Człowiek przyspieszył ewolucję. Dlaczego ryby stają się coraz mniejsze?

Gdy 23 grudnia 1938 roku Hendrik Goosen, kapitan statku rybackiego Nerine, powrócił po trałowaniu Oceanu Indyjskiego między ujściami rzek Chalumna i Ncera do portu w East London w Południowej Afryce, miał na pokładzie osobliwą rybę. Była ona stalowoniebieska i załodze kutra wydała się dziwna. O zdobyczy poinformował Marjorie Courtenay-Latimer, kustoszkę małego muzeum East London. Marjorie nie potrafiła znaleźć opisu stworzenia w żadnym z dostępnych jej źródeł. Postanowiła skontaktować się z ichtiologiem, profesorem Jamesem Leonardem Brierleyem Smithem, który natychmiast zidentyfikował ją jako latimerię. Nie byłoby w tym nic dziwnego, gdyby nie fakt, że dotychczas sądzono, iż ryba wymarła wraz z dinozaurami, około 66 milionów lat temu. Naukowca najbardziej zdziwiło, że stworzenie prawie w ogóle nie ewoluowało. Od tamtego przypadkowego odkrycia osobniki tego gatunku noszą nazwę Latimeria chalumnae i miano „żywej skamieniałości”.

Dobry projekt sam się psuje

Termin „żywe skamieniałości” odnosi się do gatunków, które w niemal niezmienionej formie przetrwały miliony lat. Zwierząt, które tak wolno ewoluują, jest więcej. To między innymi żółwie, krokodyle, skrzypłocze, skorpiony czy rekiny. Nie jest to kwestia „zatrzymania się” ewolucji, ale raczej specyficznych warunków, w jakich żyją. Zwierzęta te (jak np. latimeria czy skrzypłocze) zamieszkują środowiska, które niemal nie zmieniły się od milionów lat, na przykład głębiny oceanów czy specyficzne nisze wodne. Skoro otoczenie jest stałe, nie ma presji selekcyjnej, by organizm musiał się drastycznie zmieniać.

Wiele żywych skamieniałości zajmuje nisze, w których mają niewielu konkurentów lub brakuje drapieżników potrafiących im zagrozić. Niektóre gatunki wykształciły tak skuteczne mechanizmy przetrwania (np. odporność na brak tlenu czy specyficzny sposób odżywiania), że każda mutacja zmieniająca ich budowę byłaby dla nich mniej korzystna niż stan obecny. Przy czym to nie jest tak, że ich ewolucja się zatrzymała. Na poziomie genetycznym te zwierzęta wciąż ewoluują, ale ich plan budowy ciała (fenotyp) pozostaje taki sam, bo po prostu świetnie się sprawdza.

Owady wykształcają odporność na pestycydy, a karaluchy przestają odżywiać się cukrem, by uniknąć trutki – czasem wystarczy zaledwie kilka pokoleń. Ptaki zmieniają sposób i porę śpiewu, żeby przekrzyczeć miejski hałas, albo zmieniają geometrię skrzydeł, by uzyskać większą zwrotność. Niektóre gatunki, korzystając z miejskich wysp ciepła, ograniczają migracje. Nie potrzebują już skrzydeł przystosowanych do długich lotów – lepiej sprawdzają się krótsze i bardziej zaokrąglone, jak u kosów. Słonie i nosorożce wykształcają mniejsze kły i rogi, bo takie nie interesują kłusowników, a o bakteriach to już lepiej nie wspominać – u nich ewolucja zachodzi tak szybko, że z trudem nadążamy z antybiotykami, które je zabiją.

Zmiany postępują w takim tempie, że nie nadążamy z oceną konsekwencji, i nie ulega wątpliwości, że to człowiek stał się głównym „projektantem” ewolucji, narzucając zwierzętom tempo zmian, jakiego natura rzadko doświadczała w tak krótkim czasie. W świecie nauki nasze czasy określa się nieformalnie mianem antropocenu – epoki, w której człowiek stał się jedną z najsilniejszych sił kształtujących życie na Ziemi. Nazwa pochodzi od połączenia starogreckich słów anthropos (człowiek) i kainos (nowy).

Mały może więcej

Już 40 lat temu prof. Jan Kozłowski, biolog ewolucyjny z Uniwersytetu Jagiellońskiego i członek Polskiej Akademii Nauk, opracował model ewolucyjny, który wiąże zjawisko karłowacenia ryb z presją rybacką i ociepleniem klimatu. 

Model zakłada, że ryby decydują, na co przeznaczyć energię – na wzrost czy rozmnażanie – zakładając, że jedynym celem życia jest przekazanie własnych genów kolejnym pokoleniom (fundament biologii ewolucyjnej). To dlatego w naturze wiele zwierząt jest małych. Weźmy gryzonie, np. myszy czy szczury, wśród których śmiertelność jest wysoka – każdy kot na nie czyha i ostrzy zęby, nie daruje im sowa, lis, a i człowiek za nimi nie przepada – dążą do jak najwcześniejszego rozrodu. W efekcie żyją krótko, ale „mnożą się jak króliki”.

Zupełnie inną strategię przyjmują duże zwierzęta, takie jak wieloryby czy słonie. Żyją długo, a śmierć pod postacią zębów drapieżnika jest dla nich bardzo łaskawa, więc mogą przeznaczyć energię życiową na inwestycję w rozmiar, wydając na świat znacznie mniejszą liczbę potomstwa niż byle mysz czy inny chomik.

Takie rozwiązanie w obu przypadkach maksymalizuje sukces reprodukcyjny, czyli przekazanie genów.

Dziś ten model ewolucyjny został wykorzystany do wyjaśnienia zjawiska karłowacenia, przetestowany na danych dotyczących ponad dwóch tysięcy gatunków ryb z największej na świecie bazy danych o rybach FishBase i pozwala na prognozowanie jego skutków dla przyszłych połowów. Model potwierdził się we wszystkich analizowanych przypadkach. Pracę pt. „Evolutionary adaptation to global change reduces sustainable fisheries yields” („Ewolucyjna adaptacja do globalnych zmian zmniejsza zrównoważone połowy ryb”), poświęconą temu zagadnieniu, napisali Jan Kozłowski z Instytutu Nauk o Środowisku Wydziału Biologii UJ oraz Dustin J. Marshall i Craig R. White ze School of Biological Sciences na Monash University w Australii. Artykuł opublikowano w czasopiśmie „Science”.

Duży ginie pierwszy

Optymalny sposób gospodarowania energią zależy w dużej mierze od śmiertelności spowodowanej czynnikami zewnętrznymi. Gdy jest ona wysoka, na przykład wskutek intensywnych połowów, korzystniejszą strategią staje się wcześniejsze osiąganie dojrzałości płciowej i przeznaczanie większej części zasobów energetycznych na rozród. Odbywa się to jednak kosztem wzrostu, co prowadzi do zmniejszenia rozmiarów ciała. Model ten wyjaśnia również, dlaczego duże samice produkują nieproporcjonalnie więcej jaj niż małe.

Tę obserwację produkcji nieproporcjonalnie większej ilości ikry przez samice w rozmiarze „plus size” potwierdzają naukowcy ze Smithsonian Tropical Research Institute (STRI), którzy już w 2018 r. zwrócili na to uwagę. Dlatego też odłowienie jednej dużej ryby ma znacznie większy wpływ na populację niż odłowienie wielu małych.

Tymczasem w interesie ekonomicznym rybaków leży łowienie dużych ryb. W efekcie największe osobniki wyławiane są najczęściej – ryby, które zainwestowały energię we wzrost, przegrywają, a wygrywają te, które postawiły na dojrzewanie i pierwszy seks.

Dla ogromnej liczby ludzi ryby są podstawowym źródłem białka, a rybołówstwo stanowi istotny filar gospodarki w wielu regionach świata. Współczesne łowiska przemysłowe to nie wędkarz z kijem na pomoście ani kuterek płynący w stronę wschodzącego słońca; to wielka globalna machina działająca zawsze, gdy w jej zasięgu są ryby, i nawet ciągi tarłowe nie są dla niej dostatecznym powodem, aby się zatrzymać. Jej zapleczem są potężne statki, sonary i technologie pozwalające lokalizować ławice z niezwykłą precyzją. Sieci są dostosowane do poławianych gatunków. Niektóre, ciągnięte przez kilka statków, dosłownie orzą dno morskie, inne jedynie burzą powierzchnię wody. Wykorzystuje się także liny z hakami i sieci stawne – zawsze precyzyjnie tam, gdzie są ryby.

Kolejnym rozdziałem tej smutnej opowieści są zmiany klimatu. Wzrost temperatury wody oznacza większe zapotrzebowanie ryb na tlen, a jednocześnie spadek jego ilości w wodzie. Dzieje się tak, ponieważ rozpuszczalność tlenu maleje wraz ze wzrostem temperatury – im cieplejsza woda, tym mniej tlenu. Zmieniają się też inne warunki fizjologiczne, między innymi podatność ryb na choroby. Za to bakterie chorobotwórcze w tej ciepłej zupie mają się świetnie. W warunkach deficytu tlenowego małe ciało oznacza mniejsze zapotrzebowanie na tlen.

Gdy te dwa procesy się zsumują, okaże się, że ewolucja, którą jeszcze niedawno uważano za proces bardzo powolny – jak w przypadku latimerii – może zachodzić znacznie szybciej. Cóż, nasza żywa skamieniałość zamieszkuje skalne jaskinie na głębokości kilkuset metrów. Życie płynie tam monotonnie, według tej samej rutyny, od milionów lat. Latimeria nawet nie zauważyła, że głupie 200 czy 300 tys. lat temu na Ziemi pojawił się człowiek, który wszystko wywraca do góry nogami.

Przyjmując, że dorsz osiąga dojrzałość płciową średnio w wieku 4–5 lat, możemy założyć, że na taką ewolucyjną zmianę ryby potrzebowały zaledwie pięciu pokoleń. Przekładając to na ludzką miarę, powinniśmy być o połowę niżsi i dziesięciokrotnie lżejsi od naszych prapradziadków.

Z badania wynika, że dotychczasowe prognozy spadku połowów do końca wieku są niedoszacowane. Zakładały one spadek o 14 proc., nie uwzględniając zmniejszania się rozmiarów ryb. Według najnowszej analizy połowy zmniejszą się o 22 proc. Jeśli jednak wraz ze wzrostem temperatury wody populacje ryb będą przemieszczać się w chłodniejsze rejony, spadek może być jeszcze większy.

Perspektywy na przyszłość są pesymistyczne. Ewolucji nie da się zatrzymać, a ryby prawdopodobnie będą nadal karleć.

Ratujmy, co się da

Na pytanie, czy te zmiany można odwrócić, nie ma prostej odpowiedzi. Według prof. Kozłowskiego najlepszym rozwiązaniem byłoby stworzenie rozległych rezerwatów morskich, w których ryby mogłyby dorastać do dużych rozmiarów i rozmnażać się, dając liczne potomstwo. Młode osobniki zasiedlałyby następnie obszary, na których prowadzi się połowy. Kluczowe znaczenie ma jednak to, czy w populacji zachowała się odpowiednia różnorodność genetyczna.

Odwrócenie procesu karłowacenia ryb jest mało prawdopodobne w krótkim czasie, ponieważ wywołane ociepleniem i rybołówstwem zmiany mają trwały, ewolucyjny charakter. Zjawisko to, napędzane wcześniejszym osiąganiem dojrzałości płciowej, prowadzi do tzw. histerezy ewolucyjnej, co oznacza długotrwałe zmniejszenie maksymalnego rozmiaru ciała.