Mistrovské dílo evoluce, nebo jen vyspravená opice?
Tajemství lidské hlavy
Když v roce 1968 dorazil do kin slavný film Planeta opic, nabídl divákům mrazivou vizi postapokalyptického světa. Představil Zemi, na které lidé ztratili schopnost mluvit i racionálně myslet. Místo nich převzali vládu nad planetou ostatní velcí lidoopi, kteří se vyvinuli tak, aby se podobali lidem dvacátého století. Tito noví vládci planety chodí vzpřímeně po dvou končetinách, žijí v monogamních svazcích, vyznávají náboženství a mluví anglicky. Mají naprostou nadvládu nad přírodou i ostatními tvory a jejich společnost je přísně organizovaná do zřetelných tříd. Orangutani zastávají role úředníků a správců, gorily slouží jako vojáci a policisté, zatímco šimpanzi představují vědeckou elitu.
Evoluční logika tohoto fiktivního příběhu je přímočará: pokud by lidstvo degenerovalo a vyklidilo svou pozici, nějaký jiný druh opice by se zkrátka vyvinul tak, aby toto uvolněné místo zaplnil. Samozřejmě, vědeckofantastické filmy nelze brát z biologického hlediska příliš vážně. Přesto na této základní premise není myšlenka, že by se opice mohly vyvinout do podoby podobné lidem, vůbec absurdní. Tuto teoretickou možnost si přírodní vědy uvědomují již od dob Charlese Darwina.
Co je však na této filmové vizi skutečně úsměvné – pokud na chvíli odložíme nutnou diváckou shovívavost – je vizuální stránka věci. Tito vysoce vyvinutí, polidštění opičí tvorové budoucnosti sice kráčejí a hovoří přesně jako my, ale jinak si zachovávají hlavy, které jsou zcela jasně zvířecí. Vypadají prostě jako opice. (Tento detail byl pochopitelně dán tím, že role hráli lidští herci oblečení do opičích kostýmů). Jinými slovy, příběh nám předkládá představu, že by se lidoopi mohli polidštit, aniž by evoluční tlaky a přirozený výběr nějak výrazněji formovaly tvar a stavbu jejich hlavy.
Tento pohled odkrývá hluboce zakořeněný omyl v tom, jak vnímáme sami sebe a svou tělesnost. Je pravdou, že mnoho jedinečných a nesmírně důležitých lidských vlastností se nachází od krku dolů. Naše postkraniální kostra (to jest vše pod lebkou) nám umožňuje kráčet a vytrvale běžet po dvou končetinách, vyrábět a jemně manipulovat se složitými nástroji, přesně a silně házet předměty nebo se extrémně potit pro účinné ochlazení organismu. I ten nejzarytější skeptik by však musel s obtížemi hledat argumenty proti tomu, že lidská hlava se od hlav všech ostatních savců, včetně našich nejbližších příbuzných z řad velkých lidoopů, liší zcela zásadním, propastným a naprosto klíčovým způsobem.
Architektura lidské hlavy: Zvířecí maska, kterou jsme odložili
Stačí se podívat na základní proporce. Naše mozky jsou více než pětkrát větší, než by se dalo logicky předpokládat na základě celkové velikosti našeho těla. Pokud se podíváme na drtivou většinu ostatních savců, zjistíme, že jejich hlavy mají převážně protáhlý, úzký tvar připomínající trubici. Naproti tomu naše hlava je podivuhodně široká, nápadně zkrácená a celkově zakulacená.
Zcela unikátní je utváření našeho obličeje. Jsme jediní tvorové na této planetě, kteří se mohou pyšnit skutečným čelem. Zároveň jsme zcela ztratili čumák, tedy vpřed vystupující čelistní partii, která je pro savce tak typická. Způsob, jakým je hlava nasazena na tělo, je rovněž zcela odlišný. Náš krk je krátký, orientovaný téměř svisle a připojuje se ke středu spodní části lebky, nikoliv k její zadní části, jak je běžné u zvířat pohybujících se po čtyřech končetinách.
Proměnou prošly i měkké tkáně a orgány uvnitř. Náš jazyk má specificky zakulacený tvar a sestupuje neobvykle hluboko do krku. Naše tvář se vyznačuje vnějším nosem, který zřetelně vystupuje z roviny obličeje, s nozdrami směřujícími kolmo k zemi. Naše oči představují samostatnou kapitolu – oční bělma jsou nápadně velká a vysoce viditelná pro naše okolí, což hraje nesmírně důležitou roli v naší nonverbální společenské komunikaci.
Většina povrchu naší hlavy je zbavena husté srsti. Na spodní čelisti se nám vytvořil výrazný výstupek, brada, kterou žádný jiný živočich nemá. Schopnost našeho těla odvádět teplo se velmi silně koncentruje právě do oblasti hlavy – z pokožky na lebce a z obličeje se dokážeme nesmírně silně potit. Při intenzivní fyzické námaze a cvičení otevíráme ústa a dýcháme skrze ně, abychom uspokojili obrovskou poptávku organismu po kyslíku. A co je nejdůležitější – dokážeme mluvit. To vše je korunováno faktem, že naše poznávací schopnosti a kognitivní procesy dosáhly zcela bezprecedentní úrovně složitosti.
Pokud tedy považujeme za jednu ze základních otázek vědy tázání se po tom: „Proč jsme jako lidé takoví, jací jsme?“, pak naprosto nezbytným prvním krokem k zodpovězení této otázky musí být zkoumání toho: „Proč je lidská hlava utvořena právě takto?“
Rodinné album velkých lidoopů: Kdo je náš nejbližší příbuzný?
K pochopení evolučních změn naší hlavy existuje nespočet přístupů, ale tím nejpřirozenějším a nejzákladnějším výchozím bodem je srovnání anatomie lidské hlavy s hlavami velkých lidoopů. Pozornost je třeba upřít zejména na africké zástupce: šimpanze učenlivého (Pan troglodytes), šimpanze bonobo (Pan paniscus) a gorilu (Gorilla gorilla). Srovnávání s těmito konkrétními druhy je mimořádně poučné, a to hned ze dvou důvodů. Nejenže šimpanzi představují naše nejbližší žijící živočišné příbuzné, ale existují také velmi silné důkazy o tom, že úplně poslední společný předek lidí a šimpanzů se musel v mnoha anatomických ohledech silně podobat právě africkým velkým lidoopům.
Abychom tento myšlenkový postup plně pochopili, je nutné se vrátit k dřívějším představám o samotných počátcích lidské vývojové linie. Ještě před jednou generací panovalo ve vědeckém světě široce přijímané přesvědčení, že africké druhy velkých lidoopů (šimpanzi a gorily) jsou si navzájem příbuzensky mnohem blíže než k člověku. Tento pohled se zdál být naprosto logický a dával velký smysl, vezmeme-li v úvahu obrovské množství viditelných tělesných podobností.
Šimpanzi, bonobové i gorily totiž sdílejí velmi specifický, unikátní způsob pozemního pohybu – chůzi po kotnících prstů horních končetin. K tomu vykazují nespočet dalších výrazných tělesných shod. Z čistě anatomického hlediska totiž tělesná velikost spolehlivě vysvětluje velkou většinu (i když pochopitelně ne všechny) odlišností mezi těmito zvířaty. Představte si jednoduchý model: pokud byste plynule zvětšovali lebku šimpanze a přitom zachovali příslušné poměry a měřítka mezi celkovou velikostí a tvarem, výsledný objekt by se velmi nápadně podobal lebce samice gorily. Vědecká srovnání potvrzují, že tvary lebek šimpanzů a goril se vzhledem k rostoucí velikosti mění velmi podobným způsobem. Při stejné modelové velikosti vykazují gorily jen o něco pokročilejší, dospělejší tvary lebek než šimpanzi. Dospělí gorilí samci ovšem představují výjimku – na jejich lebkách vyrůstají masivní kostěné hřebeny a další mohutné nadstavby (sloužící k úponu obrovských žvýkacích svalů), což způsobuje, že se jejich vzhled od šimpanzů i samic vlastního druhu výrazně odchyluje.
Stručně řečeno, hlavy goril jsou v mnoha podstatných rysech utvářeny jako hlavy nadměrně velkých šimpanzů. Tento rozdíl v tělesné velikosti navíc pomáhá vysvětlit další zásadní rozdíly v životním stylu obou druhů, například ve skladbě potravy. Z biologických zákonitostí vyplývá obecné pravidlo, že čím je zvíře větší, tím nižší je jeho relativní rychlost metabolismu. Zároveň platí, že mohutnější býložraví savci mají tendenci konzumovat potravu obsahující mnohem vyšší podíl těžko stravitelné vlákniny. Gorily i šimpanzi do tohoto schématu dokonale zapadají. Přestože i gorily dávají přednost ovoci, pokud mají tu možnost, jejich běžná strava je oproti té šimpanzí podstatně bohatší na vlákninu, protože tráví ohromné množství času konzumací listí, výhonků a pevných stonků.
Když se tedy v minulosti mylně předpokládalo, že gorily a šimpanzi sdílejí exkluzivního společného předka z nedávné doby (od kterého jsme my odděleni), vyvozoval se z toho další logický, leč chybný závěr. Předpokládalo se, že dávný předek, od kterého se odštěpila lidská větev a větev afrických lidoopů, byl jakýsi neurčitý, nekonkrétní, všeobecný lidoop. Tento teoretický předek by postrádal většinu specifických vlastností a specializací, které jasně vidíme u dnešních lidoopů. Vzhledem k tomu, že tehdy neexistovaly téměř žádné zkameněliny z příslušného období, které by mohly mapovat tento zlomový úsek evoluce, neexistovaly ani žádné hmatatelné důkazy, které by tento předpoklad vyvrátily.
Situaci však radikálně proměnily molekulární a genetické důkazy. Tyto poznatky se začaly objevovat již v padesátých letech dvacátého století, ale plně převládly a změnily paradigma až v letech osmdesátých. Detailní zkoumání Úvodního sekvenování šimpanzího genomu (2005) a srovnání DNA mezi lidmi a lidoopy přineslo nezvratné zjištění. Lidé a šimpanzi sdílejí jednoho konkrétního posledního společného předka, a to mnohem mladšího data, než se čekalo. Z hlediska příbuznosti mají lidé k šimpanzům mnohem blíž, než má kterýkoliv z těchto dvou druhů blízko ke gorilám.
Stanovení přesného data, kdy k tomuto oddělení dvou vývojových větví (lidské a šimpanzí) došlo, vyžaduje kombinaci dvou věcí: zjištění poměrných rozdílů mezi genetickými sekvencemi a kalibraci takzvaných molekulárních hodin pomocí alespoň jednoho spolehlivě odhadnutého data oddělení druhů na základě nálezů fosilií. K tomuto účelu se pro primáty nejčastěji používá okamžik oddělení orangutanů od linie afrických lidoopů. Protože oba tyto zdroje dat pochopitelně obsahují určitou míru nepřesnosti, vědci se shodují, že rozumným odhadem pro rozdělení lidské a šimpanzí linie je období před pěti až deseti miliony let.
Záhada posledního společného předka
Důsledky tohoto nového pochopení rodinného stromu lidoopů a lidí pro uvažování o lidské evoluci jsou naprosto hluboké. Nyní můžeme plně docenit fakt, že ono velké množství podobností mezi gorilami a šimpanzi nepředstavuje nějaké nově vyvinuté vlastnosti v izolované opičí větvi, ale s největší pravděpodobností jde o vlastnosti velmi prastaré, původní a hluboce zděděné. To znamená, že pokud bychom nepřipustili extrémně nepravděpodobnou náhodu, že se chůze po kotnících a desítky dalších anatomických podobností vyvinuly u šimpanzů a goril zcela nezávisle na sobě dvakrát za sebou, pak musel už jejich společný předek vypadat částečně jako dnešní šimpanz nebo gorila (což v základu znamená víceméně totéž). Možnost takto rozsáhlého nezávislého konvergentního vývoje u dvou různých druhů sice teoreticky existuje, je však vysoce nepravděpodobná.
Z této logiky přímo vyplývá, že také bezprostřední předek lidí a šimpanzů se pravděpodobně svou tělesnou stavbou podobal dnešním šimpanzům či gorilám. Tento předpoklad pochopitelně neznamená, že by rod šimpanzů ustrnul v čase a neprošel během milionů let od oddělení našich větví svými vlastními rozsáhlými změnami. Nemůžeme se ani mylně domnívat, že se tento dávný společný předek choval naprosto stejně jako dnešní živí lidoopi. Skutečnost je taková, že bez dostatečného množství jasných fosilií z daného období nelze dokonce s naprostou jistotou ani určit, zda byl náš předek spíše menší postavy jako šimpanz, nebo dosahoval mohutnosti gorily.
Navzdory těmto chybějícím dílkům skládačky je rozumné, pokud si všechny dostupné důkazy spojíme, formulovat hypotézu, že linie goril a společná linie šimpanzů a lidí se rozdělily před více než osmi miliony let. Gorily posléze pravděpodobně prošly evolučním tlakem, který je nutil zvětšit svou tělesnou hmotnost, zřejmě proto, aby dokázaly přežít na nutričně chudé potravě s vysokým obsahem vlákniny. Toto přizpůsobení jim umožnilo přečkat těžká období v biotopech, kde docházelo k silným sezónním výpadkům v dostupnosti energeticky bohatého ovoce. Společná linie šimpanzů a lidí mezitím pokračovala ve vývoji po své vlastní cestě, dokud se i ona nerozštěpila vedví.
Každá hypotéza o podobě posledního společného předka je pochopitelně obestřena mnoha spory a vědeckými debatami. Jedním z hlavních důvodů je fakt, že prostředí bujných deštných pralesů, kde naši předkové žili, je mimořádně nevhodné pro zachování fosilií. Kyselá půda a rychlý rozklad zanechávají v paleontologickém záznamu jen minimum stop. Z konce třetihor zbylo velmi málo důkazů. Nejstarší známé fosilní důkazy zahrnují pouhých několik dvanáct milionů let starých zubů, které by teoreticky mohly patřit nějakému gorilímu prapředkovi, a nepatrnou hrstku zubů přímých předků šimpanze, které jsou staré pouhých pět set tisíc let. Podobně frustrující situace panovala i u zkoumání kořenů člověka; ještě do poloviny devadesátých let by se všechny tehdy známé zkameněliny prapředků starší než čtyři miliony let pohodlně vešly do jediné krabice od bot.
Situace se však v poslední době dramaticky změnila k lepšímu. Byli jsme obdarováni senzačními objevy fosilií z těch nejranějších fází evoluce. Tyto velmi staré kosti a lebky jsou v současnosti rozřazeny do tří hlavních rodů: Sahelanthropus, Ardipithecus a Orrorin. To nejvýznamnější zjištění spočívá v tom, že tyto prehistorické bytosti již sdílejí několik klíčových a vývojově nových rysů typických pro naši lidskou vývojovou linii. Lze poměrně sebejistě tvrdit, že chodili po dvou končetinách, u samců došlo ke zmenšení špičáků a jejich lícní zuby byly o něco větší a potažené silnější vrstvou skloviny než u tehdejších šimpanzů. Zároveň si však tito ranní zástupci ponechali v mnoha dalších ohledech vzhled šimpanzů – zachovali si původní rysy chrupu i celkový tvar a stavbu mozkovny. Představují tak nanejvýš pravděpodobný, plynulý mezičlánek, spojující opičího předka s pozdějšími známými druhy, jako byli australopitéci.
Tento výklad však zdaleka nepřijímají všichni odborníci jednohlasně. Někteří vědci zastávají názor, že první předchůdci lidské linie vzešli z tvora, který se nepodobal žádnému z dnes žijících velkých lidoopů. Podle tohoto výkladu by valná většina podobností mezi šimpanzi, gorilami (a částečně i orangutany) představovala nezávisle získané, takzvaně konvergentní znaky. Hominini (přímí předci člověka a jemu příbuzné vymřelé rody) by tak byli potomky mnohem původnější, generalizované opice, která ještě vůbec neuměla chodit po kotnících a pravděpodobně neměla ani anatomické předpoklady pro visení za ruce či zručné šplhání.
Hlavní oporou pro tuto smělou a speciálně diskutovanou myšlenku o Ardipithecus ramidus (2009) jsou tělesné znaky tvora zvaného Ardi. Její fosilie je datována do doby před 4,4 miliony let. Mezi teoretické primitivní znaky, které z Ardi vědci vyčítají, patří jen velmi mírné vystupování spodní části obličeje dopředu (malý prognatismus), naprostá absence specializovaných kloubů v zápěstí potřebných pro chůzi po kotnících a dlouhé kosti končetin s proporcemi připomínajícími spíše obyčejné opice než lidoopy, postrádající adaptace pro šplh v korunách stromů. Hodnocení, do jaké míry jsou tyto znaky u druhu Ardipithecus ramidus skutečně původním dědictvím, a nakolik jde už o vlastnosti nově získané vývojem, však vyžaduje další a nesmírně pečlivé zkoumání. Hominin starý 4,4 milionu let se objevil na Zemi nejméně dva až tři miliony let po osudovém rozštěpení naší a šimpanzí vývojové linie. Navíc nejstarší nálezy druhů Sahelanthropus i Ardipithecus se v nespočtu anatomických znaků, a to jak na lebce, tak na kostře těla, zjevně podobají šimpanzům. Spojitost těchto nejstarších tvorů s ostatními lidoopy a lidmi tak stále obklopuje mnoho nezodpovězených otázek.
Zkombinujeme-li nicméně poselství zapsané v genomech s otisky v kameni, je nejrozumnější setrvat u předpokladu, že poslední společný předek lidí a šimpanzů pravděpodobně silně připomínal dnešní africké velké lidoopy ve spoustě svých tělesných parametrů. Opět je třeba zdůraznit, že naši nejbližší příbuzní – šimpanzi – nejsou v žádném případě zkameněliny, které by zůstaly nedotčeny během času. Bude nesmírně zajímavé nacházet další hmatatelné důkazy o vývoji afrických lidoopů. Už nyní ale můžeme na základě známých faktů důvodně předpokládat, že veškeré formování, kterým prošla větev šimpanzů během posledních šesti milionů let, bylo podstatně méně bouřlivé a rozsáhlé než neuvěřitelné přestavby, kterými prošla větev vedoucí k člověku.
Jeviště času: Jak se hlava měnila krok za krokem
Bez ohledu na přesnou podobu onoho posledního společného předka je jednou z nejzákladnějších otázek pochopení celého vývoje to, jak a proč jsme vůbec získali tak odlišnou tělesnou stavbu, než jakou mají ostatní velcí lidoopi. Tato záhada se stává o to napínavější, když můžeme přímo srovnávat lidský a šimpanzí genom. Ačkoliv jsou tyto dvě genetické mapy téměř z 98 procent totožné, přesto se obě DNA odlišují v přibližně 35 milionech párů bází. Většina těchto změn leží v nekódujících oblastech DNA (které neurčují stavbu bílkovin, ale často plní klíčové regulační funkce pro spouštění jiných genů). Zhruba tři miliony těchto odlišností se dotýkají přímo genů vytvářejících bílkoviny nebo jinak funkčních oblastí. Samotné objevení těchto genů a principů jejich fungování nesmírně obohacuje naše vnímání vývoje, avšak geny samotné nemohou poskytnout ucelenou odpověď.
Moderní lidé se totiž nevyvinuli ze šimpanzů lusknutím prstu. Náš fosilní záznam vypovídá o spletitém příběhu plném mnoha odlišných a rozmanitých druhů, které na sebe navazovaly. Pokud chceme pochopit mechanismus přírodního výběru, který z nás udělal lidi, musíme především porozumět pořadí, dobovému kontextu a důsledkům těchto úžasných evolučních proměn.
A zde se konečně vracíme zpět k hlavám. Množství charakteristických lidských znaků – od obrovského mozku, přes zmenšené přední zuby až po vystupující vnější nos – ukazuje na neuvěřitelnou intenzitu vývojových změn zkoncentrovaných v oblasti nad krkem. Díky fosiliím máme slušnou představu o tom, v jakých hlavních krocích se tyto změny udály. První vzpřímení předci se od společného základu pravděpodobně odlišili tím, že došlo k přesměrování polohy hlavy vůči vertikálně postavenému krku. Došlo u nich ke zmenšení špičáků a řezáků, ale zároveň k rozšíření povrchu a nárůstu tloušťky lícních zubů. Z těchto nejstarších průkopníků se vyvinuli následovníci s ještě mohutnějšími zuby se silnou vrstvou skloviny, vyzbrojení obrovskými obličeji s masivními žvýkacími svaly. Teprve mnohem pozdější potomci si vyvinuli větší mozky, dokonale vyvážené hlavy, celkově menší chrup a svislé obličeje bez zvířecí tlamy. A nakonec, se vznikem našeho vlastního druhu Homo sapiens, se hlava dokonale zakulatila, obličej se zmenšil a stáhl se zpět pod čelo, přičemž se vytvořila brada.
Zdokumentovat to, jaké anatomické změny proběhly a v jakém pořadí, je jedna věc. Důležitější a podstatně složitější úkol však zní zjistit, proč se tyto proměny udály. Jaké specifické tlaky prostředí je hnaly kupředu? Hlava je tak těsně a důmyslně provázaný mechanismus, že posuny ve způsobu, jakým určitý orgán roste nebo pracuje, mohou spustit kaskádu rozsáhlých efektů zasahujících růst a funkce mnoha dalších, zdánlivě nesouvisejících částí. Pokud roste velikost mozku, zcela zásadně to přetváří způsob růstu a konečný tvar lebky i obličeje. Mohutnější mozek mění těžiště hlavy, ovlivňuje rozsah vnímaných zvukových frekvencí, mění biomechaniku žvýkání a mnoho dalšího. Zjistit, zda byla určitá změna na lebce skutečně cíleným vylepšením zlepšujícím schopnost jedince přežít a rozmnožovat se, pouhým pasivním vedlejším efektem úplně jiné změny, anebo absolutně neutrální náhodnou genetickou hříčkou, je proto nesmírně složité. Krátký obličej a chybějící čumák člověka tak mohl vzniknout jako dokonalé přizpůsobení pro srozumitelnou řeč. Mohl ale stejně tak sloužit ke zvětšení zvíření vzduchu v dýchacích cestách pro lepší chlazení, nebo to mohl být způsob, jak vyvážit na krku nesmírně těžký mozek. Anebo to všechno dohromady.
Stroj plný zázraků: Proč je hlava tak nesmírně složitá?
Jeden z nejtěžších úkolů při studiu vývoje a chodu hlavy je pochopení její ohromující, dechberoucí složitosti. Tuto složitost budují tři navzájem provázané pilíře.
Prvním z nich je samotný seznam kriticky důležitých úkolů, které hlava neustále provádí. Nejenže jako ochranná schránka ukrývá mozek a všechny ty nejjemnější senzory, ale zároveň musí po celou dobu spolehlivě a nepřetržitě sloužit dýchání, regulaci tělesné teploty, tvorbě zvuku, řízení pohybu, sledování okolí zrakem, žvýkání, polykání, vnímání chutí, pachů, příjmu zvuku a vyvažování rovnováhy. Každá částečka potravy i vzduchu, která vstupuje do těla, a každý informační vjem, který proudí k naší pozornosti, prochází branou naší hlavy. Veškeré odlišné biologické nástroje v hlavě přitom musí po celý náš vývoj od měkkého zárodku až po dospělce nezávisle růst, ale nesmí při tom ztratit nic ze své stoprocentní funkčnosti.
Naprosto učebnicovým příkladem složitosti je ústní dutina. Jednotlivé části hlavy postupně rostou, protahují obličej a zároveň nevyhnutelně mění absolutní polohu zubů zasazených do obou čelistí. Jenže horní i spodní zuby do sebe musí zapadat s neuvěřitelnou milimetrovou přesností, aby se zajistil bezchybný zkus (okluze) a schopnost silně rozmělňovat potravu bez poničení zubů. Obě čelisti tedy musí růst takovým způsobem, který nepřetržitě absorbuje posuny obličejových kostí a zajišťuje, že čelisti neustále dolehají přesně k sobě. Žádný lidský inženýr by nedokázal postavit tak úžasně kompaktní stroj, jehož pohybující se a rostoucí mechanismy by dokázaly tak plynule kompenzovat vlastní růst bez nutnosti odstávky v továrně.
Druhým pilířem složitosti je modularita, tedy fakt, že se systém skládá z ohromného množství různorodých samostatných prvků. Všechny živé organismy jsou z podstaty modulární. Můžeme si to představit jako dokonalé biologické kostky z populární stavebnice, které lze donekonečna propojovat na mnoha úrovních – od genů až po celé orgány a pletiva. Hlava vykazuje fenomenální hustotu modulů napěchovaných do velmi omezeného prostoru. Dospělá hlava je tvořena více než dvěma desítkami oddělených kostí, obsahuje až dvaatřicet masivních zubů, nesmírně složitý mozek členěný na řadu pododdílů, řadu smyslových senzorů, desítky svalových jednotek a nespočet žláz. A to vše prorůstá hustý les nervů, tepen, žil a vazů. Každý jeden z těchto modulů má navíc své vlastní podjednotky a tkáně.
Třetím a nejdůležitějším pilířem složitosti hlavy je její integrace, tedy absolutní provázanost. Jde o protipól k modularitě. Integrace popisuje, jak se ty miliardy oddělených dílků spojují v jeden fungující celek. V případě lidské hlavy je úroveň této integrace tak nesmírná, že pravděpodobně v těle nenalezneme žádný jiný region, který by byl spleten pevnější sítí závislostí. Na základní fyzické úrovni lze tuto propojenost pozorovat v pouhém faktu, že vnitřní dutiny hlavy sdílejí společné zdi. Strop ústní dutiny je naprosto totožný s podlahou dutiny nosní. Horní plocha obličejových kostí slouží jako samotný podstavec pro mozek. Pokud provedeme architektonickou úpravu v jednom pokoji, nevyhnutelně to pocítí i majitelé sousední místnosti. Hltan je pak tou nejvytíženější křižovatkou vůbec – proudí jím vzduch, zvuk, tekutiny, pevná potrava i hlen.
Mnohem hlubší provázanost však nastává už v období embryonálního růstu, kdy zhluky buněk navzájem intenzivně chemicky vyjednávají, vydávají povely jiným buňkám, aby zanikly či se namnožily. Mnoho genů, které formují hlavu, navíc v různé době aktivuje stavební procesy na zcela odlišných orgánech – tento fenomén, kdy jeden gen ovlivňuje více tělesných znaků současně, nese označení pleiotropie. Posledním důkazem provázanosti je chování celých orgánových komplexů. Například při obyčejném žvýkání není namáhán pouze korunní povrch chrupu. Obrovské sily se bleskurychle přenášejí hluboko do kořenů zubů, do závěsných vláken, která je drží v čelistech, na místa v lebce, odkud vyrůstají mohutné žvýkací svaly, a do složitých čelistních kloubů. Taková obyčejná akce integruje na pohled naprosto nezávislé anatomické útvary do jedné dokonalé symfonie svalů a kostí.
Vliv této hluboké provázanosti se bolestivě ukazuje u poruch. Když dítě trpí defekty chrupavkového růstu na spodině lebeční, kosti k sobě správně nedorostou, což se projeví prohnutím celého obličeje dovnitř lebky, špatným zkusem chrupu a znetvořenou schránkou pro mozek. A obráceně – pokud lebeční švy, které chrání mozek, srostou předčasně, zvětšující se orgán tlačí na oční důlky a spodek hlavy a obličej opět postihnou mohutné malformace. Vše souvisí naprosto se vším.
Paradox složitosti: Jak se může dokonalý stroj vůbec měnit?
Při pohledu na takto složitě integrovanou a kriticky důležitou součást těla je na místě položit si zásadní otázku: Jak se mohlo něco tak komplexního a životně nezbytného tak drasticky měnit během evoluce? Dokonalý inženýr by zpozorněl – čím víc je stroj složitý a navázaný na jemnou souhru tisíců součástek, tím horší bude pokoušet se ho přestavovat. Jakákoliv neopatrná a náhodná změna by s obrovskou pravděpodobností vedla k fatálnímu selhání celého motoru a nešťastný jedinec s takovouto mutací by pravděpodobně ihned zhynul, aniž by stihl předat své vadné geny dál.
Navíc přísný dohled přírodního výběru by teoreticky měl nemilosrdně smazat jakoukoliv anatomickou modifikaci hlavy, která by jen zlomkově zhoršila jedinci schopnost dýchat, polykat, vidět nebo slyšet. Vzhledem ke všem těmto faktorům by se z logiky věci dalo očekávat, že hlavy primátů budou evolučně zabetonované, neměnné a zakonzervované do pevných tvarů. Přesně to tvrdí kreacionisté a kritici evoluce, když poukazují na údajnou nemožnost vzniku člověka pouhým působením náhodných mutací a slepé selekce.
Pohled do záznamů z lidské historie však ukazuje pravý opak. Od krku nahoru jsme nejméně konzervativní, neustále se měnící strukturou široko daleko. Anatomicky jsme daleko bližší vymřelému neandertálci od krku dolů než od krku nahoru. Evoluce si dovolila obrovské přestavby bez ztráty základních funkcí. Klasickým případem takové riskantní architektonické úpravy je klesnutí hrtanu. Moderní lidé disponují zcela výjimečnou fyziologií krku. Náš hrtan (a v něm uložené hlasivky) extrémně poklesl dolů směrem do hrdla, hluboko pod měkké patro. Účel je jasný: získali jsme tím rozlehlou rezonanční dutinu pro artikulaci velmi jemných odstínů srozumitelné řeči. Tato na první pohled výhodná adaptace s sebou však přinesla strašlivé nebezpečí pro systém polykání. Cesty pro dýchání a trávicí trakt se díky tomu dramaticky překřížily a my polykáme s podstatně větším rizikem smrtelného udušení, než mají ostatní savci. Z logiky prostého přežití by nemilosrdný přirozený výběr měl okamžitě zahubit potomky s nižším hrtanem bez ohledu na to, jak poeticky a čistě dokázali intonovat zvuky. Ale nestalo se tak. Proč?
Jedním z možných řešení tohoto hlubokého paradoxu složitosti je domněnka, že vzhledem k obrovskému počtu životně důležitých úkolů, které hlava zastává, představuje ohromný „terč“ pro přírodní výběr. Jakékoliv vylepšení hlavy mělo obrovskou šanci radikálně zlepšit fitness jedince. Oprávněnost této hypotézy však do jisté míry nabourávají detailní genetické průzkumy rozmanitosti lidských populací. Většina drobných změn v našem tvaru tváře a lebky v nedávných dějinách našeho druhu pravděpodobně nevznikla kvůli zuřivému přírodnímu výběru, který by odměňoval lepší tvary, ale byla pouhým vedlejším a nikterak zvlášť prospěšným efektem neutrální genetické náhody.
A zde se dostáváme k druhému, naprosto klíčovému vysvětlení tohoto paradoxu. Lidská hlava je nesmírně tvárná a evolučně poddajná ne navzdory své ohromující složitosti, ale právě díky ní. Způsob, jakým jsou ony stovky oddělených biologických součástek navzájem smontovány (ony procesy úzké integrace na buněčné i funkční úrovni), dává celému orgánu neuvěřitelnou schopnost se modifikacím včas přizpůsobit. Biologické kostky a moduly zvané buňky a geny v sobě samy nesou záchranné mechanismy. Pokud zasáhnete procesy na jedné straně, obrovská síť vazeb dokáže zajistit, že se zbylé okolní moduly této nenadálé odchylce spontánně přizpůsobí.
Představme si ohromně odvážný pokus v laboratoři ilustrující tuto plasticitu přírody. Klasickým objevem byl regulační spouštěcí gen eyeless u malých mušek octomilek, viz průkopnickou zprávu (Halder a kol., 1995). Vědci úmyslně vzali gen určený ke stavbě očí a vnutili jeho načtení v nepatřičné tkáni pro růst hmyzích nožiček. Jaký byl výsledek? Na noze této octomilky nevyrostl změť zdegenerované buněčné hmoty, ale nádherně uspořádané, detailní, funkčně správně postavené (byť naprosto nevhodně umístěné) zvířecí oko. Systém pro budování orgánů byl tak silně integrován, že celý stavební program zvládl i naprosto absurdní změnu parametrů v umístění na těle. Naše proměny od šimpanzího předka nebyly sice tak hrozivě dramatické jako tvorba zraku na končetinách hmyzu, ale proces byl totožný. Změna (mutace) jednoho úseku mohla urychlit buněčné dělení a zvětšit objem vyvíjejícího se mozku pětinásobně. Protože jsou kostěné pláty hlavy a tvar obličeje plně integrovány do komunikační biochemické pavučiny během těhotenství, chrupavky a kosti se automaticky dokázaly růstu mozku přizpůsobit a vytvarovaly obrovskou mozkovnu bez zlomení či ztráty chodu hlavy.
Znovu si připomeňme příklad inženýra z automobilky. Kdyby před ním stál úkol teoreticky vzít malé auto z autodráhy a magicky ho nechat organicky “vyrůst” do proporcí velkého rodinného vozu, pravděpodobně by se zhroutil. Změna velikosti ojnic v motoru bez patřičné odezvy změny ložisek, posun převodové skříně bez přeprogramování řídicí jednotky nebo tloušťky brzdových lanek by auto ihned fatálně rozsypaly na kusy. V biologickém inženýrství hlavy ale samotné posunutí převodovky „zavolá“ brzdové lanko, aby s ním plynule dorostlo a zapojilo se do společné funkce. Geny v těle, okolní buňky, tkáně a následné společné využívání tvoří z hlavy něco, co se mění bezchybně za chodu, neboť si všechny okolní orgány plynule povídají a navzájem si vyhýbají. Stěna jedné místnosti plynule tlačí před sebou stěnu druhé.
Evoluce jako kutil, ne jako inženýr
Celá mozaika ohromného množství provázaných součástek s nekonečným spektrem funkcí otevírá široké brány pro neuvěřitelné evoluční přestavby. Je třeba pochopit, jak evoluce doopravdy pracuje a otevírá se před námi obraz nikoliv vědce v bílém plášti, ale spíše špinavé dílny zručného kutila. Slavný esej popisující mechanismy přírodního tvoření ukázal evoluci jako kutilství (bricolage, Francois Jacob, 1977). Inženýr navrhuje. Přistupuje k prázdnému stolu, vytyčí si logický cíl stroje, vytvoří zcela nové přesné součástky pro tento jediný účel a bezchybně je složí.
Příroda oproti tomu nevyužívá absolutně žádný inženýrský manuál. Nemá cíl, nemá plány do budoucnosti a nemůže vymyslet a z ničeho ukout zcela novou součástku. Přírodní výběr je beztvará, slepá a plně oportunistická síla tvořící jako zoufalý údržbář na opuštěném ostrově. Bude brát jakékoliv harampádí, které mu náhodné mutace genů nabídnou pod ruce. Vezme cokoliv, co už funguje na nějaký jiný účel, ohne to, mírně poupraví a zapojí někam jinam. Pokud se náhodou objeví drobná mutace v růstu kostí, která posune čelist a dovolí lepší rozmělňování semen během doby hladomoru, její držitel se rozmnoží. Další generace použije tento vylepšený díl a přidá nějaký další. Z obyčejných tvrdých kožních šupin starodávných tvorů evoluční kutil vyrobí ostré řezáky a masivní silně smaltované zuby.
Pochopit zručnost tohoto kutila znamená pochopit, proč tyto lepené novoty tak skvěle zapadnou. Když kutil na pustém ostrově vytváří motor, používá k tomu části, které už mají svůj vlastní mechanismus propojení. Využívá vysoce integrované a nezávislé stavební bloky, které se ihned umí ztotožnit s okolím těla a začnou vykonávat svou novou úlohu na výbornou. Množství samostatných kostí, obličejových kapes a měkkých svalů tak poskytlo přírodě tisíce bezprizorních součástek v ohromném skladišti tvářů našich předků, se kterými si čas a úskalí životního prostředí začaly nekonečně pohrávat, aby vytvarovaly moderní tvář člověka.
Závěr: Klíč k lidskému příběhu
Kdybychom hledali ideální laboratoř k uvažování nad těmito fundamentálními procesy složitosti a tvoření přírody, nenašli bychom příhodnějšího kandidáta než právě lidskou hlavu. Málokterý biologický konstrukt v celém vesmíru byl probádán tak důsledně z hlediska vzniku, proměn anatomie, zástupu kosterních pozůstatků prapředků i obrovského zástupu srovnávacích dat našich šimpanzích příbuzných. Rozbor samotné hlavy neuvěřitelným způsobem osvětluje celý vývoj lidského pokolení. Bohatý příběh klinických nálezů genetických anomálií lidských tváří pro nás funguje jako okénko do podivuhodného zákulisí, ze kterého tyto evoluční stavební pokusy vzcházejí. Právě poznání toho, jaké nesmírně složité biomechanické, stavební a historické pochody provázely vzpřímení hlavy ze živočišné pozice krku do výsostného postavení vzpřímené bytosti pátrající tváří po obzorech hlubokého nebe, je klíčem k odhalení toho, z čeho vůbec lidství povstalo a proč už dál nemusíme žít zakletí do těla obyčejných zvědavých primátů putujících hustým pralesem.
ZDROJ: The evolution of human head (Daniel E. Lieberman)
