Kukułki Darwina

Kukułcze jajo przestaje być wyłącznie synonimem niechcianego podarunku czy zrzucania na innych trudnych obowiązków. Dziś staje się dowodem na ewolucję łapaną na gorącym uczynku. Stąd kukułka, a dokładniej jej bliska krewniaczka – kukułeczka została wybrana na okładkę magazynu „Science” z 30 maja 2024 r. Okazało się bowiem, że jako pasożyty lęgowe kukułki koewoluuja ze swymi rozlicznymi gospodarzami do tego stopnia ściśle, że staje się to wstępem do powstawania gatunków (specjacji), jak ujął to w tytule swego wiekopomnego dzieła Karol Darwin.

Ze szkoły znamy nie kukułki, a zięby Darwina, które były najwspanialszym dowodem na teorię ewolucji, jaki Karol Darwin przywiózł ze swej pięcioletniej wyprawy na pokładzie HMS „Beagle” dookoła świata, rozpoczętej w grudniu 1831 r. To kilkanaście bardzo podobnych do siebie gatunków drobnych ptaków żyjących na wyspach Galapagos, dziś zaliczanych do rodziny tanagrowatych. Choć zatem podobne do naszych europejskich zięb, nie są to żadne zięby. Ptaki te różnią się między sobą kształtem głowy i dzioba – bo od tychże zależy, czym zdolne są się odżywiać. Takie z długim dziobem mogą coś wydłubywać z niewielkich szczelin, a z kolei te z grubymi dziobami rozłupują twarde nasiona itd., itp. O ile wykorzystanie ich jako symbolu ewolucji w ujęciu Darwinowskim jest o 100 lat późniejsze niż wyprawa na pokładzie „Beagle’a”, już sam Darwin zauważył: „Gdy widzi się to stopniowanie i różnorodność w budowie jednej małej i ściśle spokrewnionej grupy ptaków, można by rzeczywiście wyobrazić sobie, że przy początkowym ubóstwie ptaków na tym archipelagu, jeden gatunek został wybrany i zmieniony dla różnych celów”.

Czytaj więcej

Plus Minus

Artur Wójcik: Odczarować profesora-chuligana

Edward Gierek potrafił z bezcennych dzieł (np. rękopisów Mozarta) robić okolicznościowe prezenty Honeckerowi. A skoro Gierek wysyła jakiegoś „przybocznego”, żeby mu przywiózł coś z depozytu Berlinki na prezent, to Karol Estreicher, stróż zbiorów z Muzeum UJ, obawiał się, że I sekretarz zaraz też przyśle po jakieś jagiellońskie skarby - mówi Artur Wójcik, historyk i archiwista z Muzeum Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie.

On lubił kaktusy, one żerowały na ziemi

Ewolucja nie działa tak, że szyja żyrafy się wydłuża, bo żyrafa chce się odżywiać liśćmi na szczytach drzew – jakby jej celem było to, by opanować nową, niedostępną innym niszę ekologiczną. Ewolucja polega natomiast na gromadzeniu – już w komórkach jajowych i plemnikach czy wręcz komórkach dla nich macierzystych – rozmaitych mutacji w DNA. Jeśli jakieś z nich sprawią, że u niektórych osobników pewnego zwierzęcia kopytnego kręgi szyjne się wydłużą (nadal jest ich tylko siedem, jak u wszelkich innych ssaków), a nie będzie to dla owego stworzenia dramatem uniemożliwiającym płodzenie czy rodzenie – zaś da możność, by się codziennie najeść do syta, ergo mieć szansę na więcej płodnego potomstwa, to dobór naturalny utrwali tę wydłużoną szyję w populacji tego kopytnego ssaka. Po wielu pokoleniach, czasem z pomocą izolacji geograficznej, powstanie nowy gatunek: żyrafa. Proces taki nie ma celu, wszystko jest skutkiem selekcji na drodze doboru naturalnego. Z „ziębami Darwina” miało miejsce to samo co do swej istoty zjawisko, nastąpiła selekcja wynikająca z działania środowiska.

Owe „zięby”, które wcale nie są ziębami, nadal to robią, czyli ewoluują na archipelagu Galapagos, o czym mogliśmy przeczytać w 2019 r. Na wyspie Daphne Major biolodzy z Uniwersytetu Princeton, małżeństwo Peter i Rosemary Grantowie, zauważyli pojawienie się intruza – samca nielokalnego gatunku Geospiza conirostris, znanego z innych wysp archipelagu. Przybysz natychmiast połączył się z dwiema samicami lokalnego gatunku Geospiza fortis. Obcy był kaktusolubem, autochtonki lubiły gnieździć się i żerować na ziemi. Dzięki tym związkom, mimo niemal wyginięcia z głodu na przełomie lat 2002/2003, w ciągu nieco ponad dekady pojawił się i utrzymał nowy gatunek „zięby”, hybryda dwóch innych gatunków. To, co opisałam do tej pory w kwestii drobnych ptaszków odciętych na wyspach, pozbawionych naturalnych wrogów i mających możliwość opanowania licznych, nieokupowanych przez inne zwierzęta nisz pokarmowych, to tzw. radiacja adaptatywna. Gatunek w takiej sytuacji jest formowany głównie przez dobór środowiskowy, a nie drapieżniki czy pasożyty, ewentualnie symbionty.

Jednak w realnym świecie mało kto jest samotną wyspą czy też żyje na wyspie, odizolowany geograficznie od kuzynów, niezdolny uwspólniać z nimi swej puli genowej. Jak opowiedział mi specjalista od ewolucji i ekologii ptaków, dr hab. Szymon Drobniak, prof. Uniwersytetu Jagiellońskiego z Instytutu Nauk o Środowisku oraz University of New South Wales w Australii, np. znana nam wszystkim sikora bogatka na przestrzeni ostatnich kilkudziesięciu lat zmieniła lokalnie (na Wyspach Brytyjskich) morfologię swego dzioba pod wpływem rodzaju karmników zimowych dla ptaków stosowanych w Anglii, różniących się od tych stosowanych w Europie kontynentalnej. U nas są to otwarte lub przykryte daszkiem platformy, na które sypie się ziarno, a w Wielkiej Brytanii stosowane są karmniki w formie walca z otworkami, z których trzeba wyjmować nasionka. Sikory mutanty, których dzioby przybrały z czasem i stopniowo nieco bardziej spiczaste, pasujące do owych otworków kształty, przez dekady jadły w Anglii lepiej i zostawiły więcej potomstwa niż te o dziobie jak po drugiej stronie kanału La Manche czy Morza Północnego. Przeszło dziesięć lat temu udało się pokazać, jakim mutacjom uległy ich geny odpowiedzialne za rozwój zarodkowy dzioba, aby dzioby owe zmieniły swój kształt pod wpływem doboru naturalnego, którego niewidzialna ręka miała formę jak najbardziej widzialnego brytyjskiego karmnika.

W Australii z kolei żółtoczube kakadu – niezmiernie wrzaskliwe ptaki o dużym stopniu synantropijności (lubią środowisko człowieka) – nauczyły się wyżerać odpady z pojemników na śmieci. Ponieważ jednocześnie niemiłosiernie śmieciły, a ludzie jednak lubią utrzymywać w swoich siedzibach porządek, wymyślono zamknięcia, które teoretycznie miały raz na zawsze uniemożliwić kakadu otwieranie kubłów. „Papugi oczywiście inteligentnie rozpracowały nowe zamknięcia, a co więcej – skoro w każdym regionie Australii owe zamknięcia były nieco inne, to zaczęły się tworzyć behawioralne rasy kakadu żółtoczubej, które kulturowo miedzy sobą zaczęły rozprzestrzeniać wiedzę, jak sobie radzić z konkretnym lokalnym zamkiem” – objaśnił ekspert.

Duże zwierzęta to inna bajka

Gdyby powstawanie nowych gatunków miało zależeć jedynie od tego, jakie są dostępne im nisze pokarmowe, świat nie byłby dziś tak bioróżnorodny, jak jest. Od dawna więc podejrzewano, że to jedne żywe organizmy są największym czynnikiem doboru naturalnego dla innych – że realnie mamy do czynienia nie z ewolucją, lecz koewolucją gatunków. Tylko że w nauce łatwiej jest coś podejrzewać, niż pokazać, zwłaszcza na sporych zwierzętach kręgowych o złożonym behawiorze, rozmnażających się raz na rok, a nie raz na 20 minut jak bakterie. Duże zwierzęta trzeba zatem w celach badań nad ich ewolucją obserwować przez wiele dekad czy nawet stuleci. Złapanie koewolucji na gorącym uczynku udało się dopiero dziś ornitologom i biologom ewolucyjnym z uniwersytetu w australijskiej Canberrze i Uniwersytetu Cambridge, kierowanym przez prof. Naomi Langmore.

Zanim zabrali się oni za obserwację i analizowanie ptaków z rodzaju Chalcites, czasem zaliczanych do rodzaju Chrysococcyx, po polsku zwanych kukułeczkami, a należących do podrodziny kukułek w rodzinie kukułkowatych, koewolucję opisywano głównie na przykładach zaczerpniętych z mikroświata. Gdy pasożyt jest malutki i rozmnaża się tysiące, a nawet miliony razy szybciej od swego gospodarza (jak np. bakteria chorobotwórcza w naszym ciele), łatwo zauważyć, że np. niecna dziś bakteria Shigella była ongiś zacną pałeczką okrężnicy i nikomu krzywdy nie robiła. Dorwanie się jednak do takiego nieograniczonego zasobu, jakim jest ciało ludzkie, w ilościach olbrzymich, gdy gęstość zaludnienia naszej planety rosła, uczyniło życiowo opłacalną strategię bycia bardzo zjadliwym patogenem jelit człowieka. I Shigella, w przeciwieństwie do swojej prapraprababki Escherichii, takim właśnie zarazkiem dziś jest. Shigella ewoluowała wraz z nami, nabywała nowych czynników zjadliwości, gdy nasz organizm uczył się radzić sobie jako tako z uprzednimi. Taki wyścig zbrojeń – chciałoby się powiedzieć. I to dość szybki, bo historia tej koegzystencji i koewolucji, która doprowadziła do specjacji Shigella z Escherichia, to jakieś tysiąc lat… W dodatku dziś istniejące gatunki Shigelli ewoluowały niezależnie z różnych szczepów Escherichia coli, w różnych momentach, niektóre nie dawniej niż 100 lat temu.

To nam się jednak przy dzisiejszej wiedzy z zakresu genomiki wydaje oczywiste, bakterie bowiem mogą sobie niezależnie przekazywać elementy genetyczne pomiędzy niespokrewnionymi komórkami, gatunkami, rodzajami, a nawet rodzinami. To tak jakby cecha niebieskich oczu czy rudych włosów nie przechodziła z rodziców na dzieci, a pomiędzy pasażerami, którzy przypadkowo dotknęli się nawzajem w tłumie przy karuzeli bagażowej na lotnisku w Atlancie, ponoć najruchliwszym na świecie.

Co innego duże zwierzęta, np. kukułki. One mnożą się z tą sama częstością co ptaki, na których lęgowo pasożytują. Ich strategia polega na tym, że składają one swe kukułcze jajo w gnieździe innych ptaków. Wykluwa się ono szybciej i kukułczy pisklak wyrzuca konkurencję z gniazda, by zostać wykarmionym przez „rodziców zastępczych”. Jest to pasożytnictwo bardzo uciążliwe – wydawanie potomstwa u owodniowców (gady, ptaki, ssaki), zwłaszcza gdy jest związane z opieką nad tymże, jest bardzo energochłonne. A w ekonomice życia, jeśli organizm w coś bardzo dużo inwestuje, a może wszystko stracić w wyniku pasożyta, zrobi wiele, by się przed nim obronić. Pasożyt zaś zrobi wszystko, by jednak przynajmniej od czasu do czasu odnieść sukces ewolucyjny. Ten zaś jest wyrażany w liczbie zdrowych płodnych wnuków.

Czytaj więcej

Plus Minus

Jarosław Dumanowski: Kostka rosołowa była kiedyś wielkim przysmakiem

„Kostka rosołowa”, czyli coś wyklętego przez dzisiejszych mistrzów patelni, bo „przemysłowe, okropne i pełne konserwantów”, dawniej była wielkim przysmakiem. Na początku służyła jako coś nowego, a zatem wykwintnego i specjalnego. Sygnalizowała zwrot ku uwydatnieniu naturalnego smaku produktów wykorzystanych do stworzenia dania – mówi dr. hab. Jarosław Dumanowski, historyk i badacz polskiej kuchni.

Jeszcze jedna gęba do wykarmienia

Podstawowe pytanie brzmi: dlaczego inne ptaki, na których kukułki pasożytują, nie rozpoznają obcego jaja czy pisklęcia we własnym gnieździe i nie strącają go z wysokości? Dlaczego nie wywalą uzurpatora, tylko potulnie go karmią, skoro się już wykluł, zamiast ponownie postarać się o własne dzieci? Gdzie tu jest wyścig zbrojeń, gdy rzecz wygląda jak panoszenie się osiłka wśród wystraszonych sześciolatków w grubych okularach?

Zapytany o te różnice w pasożytnictwie lęgowym miedzy naszą europejską kukułką a australijskimi kukułeczkami prof. Drobniak wyjaśnił, że kukułka pospolita składa w gnieździe żywiciela jajo, po czym nowo wyklute kukułcze pisklę sporych rozmiarów i niemałej siły instynktownie wyrzuca obecne tam jakiekolwiek inne jaja. Nie robi tego „złośliwie” – cokolwiek by mu po wykluciu nie umieścić na grzbiecie, zostałoby z gniazda wywalone. Ewolucja zatem oszlifowała mechanizm, w którym to jaja kukułki muszą jak najbardziej przypominać jaja wykorzystywanego przez nią gospodarza – konkretny gatunek ptaków wróblowatych. Co ciekawe, zarówno wielkość, jak i wygląd jaja (kształt, barwa skorupki, ewentualne nakrapiane wzorki) są zakodowane na chromosomie płciowym występującym wyłącznie u samic (to taki odpowiednik naszego ssaczego męskiego Y, ale à rebours, bo to samice go mają, a samce nie). Oznacza to, że takie cechy są dziedziczone jedynie przez córki. W przypadku naszej kukułki zatem szanse na powstanie nowego gatunku przez wydzielenie się linii o określonym jajku są znikome – zawsze pojawi się dowolny wybrany do lęgu samiec i „namiesza” genetycznie we wszelkich innych cechach. Co innego, według prof. Drobniaka, jeśli chodzi o kukułeczki australijskie. Pasożytnictwo to częstokroć nie wymaga nawet usunięcia piskląt gospodarza z gniazda – wystarczy, że jest dodatkowo jedna „gęba do wykarmienia” – kukułeczka zyskuje swoją życiową szansę, a pisklętom gospodarza ubywa pożywienia. Im są zaś mniejsze i słabsze, tym mniej skutecznie mogą zawalczyć o pokarm w gnieździe. Jaja wszystkich gatunków i podgatunków kukułeczek – jak sama anglojęzyczna ich nazwa „bronze cuckoo” wskazuje – są brązowe, trudne do wypatrzenia w gnieździe. Natomiast rozwijające się w nich pisklę może być bardzo różne – w zależności właśnie, na jakim gospodarzu kukułeczka owa lęgowo pasożytuje. Trzeba się do niego jak najbardziej pod względem wyglądu upodobnić. W tym przypadku mówimy o wielu cechach. Od ogólnego pokroju pisklęcia, zwłaszcza głowy i dzioba w rozwarciu, po sposób i barwę jego upierzenia, a nawet wydawane odgłosy. To są cechy liczne i kodowane w sposób rozproszony na wielu chromosomach. Ich utrzymanie się w populacji wymaga zatem formowania się czystych linii, a ich wystąpienie zależy w równej mierze od matki, jak od ojca. Skuteczne pod względem sukcesu ewolucyjnego dobranie się w pary wymaga, aby jakoś się „rozpoznać w tłumie”. To, samo w sobie, może doprowadzić do specjacji – wyjaśnia prof. Drobniak.

Jeśli dana kukułeczka pasożyt składa jaja do gniazd więcej niż jednego gatunku ptaka, ma szansę być skuteczna tylko wtedy, jeśli jej pisklęta nie zostaną rozpoznane jako intruzi. „Jeśli pisklęta każdego gatunku żywicieli mają odmienny wygląd, a żywiciele odrzucają pisklęta o dziwnym wyglądzie, wówczas gatunek kukułki rozdziela się na osobne linie genetyczne, z których każda naśladuje pisklęta swojego ulubionego żywiciela. Te nowe linie rodowe są pierwszą oznaką pojawienia się nowych gatunków” – możemy przeczytać w materiałach prasowych Uniwersytetu Cambridge anonsujących to odkrycie.

Kukułka co inaczej śpiewa „kuku kuku”

Istotnie, taką właśnie tendencję rozpoznano, zbadano i opisano u piskląt różnych linii rozwojowych rodzaju Chalcites, które rozwijają się w obrębie gatunku kukułeczki jarzębatej (C. lucidus) czy kukułeczki zielonogłowej (C. minutillus). Powstają u nich realne podgatunki, gdy pisklęta tego samego gatunku mogą być upierzone czarno lub żółto, a i osobniki dorosłe wykazują znacznie subtelniejsze, ale jednak różnice w upierzeniu i nawoływaniu się. Zwłaszcza to ostatnie sprawia, że stosowne mutanty dobiorą się w pary, a zatem cechy wynikłe z mutacji mają szanse utrwalić się w kolejnych pokoleniach. Bo to wcale nie jest tak, że gospodarze – ptaki śpiewające – nie rozpoznają kukułczych intruzów i nie spróbują się ich energicznie pozbyć. I to stwarza bardzo silną presję selekcyjną na kukułki. Te zarazem stwarzają gigantyczną presję selekcyjną na swych gospodarzach, zabijając z zimną krwią ich potomstwo. I mamy nakręcony wyścig zbrojeń. Oczywiście ptak wiedziony instynktem przetrwania nie zaryzykuje wyrzucenia z gniazda jaja czy zabicia pisklęcia, co do którego nie ma absolutnej pewności, że nie jest jego własnym. Wiązałoby się to z ryzykiem poniesienia zbyt wielkich kosztów – z utratą całego sukcesu reprodukcyjnego włącznie.

„Awifauna Australii – w przeciwieństwie do fauny ssaków, gdzie liczne torbacze i stekowce znane są jedynie z tej wielkiej, że aż kontynentalnej wyspy – nie wygląda aż tak »kosmicznie«” – przekonuje prof. Drobniak. Nadal jednak jest to kontynent na tyle odizolowany, że w każdej grupie pojawiają się gatunki spektakularnie odmienne od tego, co znamy z reszty świata, tak „starego” jak i „nowego”. Grupy ptaków występujące w Australii są wobec tego często filogenetycznie odległe od tych euroazjatyckich czy amerykańskich (nie są ich bliskimi krewnymi). Nawet jednak wtedy, gdy są wręcz dla antypodów endemiczne, to i tak będą one często przyjmowały role ekologiczne, a wręcz zewnętrznie upodabniały się do znanych nam skądinąd ptaków. Na przykład niszę wypełnianą w Europie przez sikorkę modraszkę w Australii wypełniają chwostki przypominające ją w zachowaniach, diecie i „ogólnym wrażeniu” wywieranym na obserwatorze.

„Owe kukułeczki, na których prowadzono opisane w »Science« badania, wypełniają natomiast pewną niszę, którą w Europie wypełniają inne gatunki kukułek. Jest to nisza pasożytów lęgowych. Są to ptaki jedynie częściowo między sobą blisko spokrewnione, bo należą do wspólnej rodziny kukułkowatych. Przy czym trzeba dodać, że w taksonomii ptaków, mimo istnienia nowoczesnych metod genetycznej analizy, nadal mocno się spieramy, gdzie przebiegają pewne linie podziałów. Kukułeczki przypominają zewnętrznie kukułki starego świata, ale z drugiej strony ich strategia pasożytnictwa lęgowego jest odmienna od znanej nam choćby ze swej piosenki »kuku kuku« – i objętej w Polsce całkowitą ochroną gatunkową – kukułki pospolitej (Cuculus canorus)” – podsumowuje ekspert.

Jak wyjaśnił mi prof. Drobniak, to jedna z większych tajemnic biologii ewolucyjnej, że za podobieństwa odległych od siebie geograficznie, a często i genetycznie, gatunków odpowiada konwergencja. Znaczy to, że różne gatunki wystawione na działanie podobnych ograniczeń zaczynają „wynajdywać” te same sposoby radzenia sobie z tym samym środowiskiem. Ewolucja bowiem nie ma nieskończonego repertuaru zmienności i różnorodności, gdy mówimy o już uformowanych przez nią uprzednio grupach – chociażby ptakach. Mają one już swój ogólny plan budowy ciała, określone organy i tu się bezstresowo nie da mieszać. Geny odpowiedzialne za rozwój rzadko mogą podlegać mutacjom bez negatywnych konsekwencji, chociażby w postaci nowotworów. Ewolucja nie może się więc zbyt mocno cofnąć na swojej drodze.

Czy jeśli badacze nadal pilnie będą obserwować australijskie wybrzeże, gdzie gnieżdżą się licznie ptaszki z rodzaju Chalcites, opiszą ich nowe gatunki? Bardzo możliwe. Dziś wykazano, że wśród żyjących populacji tych ptaków „wysoce zjadliwe taksony pasożytnicze mają wyższy współczynnik specjacji niż mniej zjadliwi i niepasożytniczy krewni”. Zasadniczo mechanizm ten powinien być dość powszechny w naturze – tylko trudniej go uchwycić niż u licznych i często obserwowanych ptaków o niemałych rozmiarach, różnorodnym ubarwieniu i głosach oraz skomplikowanym behawiorze rozrodczym jak kukułki.

Czytaj więcej

Plus Minus

Czepiński: W Miedarach odkryliśmy szczątki gada nieznanego nauce

Miedary na Śląsku to miejsce wyjątkowe. Znaleźliśmy tu ogromne płazy mastodonzaury i cudaczne chroniozuchy, przeróżne ryby, mnóstwo przedziwnych, długoszyich tanystrofów. A także szczątki kopalnego gada zupełnie nieznanego do tej pory nauce - mówi dr. Łukasz Czepiński, paleontolog z Instytutu Paleobiologii PAN.

Złapali cię za rękę…

Praca opublikowana w „Science” to według mojego rozmówcy przykład na coraz popularniejsze dziś tzw. badania porównawcze, co oznacza porównania między sobą w czasie bardzo licznych gatunków w dość dużej skali geograficznej. Obserwuje się wzajemne relacje miedzy tymi gatunkami i to, w jaki sposób nawzajem na siebie wpływają w procesie ewolucji. Takie podejście pozwala zaobserwować m.in. koewolucję gatunków u organizmów makroskopowych zachodzącą nawet tak szybko, jak w ciągu dekad. Specjację pod wpływem środowiska natomiast da się u ptaków obserwować według prof. Drobniaka na bieżąco, zwłaszcza tam gdzie łatwo dochodzi do krzyżowania się bardzo blisko spokrewnionych gatunków znajdujących się często in statu nascendi specjacji. Chodzi o gatunki, u których jeszcze nie powstała tak silna izolacja, aby to krzyżowanie zablokować. Taką grupą są np. mewy czy rybitwy. Taki płynny stan nie do końca uformowanych gatunków może istnieć setki lat.