Seznamte se Ještěr, plaz-milující biolog řešení některých z největších otázek v evoluci

Ráno 17. října 1996 začal jako obvykle pro Jonathan Losos., Evoluční biolog si nasadil široký klobouk a opřel se o opalovací krém, poté zamířil lodí na několik nejmenovaných ostrůvků u ostrova Great Exuma na Bahamách. O tři roky dříve tam s ekologem Davidem Spillerem představili místní druhy ještěrů, aby se dozvěděli, jak budou soutěžit na kdysi ještěrkovém místě. Pár strávil den, lovící ještěrky, všímat si jejich přesné umístění, a inventarizaci hmyzu, pavouků a vegetace. Báli se o zprávy o blížícím se hurikánu, ale místní obyvatelé věří, že by se odpoutat a náhradní ostrovy, jako obvykle.,

tentokrát však ne. Další den, Losos a Spillerová pomohl jejich majitel hotelu zabednit okna jejich beachfront chaty na Great Exuma jako Hurikán Lili nesl dolů na ostrově. Jak se zvedl vítr a první bouře kopačky déšť, se rozběhla na oharek bloku budovy do kopce. Ten večer vítr odfoukl části střechy a pokácel palmy. Ulice zaplavila 4metrová bouře a o 2 dny později našli svůj pronajatý motorový člun uvízlý ve stromu.

ještěrky to měly ještě horší., Když se Losos a Spiller konečně dostali zpět na svá nejexponovanější studijní místa, ostrovy byly zbaveny téměř holé štětce a všechny ještěrky byly pryč. Ale překážka pro Losos projekt byl začátek nové kapitoly v jeho výzkum o tom, jak se zvířata přizpůsobují rozmanité, proměnlivé prostředí na ostrovy v okolí a Karibiku.

Od Lili, půl tuctu dalších hurikány zaplaven ostrůvků a smetla zvířata přemístěna tam Losos, který je založen na Washington University v St. Louis (WashU), a jeho tým., Ale on a jeho kolegové vytrval, sběr dat o tom, jak se zvířata přizpůsobují predátorů, poškození bouří, a další výzvy—přírodní a ty nepřirozený vědci. Celoživotní plazů nadšence, Losos je řízen z části tím, že jeho vášeň pro skupiny ještěrky zvané anolisů, které se daří v Jižní a Střední Americe a v Karibiku.

také je považuje za příležitost. Téměř polovina ze 400 druhů anole žije na ostrovech a jejich různorodý životní styl, stanoviště a historie se ukázaly jako prostředek k prozkoumání některých z největších otázek evoluce., „Jonathan ostrovy jsou jako obří zkumavky, a on je dokonalý kutil,“ říká Martha Muñoz, evoluční biolog na Univerzitě v Yale.

Losos je výzkum na anolisů ukázal, že evoluce se může stát rychleji, než většina vědců předpokládala, a že—na rozdíl od co někteří vedoucí myslitelé navrhli—to je často předvídatelný. Tváří v tvář podobným výzvám se jednotlivé populace často vyvíjejí podobná řešení. Po cestě, Losos mentoroval desítky mladých vědců, a někteří nyní nesou jeho práci v nových směrech., „Kromě jeho mnoha příspěvků do oboru Jonathan také změnil kurz vědy jednoduše tím, že je tím, kým je,“ říká Muñoz, bývalý student. „Je důkazem toho, že úspěch je bohatší a obohacující, když je doprovázen laskavostí a pokorou.“

kupodivu, televizní show z roku 1950 ji nechala Beaverovi, aby začal Lososovat touto cestou. Když 7letý bobr přinesl domů domácího mazlíčka aligátora, mladý Losos se zeptal svých rodičů, zda by ho také mohl dostat. Jeho matka byla proti, ale jeho otec řekl, že požádá o radu rodinného přítele, zástupce ředitele Zoo v St.Louis., Úspěšný podnikatel, senior Losos také milovala zvířata, s jeho rodinou na přírodu dovolené, vstup do zoo palubě, a dokonce i financování zoo akvizice dítě slon z Thajska, které pojmenoval Carolyn na počest jeho manželky.

k překvapení všech režisér srdečně schválil a řekl, že mít aligátora jako dětského mazlíčka bylo, jak získal svůj start v herpetologii. Takže junior Losos získal několik dítě kajmani, který žil v dětském bazénu v suterénu v zimě a v korytu pro koně ve dvoře zbytek roku., Jen několikrát zvířata unikla a terorizovala sousedy. Losos pracoval léta v zoo až do partway přes vysokou školu, nakonec daroval své kajmany zookeeperovi. „Jonathan začal jako malý kluk, milující přírodu, donekonečna otravovat personál v místní zoo, lov ještěrky na rodinné dovolené, a nikdy neztratil tu jiskru,“ říká Harry Greene, herpetolog emeritní na Cornell University a Losos je absolvent školy poradce.,

Jako student na Harvardově Univerzitě, Losos klesly pod vedením herpetolog Ernest Williams. Někdy označovaný jako otec anole biologie, Williams uznal, že anoles na různých Karibských ostrovech se vyvíjel nezávisle., Přesto na každém ostrově našel podobný soubor tělesných typů nebo „ecomorphs“ – jeden specializovaný na život v kartáči, druhý pro uchopení větviček a ještě další pro život vysoko ve stromech. Tyto paralely navrhl, že v případě, že okolnosti byly podobné, evoluce se sbíhají na stejnou sadu vlastností a tvoří společenství s podobnými sadami druh.

Williams laboratoři se již vyrábí několik předních evolučních biologů, a Losos přišel oblasti anole výzkum byl příliš přeplněné. Žádný jiný druh však jeho zájem nezachytil a bylo snadné ho studovat., „Prošel jsem desítkou neúspěšných Ph.D. projektů,“ vzpomíná. V nízkém bodě vážně zvažoval právnickou školu, ale jeho otec ho přesvědčil, že svět potřebuje herpetology víc než právníky.

Losos si nakonec uvědomil, že anoly jsou ideální pro použití nových nástrojů v evoluční biologii. Vědci právě začali stavět rodokmeny a sledovat vývoj na základě proteinových variací mezi druhy. Pro jeho Ph.d., Losos ve srovnání proteinů v Karibiku anolisů a ověřeno, že Williams je ecomorphs měla skutečně vyvinula nezávisle na formě podobných komunit na různých ostrovech., Tento vhled sám-podpora myšlenky zvané konvergentní evoluce – „byl opravdu důležitým průlomem,“ říká Frank Burbrink, herpetolog v Americkém přírodovědném muzeu.

mezitím jiní vědci požadovali větší přísnost ve studiích evoluce tím, že vyžadovali důkaz, že údajně adaptivní rysy skutečně dávají organismu výhodu. Takže Losos začal studovat různé anolové ecomorphs, s nohama a ropuchy různých velikostí (viz grafika, níže). V laboratoři je doběhl po miniaturních závodních tratích a vyhodnotil, jak dobře se drží hladkých, svislých ploch., Zjistil, že ještěrky žijící v blízkosti země, v blízkosti dravce, měl delší nohy, které z nich rychle, vzhledem k tomu, že ti, kteří žijí vyšší keře a stromy měla větší toepads držet listy a hladkou kůrou. Spojením těchto údajů se studiem rodokmenu získal jasnější představu o evoluční historii ještěrek. „Byl to opravdu jeden z prvních lidí, kteří posunuli pole do evoluce integrací ekologie a morfologie a získáním většího obrazu,“ říká Burbrink.,

Evoluce je razítko na ostrově žijící ještěrky

Podobné řešení Jako anolisů dorazil na různých ostrovech, jejich výběr stanoviště—ze země na strom baldachýn ve tvaru v průběhu jejich evoluce. Ještěrky žijící v podobných stanovištích na různých ostrovech nezávisle vyvinuly podobný vzhled a chování, v tom, co vědci nazývají konvergentní evolucí.Délka končetin běžící ještěrky na závodních dráhách Amesh-pokryté pruty demonstrovalyže delší končetiny pozemních vrtulníků jim pomáhají outrunpredators., Kratší končetiny poskytují větší stabilitu pro přecházení drobných větviček a nejlépe fungují pro ještěrky žijící vysoko ve vegetaci.ToepadsToepads jsou zvětšené konce číslic na alizardově noze. Druhy žijící vysoko v lese nebokde jsou běžné hurikány, se vyvinuly většítoepady, které jim pomohou vydržet. Některé anoly mohoukončit svisle a dokonce viset vzhůru nohama.Lalok colorThe lalok, lalok kůže pod bradou z maleanoles, se odehrává přitahovat kamarády a varovat soupeři.Ještěrky žijící ve stínu mají světlejší proosvětlený kontrast, zatímco ty, které visí na slunečných místech, mají tmavší.,2340200kmAtlantic OceanCUBABAHAMASJAMAICAHISPANIOLapuerto RICODewlap brightnessHabitat brightness1 Canopy2 Twig3 Tráva/bush4 Zem/trunk1Toepad

Inspirován experimenty, ve které výzkumníci sledovali evoluční změny v guppies v Trinidad po jejich přemístění do různých proudů, Losos začal uvažovat, zda podobné studie by mohlo být provedeno v Karibiku anolisů., A uvědomil si, že Thomas Schoener, jeden z Williamsových chráněnců, již položil základy. V roce 1980, Thomas a Amy Schoener (byli jednou ženatý) představil místní ještěrky na malé lizardless ostrovů v Bahamy, aby prošetřila, jak se liší vegetace ovlivněna plazů schopnost prospívat.

o deset let později se Losos spojil s Thomasem Schoenerem, tehdy renomovaným ekologem na Kalifornské univerzitě (UC), Davisem, aby tyto stránky znovu navštívil., V souladu s Williamsem a Losos dřívější zjištění, ještěrky žijící v křovinná vegetace měl kratší nohy a větší toepads než jejich předkové, který žil v vysoký, široká stromy. Tyto úpravy umožnily lpí na drobných větviček, jak se honila hmyz k jídlu, a změny vzal jen pár generací. „Evoluce se může stát velmi rychle, když je přirozený výběr velmi silný,“ říká Losos.

myšlenka je nyní dobře přijata, ale v té době šla proti zakořeněnému přesvědčení, že evoluce je pomalý proces., „To je jedna z mála věcí, které se Darwin mýlil,“ říká Losos. Rozhodl se udělat anoles jeho životní dílo.

brzy musel počítat s hurikány. Losos a Spiller, nyní odešel z UC Davis, vybral ostrůvky z Great Exuma studovat účinky konkurence. Na některých představily dva místní druhy, zelené a hnědé anoly a na jiných jen jediný druh. V prvních 3 letech, si všimli, že na ostrovech s oběma druhy, hnědé ještěrky jeli zelené anolisů vyšší do křoví, kde byly problémy., Tehdy Lili zasáhla a zničila experiment, než mohli zjistit, zda zelené anoly vyhynou.

„To by bylo tak snadné, jsem si jistý, že se to všechno zabalit a vzdát,“ říká Luke Harmon, jeden z Losos bývalými studenty a nyní evoluční biolog na Univerzitě v Idaho. Místo toho Losos a Spiller využili katastrofu ve svůj prospěch. Zdokumentovali Liliin velký, ale také skvrnitý dopad. Ostrovy jihozápadně od Great Exuma pocítily nápor bouře a postrádaly ještěrky a vegetaci. Život tam by musel začít znovu., Na ostrovy na severu, vítr a déšť utrhl větve a trhá listy, ale pár ještěrek zůstaly, jsou hlášeny první z několika dokumentů o hurikány.

práce napadal rozšířený předpoklad, že extrémní události, jako jsou hurikány, neřiďte evoluce, protože jsou vzácné a náhodné, nepředvídatelné dopady na rostliny a zvířata. Lososova skupina místo toho zjistila, že bouře mohou být původci přirozeného výběru.,

například, v roce 2017 Losos je postdoka Colin Donihue; funkční morphologist Anthony Herrel, teď se francouzská národní agentura pro výzkum CNRS v Národním Muzeu Přírodní Historie; a kolegy navštívil dvě cays v Turks a Caicos pro měření tělesné proporce anolisů, kteří tam žijí. Čtyři dny poté, co odešli, zasáhly oblast dva téměř hurikány s větrem větším než 200 kilometrů za hodinu., Když se tým vrátil o několik týdnů později a změřil ještěrky, zjistili, že přeživší měli tendenci mít větší ropuchy, delší přední končetiny a kratší zadní končetiny.

v laboratoři vědci testovali, jak tyto vlastnosti ovlivňují schopnost ještěrek držet se okouna. Při silném větru se anoly drží na předních končetinách, ale ztrácejí přilnavost se zadními nohami. Nastavoval vzduchu-dmychadlo, vědci zjistili, že lidé s delší zadní nohy (a více plocha pro vítr chytit) vyhozena z jejich bidýlka na čalouněný povrch snadněji., Naopak visela zvířata s kratšími zadními končetinami a většími ropuchy. Hurricanes si pro tyto vlastnosti zřejmě vybrali, tým informoval v roce 2018. Následující rok, zjistili, že potomci přeživších měli také velké ropuchy, což naznačuje, že adaptace byla genetická a ne jen reakce na těsné držení.

tým od té doby změřil velikost toepad u 188 druhů ještěrů napříč Karibikem. Čím více hurikánů ostrov zažil, tím větší jsou ropuchy ještěrů, kteří tam žijí, informovali 27.dubna ve sborníku Národní akademie věd., Zdá se, že hurikány měly dlouhodobý evoluční účinek.

Losos byl profesorem na WashU 13 let, když Harvard přišel v roce 2005, snaží se ho naverbovat do své evoluční biologie oddělení. Rodák ze St. Louis a hardcore baseballový fanoušek St. Louis Cardinals zaváhal. Dokonce udělal celoroční volno na Harvardu, než konečně přijal, z velké části proto, že pozice zahrnovala kurátorství v Harvardově muzeu srovnávací zoologie. „To byla jediná věc, kterou St. Louis neměl,“ vzpomíná.,

tam pokračoval v budování pověsti laskavého, nadšeného mentora. „Viděl jsem ho dávat studentům středních škol stejnou pozornost a úctu, jakou dává svým nejbližším kolegům,“ říká Melissa Kemp, bývalá postdoc nyní na Texaské univerzitě v Austinu. „Zdá se, že se vždy zaměřuje na svou práci, ale zároveň má náladový smysl pro zábavu,“ říká Michele Johnson, bývalý student a evoluční biolog na Trinity University., Losos sportovní hodinky s anole fotografoval jako jeho tvář a není nad přednášková činnost studentů, zatímco oblečený jako ptakopysk—jeden z jeho oblíbených zvířat od dětství.

Tyto rysy a pevné přesvědčení, že „neexistuje žádná one-size-fits-all, pokud jde o tom, jak komunikovat s a učitel studenty“ pomohly Losos startu kariéry 59 postgraduální studenti a postdoktorandi. Zahrnují nejméně osm černých, Latino, a domorodí američtí učenci, v oblasti, která postrádá rozmanitost. (Ačkoli 3% amerických biologů jsou afroameričané nebo černí, například Pouze 0.,3% evolučních biologů jsou.)

Ambiky Kamath, nyní postgraduální výzkumný pracovník na univerzitě v Berkeley, říká Losos podpořil ji úplně, když jí studií zpochybnily dlouho-držel myšlenky, že samec ještěrky držet území, na ohradě své kamarády. Argumentovala místo toho, že ženy se pohybují a hrají roli při výběru partnera. „Bylo by pro mě mnohem těžší dělat tuto práci bez jeho vzrušení,“ vzpomíná. Losos s ní tvrdě pracoval, aby se noviny dostaly do pořádku, a toužil být spoluautorem., „Jinak by to byla právě práce této mladé hnědé ženy, která by mohla být snadno propuštěna jako rozzlobená feministka.“

Kamath a další studenti chválí Losose za to, že je intelektuálně tlačí, aniž by podkopávali jejich důvěru. Harmon žertuje, že Losos nikdy neodmítne nápad od svých studentů, bez ohledu na to, jak šílený. Místo toho by se jen pozastavil a řekl: „zajímavé.“Nakonec jsem přišel na to, že bych možná měl věci promyslet trochu víc, kdyby si Jonathan myslel, že jsou“ zajímavé“, “ říká Harmon.,

Losos a jeho tým neustále testují své představy o ekologii a vývoji na Karibských ostrovech. V jednom nedávném projektu Robert Pringle, nyní na Princetonské univerzitě, a Losos testovali klíčový princip v ekologii-že zavedení špičkového dravce má tendenci zvyšovat biologickou rozmanitost. Vědci přidali dravou ještěrku na ostrovy s hnědými a zelenými anolemi. Uniknout této nové hrozbě, hnědé anolisů začal poflakovat vyšší v listoví, přemísťovat zelené anolisů, že normálně tam žili a řídit je směrem k vyhynutí., Na rozdíl od konvenční moudrosti se zdálo, že dravec tlačí ostrovy směrem k nižší biologické rozmanitosti, informovali 5.června V přírodě.

Další nedávná studie, v čele s jedním z Losos je bývalý postdoktorandi, zkoumal dopady invazních anole druhů na Dominice. Ještě před 20 lety byl ostrov domovem jediného druhu anole. Pak zásilka řeziva zavedla druhý druh, který se postupně šíří. Studovat, jak nativní a útočník druhů komunikovat, behaviorální ekolog Claire Dufour, nyní na Univerzitě v Montpellier, používá robotické ještěrky jako stand-in pro útočníka., Roboti dělali kliky a rozšířili klapku falešné kůže pod bradou, napodobující agresivní projevy skutečných ještěrek. V reakci, nativní ještěrky obeznámeni s útočníky figurovala více agresivně, což naznačuje, že útočníci jsou nutili domorodce, aby vynaložit více energie, bránit své území, skupina hlášeny na 27. Března v Journal of Animal Ecology. „Náš největší závěr je, že druhy soutěží a mají na sebe negativní důsledky,“ říká Losos.

i když jeho skupina stále chrlí papíry, Losos hodnotí, co se dosud naučil., Ve své knize Nepravděpodobné Osudy: Osud, náhoda, a Budoucnost Evoluce, publikoval v roce 2017, vyzval hlavní tvrzení jednoho pole je velké myslitele, Stephen Jay Gould, Harvard paleontolog, který tvrdil, že šance, hraje velkou roli při určování povahy je samozřejmě, že evoluce by nikdy mít stejnou cestu dvakrát. Anolisů nabízí důkazy o opaku, Losos napsal: V podobných stanovišť, které opakovaně vyvinuly podobné tvary těla, velikosti a chování. Kniha byla napsána pro širokou veřejnost, ale udělala dojem i na jeho vrstevníky., „Studoval jsem evolution pro 30-plus let, a tato kniha mě donutila přehodnotit některé věci, které jsem myslel, že jsem věděl o biologii a evoluci,“ říká Christopher Austin, evoluční biolog a herpetologii kurátor na Louisiana State University Museum of Natural Science.

Losos opustil Harvard v roce 2018, lákal tím, že novou práci v WashU a vyhlídka návratu do svého rodného města, jeho kočky, a jeho manželka, která má úspěšnou kariéru nemovitostí a nesledoval ho, aby Massachusetts., Nyní vede Living Earth Collaborative, výzkumnou iniciativu v oblasti biologické rozmanitosti, která sdružuje odborníky v botanické zahradě Missouri, Zoo St. Louis a WashU. Pracuje na knize o evoluci v domě kočky, další z jeho oblíbených druhů.

a stále se vyhýbá hurikánům. Losos a jeho kolegové se snaží zhodnotit dlouhodobé evoluční dopady dravých ještěrek, které představili na některých ostrovech na Bahamách. „Nevím, jestli se tam někdy dostaneme,“ říká. Každých pár let hurikán prochází a fouká vyvíjející se ještěrky pryč.

---