PŘÍBĚH PŘEDKA
16.9.2008
15:04
Stránka 634
Setkání 36
ROSTLINY
Při Setkání 36 se potkáváme se skutečnými vládci života, rostlinami. Život by se snadno obešel bez živočichů i bez hub. Ale zničte rostliny a život by rázem začal spět k rychlému konci. Rostliny nenahraditelně obývají samotnou základnu téměř každého potravního řetězce. Jsou to ta nejnápadnější stvoření na naší planetě, jsou první, čeho by si kterýkoli návštěvník z Marsu všiml. Rostliny jsou zdaleka největšími jednotlivými organismy, které kdy žily, a je v nich uzavřeno i ohromující procento světové biomasy. A nikoli náhodou. Část takto vysokého podílu má nutně svůj původ ve skutečnosti, že téměř veškerá biomasa pochází prostřednictvím fotosyntézy téměř* výhradně ze slunce, většinou ve formě zelených rostlin, a že přenos na každé úrovni potravního řetězce dosahuje pouhé desetiprocentní účinnosti. Díky rostlinám je zelený povrch souše, a nebýt toho, že v moři fotosyntézu místo makroskopických rostlin obstarávají mikroorganismy příliš malé na to, aby odrážely patrné množství zeleného světla, zelená by byla i mořská hladina. Jako by rostlinám nešlo o nic jiného než pokrýt každičký čtvereční centimetr zelení a nenechat prázdné jediné místo. A to také poměrně úspěšně a velmi pochopitelně dělají. Ze slunce na povrch planety dopadá konečný počet fotonů a každý z těchto fotonů je velkou vzácností. Celkový počet fotonů, které ze své hvězdy může planeta získat, je omezen jejím plošným obsahem, navíc je ke slunci natočená vždy jen jedna její strana. Z pohledu rostliny se každý čtvereční centimetr Země jiný než zelený rovná zbytečně zmařené příležitosti ulovit nějaký ten foton. Listy jsou vlastně solární panely, a to * Význam této opatrnické výhrady vyjde najevo v kapitole Canterbury.
634 /
PŘÍBĚH PŘEDKA
PŘÍBĚH PŘEDKA
16.9.2008
15:04
Stránka 635
miliony let
Připojují se rostliny
již se připojili
glaukofyty (Glaucophyta)
zelené rostliny (Viridiplantae)
ruduchy (Rhodophyta)
Obr. 76 Připojují se rostliny. Rostliny tvoří asi 13 druhů glaukofytů (jednobuněčných řas s chloroplasty morfologicky velmi podobnými volně žijícím cyanobakteriím), zhruba 5000 druhů ruduch a na 30 000 druhů „zelených rostlin“. Mezi zelené rostliny patří mnohé jednobuněčné a koloniální zelené řasy, např. váleč (Volvox), stejně jako známější mechy, kapradiny, jehličnany, krytosemenné rostliny apod. Pořadí větvení těchto tří skupin je poměrně zavedené, i když pozice rostlin ve fylogenezi eukaryot obecně je sporná (viz Setkání 37). Obrázky (zleva): řasa „dulse“ (Rhodymenia palmata), váleč zlatý (Volvox aureus), sekvojovec obrovský (Sequoiadendron giganteum).
ROSTLINY /
635
PŘÍBĚH PŘEDKA
16.9.2008
15:04
Stránka 636
co možná nejplošší, aby se maximalizoval počet nachytaných fotonů na jednotku výdajů. Takže nejlépe uděláte, když své listy umístíte do takové polohy, kde je nebudou zastiňovat další listy, obzvláš listy někoho jiného. Právě proto jsou stromy v lese tak vysoké. Vysoké stromy mimo les působí nepatřičně a objevují se patrně jen díky lidskému zásahu. Jste-li totiž jediný strom v okolí, vyrůst do výšky je pouhým plýtváním energie. Mnohem lepší je rozložit se do stran, jako to dělají trávy, protože pak na jednotku úsilí vloženého do růstu nachytáte víc fotonů. Pokud jde o lesy, taková tma tam vůbec není náhodou. Každý foton, který pronikne k zemi, totiž pro listy nahoře představuje selhání. Rostliny se až na pár výjimek, jakou je např. rosnatka, nepohybují. Živočichové se až na pár výjimek, jakými jsou např. houbovci, pohybují. Proč ten rozdíl? Určitě to má co do činění se skutečností, že rostliny „se živí“ fotony, zatímco živočichové (nakonec) požírají rostliny. Ono „nakonec“ samozřejmě potřebujeme, jelikož rostliny jsou někdy potravou z druhé či třetí ruky, prostřednictvím živočichů požírajících jiné živočichy. Ale co je zvláštního na pohlcování fotonů, že se vyplatí sedět na jednom místě s kořeny zapuštěnými v zemi? A co je zvláštního na konzumaci rostlin, na rozdíl od toho být rostlinou, že se vyplatí se pohybovat? Inu, podle mého jde o to, že jelikož rostliny sedí na jednom místě, živočichové se, aby je mohli jíst, musejí pohybovat. Proč se ale rostliny nehýbou? Možná to nějak souvisí s nutností mít kořeny, s jejichž pomocí z půdy čerpají živiny. Nebo také není možné překlenout vzdálenost mezi nejlepším tvarem pro pohyb (masivní a kompaktní) a nejlepším tvarem pro pohlcování spousty fotonů (velký povrch, tudíž roztažený a neskladný). To nevím. A je ale důvod jakýkoli, ze tří obrovských skupin megaživota, který na této planetě vznikl, zůstávají dvě, rostliny a houby, většinou přisedlé na jednom místě jako sochy, zatímco většina třetí skupiny, živočichů, pobíhá z místa na místo a po něčem se pídí. Rostliny dokonce využívají živočichy k tomu, aby pobíhali za
636 /
PŘÍBĚH PŘEDKA
PŘÍBĚH PŘEDKA
16.9.2008
15:04
Stránka 637
ně. Nástrojem této manipulace jsou květy se svými lepými barvami, tvary a vůněmi.* Všichni poutníci, kteří se k nám při Setkání 36 přidají, zelení nejsou. Nejhlouběji se dělí** na ruduchy na jedné a zelené rostliny (včetně zelených řas) na druhé straně. Ruduchy se běžně vyskytují na mořském pobřeží. Stejně tak nejrůznější druhy zelených řas, které hojně žijí i ve sladkých vodách. Nejznámějšími chaluhami jsou však vzdáleněji příbuzné hnědé řasy: s nimi se setkáme až při Setkání 37.*** Jedněmi z poutníků, s nimiž se setkáváme te, a zároveň nejznámějšími a nejpůsobivějšími jsou vyšší rostliny. Rostliny dobyly souš ještě před živočichy. To je pochopitelné, protože co by tam živočichové bez rostlin ke konzumaci také dělali? Rostliny se pravděpodobně nepřesunuly z moře přímo na souš, ale stejně jako živočichové se vydaly sladkovodní cestou. Jako u jiných početných zástupů poutníků i tady shledáme, že k nám přicházejí ve složitých podskupinách, které se pospojovaly ještě „před“ setkáním s námi. V případě zelených rostlin vřele doporučuji senzačně propracovaný počítačový program Deep Green, který je v době psaní této knihy k dispozici na internetu (obr. 77). Když Deep Green spustíte, objeví se před vámi zakořeněný fylogenetický strom. Některé jeho větve mají na konci jméno rostliny nebo skupiny rostlin. U některých žádné jméno není, vedou „ze stránky ven“. Nejkrásnější na tomhle stromě je to, že ho můžete uchopit myší *
Na toto téma bych sem býval zařadil jednu povídku, nebýt dvou kapitol v knize Výstup na Horu nepravděpodobna, „Zrnka pylu a zázračné střely“ a „Oplocená zahrada“. ** S výjimkou poměrně nedůležitých 13 druhů jednobuněčných glaukofytů, které podle všeho tvoří „outgroup“. *** To se ovšem Dawkins chytil do vlastní pasti: protože mu rostliny připadají důležité a zajímavé, přisoudil jim vlastní kapitolu, a tím rozvrátil strukturu knihy založenou na sbíhání fylogenetických pěšinek. I když fylogenezi eukaryot ještě úplně nerozumíme, skoro určitě to neproběhlo tak, že by se k nám, živočichům, houbám a měňavkám, nejprve připojily rostliny (Setkání 36) a pak teprve zbytek eukaryot (Setkání 37); pravděpodobně se dostavily všechny zbývající eukaryotní skupiny (včetně rostlin) najednou (pozn. recenzenta).
ROSTLINY /
637
PŘÍBĚH PŘEDKA
16.9.2008
15:04
Stránka 638
rostliny krytosemenné kapradiny semenné rostliny
plavuně
cévnaté rostliny
mechy vyšší rostliny hlevíky játrovky
parožnatky
Obr. 77 Kdyby jen Darwin s Hookerem měli počítač. Strom zelených rostlin z programu Deep Green, http://ucjeps.berkeley.edu/map2.html. Tento program funguje na Macintoshi nebo PC (s nainstalovanou Javou). Kořen stromu je na obrázku dole.
a úplně přirozeně a intuitivně jím posunovat tak, abyste z něj viděli víc. Jak ho posouváte, před očima vám raší nové a nové větvičky, a když ho pootočíte, na obrazovce vyskočí celá řada nových jmen spolu s mnoha novými, nepojmenovanými větvemi. Můžete strom prozkoumávat tak dlouho, jak jen chcete: zdá se, že je nekonečný, což vypovídá o obrovské rozmanitosti, kterou si zelené rostliny vytvořily. Jak ručkujete mezi větvemi, jako nějaká darwinovská opice po rajském evolučním stromě, nezapomínejte, že každé rozvětvení, ke kterému dojdete, představuje skutečné setkání přesně v duchu této knihy. Bylo by úžasné, kdybychom měli stejný strom i pro živočichy. Jednu z předešlých povídek jsem zakončil poznámkou, jak nádherné je být v takové době zoologem. Stejně tak bych mohl říct, jak nádherné je být v takové době botanikem. Jak radostiplné by bylo předvést Deep Green Josephu Hookerovi
638 /
PŘÍBĚH PŘEDKA
PŘÍBĚH PŘEDKA
16.9.2008
15:04
Stránka 639
– v přítomnosti jeho blízkého přítele Charlese Darwina. Chce se mi plakat, když na to jen pomyslím.
POVÍDKA KVĚTÁKU Spoluautor Yan Wong Povídky v této knize nemají být jen o soukromých starostech vypravěče. Stejně jako Chaucerovy povídky mají i ony zobrazovat život obecně – v jeho případě život člověka, v našem případě život jako takový. O čem může takový květák povědět obrovskému davu poutníků z velkolepé sešlosti po Setkání 36, během něhož se rostliny přidají k živočichům? O jednom důležitém principu, který se týká každé rostliny i každého živočicha. Vlastně může navázat na Povídku člověka zručného. Povídka člověka zručného byla o velikosti mozku. Dozvěděli jsme se v ní, jak pomocí logaritmování a bodového grafu porovnávat různé druhy. Zdálo se, že větší zvířata mají proporcionálně menší mozky než malá zvířata. Konkrétněji směrnice regresní přímky grafu s logaritmickými stupnicemi hmotnosti těla ku hmotnosti mozku byla celkem přesně 3/4. Tato hodnota leží, jestli si vzpomínáte, mezi dvěma intuitivně pochopitelnými hodnotami: 1/1 (hmotnost mozku je přímo úměrná hmotnosti těla) a 2/3 (povrch mozku je úměrný hmotnosti těla). Ukázalo se, že pozorovaný sklon regresní přímky u logaritmu hmotnosti mozku proti logaritmu hmotnosti těla není jen zhruba vyšší než 2/3 a nižší než 1/1. Byl přesně 3/4. Takto přesná data si žádají stejně přesnou teorii. Dokázali bychom sklon 3/4 nějak racionálně odůvodnit? Nebude to snadné. Biologové si navíc již dávno všimli, že k tomuto přesnému tříčtvrtinovému poměru se kromě velikosti mozku váže i spousta dalších věcí. Možná nám to i něco napoví. Tímhle tříčtvrtinovým pravidlem se řídí především využívání energie u různých organismů – výkon metabolismu. To celé tedy bylo povýšeno na přírodní zákon, pojmenovaný Kleiberův, i když ROSTLINY /
639
log. metabolického výkonu (kcal/h)
PŘÍBĚH PŘEDKA
16.9.2008
15:04
Stránka 640
homoiotermové (teplokrevné organismy)
poikilotermové (studenokrevné organismy)
jednobuněčné organismy
log. hmotnosti (g)
Obr. 78 Zákon platí přes dvacet řádů velikostí. Schéma Kleiberova zákona, upraveno z Westa, Browna a Enquista [304].
pro něj nebylo známo žádné logické vysvětlení. Graf na obr. 78 znázorňuje logaritmus metabolického výkonu proti logaritmu tělesné hmotnosti (princip grafů s logaritmickými stupnicemi je vysvětlen v Povídce člověka zručného). Na Kleiberově zákoně je nejúžasnější asi to, že platí pro organismy od nejmenších bakterií po největší velrybu. To je rozdíl asi 20 řádů. Abyste se dostali od nejmenší bakterie k největšímu savci, musíte její hmotnost vynásobit dvacetkrát deseti – neboli přidat dvacet nul – a Kleiberův zákon platí napříč nejen celou živočišnou říší, ale i u rostlin a jednobuněčných organismů. Na grafu je vidět, že mu nejlépe odpovídají tři rovnoběžné přímky. První pro mikroorganismy, druhá pro studenokrevné velké živočichy („velké“ tu znamená všechno s hmotností vyšší než jedna miliontina gramu!) a třetí pro teplokrevné velké živočichy (savce a ptáky). Všechny tři přímky mají tentýž sklon (3/4), mají však odlišnou výšku: není divu, nebo teplokrevní živočichové mají vyšší metabolický výkon než studenokrevní živočichové téže velikosti.
640 /
PŘÍBĚH PŘEDKA
PŘÍBĚH PŘEDKA
16.9.2008
15:04
Stránka 641
Celá léta nikdo nedokázal Kleiberův zákon skutečně přesvědčivě vysvětlit, až se svou vynikající prací přišli jeden fyzik, Geoffrey West, a dva biologové, James Brown a Brian Enquist. Jejich odvození zákona přesných 3/4 je matematickým kouzlem, které lze jen těžko převést do slov, je ale tak důmyslné a důležité, že to za pokus stojí. Westova, Enquistova a Brownova (napříště WEB) teorie vychází ze skutečnosti, že tkáně velkých organismů mají potíže se zásobováním. A právě o zásobování jsou cévní soustavy u živočichů a vodivá pletiva u rostlin: transportují různé „věci“ do tkání i z tkání. Malé organismy tento problém v takové míře řešit nemusejí. Velmi malé organismy mají v porovnání se svým objemem tak velký povrch, že veškerý potřebný kyslík dokážou přijmout buněčnou stěnou. A i když jsou mnohobuněčné, žádná z jejich buněk neleží od vnějšího povrchu nijak daleko. Velký organismus se ale nějak s transportním problémem vypořádat musí, jelikož většina jeho buněk leží od nezbytných dodávek příliš daleko. Musí látky nějak převádět z místa na místo. Hmyz do svých tkání doslova pumpuje vzduch pomocí rozvětvené sítě potrubí zvaného vzdušnice (tracheje). I my máme bohatě rozvětvené vzduchové potrubí, u nás je však uzavřeno ve zvláštních orgánech, plicích, v nichž je i stejně rozvětvená sí cév, která kyslík z plic rozvádí do celého těla. Podobně to dělají ryby s žábrami: orgány s velkým povrchem, jejichž úkolem je zvýšit styčnou plochu mezi vodou a krví. Totéž dělá s mateřskou a plodovou krví placenta.
Obr. 79 Tkáně mají potíže se zásobováním. Složitá rozvodná sí květáku.
ROSTLINY /
641
PŘÍBĚH PŘEDKA
16.9.2008
15:04
Stránka 642
Stromy pomocí spleti větví přivádějí k listům vodu vytaženou z půdy, z listů zase odvádějí cukry zpátky do kmene. Fotografie čerstvého květáku od místního zelináře a rozkrojeného na půl ukazuje, jak takový běžný transportní systém vypadá (obr. 79). Je na něm vidět, kolik práce to květáku dá, aby zásobovací sí rozvedl až k povrchovým „květním pupenům“.* Dokážeme si tedy představit, že takové rozvodné sítě – vzduchové trubice, cévy s krví či s cukerným roztokem nebo něco takového – by mohly dokonale kompenzovat nárůst velikosti těla. Pokud by tomu tak bylo, typická buňka malého květáku by byla stejně dobře zásobená jako typická buňka obří sekvoje a metabolický výkon obou by byl shodný. Jelikož je počet buněk v organismu úměrný jeho tělesné hmotnosti, bodový graf vztahu celkového metabolického výkonu a tělesné hmotnosti (s oběma osami v logaritmickém měřítku) by měl regresní přímku se směrnicí 1. I tak ale ve skutečnosti vychází směrnice 3/4. Malé organismy mají na svou hmotnost vyšší metabolický výkon, než by v porovnání s velkými organismy „měly“ mít. Znamená to, že metabolický výkon buňky květáku je vyšší než metabolický výkon odpovídající buňky sekvoje a že metabolický výkon myši je vyšší než metabolický výkon velryby. Na první pohled nám to může připadat zvláštní. Buňka je buňka je buňka a vy si možná myslíte, že existuje nějaký ideální metabolický výkon stejný pro květák i sekvoji, pro myš i velrybu. Možná opravdu ano. Zdá se ale, že potíže s přepravou čehokoli, a je to voda, krev nebo vzduch, pro dosažení tohoto ideálu představují jisté meze. Je třeba dosáhnout nějakého kompromisu. Teorie WEB vysvětluje jak tento kompromis, tak důvod, proč je výsledný sklon 3/4, a to vše velmi přesně a detailně. * Pupenům, které byly díky umělému výběru během domestikace až absurdně modifikovány, princip ale platí dál.
642 /
PŘÍBĚH PŘEDKA
PŘÍBĚH PŘEDKA
16.9.2008
15:04
Stránka 643
Teorie WEB má dva klíčové body. Jedním z nich je to, že rozvětvený strom potrubí, kterým se přepravují látky do daného objemu buněk, sám zaujímá tentýž objem a s buňkami, které zásobuje, soupeří o místo. Směrem k okrajům rozvodné sítě zaujímá potrubí po právu spoustu místa. A zdvojnásobíte-li počet buněk, které potřebují zásobovat, objem sítě se víc než zdvojnásobí, protože k napojení sítě na hlavní systém je potřeba více trubek, které samy zaujímají nějaký prostor. Chcete-li zdvojnásobit počet zásobených buněk a současně pouze zdvojnásobit prostor vyplněný trubkami, budete potřebovat řidčeji rozloženou rozvodnou sí. Druhý klíčový bod spočívá v tom, že bez ohledu na to, jste-li myš nebo velryba, nejúčinnější transportní systém – tedy takový, který na přepravu věcí spotřebuje nejméně energie – je ten, který zaujímá pevné procento objemu vašeho těla. Takhle to nejen vyšlo matematicky, ale je to i empiricky pozorovaný fakt.* Například u savců, a myší, lidí nebo velryb, zaujímá objem krve (tj. velikost transportního systému) mezi šesti a sedmi procenty těla. Pokud tyto dva body spojíme, znamená to, že chceme-li zdvojnásobit objem buněk, které je třeba zásobovat, ale zachovat co nejvýkonnější transportní systém, budeme potřebovat řidčeji rozloženou rozvodnou sí. A řidší sí neznamená nic jiného než menší dodávku na každou buňku, čili je třeba snížit metabolický výkon. Ale o kolik přesně? WEB odpově na tuto otázku vypočítali. Zní to až neuvěřitelně, ale matematika u grafu s logaritmem metabolického výkonu proti logaritmu tělesné hmotnosti předpovídá přímku se sklonem přesně 3/4! Na jejich původní teorii jsou sice založeny některé novější práce, podstatné aspekty se však nemění. Kleiberův zákon – a u rostlin, živočichů, či dokonce na úrovni transportu v rámci jediné buňky – konečně našel * Konkrétní procento se může mírně lišit v závislosti na tom, jestli jste kupříkladu studenokrevný či teplokrevný živočich.
ROSTLINY /
643
PŘÍBĚH PŘEDKA
16.9.2008
15:04
Stránka 644
své racionální zdůvodnění. Lze je odvodit z fyziky a geometrie zásobovacích sítí.
POVÍDKA SEKVOJE Lidé se dohadují o jediném místě na světě, které by měl člověk vidět, než umře. Mým kandidátem je národní park Muir Woods severně od Golden Gate Bridge na pobřeží Tichého oceánu. A pokud to nestihnete, nedovedu si představit lepší místo, kde se nechat pohřbít (ale asi se to nesmí nebo by to alespoň nemělo být dovoleno). Je to katedrála ticha a zelených a hnědých barev, s chrámovou lodí z těch nejvyšších stromů světa, sekvojí vždyzelených (Sequoia sempervirens), jejichž silná kůra tlumí ozvěny, které by zaplnily katedrálu postavenou člověkem. Příbuzný druh sekvojovec obrovský (Sequoiadendron giganteum, barevná příloha – obr. 46), který roste ve vnitrozemí na úpatí pohoří Sierra Nevada, je obvykle o něco nižší, ale o to silnější. Největší jednotlivý žijící organismus na světě, strom zvaný generál Sherman, je sekvojovec s obvodem přes 30 metrů a přes 80 metrů vysoký, který váží odhadem 1260 tun. Jeho stáří je nejisté, tento druh se však dožívá více než 3000 let. Věk generála Shermana by šlo upřesnit, jen kdyby se pokácel – což by byla velká akce, protože samotná kůra je přes metr tlustá.* Doufejme jen, že se to nikdy nestane, navzdory nechvalně známému názoru Ronalda Reagana z doby, kdy byl kalifornským guvernérem: „Stačí vidět jeden, na co vidět všechny.“ Podle čeho se na rok přesně pozná věk velkého stromu, i tak starého, jako je generál Sherman? Podle letokruhů na pařezu. Počítání letokruhů se v o něco důmyslnější formě stalo základem elegantní techniky zvané dendrochronologie, podle * Vlastně bychom ho ani kácet nemuseli, stejně dobře by posloužil vzorek z jádrového vrtu.
644 /
PŘÍBĚH PŘEDKA
