (2002) The costs and benefits of sex: new insights from old asexual lineages. Nature Reviews Genetics, 3(4), 311-317. Butlin, R., Schön, I. & Griffiths, H. (1998a) Introduction to reproductive modes. In K. Martens, ed. Sex and Parthenogenesis: Evolutionary Ecology of Reproductive Modes in Non-Marine Ostracds, p. 1-24. Backhuys, Leiden. Butlin, R., Schön, I. & Martens, K. (1998b) Asexual reproduction in nonmarine ostracods. Heredity, 81, 473480. Butlin, R., Schön, I. & Martens, K. (1999) Origin, age and diversity of clones – Commentary. Journal of Evolutionary Biology, 12(6), 1020-1022. Caceres, C.E. & Soluk, D.A. (2002) Blowing in the wind: a field test of overland dispersal and colonization by aquatic invertebrates. Oecologia, 131(3), 402-408. Cannon, R.J.C. (1986) Effects of ingestion of liquids on the cold tolerance of an Antarctic mite. Journal of Insect Physiology, 32(11), 955-961. Cannon, R.J.C. (1987) Effects of low-temperature acclimation on the survival and cold tolerance of an Antarctic mite. Journal of Insect Physiology, 33(7), 509-521. Cannon, R.J.C. & Schenker, R. (1985) Cold tolerance of a cryptostigmatid mite at Signy Island, maritime Antarctic. British Antarctic Survey Bulletin(67), 1-5. Caponetti, J., Whitten, M. & Beck, M. (1982) Axenic culture and induction of callus and sporophytes of the Appalachian Vittaria gametophyte. American Fern Journal, 72(2), 36-40. Caprioli, M. & Ricci, C. (2001) Recipes for successful anhydrobiosis in bdelloid rotifers. Hydrobiologia, 446, 13-17. Carbonel, P., Colin, J., Danielopol, D., Loffler, H. & Neustrueva, I. (1988) Paleoecology of limnic ostracodes: a review of some major topics. Palaeogeography Palaeoclimatology Palaeoecology, 62(1-4), 413-461. Carius, H.J., Little, T.J. & Ebert, D. (2001) Genetic variation in a host-parasite association: potential for coevolution and frequency-dependent selection. Evolution, 55(6), 1136-1145.
143
Carlton, J., Hirt, R., Silva, J., Delcher, A., Schatz, M., Zhao, Q., Wortman, J., Bidwell, S., Alsmark, U., Besteiro, S., Sicheritz-Ponten, T., Noel, C., Dacks, J., Foster, P., Simillion, C., Van de Peer, Y., MirandaSaavedra, D., Barton, G., Westrop, G., Muller, S., Dessi, D., Fiori, P., Ren, Q., Paulsen, I., Zhang, H., Bastida-Corcuera, F., Simoes-Barbosa, A., Brown, M., Hayes, R., Mukherjee, M., Okumura, C., Schneider, R., Smith, A., Vanacova, S., Villalvazo, M., Haas, B., Pertea, M., Feldblyum, T., Utterback, T., Shu, C., Osoegawa, K., de Jong, P., Hrdy, I., Horvathova, L., Zubacova, Z., Dolezal, P., Malik, S., Logsdon, J., Henze, K., Gupta, A., Wang, C., Dunne, R., Upcroft, J., Upcroft, P., White, O., Salzberg, S., Tang, P., Chiu, C., Lee, Y., Embley, T., Coombs, G., Mottram, J., Tachezy, J., Fraser-Liggett, C. & Johnson, P. (2007) Draft genome sequence of the sexually transmitted pathogen Trichomonas vaginalis. Science, 315(5809), 207-212. Carmichael, J., Chatellier, J., Woolfson, A., Milstein, C., Fersht, A.R. & Rubinsztein, D.C. (2000) Bacterial and yeast chaperones reduce both aggregate formation and cell death in mammalian cell models of Huntington's disease. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 97(17), 9701-9705. Carrillo, C., Britton, N. & Mogie, M. (2002) Coexistence of sexual and asexual conspecifics: a cellular automaton model. Journal of Theoretical Biology, 217(3), 275-285. Carson, H., Chang, L. & Lyttle, T. (1982) Decay of female sexual behavior under parthenogenesis. Science, 218(4567), 68-70. Carson, H.L. (1967) Selection for parthenogenesis in Drosophila mercatorum. Genetics, 55(1), 157-171. Case, T.J. & Taper, M.L. (1986) On the coexistence and coevolution of asexual and sexual competitors. Evolution, 40(2), 366-387. Cassar, G., John, T. & Etches, R. (1998) Observations on ploidy of cells and on reproductive performance in parthenogenetic turkeys. Poultry Science, 77(10), 1457-1462. Cassar, S. & Blackwell, M. (1996) Convergent origins of ambrosia fungi. Mycologia, 88(4), 596-601. Castagnonesereno, P., Piotte, C., Uijthof, J., Abad, P., Wajnberg, E., Vanlerberghemasutti, F., Bongiovanni, M. & Dalmasso, A. (1993) Phylogenetic relationships between amphimictic and parthenogenetic nematodes of the genus Meloidogyne as inferred from repetitive DNA analysis. Heredity, 70, 195-204. Castenholz, R. (1967) Environmental requirements of thermophilic blue-green algae. In A. Bartsch, ed. Environmental Requirements of Blue-Green Algae, p. 55-79. Pacific Northwest Water Laboratory, Cornvallis, Oregon, University of Washington. Caten, C.E. (1972) Vegetative incompatibility and cytoplasmic infection in fungi. Journal of General Microbiology, 72(SEP), 221-229. Cathey, D., Parker, B., Simmons, G., Yongue, W. & Van Brunt, M. (1981) The microfauna of algal mats and artificial substrates in Southern Victoria Land lakes of Antarctica. Hydrobiologia, 85(1), 9-15. Cavalier-Smith, T. (2002) Origins of the machinery of recombination and sex. Heredity, 88, 125-141. Chao, L. (1990) Fitness of RNA virus decreased by Muller's ratchet. Nature, 348(6300), 454-455. Chao, L. & Tran, T.T. (1997) The advantage of sex in the RNA virus φ6. Genetics, 147(3), 953-959. Chapela, I., Rehner, S., Schultz, T. & Mueller, U. (1994) Evolutionary history of the symbiosis between fungusgrowing ants and their fungi. Science, 266(5191), 1691-1694. Chaplin, J. (1993) The local displacement of a sexually reproducing ostracod by a conspecific parthenogen. Heredity, 71, 259-268. Chaplin, J. & Hebert, P. (1997) Cyprinotus incongruens (Ostracoda): an ancient asexual? Molecular Ecology, 6(2), 155-168. Chaplin, J.A., Havel, J.E. & Hebert, P.D.N. (1994) Sex and ostracods. Trends in Ecology & Evolution, 9(11), 435-439. Chapman, J., Kirkness, E., Simakov, O., Hampson, S., Mitros, T., Weinmaier, T., Rattei, T., Balasubramanian, P., Borman, J., Busam, D., Disbennett, K., Pfannkoch, C., Sumin, N., Sutton, G., Viswanathan, L., Walenz, B., Goodstein, D., Hellsten, U., Kawashima, T., Prochnik, S., Putnam, N., Shu, S., Blumberg, B., Dana, C., Gee, L., Kibler, D., Law, L., Lindgens, D., Martinez, D., Peng, J., Wigge, P., Bertulat, B., Guder, C., Nakamura, Y., Ozbek, S., Watanabe, H., Khalturin, K., Hemmrich, G., Franke, A., Augustin, R., Fraune, S., Hayakawa, E., Hayakawa, S., Hirose, M., Hwang, J., Ikeo, K., Nishimiya-Fujisawa, C., Ogura, A., Takahashi, T., Steinmetz, P., Zhang, X., Aufschnaiter, R., Eder, M., Gorny, A., Salvenmoser, W., Heimberg, A., Wheeler, B., Peterson, K., Boettger, A., Tischler, P., Wolf, A., Gojobori, T., Remington, K., Strausberg, R., Venter, J., Technau, U., Hobmayer, B., Bosch, T., Holstein, T., Fujisawa, T., Bode, H., David, C., Rokhsar, D. & Steele, R. (2010) The dynamic genome of Hydra. Nature, 464(7288), 592-596. Charlesworth, B. (1976) Recombination modification in a fluctuating environment. Genetics, 83(1), 181-195. Charlesworth, B. & Charlesworth, D. (1997) Rapid fixation of deleterious alleles can be caused by Muller's ratchet. Genetical Research, 70(1), 63-73. Charlesworth, D., Morgan, M. & Charlesworth, B. (1993) Mutation accumulation in finite outbreeding and inbreeding populations. Genetical Research, 61(1), 39-56. Cheverud, J.M. & Routman, E.J. (1996) Epistasis as a source of increased additive genetic variance at population bottlenecks. Evolution, 50(3), 1042-1051.
144
Choe, K. (1988) On ostracod biofacies and five new genera in Korean Seas. In T. Hanai, N. Ikeya & K. Ishizaki, Eds. Evolutionary biology of Ostracoda: Its fundamentals and applications, 1, p. 121-133. Elsevier, Amsterdam; Kodansha, Tokyo. Cianciolo, J.M. (2009) Asexual species of oribatid mites do not have a local-scale colonization advantage over sexual species. Evolutionary Ecology Research, 11(1), 43-55. Cianciolo, J.M. & Norton, R.A. (2006) The ecological distribution of reproductive mode in oribatid mites, as related to biological complexity. Experimental and Applied Acarology, 40(1), 1-25. Clark, M., Baumann, L., Thao, M., Moran, N. & Baumann, P. (2001) Degenerative minimalism in the genome of a psyllid endosymbiont. Journal of Bacteriology, 183(6), 1853-1861. Clark, M.A., Moran, N.A. & Baumann, P. (1999) Sequence evolution in bacterial endosymbionts having extreme base compositions. Molecular Biology and Evolution, 16(11), 1586-1598. Clegg, M. (1993) Chloroplast gene sequences and the study of plant evolution. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 90(2), 363-367. Cohan, F. & Koeppel, A. (2008) The origins of ecological diversity in prokaryotes. Current Biology, 18(21), R1024-R1034. Comeault, A., Sommers, M., Schwander, T., Buerkle, C., Farkas, T., Nosil, P. & Parchman, T. (2012) De novo characterization of the Timema cristinae transcriptome facilitates marker discovery and inference of genetic divergence. Molecular Ecology Resources, 12(3), 549-561. Coombs, J. & Barkay, T. (2004) Molecular evidence for the evolution of metal homeostasis genes by lateral gene transfer in bacteria from the deep terrestrial subsurface. Applied and Environmental Microbiology, 70(3), 1698-1707. Corbet, G. (1986) Temporal and spatial variation of dental pattern in the voles, Microtus arvalis, of the Orkney Islands. Journal of Zoology, 208, 395-402. Coulson, S.J., Hodkinson, I.D., Block, W., Webb, N.R. & Worland, M.R. (1995) Low summer temperatures: a potential mortality factor for high arctic soil microarthropods? Journal of Insect Physiology, 41(9), 783792. Courchamp, F., Clutton-Brock, T. & Grenfell, B. (1999) Inverse density dependence and the Allee effect. Trends in Ecology & Evolution, 14(10), 405-410. Crane, E. (1997) A revised circumscription of the genera of the fern family Vittariaceae. Systematic Botany, 22(3), 509-517. Crease, T.J., Stanton, D.J. & Hebert, P.D.N. (1989) Polyphyletic origins of asexuality in Daphnia pulex. II. Mitochondrial DNA variation. Evolution, 43(5), 1016-1026. Crespi, B. & Sandoval, C. (2000) Phylogenetic evidence for the evolution of ecological specialization in Timema walking-sticks. Journal of Evolutionary Biology, 13(2), 249-262. Crews, D. (1994) Constraints to parthenogenesis. In R. Short & E. Balaban, Eds. The Differences between the Sexes, p. 23-49. Cambridge University Press. Crisp, D. & Standen, A. (1988) Lasaea rubra (Montagu) (Bivalvia: Erycinacea), an apomictic crevice-living bivalve with clones separated by tidal level preference. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology, 117(1), 27-45. Croll, D. & Sanders, I. (2009) Recombination in Glomus intraradices, a supposed ancient asexual arbuscular mycorrhizal fungus. BMC Evolutionary Biology, 9. Crow, J. (1970) Genetic loads and the cost of natural selection. Biomathematics. Volume 1. Mathematical topics in population genetics, 1, 128-177. Crow, J. (1994) Advantages of sexual reproduction. Developmental Genetics, 15(3), 205-213. Cuellar, O. (1971) Reproduction and the mechanism of meiotic restitution in the parthenogenetic lizard, Cnemidophorus uniparens. Journal of Morphology, 133, 139-165. Currie, C., Mueller, U. & Malloch, D. (1999a) The agricultural pathology of ant fungus gardens. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 96(14), 7998-8002. Currie, C., Scott, J., Summerbell, R. & Malloch, D. (1999b) Fungus-growing ants use antibiotic-producing bacteria to control garden parasites. Nature, 398(6729), 701-704. Dabert, M., Witalinski, W., Kazmierski, A., Olszanowski, Z. & Dabert, J. (2010) Molecular phylogeny of acariform mites (Acari, Arachnida): strong conflict between phylogenetic signal and long-branch attraction artifacts. Molecular Phylogenetics and Evolution, 56(1), 222-241. Dacks, J. & Roger, A. (1999) The first sexual lineage and the relevance of facultative sex. Journal of Molecular Evolution, 48(6), 779-783. Danchin, E.G.J., Rosso, M.N., Vieira, P., de Almeida-Engler, J., Coutinho, P.M., Henrissat, B. & Abad, P. (2010) Multiple lateral gene transfers and duplications have promoted plant parasitism ability in nematodes. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 107(41), 17651-17656. Darby, B., Neher, D., Housman, D. & Belnap, J. (2011) Few apparent short-term effects of elevated soil temperature and increased frequency of summer precipitation on the abundance and taxonomic diversity of desert soil micro- and meso-fauna. Soil Biology and Biochemistry, 43(7), 1474-1481. Dartnall, H. (1983) Rotifers of the Antarctic and Subantarctic. Hydrobiologia, 104, 57-60.
145
Davenport, J. & Beard, J. (1988) Observations on the temperature and salinity relations of Lasaea rubra. Journal of the Marine Biological Association of the United Kingdom, 68(1), 15-23. Davis, G.M. (1971) Systematic studies of Brotia costula episcopalis, first intermediate host of Paragonimus westermani in Malaysia. Proceedings of the Academy of Natural Sciences of Philadelphia, 123(3), 5386. Dawkins, R. & Krebs, J.R. (1979) Arms races between and within species. Proceedings of the Royal Society BBiological Sciences, 205(1161), 489-511. Dawkins, R. (2003) Sobecký gen. Mladá fronta, Praha. De Kovel, C.G.F. & De Jong, G. (2000) Selection on apomictic lineages of Taraxacum at establishment in a mixed sexual-apomictic population. Journal of Evolutionary Biology, 13(4), 561-568. de Meeus, T., Prugnolle, F. & Agnew, P. (2007) Asexual reproduction: genetics and evolutionary aspects. Cellular and Molecular Life Sciences, 64(11), 1355-1372. De Smet, W.H. (2002) Marine rotifera from the Crozet and Kerguelen Islands (Subantarctica), with the description of a new Encentrum (Monogononta: Dicranophoridae). International Review of Hydrobiology, 87(4), 411-422. Dedryver, C.A., Le Gallic, J.F., Gauthier, J.P. & Simon, J.C. (1998) Life cycle of the cereal aphid Sitobion avenae F.: polymorphism and comparison of life history traits associated with sexuality. Ecological Entomology, 23(2), 123-132. Del Fosse, E. (1977) Temperature optima for development of Neochetina eichhorniae and Orthogalumna terebrantis. The Florida Entomologist, 60(2), 109-113. Delmotte, F., Leterme, N., Bonhomme, J., Rispe, C. & Simon, J.C. (2001) Multiple routes to asexuality in an aphid species. Proceedings of the Royal Society B-Biological Sciences, 268(1483), 2291-2299. Delmotte, F., Sabater-Muñoz, B., Prunier-Leterme, N., Latorre, A., Sunnucks, P., Rispe, C. & Simon, J.C. (2003) Phylogenetic evidence for hybrid origins of asexual lineages in an aphid species. Evolution, 57(6), 1291-1303. Delorme, L. & Donald, D. (1969) Torpidity of freshwater ostracodes. Canadian Journal of Zoology, 47(5), 997999. Dionne, M., Miller, K.M., Dodson, J.J., Caron, F. & Bernatchez, L. (2007) Clinal variation in MHC diversity with temperature: evidence for the role of host–pathogen interaction on local adaptation in Atlantic salmon. Evolution, 61(9), 2154-2164. Dobzhansky, T. (1964) How do the genetic loads affect the fitness of their carriers in Drosophila populations? American Naturalist, 98(900), 151-166. Dobzhansky, T. & Spassky, B. (1969) Artificial and natural selection for two behavioral traits in Drosophila pseudoobscura. Proceedings of the National Academy of Sciences, 62(1), 75-80. Docking, T.R., Saade, F.E., Elliott, M.C. & Schoen, D.J. (2006) Retrotransposon sequence variation in four asexual plant species. Journal of Molecular Evolution, 62(4), 375-387. Dole-Olivier, M., Galassi, D., Marmonier, P. & Des Chatelliers, M. (2000) The biology and ecology of lotic microcrustaceans. Freshwater Biology, 44(1), 63-91. Dolgin, E. & Charlesworth, B. (2006) The fate of transposable elements in asexual populations. Genetics, 174(2), 817-827. Domes, K., Althammer, M., Norton, R.A., Scheu, S. & Maraun, M. (2007a) The phylogenetic relationship between Astigmata and Oribatida (Acari) as indicated by molecular markers. Experimental and Applied Acarology, 42(3), 159-171. Domes, K., Norton, R., Maraun, M. & Scheu, S. (2007b) Reevolution of sexuality breaks Dollo's law. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 104(17), 7139-7144. Domes, K., Scheu, S. & Maraun, M. (2007c) Resources and sex: soil re-colonization by sexual and parthenogenetic oribatid mites. Pedobiologia, 51(1), 1-11. Donner, J. (1975) Randbiotope von Fliessgewässern als orte der Anpassung von Wasserorganismen an Bodenbedingungen, gezeigt an Rotatorien der Donau und Nebenflüsse. Verhandlungen der Gesellschaft für Ökologie, 231-234. Dorken, M. & Eckert, C. (2001) Severely reduced sexual reproduction in northern populations of a clonal plant, Decodon verticillatus (Lythraceae). Journal of Ecology, 89(3), 339-350. Dubnau, D. (1999) DNA uptake in bacteria. Annual Review of Microbiology, 53, 217-244. Dufresne, F. & Hebert, P.D.N. (1994) Hybridization and origins of polyploidy. Proceedings of the Royal Society B-Biological Sciences, 258(1352), 141-146. Dybdahl, M. & Lively, C. (1995) Diverse, endemic and polyphyletic clones in mixed populations of a freshwater snail (Potamopyrgus antipodarum). Journal of Evolutionary Biology, 8(3), 385-398. Dybdahl, M. & Lively, C. (1998) Host–parasite coevolution: evidence for rare advantage and time-lagged selection in a natural population. Evolution, 52, 1057-1066. Ebihara, A., Farrar, D. & Ito, M. (2008) The sporophyte-less filmy fern of eastern North America Trichomanes intricatum (Hymenophyllaceae) has the chloroplast genome of an Asian species. American Journal of Botany, 95(12), 1645-1651.
146
Ebihara, A., Matsumoto, S. & Ito, M. (2009) Hybridization involving independent gametophytes in the Vandenboschia radicans complex (Hymenophyllaceae): a new perspective on the distribution of fern hybrids. Molecular Ecology, 18(23), 4904-4911. Eldredge, N. & Gould, S. (1972) Punctuated equilibria: an alternative to phyletic gradualism. In T.J.M. Schopf, ed. Models in Paleobiology, p. 82-115. Freeman, Cooper and Co., San Francisco. Esbendshade, P. & Triantaphyllou, A. (1987) Enzymatic relationships and evolution in the genus Meloidogyne (Nematoda: Tylenchida). Journal of Nematology, 19(1), 8-18. Fares, M.A., Ruiz-Gonzalez, M.X., Moya, A., Elena, S.F. & Barrio, E. (2002) Endosymbiotic bacteria – GroEL buffers against deleterious mutations. Nature, 417(6887), 398-398. Farrar, D. (1967) Gematophytes of four tropical fern genera reproducing independently of their sporophytes in the southern Appalachians. Science, 155(3767), 1266-1267. Farrar, D. (1974) Gemmiferous fern gametophytes–Vittariaceae. American Journal of Botany, 61(2), 146-155. Farrar, D. (1978) Problems in the identity and origin of the Appalachian Vittaria gametophyte, a sporophyteless fern of the eastern United States. American Journal of Botany, 65(1), 1-12. Farrar, D. (1985) Independent fern gametophytes in the wild. Proceedings of the Royal Society of Edinburgh Section B-Biological Sciences, 86, 361-369. Farrar, D. (1990) Species and evolution in asexually reproducing independent fern gametophytes. Systematic Botany, 15(1), 98-111. Farrar, D. (1992) Trichomanes intricatum: the independent Trichomanes gametophyte in the eastern United States. American Fern Journal, 82(2), 68-74. Farrar, D. (1998) The tropical flora of rockhouse cliff formations in the eastern United States. Journal of the Torrey Botanical Society, 125(2), 91-108. Farrar, D. & Mickel, J. (1991) Vittaria appalachiana: a name for the "Appalachian gametophyte". American Fern Journal, 81(3), 69-75. Farrar, D. & Wagner, W. (1968) The gametophyte of Trichomanes holopterum Kunze. Botanical Gazette, 129(3), 210-219. Farrell, B.D., Sequeira, A.S., O'Meara, B.C., Normark, B.B., Chung, J.H. & Jordal, B.H. (2001) The evolution of agriculture in beetles (Curculionidae : Scolytinae and Platypodinae). Evolution, 55(10), 2011-2027. Fischer, O. & Schmid-Hempel, P. (2005) Selection by parasites may increase host recombination frequency. Biology Letters, 1(2), 193-195. Fischer, R. (2003) The Genetical Theory of Natural Selection: A Complete Variorum Edition. Oxford University Press, New York. Flegr, J. (1998) On the "origin" of natural selection by means of speciation. Rivista Di Biologia-Biology Forum, 91(2), 291-304. Flegr, J. (2002) Was Lysenko (partly) right? Michurinist biology in the view of modern plant physiology and genetics. Rivista Di Biologia-Biology Forum, 95(2), 259-271. Flegr, J. (2005) Evoluční biologie. Academia, Praha. Flegr, J. (2006) Zamrzlá evoluce aneb je to jinak, pane Darwin. Academia, Praha. Flegr, J. (2007) Ekologická a evoluční parazitologie. In P. Volf & P. Horák, Eds. Paraziti a jejich biologie, 1, p. 318, Praha. Flegr, J. (2010) Elastic, not plastic species: frozen plasticity theory and the origin of adaptive evolution in sexually reproducing organisms. Biology Direct, 5. Flegr, J. (2013) Microevolutionary, macroevolutionary, ecological and taxonomical implications of punctuational theories of adaptive evolution. Biology Direct, 8. Fontaneto, D., Herniou, E.A., Boschetti, C., Caprioli, M., Melone, G., Ricci, C. & Barraclough, T.G. (2007) Independently evolving species in asexual bdelloid rotifers. PLOS Biology, 5(4), 914-921. Fontaneto, D. & Jondelius, U. (2011) Broad taxonomic sampling of mitochondrial cytochrome c oxidase subunit I does not solve the relationships between Rotifera and Acanthocephala. Zoologischer Anzeiger, 250(1), 80-85. Fontaneto, D. & Melone, G. (2003) Bdelloid rotifers from lakes above 1700 m in western Italian Alps, with taxonomic notes on Dissotrocha macrostyla. International Review of Hydrobiology, 88(6), 594-601. Foote, M. (1988) Survivorship analysis of Cambrian and Ordovician trilobites. Paleobiology, 14(3), 258-271. Frisch, D., Green, A. & Figuerola, J. (2007) High dispersal capacity of a broad spectrum of aquatic invertebrates via waterbirds. Aquatic Sciences, 69(4), 568-574. Gabriel, W., Lynch, M. & Burger, R. (1993) Muller's ratchet and mutational meltdowns. Evolution, 47(6), 17441757. Gabriel, W. & Wagner, G. (1988) Parthenogenetic populations can remain stable in spite of high mutation rate and random drift. Naturwissenschaften, 75(4), 204-205. Gandolfi, A., Bonilauri, P., Rossi, V. & Menozzi, P. (2001) Intraindividual and intraspecies variability of ITS1 sequences in the ancient asexual Darwinula stevensoni (Crustacea: Ostracoda). Heredity, 87, 449-455. Gandolfi, A., Sanders, I., Rossi, V. & Menozzi, P. (2003) Evidence of recombination in putative ancient asexuals. Molecular Biology and Evolution, 20(5), 754-761.
147
Garcia, C. & Toro, M. (1992) Sib competition in Tribolium: a test of the elbow-room model. Heredity, 68, 529536. Garcia-Varela, M. & Nadler, S.A. (2006) Phylogenetic relationships among Syndermata inferred from nuclear and mitochondrial gene sequences. Molecular Phylogenetics and Evolution, 40(1), 61-72. Garey, J., Near, T., Nonnemacher, M. & Nadler, S. (1996) Molecular evidence for Acanthocephala as a subtaxon of Rotifera. Journal of Molecular Evolution, 43(3), 287-292. Gastony, G. (1977) Chromosomes of the independently reproducing Appalachian gametophyte: a new source of taxonomic evidence. Systematic Botany, 2(1), 43-48. Geiger, W. (1998) Population dynamics, life histories and reproductive modes. In K. Martens, ed. Sex and Parthenogenesis: Evolutionary Ecology of Reproductive Modes in Non-Marine Ostracds. Backhuys, Leiden. Gerton, J. & DeRisi, J. (2002) Mnd1p: an evolutionarily conserved protein required for meiotic recombination. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 99(10), 6895-6900. Gilbert, C., Hernandez, S.S., Flores-Benabib, J., Smith, E.N. & Feschotte, C. (2012) Rampant horizontal transfer of SPIN transposons in squamate reptiles. Molecular Biology and Evolution, 29(2), 503-515. Gilbert, J.J. (1995) Structure, development and induction of a new diapause stage in rotifers. Freshwater Biology, 34(2), 263-270. Giovannetti, M., Sbrana, C., Strani, P., Agnolucci, M., Rinaudo, V. & Avio, L. (2003) Genetic diversity of isolates of Glomus mosseae from different geographic areas detected by vegetative compatibility testing and biochemical and molecular analysis. Applied and Environmental Microbiology, 69(1), 616-624. Gladyshev, E. & Meselson, M. (2008) Extreme resistance of bdelloid rotifers to ionizing radiation. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 105(13), 5139-5144. Gladyshev, E., Meselson, M. & Arkhipova, I. (2008) Massive horizontal gene transfer in bdelloid rotifers. Science, 320(5880), 1210-1213. Gladyshev, E.A. & Arkhipova, I.R. (2007) Telomere-associated endonuclease-deficient Penelope-like retroelements in diverse eukaryotes. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 104(22), 9352-9357. Glass, N.L. & Kaneko, I. (2003) Fatal attraction: nonself recognition and heterokaryon incompatibility in filamentous fungi. Eukaryotic Cell, 2(1), 1-8. Glesener, R. & Tilman, D. (1978) Sexuality and the components of environmental uncertainty: clues from geographic parthenogenesis in terrestrial animals. The American Naturalist, 112, 659-673. Goldberg, E. & Igic, B. (2008) On phylogenetic tests of irreversible evolution. Evolution, 62(11), 2727-2741. Gomez-Zurita, J., Funk, D. & Vogler, A. (2006) The evolution of unisexuality in Calligrapha leaf beetles: molecular and ecological insights on multiple origins via interspecific hybridization. Evolution, 60(2), 328-347. Gordo, I. & Charlesworth, B. (2000) On the speed of Muller's ratchet. Genetics, 156(4), 2137-2140. Gorelick, R. & Carpinone, J. (2009) Origin and maintenance of sex: the evolutionary joys of self sex. Biological Journal of the Linnean Society, 98(4), 707-728. Gorelick, R. & Heng, H. (2011) Sex reduces genetic variation: a multidisciplinary review. Evolution, 65(4), 1088-1098. Goto, H. (1960) Facultative parthenogenesis in collembola (Insecta). Nature, 188(4754), 958-959. Gottlieb, Y. & Zchori-Fein, E. (2001) Irreversible thelytokous reproduction in Muscidifurax uniraptor. Entomologia Experimentalis Et Applicata, 100(3), 271-278. Gould, S. (1989) Wonderful Life: The Burgess Shale and the Nature of History. W. W. Norton & Company, New York, London. Green, R. & Noakes, D. (1995) Is a little bit of sex as good as a lot? Journal of Theoretical Biology, 174(1), 8796. Griffiths, H. & Butlin, R. (1995) A timescale for sex versus parthenogenesis: evidence from subfossil ostracods. Proceedings of the Royal Society of London Series B-Biological Sciences, 260(1357), 65-71. Griffiths, H. & Horne, D. (1998) Fossil distribution of reproductive modes in non-marine ostracods. In K. Martens, ed. Sex and Parthenogenesis: Evolutionary Ecology of Reproductive Modes in Non-Marine Ostracds, p. 101-118. Backhuys, Leiden. Grimsley, N., Pequin, B., Bachy, C., Moreau, H. & Piganeau, G. (2010) Cryptic sex in the smallest eukaryotic marine green alga. Molecular Biology and Evolution, 27(1), 47-54. Gross, J. & Bhattacharya, D. (2010) Uniting sex and eukaryote origins in an emerging oxygenic world. Biology Direct, 5, 1-20. Gugerli, F. (1998) Effect of elevation on sexual reproduction in alpine populations of Saxifraga oppositifolia (Saxifragaceae). Oecologia, 114(1), 60-66. Guidetti, R. & Jonsson, K.I. (2002) Long-term anhydrobiotic survival in semi-terrestrial micrometazoans. Journal of Zoology, 257, 181-187. Guiler, E. (1960) The intertidal zone-forming species on rocky shores of the East Australian coast. Journal of Ecology, 48(1), 1-28.
148
Gwiazdowicz, D. & Klemt, J. (2004) Mesostigmatic mites (Acari, Gamasida) in selected microhabitats of the Biebrza National Park (NE Poland). Biological Letters, 41(1). Halary, S., Malik, S.-B., Lildhar, L., Slamovits, C., Hijri, M. & Corradi, N. (2011) Conserved meiotic machinery in Glomus spp., a putatively ancient asexual fungal lineage. Genome Biology and Evolution, 3, 950958. Haldane, J.B.S. (1992) Disease and evolution (REPRINTED FROM LA RICERCA SCIENTIFICA SUPPLEMENTO, VOL 19, PG 1-11, 1949). Current Science, 63(9-10), 599-604. Halkett, F., Simon, J. & Balloux, F. (2005) Tackling the population genetics of clonal and partially clonal organisms. Trends in Ecology & Evolution, 20(4), 194-201. Hamilton, W., Axelrod, R. & Tanese, R. (1990) Sexual reproduction as an adaptation to resist parasites (a review). Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 87(9), 3566-3573. Hamilton, W.D. (1980) Sex versus non-sex versus parasite. Oikos, 35(2), 282-290. Hammer, M. & Wallwork, J. (1979) A review of the world distribution of oribatid mites (Acari: Cryptostigmata) in relation to continental drift. Biologiske Skrifter Kongelige Danske Videnskabernes Selskab, 22(4), 531. Hastings, I. (1999) The costs of sex due to deleterious intracellular parasites. Journal of Evolutionary Biology, 12(1), 177-183. Haug, G., Ganopolski, A., Sigman, D., Rosell-Mele, A., Swann, G., Tiedemann, R., Jaccard, S., Bollmann, J., Maslin, M., Leng, M. & Eglinton, G. (2005) North Pacific seasonality and the glaciation of North America 2.7 million years ago. Nature, 433(7028), 821-825. Hawes, T.C., Bale, J.S., Worland, M.R. & Convey, P. (2007) Plasticity and superplasticity in the acclimation potential of the Antarctic mite Halozetes belgicae (Michael). Journal of Experimental Biology, 210(4), 593-601. Hayward, S.A.L., Worland, M.R., Convey, P. & Bale, J.S. (2003) Temperature preferences of the mite, Alaskozetes antarcticus and the collembolan, Cryptopygus antarcticus from the maritime Antarctic. Physiological Entomology, 28(2), 114-121. Hebert, P., Remigio, E., Colbourne, J., Taylor, D. & Wilson, C. (2002) Accelerated molecular evolution in halophilic crustaceans. Evolution, 56(5), 909-926. Hedges, S.B., Bogart, J.P. & Maxson, L.R. (1992) Ancestry of unisexual salamanders. Nature, 356(6371), 708710. Heethoff, M. (2004) Genetic diversity and evolutionary age of parthenogenetic oribatid mites (Acari: Oribatida). Dem Fachbereich Biologie der Technischen Universität Darmstadt, Ph.D. Technischen Universität Darmstadt, Darmstadt. Heethoff, M., Domes, K., Laumann, M., Maraun, M., Norton, R.A. & Scheu, S. (2007) High genetic divergences indicate ancient separation of parthenogenetic lineages of the oribatid mite Platynothrus peltifer (Acari, Oribatida). Journal of Evolutionary Biology, 20(1), 392-402. Heethoff, M., Norton, R., Scheu, S. & Maraun, M. (2009) Parthenogenesis in oribatid mites (Acari, Oribatida): evolution without sex. In I. Schön, K. Martens & P. van Dijk, Eds. Lost Sex: The Evolutionary Biology of Parthenogenesis, 1, p. 241-257. Springer Science+Business Media B.V. Heimpel, G.E. & de Boer, J.G. (2008) Sex determination in the Hymenoptera. Annual Review of Entomology, 53, 209-230. Heller, J. & Farstey, V. (1990) Sexual and parthenogenetic populations of the freshwater snail Melanoides tuberculata in Israel. Israel Journal of Ecology, 37(2), 75-87. Heng, H. (2009) The genome-centric concept: resynthesis of evolutionary theory. Bioessays, 31(5), 512-525. Henry, L., Schwander, T. & Crespi, B. (2012) Deleterious mutation accumulation in asexual Timema stick insects. Molecular Biology and Evolution, 29(1), 401-408. Herlyn, H., Piskurek, O., Schmitz, J., Ehlers, U. & Zischler, H. (2003) The syndermatan phylogeny and the evolution of acanthocephalan endoparasitism as inferred from 18S rDNA sequences. Molecular Phylogenetics and Evolution, 26(1), 155-164. Hickernell, L. (1917) A study of desiccation in the rotifer, Philodina roseola, with special reference to cytological changes accompanying desiccation. Biological Bulletin, 32(6), 343-406. Hijmans, R. (2012) DIVA-GIS 7.5, www.diva-gis.org. Hijmans, R., Cameron, S., Parra, J., Jones, P. & Jarvis, A. (2005) Very high resolution interpolated climate surfaces for global land areas. International Journal of Climatology, 25(15), 1965-1978. Hill, W. & Robertson, A. (2007) The effect of linkage on limits to artificial selection (reprinted). Genetics Research, 89(5-6), 311-336. Hinkle, G., Wetterer, J., Schultz, T. & Sogin, M. (1994) Phylogeny of the attine ant fungi based on analysis of small subunit ribosomal RNA gene sequences. Science, 266(5191), 1695-1697. Hladký, V., Kočandrle, R. & Kratochvíl, Z. (2012) Evoluce před Darwinem. Pavel Mervart, Červený Kostelec. Hochberg, R., O'Brien, S. & Puleo, A. (2010) Behavior, metamorphosis and muscular organization of the predatory rotifer Acyclus inquietus (Rotifera, Monogononta). Invertebrate Biology, 129(3), 210-219.
149
Holsinger, K. & Feldman, M. (1983) Modifiers of mutation rate: evolutionary optimum with complete selfing. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America-Biological Sciences, 80(21), 6732-6734. Horne, D., Baltanás, A. & Paris, G. (1998) Geographical distribution of reproductive modes. In K. Martens, ed. Sex and Parthenogenesis: Evolutionary Ecology of Reproductive Modes in Non-Marine Ostracds, p. 77-99. Backhuys, Leiden. Horne, D. & Martens, K. (1998) Geographical parthenogenesis in European non-marine ostracods: post-glacial invasion or Holocene stability? Hydrobiologia, 391(1-3), 1-7. Horne, F. (1993) Survival strategy to escape desiccation in a freshwater ostracod. Crustaceana, 65, 53-61. Hotopp, J.C.D., Clark, M.E., Oliveira, D., Foster, J.M., Fischer, P., Torres, M.C., Giebel, J.D., Kumar, N., Ishmael, N., Wang, S.L., Ingram, J., Nene, R.V., Shepard, J., Tomkins, J., Richards, S., Spiro, D.J., Ghedin, E., Slatko, B.E., Tettelin, H. & Werren, J.H. (2007) Widespread lateral gene transfer from intracellular bacteria to multicellular eukaryotes. Science, 317(5845), 1753-1756. Howard, R. & Lively, C. (1994) Parasitism, mutation accumulation and the maintenance of sex. Nature, 367(6463), 554-557. Howard, R. & Lively, C. (1998) The maintenance of sex by parasitism and mutation accumulation under epistatic fitness functions. Evolution, 52(2), 604-610. Hsu, W. (1956a) Oogenesis in Habrotrocha tridens (Milne). Biological bulletin, 111(3), 364-374. Hsu, W. (1956b) Oogenesis in the Bdelloidea rotifer Philodina roseola Ehrenberg. Cellule, 57, 283-296. Hughes, A., Hughes, M., Howell, C. & Nei, M. (1994) Natural selection at the class II major histocompatibility complex loci of mammals [and discussion]. Philosophical Transactions of the Royal Society of London Series B-Biological Sciences, 346(1317), 359-366. Hughes, A. & Yeager, M. (1998) Natural selection at major histocompatibility complex loci of vertebrates. Annual Review of Genetics, 32, 415-435. Hur, J.H., Van Doninck, K., Mandigo, M.L. & Meselson, M. (2009) Degenerate tetraploidy was established before bdelloid rotifer families diverged. Molecular Biology and Evolution, 26(2), 375-383. Hurst, L. & Peck, J. (1996) Recent advances in understanding of the evolution and maintenance of sex (vol 11, pg 46, 1996). Trends in Ecology & Evolution, 11(7), 310-310. Hurst, L.D., Hamilton, W.D. & Ladle, R.J. (1992) Covert Sex. Trends in Ecology & Evolution, 7(5), 144-145. Hutson, V. & Law, R. (1981) Evolution of recombination in populations experiencing frequency-dependent selection with time delay. Proceedings of the Royal Society B-Biological Sciences, 213(1192), 345359. Hörandl, E. (2009) Geographical parthenogenesis: opportunities for asexuality. In I. Schön, K. Martens & P. van Dijk, Eds. Lost Sex: The Evolutionary Biology of Parthenogenesis, 1, p. 161-186. Springer Science+Business Media B.V. Innes, D.J. & Hebert, P.D.N. (1988) The origin and genetic basis of obligate parthenogenesis in Daphnia pulex. Evolution, 42(5), 1024-1035. Issel, R. (1900) Saggio sulla fauna termale italiana, Nota I. Atti della Reale Accademia delle scienze di Torino, 36, 53-73. Issel, R. (1901) Saggio sulla fauna termale italiana, Nota II. Atti della Reale Accademia delle scienze di Torino, 36, 265-277. Issel, R. (1906) Sulla termobiosi negli animali acquatici. Atti della Società Ligustica di Scienze Naturali e Geografiche, 17, 1-72. Jablonski, D. (1986) Background and mass extinctions: the alternation of macroevolutionary regimes. Science, 231(4734), 129-133. Jackson, J. (1986) Modes of dispersal of clonal benthic invertebrates: consequences for species' distributions and genetic structure of local populations. Bulletin of Marine Science, 39(2), 588-606. Jaenike, J. (1978) An hypothesis to account for the maintenance of sex within populations. Evolutionary Theory, 3, 191-194. Jaenike, J. & Selander, R.K. (1979) Evolution and ecology of parthenogenesis in earthworms. American Zoologist, 19(3), 729-737. Jana, B. (1978) The plankton ecology of some thermal springs in West Bengal, India. Hydrobiologia, 61, 135143. Jana, B. & Sarkar, H. (1971) The limnology of “Swetganga”—A thermal spring of Bakreswar, West Bengal, India. Hydrobiologia, 37(1), 33-47. Janiec, K. (1993) The freshwater micro-and meiofauna of Admiralty Bay, King George Island, South Shetland Islands. Proceedings NIPR Symposium Polar biology, 6, 133-138. Janiec, K. (1996) The comparison of freshwater invertebrates of Spitsbergen (Arctic) and King George Island (Antarctic). Polish Polar Research, 17, 173-202. Janko, K., Drozd, P. & Eisner, J. (2011) Do clones degenerate over time? Explaining the genetic variability of asexuals through population genetic models. Biology Direct, 6. Janko, K., Drozd, P., Flegr, J. & Pannell, J. (2008) Clonal turnover versus clonal decay: a null model for observed patterns of asexual longevity, diversity and distribution. Evolution, 62(5), 1264-1270.
150
Jeltsch, A. & Pingoud, A. (1996) Horizontal gene transfer contributes to the wide distribution and evolution of type II restriction-modification systems. Journal of Molecular Evolution, 42(2), 91-96. Johnson, S. (2006) Geographic ranges, population structure and ages of sexual and parthenogenetic snail lineages. Evolution, 60(7), 1417-1426. Jones, K.G. & Blackwell, M. (1998) Phylogenetic analysis of ambrosial species in the genus Raffaelea based on 18S rDNA sequences. Mycological Research, 102, 661-665. Jorgensen, A., Mobjerg, N. & Kristensen, R. (2007) Molecular study of the tardigrade Echiniscus testudo (Echiniscidae) reveals low DNA sequence diversity over a large geographical area. Journal of Limnology, 66, 77-83. Judson, O.P. (1995) Preserving genes: a model of the maintenance of genetic variation in a metapopulation under frequency-dependent selection. Genetical Research, 65(3), 175-191. Judson, O.P. & Normark, B.B. (1996) Ancient asexual scandals. Trends in Ecology & Evolution, 11(2), A41A46. Jungblut, A.D., Vincent, W.F. & Lovejoy, C. (2012) Eukaryotes in Arctic and Antarctic cyanobacterial mats. Fems Microbiology Ecology, 82(2), 416-428. Kalinowska, K., Ejsmont-Karabin, J. & Rybak, J. (2010) The role of lake shore sand deposits as bank of ciliate, rotifer and crustacean resting forms: experimental approach. Polish Journal of Ecology, 58(2), 323-332. Karasawa, S. & Hijii, N. (2008) Vertical stratification of oribatid (Acari: Oribatida) communities in relation to their morphological and life-history traits and tree structures in a subtropical forest in Japan. Ecological Research, 23(1), 57-69. Katz, A. & Young, S. (1975) Selection for high adult body weight in Drosophila populations with different structures. Genetics, 81(1), 163-175. Kearney, M. (2005) Hybridization, glaciation and geographical parthenogenesis. Trends in Ecology & Evolution, 20(9), 495-502. Keightley, P. & Eyre-Walker, A. (2000) Deleterious mutations and the evolution of sex. Science, 290, 331-333. Kethley, J. (1989) Occurrence of Pomerantzia kethleyi (Acari: Prostigmata: Pomerantziidae) in Illinois and Minnesota. Great Lakes Entomologist, 22(2), 101-101. Khawaya, H., JR, E. & Sybenga, J. (1995) Cytogenetics of Lathyrus palustris, a natural autohexaploid. Genome, 38(4), 827-831. Kieneke, A., Arbizu, P. & Fontaneto, D. (2012) Spatially structured populations with a low level of cryptic diversity in European marine Gastrotricha. Molecular Ecology, 21(5), 1239-1254. King, C. & Serra, M. (1998) Seasonal variation as a determinant of population structure in rotifers reproducing by cyclical parthenogenesis. Hydrobiologia, 387, 361-372. Kirkendall, L. & Stenseth, N. (1990) Ecological and evolutionary stability of sperm-dependent parthenogenesis: effects of partial niche overlap between sexual and asexual females. Evolution, 44(3), 698-714. Kirkpatrick, M. & Jenkins, C. (1989) Genetic segregation and the maintenance of sexual reproduction. Nature, 339(6222), 300-301. Kleiven, O., Larsson, P. & Hobaek, A. (1992) Sexual reproduction in Daphnia magna requires three stimuli. Oikos, 65, 197-206. Klie, V. (1939) Zur Kenntnis von Cypris balnearia Moniez (Ostracoda). Zoologische Anzeiger, 126, 298-302. Knowlton, N., Weigt, L., Solorzano, L., Mills, D. & Bermingham, E. (1993) Divergence in proteins, mitochondrial DNA and reproductive compatibility across the Isthmus of Panama. Science, 260(5114), 1629-1632. Koella, J. (1993) Ecological correlates of chiasma frequency and recombination index of plants. Biological Journal of the Linnean Society, 48(3), 227-238. Kondrashov, A. (1982) Selection against harmful mutations in large sexual and asexual populations. Genetical Research, 40(3), 325-332. Kondrashov, A. (1993) Classification of hypotheses on the advantage of amphimixis. Journal of Heredity, 84(5), 372-387. Kondrashov, A. (1994) Muller's ratchet under epistatic selection. Genetics, 136, 1469-1473. Kondrashov, A. (2001) Sex and U. Trends in Genetics, 17(2), 75-77. Kondrashov, F. & Kondrashov, A. (2001) Multidimensional epistasis and the disadvantage of sex. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 98(21), 12089-12092. Kono, T., Obata, Y., Wu, Q.L., Niwa, K., Ono, Y., Yamamoto, Y., Park, E.S., Seo, J.S. & Ogawa, H. (2004) Birth of parthenogenetic mice that can develop to adulthood. Nature, 428(6985), 860-864. Koskella, B. & Lively, C.M. (2007) Advice of the rose: experimental coevolution of a trematode parasite and its snail host. Evolution, 61(1), 152-159. Koste, W. & Shiel, R. (1987) Rotifera from Australian inland waters. II. Epiphanidae and brachionidae (Rotifera: Monogononta). Invertebrate Taxonomy, 1(7), 949-1201. Koste, W. & Shiel, R.J. (1986) Rotifera from Australian inland waters. I. Bdelloidea (Rotifera: Digononta). Australian Journal of Marine and Freshwater Research, 37(6), 765-792. Kotani, T., Ozaki, M., Matsuoka, K., Snell, T.W. & Hagiwara, A. (2001) Reproductive isolation among geographically and temporally isolated marine Brachionus strains. Hydrobiologia, 446, 283-290.
151
Krivolutsky, D. & Druk, A. (1986) Fossil oribatid mites. Annual Review of Entomology, 31, 533-545. Kutikova, L. (1970) The rotifer fauna of USSR. Fauna USSR, 104, 744 p. Külköylüoğlu, O., Meisch, C. & Rust, R. (2003) Thermopsis thermophila n. gen. n. sp. from hot springs in Nevada, USA (Crustacea, Ostracoda). Hydrobiologia, 499(1-3), 113-123. Külköylüoğlu, O. & Vinyard, G. (2000) Distribution and ecology of freshwater Ostracoda (Crustacea) collected from springs of Nevada, Idaho and Oregon: a preliminary study. Western North American Naturalist, 60(3), 291-303. Ladle, R., Johnstone, R. & Judson, O. (1993) Coevolutionary dynamics of sex in a metapopulation: escaping the Red Queen. Proceedings of the Royal Society of London Series B-Biological Sciences, 253(1337), 155160. Lambert, J.D. & Moran, N.A. (1998) Deleterious mutations destabilize ribosomal RNA in endosymbiotic bacteria. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 95(8), 4458-4462. Lampert, K. & Manfred, S. (2010) A little bit is better than nothing: the incomplete parthenogenesis of salamanders, frogs and fish. BMC Biology, 8. Lampert, K.P. (2008) Facultative parthenogenesis in vertebrates: reproductive error or chance? Sexual Development, 2(6), 290-301. Lansing, A.I. (1954) A nongenic factor in the longevity of rotifers. Annals of the New York Academy of Sciences, 57(5), 455-464. Lanteri, A. & Marvaldi, A. (1995) Graphognathus Buchanan a new synonym of Naupactus Dejean and systematics of the N. Leucoloma species group (Coleoptera: Curculionidae). The Coleopterists Bulletin, 49, 206-228. Lapinski, J. & Tunnacliffe, A. (2003) Anhydrobiosis without trehalose in bdelloid rotifers. Febs Letters, 553(3), 387-390. Lasek-Nesselquist, E. (2012) A mitogenomic re-evaluation of the bdelloid phylogeny and relationships among the Syndermata. PLOS One, 7(8). Laumann, M., Bergmann, P. & Heethoff, M. (2008) Some remarks on the cytogenetics of oribatid mites. Soil Organisms, 80(2), 223-232. Law, J. & Crespi, B. (2002a) Recent and ancient asexuality in Timema walkingsticks. Evolution, 56(8), 17111717. Law, J. & Crespi, B. (2002b) The evolution of geographic parthenogenesis in Timema walking-sticks. Molecular Ecology, 11(8), 1471-1489. Law, R. & Lewis, D. (1983) Biotic environments and the maintenance of sex-some evidence from mutualistic symbioses. Biological Journal of the Linnean Society, 20(3), 249-276. Laybourn-Parry, J., Marchant, H.J. & Brown, P.E. (1992) Seasonal cycle of the microbial plankton in Crooked Lake, Antarctica. Polar Biology, 12(3-4), 411-416. Lee, R.E. & Baust, J.G. (1981) Seasonal patterns of cold-hardiness in Antarctic terrestrial arthropods. Comparative Biochemistry and Physiology a-Physiology, 70(4), 579-582. Levin, B. & Bergstrom, C. (2000) Bacteria are different: observations, interpretations, speculations and opinions about the mechanisms of adaptive evolution in prokaryotes. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 97(13), 6981-6985. Levin, D. (1975) Pest pressure and recombination systems in plants. American Naturalist, 109(968), 437-457. Lewis, J. & Wolpert, L. (1979) Diploidy, evolution and sex. Journal of Theoretical Biology, 78(3), 425-438. Li, J., Ó Foighil, D. & Park, J. (2013) Triton's trident: cryptic Neogene divergences in a marine clam (Lasaea australis) correspond to Australia's three temperate biogeographic provinces. Molecular Ecology, 22(7), 1933-1946. Liebau, A. (2005) A revised classification of the higher taxa of the Ostracoda (Crustacea). Hydrobiologia, 538, 115-137. Lively, C. (1987) Evidence from a New Zealand snail for the maintenance of sex by parasitism. Nature, 328(6130), 519-521. Lively, C., Craddock, C. & Vrijenhoek, R. (1990) Red Queen hypothesis supported by parasitism in sexual and clonal fish. Nature, 344(6269), 864-866. Lively, C. & Howard, R. (1994) Selection by parasites for clonal diversity and mixed mating [and discussion]. Philosophical Transactions of the Royal Society of London Series B-Biological Sciences, 346(1317), 271-280. Lively, C.M., Dybdahl, M.F., Jokela, J., Osnas, E.E. & Delph, L.F. (2004) Host sex and local adaptation by parasites in a snail-trematode interaction. American Naturalist, 164(5), S6-S18. Lively, C.M. & Johnson, S.G. (1994) Brooding and the evolution of parthenogenesis: strategy models and evidence from aquatic invertebrates. Proceedings of the Royal Society B-Biological Sciences, 256(1345), 89-95. Loftus, B. anderson, I., Davies, R., Alsmark, U., Samuelson, J., Amedeo, P., Roncaglia, P., Berriman, M., Hirt, R., Mann, B., Nozaki, T., Suh, B., Pop, M., Duchene, M., Ackers, J., Tannich, E., Leippe, M., Hofer, M., Bruchhaus, I., Willhoeft, U., Bhattacharya, A., Chillingworth, T., Churcher, C., Hance, Z., Harris,
152
B., Harris, D., Jagels, K., Moule, S., Mungall, K., Ormond, D., Squares, R., Whitehead, S., Quail, M., Rabbinowitsch, E., Norbertczak, H., Price, C., Wang, Z., Guillen, N., Gilchrist, C., Stroup, S., Bhattacharya, S., Lohia, A., Foster, P., Sicheritz-Ponten, T., Weber, C., Singh, U., Mukherjee, C., ElSayed, N., Petri, W., Clark, C., Embley, T., Barrell, B., Fraser, C. & Hall, N. (2005) The genome of the protist parasite Entamoeba histolytica. Nature, 433(7028), 865-868. Lomnicki, A. (2001) Carrying capacity, competition and maintenance of sexuality. Evolutionary Ecology Research, 3(5), 603-610. Loxdale, H. & Lushai, G. (2003) Maintenance of aphid clonal lineages: images of immortality? Infection, Genetics and Evolution, 3, 259-269. Lubzens, E., Fishler, R. & Berdugowhite, V. (1980) Induction of sexual reproduction and resting egg production in Brachionus plicatilis reared in sea water. Hydrobiologia, 73(1-3), 55-58. Lundmark, M. & Saura, A. (2006) Asexuality alone does not explain the success of clonal forms in insects with geographical parthenogenesis. Hereditas, 143, 23-32. Lunt, D. (2008) Genetic tests of ancient asexuality in root knot nematodes reveal recent hybrid origins. BMC Evolutionary Biology, 8. Lynch, M. (1983) Ecological genetics of Daphnia pulex. Evolution, 37(2), 358-374. Lynch, M. (1984) Destabilizing hybridization, general-purpose genotypes and geographic parthenogenesis. Quarterly Review of Biology, 59(3), 257-290. Lynch, M. (1985) Spontaneous mutations for life-history characters in an obligate parthenogen. Evolution, 39(4), 804-818. Lynch, M. (1996) Mutation accumulation in transfer RNAs: molecular evidence for Muller's ratchet in mitochondrial genomes. Molecular Biology and Evolution, 13(1), 209-220. Lynch, M. (1997) Mutation accumulation in nuclear, organelle and prokaryotic transfer RNA genes. Molecular Biology and Evolution, 14(9), 914-925. Lynch, M. & Blanchard, J.L. (1998) Deleterious mutation accumulation in organelle genomes. Genetica, 102-3, 29-39. Lynch, M., Burger, R., Butcher, D. & Gabriel, W. (1993) The mutational meltdown in asexual populations. Journal of Heredity, 84(5), 339-344. Maddocks, R. (1976) Quest for the ancestral podocopid: numerical cladistic analysis of ostracode appendages, a preliminary report. Abhandlungen und Verhandlungen des Naturwissenschaftlichen Vereins in Hamburg, 18(19), 39-53. Madge, D. (1965) The effects of lethal temperatures on oribatid mites. Acarologia, 7(1), 121-130. Makarova, O. & Böcher, J. (2009) Diversity and geographical ranges of Greenland mites (Acari: Oribatida and Mesostigmata). In S. Golovatch, O. Makarova, A. Babenko & L. Penev, Eds. Festschrift towards the 75th Anniversary and a Laudatio in Honour of Academician Yuri Ivanovich Chernov, p. 165-186. Pensoft Publishers & KMK Scientific Press, Sofia-Moscow. Malmqvist, B., Meisch, C. & Nilsson, A. (1997) Distribution patterns of freshwater Ostracoda (Crustacea) in the Canary Islands with regards to habitat use and biogeography. Hydrobiologia, 347, 159-170. Malmstrom, A. (2008) Temperature tolerance in soil microarthropods: simulation of forest-fire heating in the laboratory. Pedobiologia, 51(5-6), 419-426. Mantovani, B., Passamonti, M. & Scali, V. (2001) The mitochondrial cytochrome oxidase II gene in Bacillus stick insects: ancestry of hybrids androgenesis and phylogenetic relationships. Molecular Phylogenetics and Evolution, 19(1), 157-163. Maraun, M., Erdmann, G., Schulz, G., Norton, R.A., Scheu, S. & Domes, K. (2009) Multiple convergent evolution of arboreal life in oribatid mites indicates the primacy of ecology. Proceedings of the Royal Society B-Biological Sciences, 276(1671), 3219-3227. Maraun, M., Heethoff, M., Scheu, S., Norton, R.A., Weigmann, G. & Thomas, R.H. (2003) Radiation in sexual and parthenogenetic oribatid mites (Oribatida, Acari) as indicated by genetic divergence of closely related species. Experimental and Applied Acarology, 29(3-4), 265-277. Maraun, M., Heethoff, M., Schneider, K., Scheu, S., Weigmann, G., Cianciolo, J., Thomas, R.H. & Norton, R.A. (2004) Molecular phylogeny of oribatid mites (Oribatida, Acari): evidence for multiple radiations of parthenogenetic lineages. Experimental and Applied Acarology, 33(3), 183-201. Maraun, M., Norton, R.A., Ehnes, R.B., Scheu, S. & Erdmann, G. (2012) Positive correlation between density and parthenogenetic reproduction in oribatid mites (Acari) supports the structured resource theory of sexual reproduction. Evolutionary Ecology Research, 14(3), 311-323. Markoš, A. & Hajnal, L. (2007) Staré pověsti (po)zemské aneb malá historie planety a života. Pavel Melvart, Červený Kostelec. Marshall, D.J., Newton, I.P. & Crafford, J.E. (1995) Habitat temperature and potential locomotor activity of the continental Antarctic mite, Maudheimia petronia Wallwork (Acari: Oribatei). Polar Biology, 15(1), 4146. Marshall, W. & Berbee, M. (2010) Population-level analyses indirectly reveal cryptic sex and life history traits of Pseudoperkinsus tapetis (Ichthyosporea, Opisthokonta): a unicellular relative of the animals. Molecular Biology and Evolution, 27(9), 2014-2026.
153
Martens, K. (1998a) General morphology of non-marine ostracods. In K. Martens, ed. Sex and Parthenogenesis: Evolutionary Ecology of Reproductive Modes in Non-Marine Ostracds, p. 57-75. Backhuys, Leyden. Martens, K. (1998b) Sex and ostracods: a new synthesis. In K. Martens, ed. Sex and Parthenogenesis: Evolutionary Ecology of Reproductive Modes in Non-Marine Ostracds, p. 295-321. Backhuys, Leiden. Martens, K., Horne, D. & Griffiths, H. (1998a) Age and diversity of non-marine ostracods. In K. Martens, ed. Sex and Parthenogenesis: Evolutionary Ecology of Reproductive Modes in Non-Marine Ostracds, p. 37-55. Backhuys, Leiden. Martens, K., Loxdale, H. & Schön, I. (2009) The elusive clone–in search of its true nature and identity. In I. Schön, K. Martens & P. van Dijk, Eds. Lost Sex: The Evolutionary Biology of Parthenogenesis, 1, p. 187-200. Springer Science+Business Media B.V. Martens, K., Rossetti, G. & Baltanás, A. (1998b) Reproductive modes and taxonomy. In K. Martens, ed. Sex and Parthenogenesis: Evolutionary Ecology of Reproductive Modes in Non-Marine Ostracds, p. 197-214. Backhuys, Leiden. Martens, K., Rossetti, G., Butlin, R. & Schön, I. (2005) Molecular and morphological phylogeny of the ancient asexual Darwinulidae (Crustacea, Ostracoda). Hydrobiologia, 538, 153-165. Martens, K., Rossetti, G. & Fuhrmann, R. (1997) Pleistocene and recent species of the family Darwinulidae Brady & Norman, 1889 (Crustacea, Ostracoda) in Europe. Hydrobiologia, 357, 99-116. Martens, K., Rossetti, G. & Horne, D. (2003) How ancient are ancient asexuals? Proceedings of the Royal Society B-Biological Sciences, 270(1516), 723-729. Martens, K. & Savatenalinton, S. (2011) A subjective checklist of the recent, free-living, non-marine Ostracoda (Crustacea). Zootaxa 2855, 1-79. Martens, K. & Schön, I. (2000) The importance of habitat stability for the prevalence of sexual reproduction. In K. Minoura, ed. Lake Baikal: a Mirror in Time and Space for Understanding Global Change Processes, Yokohama Symposium 1998, 1, p. 324-330. Elsevier, Amsterdam. Martens, K., Schön, I., Meisch, C. & Horne, D. (2008) Global diversity of ostracods (Ostracoda, Crustacea) in freshwater. Hydrobiologia, 595, 185-193. Martins, M., Vandekerkhove, J. & Namiotko, T. (2008) Environmental stability and the distribution of the sexes: insights from life history experiments with the geographic parthenogen Eucypris virens (Crustacea: Ostracoda). Oikos, 117(6), 829-836. Mateos, M. & Vrijenhoek, R.C. (2002) Ancient versus reticulate origin of a hemiclonal lineage. Evolution, 56(5), 985-992. Maynard Smith, J. (1978) The evolution of sex. Cambridge University Press, Cambridge, New York. Maynard Smith, J. (1986) Evolution: contemplating life without sex. Nature, 324(6095), 300-301. Maynard Smith, J. (1990) The evolution of prokaryotes: does sex matter? Annual Review of Ecology and Systematics, 21, 1-12. Maynard Smith, J. (1993) The theory of evolution. Cambridge University Press, Cambridge. Maynard Smith, J. & Price, G. (1973) The logic of animal conflict. Nature, 263, 15-18. McDermott, T. & Skorupa, D. (2011) Microbiology of Serpentine Hot Springs, Alaska. Montana State University, Bozeman. McGrath, D. & Ó Foighil, D. (1986) Population dynamics and reproduction of hermaphroditic Lasaea rubra (Montagu)(Bivalvia, Galeommatacea). Ophelia, 25(3), 209-219. McKone, M. & Halpern, S. (2003) The evolution of androgenesis. American Naturalist, 161(4), 641-656. McLay, C. (1978) Comparative observations on the ecology of four species of ostracods living in a temporary freshwater puddle. Canadian Journal of Zoology, 56, 663-375. McVean, G. & Hurst, L. (1997) Molecular evolution of imprinted genes: no evidence for antagonistic coevolution. Proceedings of the Royal Society B-Biological Sciences, 264(1382), 739-746. Melone, G. & Ricci, C. (1995) Rotatory apparatus in Bdelloids. Hydrobiologia, 313, 91-98. Menzel, R. (1923) Beitrage zur kenntnis der Mikrofauna von Niederiandisch-Ostidien V. Moosbewohnende Ostracoden aus dem Urwald von Tjibodas. Treubia, 3(2), 193-196. Mertens, J., Beladjal, L., Alcantara, A., Fougnies, L., Van Der Straeten, D. & Clegg, J. (2008) Survival of dried eukaryotes (anhydrobiotes) after exposure to very high temperatures. Biological Journal of the Linnean Society, 93(1), 15-22. Meselson, M. & Mark Welch, D. (2007) Stable heterozygosity? Science, 318(5848), 202-203. Michod, R., Wojciechowski, M. & Hoelzer, M. (1988) DNA repair and the evolution of transformation in the bacterium Bacillus subtilis. Genetics, 118(1), 31-39. Mikheyev, A.S., Mueller, U.G. & Abbot, P. (2006) Cryptic sex and many-to-one colevolution in the fungusgrowing ant symbiosis. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 103(28), 10702-10706. Min, G.S. & Park, J.K. (2009) Eurotatorian paraphyly: revisiting phylogenetic relationships based on the complete mitochondrial genome sequence of Rotaria rotatoria (Bdelloidea: Rotifera: Syndermata). BMC Genomics, 10. Misevic, D., Ofria, C. & Lenski, R. (2010) Experiments with digital organisms on the origin and maintenance of sex in changing environments. Journal of Heredity, 101, S46-S54.
154
Mladenov, P. (1996) Environmental factors influencing asexual reproductive processes in echinoderms. Oceanologica Acta, 19(3-4), 227-235. Mobjerg, N., Halberg, K., Jorgensen, A., Persson, D., Bjorn, M., Ramlov, H. & Kristensen, R. (2011) Survival in extreme environments – on the current knowledge of adaptations in tardigrades. Acta Physiologica, 202(3), 409-420. Mogie, M. & Ford, H. (1988) Sexual and asexual Taraxacum species. Biological Journal of the Linnean Society, 35(2), 155-168. Molostovskaya, II. (2000) The evolutionary history of Late Permian Darwinulocopina Sohn, 1988 (Ostracoda) from the Russian Plate. Hydrobiologia, 419, 125-130. Moniez, R. (1893) Description d’une nouvelle espèce de Cypris vivant dans les eaux thermales du HammamMeskhoutine. Bulletin de la Société zoologique de France, 18, 140-142. Moore, W.S. & McKay, F.E. (1971) Coexistence in unisexual-bisexual species complexes of Poeciliopsis (Pisces: Poeciliidae). Ecology, 52(5), 791-799. Moran, N. (1996) Accelerated evolution and Muller’s ratchet in endosymbiotic bacteria. Proceedings of the National Academy of Sciences, 93, 2873-2878. Moran, N. & Jarvik, T. (2010) Lateral transfer of genes from fungi underlies carotenoid production in aphids. Science, 328(5978), 624-627. Moritz, C., Mccallum, H., Donnellan, S. & Roberts, J. (1991) Parasite loads in parthenogenetic and sexual lizards (Heteronotia binoei): support for the Red Queen hypothesis. Proceedings of the Royal Society of London Series B-Biological Sciences, 244(1310), 145-149. Morrison, J. (1954) The relationships of old and new world melanians. Proceedings of the United States National Museum, 103, 357-394. Morton, J.E., Boney, A.D. & Corner, E.D.S. (1957) The adaptations of Lasaea rubra (Montagu), a small intertidal lamellibranch. Journal of the Marine Biological Association of the United Kingdom, 36(2), 383-405. Moulia, C., Aussel, J., Bonhomme, F., Boursot, P., Nielsen, J. & Renaud, F. (1991) Wormy mice in a hybrid zone: a genetic control of susceptibility to parasite infection. Journal of Evolutionary Biology, 4(4), 679-687. Mueller, U.G. (2002) Ant versus fungus versus mutualism: ant–cultivar conflict and the deconstruction of the attine ant–fungus symbiosis. American Naturalist, 160, S67-S98. Mueller, U.G., Rehner, S.A. & Schultz, T.R. (1998) The evolution of agriculture in ants. Science, 281(5385), 2034-2038. Mueller, U.G., Schultz, T.R., Currie, C.R., Adams, R.M.M. & Malloch, D. (2001) The origin of the attine ant– fungus mutualism. Quarterly Review of Biology, 76(2), 169-197. Muller, H. (1932) Some genetic aspects of sex. The American Naturalist, 66, 118-138. Muller, H. (1964) The relation of recombination to mutational advance. Mutation Research, 1(1), 2-9. Muñoz, J., Gómez, A., Green, A., Figuerola, J., Amat, F. & Rico, C. (2010) Evolutionary origin and phylogeography of the diploid obligate parthenogen Artemia parthenogenetica (Branchiopoda: Anostraca). PLOS One, 5(8). NASA. (2013) Aqua MODIS Sea Surface Temperature (11 µ daytime). Nascetti, G., Bondanelli, P., Aldinucci, A. & Cimmaruta, R. (2003) Genetic structure of bisexual and parthenogenetic populations of Artemia from Italian brackish-hypersaline waters. Oceanologica Acta, 26(1), 93-100. Neale, D., Marshall, K. & Sederoff, R. (1989) Chloroplast and mitochondrial DNA are paternally inherited in Sequoia sempervirens D. Don Endl. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 86(23), 9347-9349. Neher, D., Lewins, S., Weicht, T. & Darby, B. (2009) Microarthropod communities associated with biological soil crusts in the Colorado Plateau and Chihuahuan deserts. Journal of Arid Environments, 73(6-7), 672-677. Nei, M. (1967) Modification of linkage intensity by natural selection. Genetics, 57(3), 625-641. Neiman, M., Jokela, J. & Lively, C. (2005) Variation in asexual lineage age in Potamopyrgus antipodarum, a New Zealand snail. Evolution, 59(9), 1945-1952. Neiman, M. & Koskella, B. (2009) Sex and the Red Queen. In I. Schön, K. Martens & P. van Dijk, Eds. Lost sex: the Evolutionary Biology of Parthenogenesis, 1, p. 133-159. Springer Science+Business Media B.V. Neiman, M., Meirmans, S., Meirmans, P., Schlichting, C. & Mousseau, T. (2009) What can asexual lineage age tell us about the maintenance of sex? Year in Evolutionary Biology 2009, 1168, 185-200. Neiman, M. & Schwander, T. (2011) Using parthenogenetic lineages to identify advantages of sex. Evolutionary Biology, 38(2), 115-123. Normark, B. (1999) Evolution in a putatively ancient asexual aphid lineage: recombination and rapid karyotype change. Evolution, 53(5), 1458-1469. Normark, B., Judson, O. & Moran, N. (2003) Genomic signatures of ancient asexual lineages. Biological Journal of the Linnean Society, 79(1), 69-84.
155
Normark, B. & Lanteri, A. (1998) Incongruence between morphological and mitochondrial-DNA characters suggests hybrid origins of parthenogenetic weevil lineages (genus Aramigus). Systematic Biology, 47(3), 475-494. Normark, B.B. (1996) Phylogeny and evolution of parthenogenetic weevils of the Aramigus tessellatus species complex (Coleoptera: Curculionidae: Naupactini): Evidence from mitochondrial DNA sequences. Evolution, 50(2), 734-745. Normark, B.B. & Moran, N.A. (2000) Opinion – Testing for the accumulation of deleterious mutations in asexual eukaryote genomes using molecular sequences. Journal of Natural History, 34(9), 1719-1729. Norton, R. (1994) Evolutionary aspects of oribatid mite life histories and consequences for the origin of the Astigmata. In M. Houck, ed. Mites. Ecological and Evolutionary Analyses of Life-History Patterns, 1, p. 99-135. Chapman & Hall, New York. Norton, R. & Behan-Pelletier, V. (2009) Suborder Oribatida. In G. Krantz & D. Walter, Eds. A manual of acarology, 3, p. 430-564. Texas Tech University Press, Lubbock, Texas. Norton, R., Kethley, J., Johnston, D. & O'Connor, B. (1993) Phylogenetic perspectives on genetic systems and reproductive modes of mites. In D. Wrensch & M. Ebbert, Eds. Evolution and diversity of sex ratio in insects and mites, p. 8-99. Chapman and Hall, New York. Norton, R. & Palmer, S. (1991) The distribution, mechanisms and evolutionary significance of parthenogenesis in oribatid mites. In R. Schuster & P. Murphy, Eds. The Acari: Reproduction, Development and Lifehistory Strategies, p. 107-136. Chapman and Hall, London. Norton, R.A., Bonamo, P.M., Grierson, J.D. & Shear, W.A. (1988) Oribatid mite fossils from a terrestrial Devonian deposit near Gilboa, New York. Journal of Paleontology, 62(2), 259-269. Nosil, P. & Crespi, B. (2006) Experimental evidence that predation promotes divergence in adaptive radiation. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 103(24), 9090-9095. Nunney, L. (1989) The maintenance of sex by group selection. Evolution, 43(2), 245-257. O'Gorman, C., Fuller, H. & Dyer, P. (2009) Discovery of a sexual cycle in the opportunistic fungal pathogen Aspergillus fumigatus. Nature, 457(7228), 471-U5. Oconnor, B. (2009) Cohort Astigmatina. In G. Krantz & D. Walter, Eds. A manual of acarology, 3, p. 565-657. Texas Tech University Press, Lubbock, Texas. Ohta, T. (1993) Interaction of selection and drift in molecular evolution. Japanese Journal of Genetics, 68(6), 529-537. Olsen, M.W. & Marsden, S.J. (1954) Natural parthenogenesis in turkey eggs. Science, 120(3118), 545-546. Olson, A. & Stenlid, J. (2002) Pathogenic fungal species hybrids infecting plants. Microbes and Infection, 4(13), 1353-1359. Otto, S. & Lenormand, T. (2002) Resolving the paradox of sex and recombination. Nature Reviews Genetics, 3(4), 252-261. Ó Foighil, D. (1985) Fine structure of Lasaea subviridis and Mysella tumida sperm (Bivalvia, Galeommatacea). Zoomorphology, 105(2), 125-132. Ó Foighil, D. (1986) Prodissoconch morphology is environmentally modified in the brooding bivalve Lasaea subviridis. Marine Biology, 92(4), 517-524. Ó Foighil, D. (1987) Cytological evidence for self-fertilization in Lasaea subviridis (Galeommatacea: Bivalvia). International Journal of Invertebrate Reproduction and Development, 12(1), 83-89. Ó Foighil, D. (1988) Random mating and planktotrophic larval development in the brooding hermaphroditic clam Lasaea australis (Lamarck, 1818). Veliger, 31(3-4), 214-221. Ó Foighil, D. (1989) Planktotrophic larval development is associated with a restricted geographic range in Lasaea, a genus of brooding, hermaphroditic bivalves. Marine Biology, 103(3), 349-358. Ó Foighil, D. & Eernisse, D. (1988) Geographically widespread, non-hybridizing, sympatric strains of the hermaphroditic, brooding clam Lasaea in the northeastern Pacific Ocean. Biological Bulletin, 175(2), 218-229. Ó Foighil, D., Jennings, R., Park, J. & Merriwether, D. (2001) Phylogenetic relationships of mid-oceanic ridge and continental lineages of Lasaea spp. (Mollusca: Bivalvia) in the northeastern Atlantic. Marine Ecology Progress Series, 213, 165-175. Ó Foighil, D. & Jozefowicz, C. (1999) Amphi-Atlantic phylogeography of direct-developing lineages of Lasaea, a genus of brooding bivalves. Marine Biology, 135(1), 115-122. Ó Foighil, D. & Smith, M. (1996) Phylogeography of an asexual marine clam complex, Lasaea, in the northeastern Pacific based on cytochrome oxidase III sequence variation. Molecular Phylogenetics and Evolution, 6(1), 134-142. Ó Foighil, D. & Smith, M.J. (1995) Evolution of asexuality in the cosmopolitan marine clam Lasaea. Evolution, 49(1), 140-150. Ó Foighil, D. & Thiriot-Quievreux, C. (1999) Sympatric Australian Lasaea species (Mollusca: Bivalvia) differ in their ploidy levels, reproductive modes and developmental modes. Zoological Journal of the Linnean Society, 127(4), 477-494. Ó Foighil, D. & Thiriot-Quiévreux, C. (1991) Ploidy and pronuclear interaction in northeastern Pacific Lasaea clones (Mollusca: Bivalvia). Biological Bulletin, 181(2), 222-231.
156
Palmer, M.A. (1990) Temporal and Spatial Dynamics of Meiofauna within the Hyporheic Zone of Goose Creek, Virginia. Journal of the North American Benthological Society, 9(1), 17-25. Palmer, S. & Norton, R. (1990) Further experimental proof of thelytokous parthenogenesis in oribatid mites (Acari: Oribatida: Desmonomata). Experimental and Applied Acarology, 8(3), 149-159. Palmer, S. & Norton, R. (1991) Taxonomic, geographic and seasonal distribution of thelytokous parthenogenesis in the Desmonomata (Acari: Oribatida). Experimental and Applied Acarology, 12(1-2), 67-81. Palmer, S. & Norton, R. (1992) Genetic diversity in thelytokous oribatid mites (Acari; Acariformes: Desmonomata). Biochemical Systematics and Ecology, 20(3), 219-231. Palumbi, S. (2001) Evolution – Humans as the world's greatest evolutionary force. Science, 293(5536), 17861790. Pamilo, P., Nei, M. & Li, W. (1987) Accumulation of mutations in sexual and asexual populations. Genetical Research, 49(2), 135-146. Parker, E. (1979) Ecological implications of clonal diversity in parthenogenetic morphospecies. American Zoologist, 19(3), 753-762. Parker, E., Selander, R., Hudson, R. & Lester, L. (1977) Genetic diversity in colonizing parthenogenetic cockroaches. Evolution, 31(4), 836-842. Parks, J. & Farrar, D. (1984) A first report of the fern genus Vittaria in New York. Rhodora, 86(848). Pawlowska, T.E. (2005) Genetic processes in arbuscular mycorrhizal fungi. Fems Microbiology Letters, 251(2), 185-192. Pax, F. & Wulfert, K. (1941) Die Rädertiere der deutschen Thermen. Lotos, 88, 246-262. Peck, J., Yearsley, J. & Waxman, D. (1998) Explaining the geographic distributions of sexual and asexual population. Nature, 391(6670), 889-892. Pejler, B. (1995) Relation to habitat in rotifers. Hydrobiologia, 313, 267-278. Perez, M., Valverde, J., Batuecas, B., Amat, F., Marco, R. & Garesse, R. (1994) Speciation in the Artemia genus: mitochondrial DNA analysis of bisexual and parthenogenetic brine shrimps. Journal of Molecular Evolution, 38(2), 156-168. Peters, A. & Keightley, P. (2000) A test for epistasis among induced mutations in Caenorhabditis elegans. Genetics, 156(4), 1635-1647. Pieri, V., Martens, K., Stoch, F. & Rossetti, G. (2009) Distribution and ecology of non-marine ostracods (Crustacea, Ostracoda) from Friuli Venezia Giulia (NE Italy). Journal of Limnology, 68(1), 1-15. Pilato, G. (1979) Correlations between cryptobiosis and other biological characteristics in some soil animals. Italian Journal of Zoology, 46(4), 319-332. Pinto, R., Rocha, C. & Martens, K. (2005) On new terrestrial ostracods (Crustacea, Ostracoda) from Brazil, primarily from Sao Paulo State. Zoological Journal of the Linnean Society, 145(2), 145-173. Pinto, R., Rocha, C. & Martens, K. (2007) Early release of eggs and embryos in a brooding ancient asexual ostracod: brood selection or a gambling strategy to increase fecundity? Hydrobiologia, 585, 249-253. Piscia, R., Guilizzoni, P., Fontaneto, D., Vignati, D., Appleby, P. & Manca, M. (2012) Dynamics of rotifer and cladoceran resting stages during copper pollution and recovery in a subalpine lake. Annales De Limnologie-International Journal of Limnology, 48(2), 151-160. Poelt, J. (1970) Das Konzept der Artenpaare bei den Flechten. Deutsche Botanische Gesellschaft, neue Folge, 4, 187-198. Poinar, G.O. & Ricci, C. (1992) Bdelloid rotifers in Dominican amber: evidence for parthenogenetic continuity. Experientia, 48(4), 408-410. Pollard, R. & Pu, S. (1985) Structure and circulation of the upper Atlantic Ocean northeast of the Azores. Progress in Oceanography, 14(1-4), 443-462. Pongratz, N., Sharbel, T., Beukeboom, L. & Michiels, N. (1998) Allozyme variability in sexual and parthenogenetic freshwater planarians: evidence for polyphyletic origin of parthenogenetic lineages through hybridization with coexisting sexuals. Heredity, 81, 38-47. Pongratz, N., Storhas, M., Carranza, S. & Michiels, N. (2003) Phylogeography of competing sexual and parthenogenetic forms of a freshwater flatworm: patterns and explanations. BMC Evolutionary Biology, 3. Pontecorvo, D. (1954) Mitotic recombination in the genetic systems of filamentous fungi. Caryologia, 6, 192200. Pontecorvo, G. (1956) The parasexual cycle in fungi. Annual Review of Microbiology, 10, 393-400. Ponyi, H. (1992) Studies of the Crustacea fauna of a Hungarian hot spring (Héviz Spa). Zoologischen Jahrbüchern abhteilung für Systematik Ökologie und Geographie, 119, 397-404. Pouchkina-Stantcheva, N.N., McGee, B.M., Boschetti, C., Tolleter, D., Chakrabortee, S., Popova, A.V., Meersman, F., Macherel, D., Hincha, D.K. & Tunnacliffe, A. (2007) Functional divergence of former alleles in an ancient asexual invertebrate. Science, 318(5848), 268-271. Price, M.V. & Waser, N.M. (1982) Population structure, frequency-dependent selection and the maintenance of sexual reproduction. Evolution, 36(1), 35-43. Priddle, J. & Dartnall, H. (1978) The biology of an Antarctic aquatic moss community. Freshwater Biotogy, 8, 469-480.
157
Provencher, L., Morse, G., Weeks, A. & Normark, B. (2005) Parthenogenesis in the Aspidiotus nerii complex (Hemiptera: Diaspididae): a single origin of a worldwide, polyphagous lineage associated with Cardinium bacteria. Annals of the Entomological Society of America, 98(5), 629-635. Pugh, P.J.A. & Convey, P. (2000) Scotia Arc Acari: antiquity and origin. Zoological Journal of the Linnean Society, 130(2), 309-328. Radzikowski, J. (2013) Resistance of dormant stages of planktonic invertebrates to adverse environmental conditions. Journal of Plankton Research, 0(0), 1-17. Rajaraman, R., Rajaraman, M., Rajaraman, S. & Guernsey, D. (2005) Neosis – a paradigm of self-renewal in cancer. Cell Biology International, 29(12), 1084-1097. Ramesh, M., Malik, S. & Logsdon, J. (2005) A phylogenomic inventory of meiotic genes: evidence for sex in Giardia and an early eukaryotic origin of meiosis. Current Biology, 15(2), 185-191. Ranta, E. (1979) Population biology of Darwinula stevensoni (Crustacea, Ostracoda) in an oligotrophic lake. Annales Zoologici Fennici, 16(1), 28-35. Rasmuson, M. (1996) Polygenes revisited – Or which are the genes behind quantitative variation? Or what can medical genetics learn from quantitative genetics and vice versa? Hereditas, 125(1), 1-9. Raup, D. (1994) The role of extinction in evolution. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 91(15), 6758-6763. Redfield, R. (2001) Do bacteria have sex? Nature Reviews Genetics, 2(8), 634-639. Redfield, R.J. (1994) Male mutation rates and the cost of sex for females. Nature, 369(6476), 145-147. Reeves, J., De Deckker, P. & Halse, S. (2007) Groundwater Ostracods from the arid Pilbara region of northwestern Australia: distribution and water chemistry. Hydrobiologia, 585, 99-118. Retrum, J., Hasiotis, S. & Kaesler, R. (2011) Neoichnological experiments with the freshwater ostracode Heterocypris incongruens: implications for reconstructing aquatic settings. Palaios, 26(7-8), 509-518. Ricard, G., McEwan, N., Dutilh, B., Jouany, J., Macheboeuf, D., Mitsumori, M., McIntosh, F., Michalowski, T., Nagamine, T., Nelson, N., Newbold, C., Nsabimana, E., Takenaka, A., Thomas, N., Ushida, K., Hackstein, J. & Huynen, M. (2006) Horizontal gene transfer from Bacteria to rumen Ciliates indicates adaptation to their anaerobic, carbohydrates-rich environment. BMC Genomics, 7. Ricci, C. (1987) Ecology of bdelloids: how to be successful. Hydrobiologia, 147, 117-127. Ricci, C. (1998) Anhydrobiotic capabilities of bdelloid rotifers. Hydrobiologia, 387, 321-326. Ricci, C. (2001) Dormancy patterns in rotifers. Hydrobiologia, 446, 1-11. Ricci, C. & Balsamo, M. (2000) The biology and ecology of lotic rotifers and gastrotrichs. Freshwater Biology, 44(1), 15-28. Ricci, C., Caprioli, M. & Fontaneto, D. (2007) Stress and fitness in parthenogens: is dormancy a key feature for bdelloid rotifers? BMC Evolutionary Biology, 7. Ricci, C. & Covino, C. (2005) Anhydrobiosis of Adineta ricciae: costs and benefits. Hydrobiologia, 546, 307314. Ricci, C., Melone, G. & Walsh, E.J. (2001) A carnivorous bdelloid rotifer, Abrochtha carnivora n. sp. Invertebrate Biology, 120(2), 136-141. Ricci, C. & Perletti, F. (2006) Starve and survive: stress tolerance and life-history traits of a bdelloid rotifer. Functional Ecology, 20(2), 340-346. Ricci, C., Vaghi, L. & Manzini, M.L. (1987) Desiccation of rotifers (Macrotrachela quadricornifera): survival and reproduction. Ecology, 68(5), 1488-1494. Rice, W. (1999) Genetic polarization: unifying theories for the adaptive significance of recombination – Commentary. Journal of Evolutionary Biology, 12(6), 1047-1049. Ridley, M. (2007) Červená královna: Sexualita a vývoj lidské přirozenosti. Portál, Praha. Rispe, C., Simon, J.C. & Pierre, J.S. (1996) Fitness comparison between clones differing in their ability to produce sexuals in the aphid Rhopalosiphum padi. Entomologia Experimentalis Et Applicata, 80(3), 469-474. Robeson, M.S., King, A.J., Freeman, K.R., Birky, C.W., Martin, A.P. & Schmidt, S.K. (2011) Soil rotifer communities are extremely diverse globally but spatially autocorrelated locally. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 108(11), 4406-4410. Rohde, K. (1986) Differences in species diversity of Monogenea between the Pacific and Atlantic Oceans. Hydrobiologia, 137(1), 21-28. Rohde, K. & Heap, M. (1998) Latitudinal differences in species and community richness and in community structure of metazoan endo- and ectoparasites of marine teleost fish. International Journal For Parasitology, 28(3), 461-474. Rosewater, J. (1975) An annotated list of the marine mollusks of Ascension Island, South Atlantic Ocean. Smithsonian Institution Press, Washington. Rossetti, G. & Martens, K. (1996) Redescription and morphological variability of Darwinula stevensoni (Brady & Robertson, 1870) (Crustacea, Ostracoda). Bulletin Koninklijk Belgisch Instituut voor Natuurwetenschappen, 66, 73-92.
158
Rossetti, G. & Martens, K. (1998) Taxonomic revision of the recent and Holocene representatives of the family Darwinulidae (Crustacea, Ostracoda), with a description of three new genera. Bulletin Koninklijk Belgisch Instituut voor Natuurwetenschappen, 68, 55-110. Rossetti, G., Pinto, R. & Martens, K. (2011) Description of a new genus and two new species of Darwinulidae (Crustacea, Ostracoda), from Christmas Island (Indian Ocean) with some considerations on the morphological evolution of ancient asexuals. Belgian Journal of Zoology, 141(2), 55-74. Rossi, V., Schön, I., Butlin, R. & Menozzi, P. (1998) Clonal genetic diversity. In K. Martens, ed. Sex and Parthenogenesis: Evolutionary Ecology of Reproductive Modes in Non-Marine Ostracds, p. 257-274. Backhuys, Leiden. Rossi, V., Todeschi, E., Gandolfi, A., Invidia, M. & Menozzi, P. (2002) Hypoxia and starvation tolerance in individuals from a riverine and a lacustrine population of Darwinula stevensoni (Crustacea: Ostracoda). Archiv Fur Hydrobiologie, 154(1), 151-171. Roughgarden, J. (1972) Evolution of niche width. American Naturalist, 106(952), 683-718. Roughgarden, J. (1991) The evolution of sex. American Naturalist, 138(4), 934-953. Rowe, L. (1994) The costs of mating and mate choice in water striders. Animal Behaviour, 48(5), 1049-1056. Rumpho, M., Worful, J., Lee, J., Kannan, K., Tyler, M., Bhattacharya, D., Moustafa, A. & Manhart, J. (2008) Horizontal gene transfer of the algal nuclear gene psbO to the photosynthetic sea slug Elysia chlorotica. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 105(46), 1786717871. Rutner-Kolisko, A. (1946) Über das Auftreten unbefruchteter ‘Dauereier’ bei Keratella quadrata. Österreichische Zoologische Zeitschrift, 1, 179-191. Rádl, E. (2006) Dějiny biologických teorií novověku I. Academia, Praha. Sale, J.E., Bemark, M., Williams, G.T., Jolly, C.J., Ehrenstein, M.R., Rada, C., Milstein, C. & Neuberger, M.S. (2001) In vivo and in vitro studies of immunoglobulin gene somatic hypermutation. Philosophical Transactions of the Royal Society B-Biological Sciences, 356(1405), 21-28. Salomon, S. & Puchta, H. (1998) Capture of genomic and T-DNA sequences during double-strand break repair in somatic plant cells. Embo Journal, 17(20), 6086-6095. Sandoval, C. (1994) The effects of the relative geographic scales of gene flow and selection on morph frequencies in the walking-stick Timema cristinae. Evolution, 48(6), 1866-1879. Sandoval, C. (2000) Persistence of a walking-stick population (Phasmatoptera: Timematodea) after a wildfire. Southwestern Naturalist, 45(2), 123-127. Sandoval, C., Carmean, D. & Crespi, B. (1998) Molecular phylogenetics of sexual and parthenogenetic Timema walking-sticks. Proceedings of the Royal Society B-Biological Sciences, 265(1396), 589-595. Sandoval, C. & Crespi, B. (2008) Adaptive evolution of cryptic coloration: the shape of host plants and dorsal stripes in Timema walking-sticks. Biological Journal of the Linnean Society, 94(1), 1-5. Sandoval, C. & Vickery, V. (1996) Timema douglasi (Phasmatoptera: Timematodea), a new parthenogenetic species from southwestern Oregon and northern California, with notes on other species. Canadian Entomologist, 128(1), 79-84. Sarvella, P. (1973) Adult parthenogenetic chickens. Nature, 243(5403), 171-171. Scanlon, L. (2009) Timema cristinae. Eukaryon, 5, 87-90. Schaefer, I., Domes, K., Heethoff, M., Schneider, K., Schön, I., Norton, R.A., Scheu, S. & Maraun, M. (2006) No evidence for the 'Meselson effect' in parthenogenetic oribatid mites (Oribatida, Acari). Journal of Evolutionary Biology, 19(1), 184-193. Schenker, R. (1983) Effects of temperature acclimation on cold-hardiness of alpine micro-arthropods. Revue d'Écologie Et De Biologie Du Sol, 20(1), 37-47. Schenker, R. (1984) Effects of temperature acclimation on cold-hardiness of Antarctic micro-arthropods. Revue d'Écologie Et De Biologie Du Sol, 21(2), 205-220. Scheu, S. & Drossel, B. (2007) Sexual reproduction prevails in a world of structured resources in short supply. Proceedings of the Royal Society B-Biological Sciences, 274(1614), 1225-1231. Schmeller, D.S. (2004) Tying ecology and genetics of hemiclonally reproducing waterfrogs (Rana, Anura). Annales Zoologici Fennici, 41(5), 681-687. Schultz, R.J. (1973) Unisexual fish: laboratory synthesis of a “species”. Science, 179(4069), 180-181. Schurko, A., Neiman, M. & Logsdon, J. (2009) Signs of sex: what we know and how we know it. Trends in Ecology & Evolution, 24(4), 208-217. Schurko, A.M. & Logsdon, J.M. (2008) Using a meiosis detection toolkit to investigate ancient asexual "scandals" and the evolution of sex. Bioessays, 30(6), 579-589. 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). Schwander, T. & Crespi, B.J. (2009a) Multiple direct transitions from sexual reproduction to apomictic parthenogenesis in Timema stick insects. Evolution, 63(1), 84-103. Schwander, T. & Crespi, B.J. (2009b) Twigs on the tree of life? Neutral and selective models for integrating macroevolutionary patterns with microevolutionary processes in the analysis of asexuality. Molecular Ecology, 18(1), 28-42.
159
Schwander, T., Henry, L. & Crespi, B. (2011) Molecular evidence for ancient asexuality in Timema stick insects. Current Biology, 21(13), 1129-1134. Schwander, T., Vuilleumier, S., Dubman, J. & Crespi, B. (2010) Positive feedback in the transition from sexual reproduction to parthenogenesis. Proceedings of the Royal Society B-Biological Sciences, 277(1686), 1435-1442. Schwarz, A.M.J., Green, J.D., Green, T.G.A. & Seppelt, R.D. (1993) Invertebrates associated with moss communities at Canada Glacier, southern Victoria Land, Antarctica. Polar Biology, 13(3), 157-162. Schön, I. & Arkhipova, I.R. (2006) Two families of non-LTR retrotransposons, Syrinx and Daphne, from the Darwinulid ostracod, Darwinula stevensoni. Gene, 371(2), 296-307. Schön, I., Butlin, R., Griffiths, H. & Martens, K. (1998) Slow molecular evolution in an ancient asexual ostracod. Proceedings of the Royal Society of London Series B-Biological Sciences, 265(1392), 235242. Schön, I., Gandolfi, A., Di Masso, E., Rossi, V., Griffiths, H., Martens, K. & Butlin, R. (2000) Persistence of asexuality through mixed reproduction in Eucypris virens (Crustacea, Ostracoda). Heredity, 84(2), 161169. Schön, I. & Martens, K. (1998) DNA repair in ancient asexuals – a new solution to an old problem? Journal of Natural History, 32(7), 943-948. Schön, I. & Martens, K. (2003) No slave to sex. Proceedings of the Royal Society of London Series B-Biological Sciences, 270(1517), 827-833. Schön, I. & Martens, K. (2004) Adaptive, pre-adaptive and non-adaptive components of radiations in ancient lakes: a review. Organisms Diversity & Evolution, 4(3), 137-156. Schön, I., Martens, K. & Rossi, V. (1996) Ancient asexuals: scandal or artifact? Trends in Ecology & Evolution, 11, 296-297. Schön, I., Martens, K., Van Doninck, K. & Butlin, R. (2003) Evolution in the slow lane: molecular rates of evolution in sexual and asexual ostracods (Crustacea: Ostracoda). Biological Journal of the Linnean Society, 79(1), 93-100. Schön, I., Pinto, R., Halse, S., Smith, A., Martens, K. & Birky, C.W. (2012) Cryptic species in putative ancient asexual darwinulids (Crustacea, Ostracoda). PLOS One, 7(7). Schön, I., Rossetti, G. & Martens, K. (2009) Darwinulid ostracods: ancient asexual scandals or scandalous gossip? In I. Schön, K. Martens & P. van Dijk, Eds. Lost Sex: The Evolutionary Biology of Parthenogenesis, 1, p. 217-240. Springer Science+Business Media B.V. Scott, H. (1961) Classification of Ostracoda. In R. Moore & C. Pitrat, Eds. Treatise on Invertebrate Paleontology. Part Q. Arthropoda 3. Crustacea Ostracoda, p. 74-92. Geological Society of America and University of Kansas Press, Boulder, Colorado and Lawrence, Kansas. Segers, H. (2007) Annotated checklist of the rotifers (Phylum Rotifera), with notes on nomenclature, taxonomy and distribution. Zootaxa(1564), 1-104. Segers, H. (2008) Global diversity of rotifers (Rotifera) in freshwater. Hydrobiologia, 595, 49-59. Serra, M. & Snell, T. (2009) Sex loss in monogonont rotifers. In I. Schön, K. Martens & P. van Dijk, Eds. Lost Sex: The Evolutionary Biology of Parthenogenesis, 1, p. 281-294. Springer Science+Business Media B.V. Sharp, P. & Li, W. (1989) On the rate of DNA sequence evolution in Drosophila. Journal of Molecular Evolution, 28(5), 398-402. Sheldon, P. (1996) Plus ça change–a model for stasis and evolution in different environments. Palaeogeography Palaeoclimatology Palaeoecology, 127(1-4), 209-227. Shigenobu, S., Watanabe, H., Hattori, M., Sakaki, Y. & Ishikawa, H. (2000) Genome sequence of the endocellular bacterial symbiont of aphids Buchnera sp. APS. Nature, 407(6800), 81-86. Shoubridge, E.A., Karpati, G. & Hastings, K.E.M. (1990) Deletion mutants are functionally dominant over wildtype mitochondrial genomes in skeletal muscle fiber segments in mitochondrial disease. Cell, 62(1), 4349. Siepel, H. (1994) Life-history tactics of soil microarthropods. Biology and Fertility of Soils, 18(4), 263-278. Siller, S. (2001) Sexual selection and the maintenance of sex. Nature, 411(6838), 689-692. Simon, J.C., Delmotte, F., Rispe, C. & Crease, T. (2003) Phylogenetic relationships between parthenogens and their sexual relatives: the possible routes to parthenogenesis in animals. Biological Journal of the Linnean Society, 79(1), 151-163. Simon, J.C., Rispe, C. & Sunnucks, P. (2002) Ecology and evolution of sex in aphids. Trends in Ecology & Evolution, 17(1), 34-39. Simpson, A. & Roger, A. (2004) The real 'kingdoms' of eukaryotes. Current Biology, 14(17), R693-R696. Sjursen, H. & Sømme, L. (2000) Seasonal changes in tolerance to cold and desiccation in Phauloppia sp. (Acari, Oribatida) from Finse, Norway. Journal of Insect Physiology, 46(10), 1387-1396. Skoultchi, A. & Morowitz, H. (1964) Information storage and survival of biological systems at temperatures near absolute zero. Yale Journal of Biology and Medicine, 37(2), 158-163.
160
Skubala, P. & Gulvik, M. (2005) Pioneer oribatid mite communities (Acari, Oribatida) in newly exposed natural (glacier foreland) and anthropogenic (post-industrial dump) habitats. Polish Journal of Ecology, 53(3), 395-407. Smith, J. (1980) Selection for recombination in a polygenic model. Genetical Research, 35(3), 269-277. Smith, R., Kamiya, T. & Horne, D. (2006) Living males of the 'ancient asexual' Darwinulidae (Ostracoda: Crustacea). Proceedings of the Royal Society B-Biological Sciences, 273(1593), 1569-1578. Sohlenius, B. & Bostrom, S. (2005) The geographic distribution of metazoan microfauna on East Antarctic nunataks. Polar Biology, 28(6), 439-448. Sohn, I. (1987) The ubiquitous ostracode Darwinula stevensoni (Brady and Robertson, 1870), redescription of the species and lectotype designation. Micropaleontology, 33(2), 150-163. Solbrig, O.T. & Simpson, B.B. (1974) Components of regulation of a population of dandelions in Michigan. Journal of Ecology, 62(2), 473-486. Sømme, L. & Conradilarsen, E.M. (1977) Cold-hardiness of collembolans and oribatid mites from windswept mountain ridges. Oikos, 29(1), 118-126. Song, Y. (2011) Modelling of sexual reproduction in a world of diverse and limited resources. Fachbereich Physik, Dr. rer. nat. Technische Universität Darmstadt, Darmstadt. Sørensen, M.V. & Giribet, G. (2006) A modern approach to rotiferan phylogeny: combining morphological and molecular data. Molecular Phylogenetics and Evolution, 40(2), 585-608. Sovik, G. (2004) The biology and life history of arctic populations of the littoral mite Ameronothrus lineatus (Acari, Oribatida). Experimental and Applied Acarology, 34(1-2), 3-20. Spence, J. & Blackman, R. (2000) Inheritance and meiotic behaviour of a de novo chromosome fusion in the aphid Myzus persicae (Sulzer). Chromosoma, 109(7), 490-497. Spolsky, C.M., Phillips, C.A. & Uzzell, T. (1992) Antiquity of clonal salamander lineages revealed by mitochondrial DNA. Nature, 356(6371), 706-708. Stalker, H.D. (1954) Parthenogenesis in Drosophila. Genetics, 39(1), 4-34. StatSoft. (2007) STATISTICA 8.0, data analysis software system, www.statsoft.com. Stebbins, G. (1957) Self fertilization and population variability in the higher plants. American Naturalist, 91(861), 337-354. Stenberg, P. & Saura, A. (2009) Cytology of asexual animals. In I. Schön, K. Martens & P. van Dijk, Eds. Lost Sex: The Evolutionary Biology of Parthenogenesis, 1, p. 63-74. Springer Science+Business Media B.V. Storhas, M., Weinzierl, R.P. & Michiels, N.K. (2000) Paternal sex in parthenogenetic planarians: a tool to investigate the accumulation of deleterious mutations. Journal of Evolutionary Biology, 13(1), 1-8. Straub, E. (1952) Mikropaläontologische Untersuchungen im Tertiär zwischen Ehingen und Ulm ad Donau. Geoligisches Jahrbucher, 6, 433-523. Subías, L. (2004) Listado sistemático, sinonímico y biogeográfico de los ácaros oribátidos (Acariformes, Oribatida) del mundo (1758-2002). Graellsia, 60, 3-305. Sugawara, H., Ohyama, Y. & Higashi, S. (1995) Distribution and temperature tolerance of the Antarctic freeliving mite Antarcticola meyeri (Acari, Cryptostigmata). Polar Biology, 15(1), 1-8. Sunnucks, P., England, P., Taylor, A. & Hales, D. (1996) Microsatellite and chromosome evolution of parthenogenetic Sitobion aphids in Australia. Genetics, 144(2), 747-756. Taberly, G. (1987) Recherches sur la parthénogenèse thélytoque de deux espèces d'acariens oribates: Trhypochthonius tectorum (Berlese) et Platynothrus peltifer (Koch). III: Etude anatomique, histologique et cytologique des femelles parthénogénétiques. Acarologia, 28(4), 389-403. Taberly, G. (1988) Recherches sur la parthénogenèse thélytoque de deux espèces d'Acariens Oribates: Trhypochthonius tectorum (Berlese) et Platynothrus peltifer (Koch). IV: Observations sur les mâles ataviques. Acarologia, 29, 95-107. Tada, S., Sato, T., Sakurai, H., Arai, H., Kimpara, I. & Kodama, M. (1996) Benthos and fish community associated with clumps of submerged drifting algae in Fildes Bay, King George Island, Antarctica. NIPR Symposium on Polar Biology, 9, p. 243-251. National institute of polar research. Tannenbaum, E. (2008) A comparison of sexual and asexual replication strategies in a simplified model based on the yeast life cycle. Theory in Biosciences, 127(4), 323-333. Taylor, D. & Ó Foighil, D. (2000) Transglobal comparisons of nuclear and mitochondrial genetic structure in a marine polyploid clam (Lasaea, Lasaeidae). Heredity, 84(3), 321-330. Terry, M. & Whiting, M. (2005) Mantophasmatodea and phylogeny of the lower neopterous insects. Cladistics, 21(3), 240-257. Thiel, M. & Gutow, L. (2005) The ecology of rafting in the marine environment. II. The rafting organisms and community. Oceanography and Marine Biology - an Annual Review, Vol. 43, 43, 279-418. Thielsch, A., Brede, N., Petrusek, A., De Meester, L. & Schwenk, K. (2009) Contribution of cyclic parthenogenesis and colonization history to population structure in Daphnia. Molecular Ecology, 18(8), 1616-1628. Thiriot-Quivreux, C. (1992) Karyotype of Lasaea australis, a brooding bivalve species. Australian Journal of Marine and Freshwater Research, 43(2), 403-408.
161
Thiriot-Quivreux, C., Soyer, J., Debovee, F. & Albert, P. (1988) Unusual chromosome complement in the brooding bivalve Lasaea consanguinea. Genetica, 76(2), 143-151. Thorp, J. & Covich, A. (1991) Ecology and classification of North American freshwater invertebrates. Academic Press, San Diego. Timmis, J., Ayliffe, M., Huang, C. & Martin, W. (2004) Endosymbiotic gene transfer: organelle genomes forge eukaryotic chromosomes. Nature Reviews Genetics, 5(2), 123-U16. Tinn, O. & Oakley, T. (2008) Erratic rates of molecular evolution and incongruence of fossil and molecular divergence time estimates in Ostracoda (Crustacea). Molecular Phylogenetics and Evolution, 48(1), 157-167. Tobler, M., Schlupp, I., de Leon, F., Glaubrecht, M. & Plath, M. (2007) Extreme habitats as refuge from parasite infections? Evidence from an extremophile fish. Acta Oecologica-International Journal of Ecology, 31(3), 270-275. Toman, J. (2011) Ekologické souvislosti pohlavního rozmnožování. PřF, Katdra filosofie a dějin přírodních věd, Bc. Univerzita Karlova, Praha. Triantaphyllou, A. (1981) Oogenesis and the chromosomes of the parthenogenetic root-knot nematode Meloidogyne incognita. Journal of Nematology, 13(2), 95-104. Trudgill, D.L. & Blok, V.C. (2001) Apomictic, polyphagous root-knot nematodes: exceptionally successful and damaging biotrophic root pathogens. Annual Review of Phytopathology, 39, 53-77. Tudorancea, C., Green, R. & Huebner, J. (1979) Structure, dynamics and production of the benthic fauna in Lake Manitoba. Hydrobiologia, 64(1), 59-95. Turgeon, J. & Hebert, P. (1994) Evolutionary interactions between sexual and all-female taxa of Cyprinotus (Ostracoda: Cyprididae). Evolution, 48(6), 1855-1865. Turner, J. (1967) Why does the genotype not congeal? Evolution, 21, 645-656. Tyler-Walters, H. & Davenport, J. (1990) The relationship between the distribution of genetically distinct inbred lines and upper lethal temperature in Lasaea rubra. Journal of the Marine Biological Association of the United Kingdom, 70(3), 557-570. Tétart, J. (1978) Les garnitures chromosomiques des Ostracodes d’eau douce. Travaux du laboratoire d'hydrobiologie de l'Université de Grenoble, 39, 113-140. Uyenoyama, M. (1984) On the evolution of parthenogenesis: a genetic representation of the "cost of meiosis". Evolution, 38(1), 87-102. Van den Broecke, L., Martens, K., Pieri, V. & Schön, I. (2012) Ostracod valves as efficient UV protection. Journal of Limnology, 71(1), 119-124. Van Dijk, P. (2003) Ecological and evolutionary opportunities of apomixis: insights from Taraxacum and Chondrilla. Philosophical Transactions of the Royal Society of London Series B-Biological Sciences, 358(1434), 1113-1120. Van Dijk, P. (2009) Apomixis: basics for non-botanists. In I. Schön, K. Martens & P. van Dijk, Eds. Lost Sex: The Evolutionary Biology of Parthenogenesis, 1, p. 47-62. Springer Science+Business Media B.V. Van Doninck, K., Schön, I., De Bruyn, L. & Martens, K. (2002) A general purpose genotype in an ancient asexual. Oecologia, 132(2), 205-212. Van Doninck, K., Schön, I., Maes, F., De Bruyn, L. & Martens, K. (2003a) Ecological strategies in the ancient asexual animal group Darwinulidae (Crustacea, Ostracoda). Freshwater Biology, 48(8), 1285-1294. Van Doninck, K., Schön, I. & Martens, K. (2003b) A perspective on the importance of reproductive mode in astrobiology. Astrobiology, 3(4), 657-671. Van Doninck, K., Schön, I., Martens, K. & Goddeeris, B. (2003c) The life-cycle of the asexual ostracod Darwinula stevensoni (Brady & Robertson, 1870) (Crustacea, Ostracoda) in a temporate pond. Hydrobiologia, 500(1-3), 331-340. van Raay, T. & Crease, T. (1995) Mitochondrial DNA diversity in an apomictic Daphnia complex from the Canadian High Arctic. Molecular Ecology, 4(2), 149-161. Van Valen, L. (1973) A new evolutionary law. Evolutionary Theory, 1, 1-30. Vandekerkhove, J., Martens, K., Rossetti, G., Mesquita-Joanes, F. & Namiotko, T. (2013) Extreme tolerance to environmental stress of sexual and parthenogenetic resting eggs of Eucypris virens (Crustacea, Ostracoda). Freshwater Biology, 58(2), 237-247. Vandel, A. (1928) La parthénogénèse geographique. Contribution à l'étude biologique et cytologique de la parthénogénèse naturelle. Bulletin Biologique de la France et de la Belgique, 62, 164-182. Vandel, A. (1940) La parthénogénèse géographique. IV. Polyploidie et distribution géographique. Bulletin Biologique de la France et de la Belgique, 74, 94-100. Vandenkoornhuyse, P., Leyval, C. & Bonnin, I. (2001) High genetic diversity in arbuscular mycorrhizal fungi: evidence for recombination events. Heredity, 87, 243-253. Vanhaecke, P., Siddall, S. & Sorgeloos, P. (1984) International study on Artemia. XXXII. Combined effects of temperature and salinity on the survival of Artemia of various geographical origin. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology, 80(3), 259-275. Verma, K. (1969) A new subspecies of Impatientinum impatiensae (Shinji) and the male of Protrama penecaeca (Stroyan) from NW India (Homoptera: Aphididae). Bulletin of entomology, 10, 102-103.
162
Vickery, V. (1993) Revision of Timema (Scudder) (Phasmatoptera: Timematodea) including three new species. Canadian Entomologist, 125(4), 657-692. Vickery, V. & Sandoval, C. (2001) Descriptions of three new species of Timema (Phasmatoptera: Timematodea: Timematidae) and notes on three other species. Journal of Orthoptera Research, 10(1), 53-61. Virro, T. (1996) Taxonomic composition of rotifers in Lake Peipsi. Hydrobiologia, 338(1-3), 125-132. Virro, T., Haberman, J., Haldna, M. & Blank, K. (2009) Diversity and structure of the winter rotifer assemblage in a shallow eutrophic northern temperate Lake Vortsjarv. Aquatic Ecology, 43(3), 755-764. Vrijenhoek, R. (1984) The evolution of clonal diversity in Poeciliopsis. In B. Turner, ed. Evolutionary Genetics of Fishes, 1, p. 399-429. Plenum Press, New York. Vrijenhoek, R. & Parker, E. (2009) Geographical parthenogenesis: general purpose genotypes and frozen niche variation. In I. Schön, K. Martens & P. van Dijk, Eds. Lost Sex: The Evolutionary Biology of Parthenogenesis, 1, p. 99-131. Springer Science+Business Media B.V. Vrijenhoek, R.C. (1978) Coexistence of clones in a heterogeneous environment. Science, 199(4328), 549-552. Vrijenhoek, R.C. (1979) Factors affecting clonal diversity and coexistence. American Zoologist, 19(3), 787-797. Vrijenhoek, R.C. (1994) Unisexual fish: model systems for studying ecology and evolution. Annual Review of Ecology and Systematics, 25, 71-96. Vrijenhoek, R.C. (1998) Animal clones and diversity. Bioscience, 48(8), 617-628. Waggoner, B.M. & Poinar, G.O. (1993) Fossil habrotrochid rotifers in Dominican amber. Experientia, 49(4), 354-357. Wagner, G. & Gabriel, W. (1990) Quantitative variation in finite parthenogenetic populations: what stops Muller's ratchet in the absence of recombination? Evolution, 44(3), 715-731. Wallace, R., Ricci, C. & Melone, G. (1996) A cladistic analysis of pseudocoelomate (aschelminth) morphology. Invertebrate Biology, 115(2), 104-112. Wallwork, J. (1960) Observations on the behaviour of some oribatid mites in experimentally-controlled temperature gradients. Proceedings of the Zoological Society of London, 135(4), 619-629. Walter, D. (2001) Endemism and cryptogenesis in 'segmented' mites: a review of Australian Alicorhagiidae, Terpnacaridae, Oehserchestidae and Grandjeanicidae (Acari: sarcoptiformes). Australian Journal of Entomology, 40, 207-218. Walter, D. (2003) The genus Gamasellodes (Acari: Mesostigmata: Ascidae): new Australian and North American species. Systematic & Applied Acarology Special Publications, 15, 1-10. Walter, D. (2009) Suborder Endeostigmata. In G. Krantz & D. Walter, Eds. A manual of acarology, 3, p. 421429. Texas Tech University Press, Lubbock, Texas. Walter, D., Lindquist, E., Smith, I., Cook, D. & Krantz, G. (2009) Order Trombidiformes. In G. Krantz & D. Walter, Eds. A manual of acarology, 3, p. 233-420. Texas Tech University Press, Lubbock, Texas. Ward, H. & Whipple, G. (1918) Fresh-water biology. John Wiley & Sons, Inc., New York. Watson, R., Weinreich, D. & Wakeley, J. (2011) Genome structure and the benefit of sex. Evolution, 65(2), 523536. Webster, M. (2007) A Cambrian peak in morphological variation within trilobite species. Science, 317(5837), 499-502. Weeks, A. & Breeuwer, J. (2001) Wolbachia-induced parthenogenesis in a genus of phytophagous mites. Proceedings of the Royal Society B-Biological Sciences, 268(1482), 2245-2251. Weeks, A.R., Marec, F. & Breeuwer, J.A.J. (2001) A mite species that consists entirely of haploid females. Science, 292(5526), 2479-2482. Weeks, A.R., Reynolds, K.T., Hoffmann, A.A. & Mann, H. (2002) Wolbachia dynamics and host effects: what has (and has not) been demonstrated? Trends in Ecology & Evolution, 17(6), 257-262. Weeks, S. (1993) The effects of recurrent clonal formation on clonal invasion patterns and sexual persistence: a Monte Carlo simulation of the frozen niche-variation model. American Naturalist, 141(3), 409-427. Weider, L. (1993) A test of the "general-purpose" genotype hypothesis: differential tolerance to thermal and salinity stress among Daphnia clones. Evolution, 47(3), 965-969. Weismann, A. (1889) Essays upon heredity and kindred biological problems. Clarendon Press, Oxford. Weiss, M. (2001) Widespread hermaphroditism in freshwater gastrotrichs. Invertebrate Biology, 120(4), 308341. Weiss, M. & Levy, D. (1979) Sperm in "parhenogenetic" freshwater gastrotrichs. Science, 205(4403), 302-303. Welch, D. & Meselson, M. (2000) Evidence for the evolution of bdelloid rotifers without sexual reproduction or genetic exchange. Science, 288(5469), 1211-1215. Welch, D. & Meselson, M. (2001) Rates of nucleotide substitution in sexual and anciently asexual rotifers. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 98(12), 6720-6724. Welch, D., Ricci, C. & Meselson, M. (2009) Bdelloid rotifers: progress in understanding the success of an evolutionary scandal. In I. Schön, K. Martens & P. van Dijk, Eds. Lost Sex: The Evolutionary Biology of Parthenogenesis, 1, p. 259-279. Springer Science+Business Media B.V. Welch, D.B.M. (2000) Evidence from a protein-coding gene that acanthocephalans are rotifers. Invertebrate Biology, 119(1), 17-26.
163
Welch, D.B.M., Cummings, M.P., Hillis, D.M. & Meselson, M. (2004a) Divergent gene copies in the asexual class Bdelloidea (Rotifera) separated before the bdelloid radiation or within bdelloid families. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 101(6), 1622-1625. Welch, D.B.M., Welch, J.L.M. & Meselson, M. (2008) Evidence for degenerate tetraploidy in bdelloid rotifers. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 105(13), 5145-5149. Welch, J.L.M. & Meselson, M. (1998) Karyotypes of bdelloid rotifers from three families. Hydrobiologia, 387, 403-407. Welch, J.L.M., Welch, D.B.M. & Meselson, M. (2004b) Cytogenetic evidence for asexual evolution of bdelloid rotifers. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 101(6), 1618-1621. Werren, J.H. (1997) Biology of Wolbachia. Annual Review of Entomology, 42, 587-609. West, S., Lively, C. & Read, A. (1999) A pluralist approach to sex and recombination. Journal of Evolutionary Biology, 12(6), 1003-1012. Wetherington, J.D., Kotora, K.E. & Vrijenhoek, R.C. (1987) A test of the spontaneous heterosis hypothesis for unisexual vertebrates. Evolution, 41(4), 721-731. Wetherington, J.D., Weeks, S.C., Kotora, K.E. & Vrijenhoek, R.C. (1989) Genotypic and environmental components of variation in growth and reproduction of fish hemiclones (Poeciliopsis: Poecilidae). Evolution, 43(3), 635-645. White, M. (1973) Animal cytology and evolution. Cambridge University Press, Cambridge, UK. Wickstrom, C. & Castenholz, R. (1985) Dynamics of cyanobacterial and ostracod interactions in an Oregon hot spring. Ecology, 66(3), 1024-1041. Wiener, P., Feldman, M. & Otto, S. (1992) On genetic segregation and the evolution of sex. Evolution, 46(3), 775-782. Wilkins, A. & Holliday, R. (2009) The evolution of meiosis from mitosis. Genetics, 181(1), 3-12. Williams, G. & Mitton, J. (1973) Why reproduce sexually? Journal of Theoretical Biology, 39(3), 545-554. Williams, G.C. (1974) Adaptation and natural selection: a critique of some current evolutionary thought. Princeton University Press, Princeton, NJ. Williams, G.C. (1975) Sex and evolution. Princeton University Press, Princeton, NJ. Wilson, A.C.C., Sunnucks, P. & Hales, D.F. (1999) Microevolution, low clonal diversity and genetic affinities of parthenogenetic Sitobion aphids in New Zealand. Molecular Ecology, 8(10), 1655-1666. Wilson, C. & Sherman, P. (2010) Anciently asexual bdelloid rotifers escape lethal fungal parasites by drying up and blowing away. Science, 327(5965), 574-576. Wilson, C.G. (2011) Desiccation-tolerance in bdelloid rotifers facilitates spatiotemporal escape from multiple species of parasitic fungi. Biological Journal of the Linnean Society, 104(3), 564-574. Witek, A., Herlyn, H., Meyer, A., Boell, L., Bucher, G. & Hankeln, T. (2008) EST based phylogenomics of Syndermata questions monophyly of Eurotatoria. BMC Evolutionary Biology, 8. Worland, M.R. & Block, W. (2003) Desiccation stress at sub-zero temperatures in polar terrestrial arthropods. Journal of Insect Physiology, 49(3), 193-203. Worland, M.R. & Convey, P. (2001) Rapid cold hardening in Antarctic microarthropods. Functional Ecology, 15(4), 515-524. Worrall, J.J. (1997) Somatic incompatibility in basidiomycetes. Mycologia, 89(1), 24-36. Wrensch, D., Kethley, J. & Norton, R. (1994) Cytogenetics of holokinetic chromosomes and inverted meiosis: keys to the evolutionary success of mites, with generalizations on eukaryotes. In M. Houck, ed. Mites. Ecological and Evolutionary Analyses of Life-History Patterns, 1, p. 282-343. Chapman & Hall, New York. Wysocka, A., Konopa, G., Wegrzyn, G. & Wrobel, B. (2006) Genomic DNA hybridization as an attempt to evaluate phylogenetic relationships of ostracoda. Crustaceana, 79, 1309-1322. Xu, J. (2005) Cost of interacting with sexual partners in a facultative sexual microbe. Genetics, 171(4), 15971604. Yamada, S. (2007) Structure and evolution of podocopan ostracod hinges. Biological Journal of the Linnean Society, 92(1), 41-62. Yamaguchi, S. & Endo, K. (2003) Molecular phylogeny of Ostracoda (Crustacea) inferred from 18S ribosomal DNA sequences: implication for its origin and diversification. Marine Biology, 143(1), 23-38. Young, M.R., Behan-Pelletier, V.M. & Hebert, P.D.N. (2012) Revealing the hyperdiverse mite fauna of subarctic Canada through DNA barcoding. PLOS One, 7(11). Young, S.R. & Block, W. (1980) Experimental studies on the cold tolerance of Alaskozetes antarcticus. Journal of Insect Physiology, 26(3), 189-200. Yu, N., Zhao, M., Chen, L. & Yang, P. (2006) Phylogenetic relationship of Podocopida (Ostracoda: Podocopa) based on 18S ribosomal DNA sequences. Acta Oceanologica Sinica, 25(2), 99-108. Zchori-Fein, E. & Perlman, S.J. (2004) Distribution of the bacterial symbiont Cardinium in arthropods. Molecular Ecology, 13(7), 2009-2016.
164
Zhaxybayeva, O., Gogarten, J., Charlebois, R., Doolittle, W. & Papke, R. (2006) Phylogenetic analyses of cyanobacterial genomes: quantification of horizontal gene transfer events. Genome Research, 16(9), 1099-1108. Zouros, E., Freeman, K., Ball, A. & Pogson, G. (1992) Direct evidence for extensive paternal mitochondrial DNA inheritance in the marine mussel Mytilus. Nature, 359(6394), 412-414.
165
