Komerční prezentace
Registrace uživatele

Přihlašte se k odběru informací, novinek, získejte přístup do diskuzního fóra.

Vesmír č. 10
Vesmír č. 10
Toto číslo vychází
2. 10. 2017
Novinky
Zdarma jedno celé číslo Vesmíru v pdf.
• Říjnové číslo Vesmíru
reklama

Nápadný půvab mortality

Publikováno: Vesmír 95, 452, 2016/7

Počet mláďat a délka života jsou u živočichů rozloženy překvapivě očekávatelně. Krátkověké druhy mají zpravidla mnoho mláďat, naopak druhy dlouhověké jsou na potomstvo skoupé. Obecné teorie máme, ale vysvětlení těchto pravidelností u mnoha konkrétních taxonů pokulhává. Nejinak je tomu u ptáků, kteří jsou jednou z modelových skupin výzkumu evoluce reprodukčních strategií. V ornitologii je otázka počtu vajec (tedy potomků) v ptačích hnízdech velmi populární. Může za to fakt, že velikost snůšky je velmi proměnlivá mezi druhy a systematicky vzrůstá od rovníku k pólům. Tato změna je víceméně univerzální napříč všemi řády ptáků. Kupříkladu tropičtí pěvci (Passeriformes) kladou zpravidla dvě vejce, směrem na sever od našich zeměpisných šířek se počet zvyšuje na 4–5.

Tohoto trendu si všimli oxfordští ornitologové R. Moreau a D. Lack už ve čtyřicátých letech minulého století a pokusili se ho vysvětlit množstvím dostupné potravy. Lack tvrdil, že čím víc potravy mají rodiče k dispozici, tím víc vajec nakladou a tím víc vychovají mláďat. Problém je, že do svých úvah nezahrnul mortalitu (úmrtnost) hnízd a dospělců. To udělal A. Skutch, který se domníval, že zvýšené nebezpečí zničení hnízda predátory (dravými ptáky, veverkami, krkavcovitými pěvci atd.) zvýhodní rodiče, kteří nakladou méně vajec, než by dokázali vychovat mláďat: nižší aktivita rodičů kolem hnízda predátory nepřiláká a vejce se vyhnou zániku. Tyto hypotézy, ač částečně úspěšné, nebyly nikdy schopny vysvětlit proměnlivost počtu vajec u ptáků podél celého geografického gradientu od tropů až do mírného pásu. Thomas E. Martin, americký ornitolog působící na Montanské univerzitě, nyní přišel s ucelenou teorií, která vysvětluje variabilitu mezi druhy ptáků nejen ve velikosti snůšky, ale i v dalších znacích ptačího rozmnožování.1)

Martinova koncepce má několik výhod. Je jednoduchá, je založena na obrovském empirickém materiálu (viz rámeček) z detailních terénních výzkumů prováděných jeho týmem posledních 20 let na lokalitách na čtyřech kontinentech (v Arizoně, Venezuele, Jihoafrické republice a na Borneu) a navíc vychází důsledně z teorie životních strategií. To je propracovaná teorie založená na matematických modelech. Předpovídá, jak mají živočichové a rostliny investovat do potomstva za určitých úrovní mortality. Pokud je vysoká mortalita dospělců, vyplatí se investovat do potomstva hodně, protože je malá šance, že nastane další možnost se rozmnožit. Pokud je vysoká mortalita mláďat, vyplatí se do potomstva investovat méně, protože je velká šance, že investice vyjde naprázdno. Poměr mortality dospělců a mláďat proto určuje optimální strategii rodičovské investice a její rozložení během života jednotlivce. Ač nám tato úvaha připadá intuitivní, její aplikace v ornitologii na sebe nechala čekat překvapivě dlouho.

Nejprve T. E. Martin aplikoval tuto teorii na záhadu dlouhých inkubačních period u tropických ptáků. Zatímco typický pěvec v mírném pásu inkubuje vejce 10–15 dní, v tropech stejně velký pták inkubuje běžně 15–20 dní. Tento problém trápil ornitology po desetiletí: jak je možné, že v tropech inkubují ptáci tak dlouho? Vždyť hnízdní predace je tam častější, a tak by bylo výhodnější mít kratší inkubační periodu. Pak by se vejce v podobě mláďat dostala z hnízda co nejdříve a unikla tak neblahému osudu. Jednoduché a elegantní vysvětlení spočívá v důsledné aplikaci teorie životních strategií. V tropech jsou ptáci vystaveni menšímu stresu z neživého prostředí (chybí kruté zimy ani není nutno migrovat tisíce kilometrů), a proto mají dospělci vyšší pravděpodobnost přežití než v mírném pásu – třeba v Arizoně je to kolem 50 %, v tropické Venezuele nebo na Borneu asi 70 %.2) Tropičtí ptáci proto méně ochotně investují svůj čas a energii do péče o potomstvo, v tomto případě do sezení na vejcích a jejich zahřívání, které je pro inkubujícího jedince vyčerpávající. Tropičtí ptáci tedy sedí na vejcích proporčně kratší dobu a jejich vejce jsou vystavena nižší teplotě. Vejce jsou ektotermní organismy (získávající veškeré teplo ze svého okolí), a proto mají v tropech nižší intenzitu metabolismu a nižší rychlost embryonálního růstu. Mláďatům trvá déle, než se vylíhnou.3) Tento efekt byl potvrzen i experimentálně. U vajec prohozených mezi druhy, které je zahřívají hodně či málo, se délka inkubace změnila o 1–3 dny. To je u ptáků, kteří celkově inkubují 12–15 dní, opravdu hodně.4) Paradox je tedy vyřešen. Inkubační periody jsou v tropech dlouhé, protože tamním rodičům jde spíš o vlastní prospěch (nevyčerpat se inkubací) než o prospěch potomstva (vejce ať si padnou za oběť predátorům). Jsou to však poměry relativní. Rodičům v tropech samozřejmě na prospěchu potomstva záleží, jinak by se nerozmnožili. Jen jim na něm záleží přece jen méně než ptačím rodičům v mírném pásu.

Následně přišlo na řadu vysvětlení ještě většího hlavolamu – malých snůšek tropických ptáků. T. E. Martin si asi jako první všiml souvislosti mezi velikostí snůšky a růstem mláďat v hnízdě. Jak to funguje? Tropičtí ptáci se starají v průměru jen o dvě mláďata a intenzita jejich krmení je mimo jiné dána opět pravděpodobností přežití dospělců. Protože ta je v tropech vysoká, rodiče se nepředřou a nosí potravu na hnízdo s menší frekvencí než rodiče v mírném pásu. Přesto každé „tropické“ mládě nakonec dostává víc potravy než mládě v mírném pásu, neboť jich je na hnízdě méně. Zatímco mláďata v mírném pásu rostou nejrychleji zhruba uprostřed pobytu v hnízdě, mláďata v tropech rostou rychleji ke konci, což se týká zejména délky křídel. Přestože neznáme přesný důvod, proč tomu tak je, má to jednoznačné důsledky. Při vylétnutí z hnízda mají mláďata v tropech relativně delší křídla čili lepší letové a manévrovací schopnosti. Díky tomu efektivněji unikají predátorům a lépe přežívají mimo hnízdo.5)

Zbývá vysvětlit otázku, proč by měla selekce u tropických ptáků upřednostňovat „výrobu“ kvalitních mláďat s relativně dlouhými křídly. Martin to opět vysvětluje teorií evoluce životních strategií. Jak už víme, nízká smrtnost mláďat zvýhodňuje vyšší investice do potomstva. Jde však o investice celkové, které je třeba rozdělit mezi jednotlivé potomky. Víc mláďat nízké kvality, nebo méně mláďat vysoké kvality? Nízká mortalita mláďat vede k produkci malého počtu, zato vysoce kvalitních potomků. A protože mortalita dospělců i právě vzletných mláďat je v tropech menší než v mírném pásu, selekce favorizuje spíše malý počet kvalitních potomků než větší počet potomků nevalné kvality. Opačnou strategii mají ptáci mírného pásu, kde je mortalita vzletných mláďat i dospělců vysoká.

Jako všechny vědecké hypotézy i Martinovo vysvětlení evoluce reprodukčních strategií ptáků bude v budoucnosti jistě doplněno a upraveno. Dnes se však zdá, že základní principy trefil přesně. Ornitologové – a nejen oni – budou jistě z jeho prací čerpat inspiraci po mnoho následujících let.

Poznámky

1) Martin T. E.: Science 349, 966, 2015; DOI: 10.1126/science.aad1173

2) Martin T. E. et al.: American Naturalist 185, 380, 2015; DOI: 10.1086/679612

3) Martin T. E. et al.: Ecology Letters 16, 738, 2013; DOI: 10.1111/ele.12103

4) Martin T. E. et al.: American Naturalist 186, 223, 2015; DOI: 10.1086/681986

5) Martin T. E.: American Naturalist, 183, 313, 2014; DOI: 10.1086/674966

6) Taková „metareplikace“ by měla být v biologii standardem, žel z mnoha důvodů není; viz Grim T.: Živa 60, 36, 2012/1.

7) Vaicenbacher L. et al.: Cotinga 36, 56, 2014.

Jak by se mělo bádat

Průkopnická práce T. E. Martina se dalekosáhle vymyká běžným standardům – je založena na terénním výzkumu bezprecedentního rozsahu. Martinův tým je v současnosti jediný na světě, který dokázal v nesnadných tropických podmínkách získat kompletní data o životě mnoha druhů ptáků, včetně přežívání, rodičovské péče či fyziologie vajec i mláďat. Běžné ornitologické práce sledují jeden modelový druh, jen vzácně několik druhů,6) a jsou založeny na desítkách hnízd, výjimečně na stovkách. V tropech se hnízda hledají obzvlášť nesnadno a velikost vzorků nezřídka spočítáte na prstech jedné ruky. Martinovy studie jsou standardně založeny na desítkách druhů ptáků. Celkový počet sledovaných hnízd na třech výzkumných lokalitách pak bere dech: 20 378 v Arizoně, 4284 ve Venezuele a 4318 na Borneu. Podobně astronomické jsou i velikosti vzorků pro okroužkované jedince, kteří jsou pak sledováni pro odhad parametrů přežívání: 21 429 v Arizoně, 5168 na Borneu a 3531 ve Venezuele. Taková data samozřejmě žádný smrtelník nemůže sesbírat sám. Každou sezonu proto T. E. Martin stráví prvních šest týdnů v terénu a zaučuje pracovníky, kteří pak sami sbírají data a dohlížejí na další pomocníky. Pokud vynásobíme počet pracovníků a let napříč všemi lokalitami, vyjde nám, že jednotlivý badatel by musel strávit v terénu hodně přes polovinu tisíciletí, aby dosáhl stejného vzorku.

Soubory

článek ve formátu pdf: V201607_452-454.pdf (420 kB)

Diskuse

Žádné příspěvky