Jak vznikají klíčové inovace v říši zvířat? Aby prozkoumal tuto otázku, vedl expert na gekony Timothy Higham, docent biologie na Kalifornské univerzitě v Riverside, tým evolučních biologů ke studiu Gonatodes, rodu trpasličích gekonů. V tomto procesu výzkumníci našli gekona, Gonatodes humeralis, o kterém předpokládají, že nabízí „momentku“do vývoje adheze u gekonů.
"Adhezivní aparát pro gekony, jedna z nejpozoruhodnějších inovací, kterou obratlovci vykazují, byl intenzivně studován posledních 16 let a je předmětem značného zájmu nanotechnologů a biomimetiků," řekl Higham."Ale o původu této adhezivní schopnosti není známo téměř nic. G. humeralis, nalezený v Jižní Americe, ukazuje, jak mohly vzniknout adhezivní schopnosti gekonů. Naše integrativní analýza tohoto gekona ukazuje, že má nečekaně mikroskopické chloupky, tzv. setae, pod prsty u nohou, což mu umožňuje dělat něco dramaticky odlišného než všem ostatním gekonům rodu Gonatodes: držet se hladkých povrchů, jako jsou listy. Dělá to bez veškeré složité struktury prstů, které jsou typické pro gekony, kterými jsme více obeznámen s. V laboratoři může tento gekon šplhat po hladkých svislých plochách pomocí svého začínajícího adhezivního systému."
Higham vysvětlil, že sétae interagují s povrchy prostřednictvím přitažlivých van der Waalsových sil. Relativně jednoduché vyjádření setae na prstech G. humeralis tak poskytuje obrovskou výhodu v sektorech biotopu typických hladkými, nakloněnými povrchy s nízkým třením, jako jsou listy a kluzké stonky, což umožňuje G.humeralis, aby se vyhnul predátorům tím, že obsadí stanoviště, které ostatní členové rodu nemohou. I když se například dokáže bezpečně přichytit ke svislým bambusovým výhonkům, jiné druhy rodu Gonatodes obecně lezou na drsné kmeny stromů, kameny, padlé palmy a pohybují se po zemi – v oblastech, kde se to jejich predátory jen hemží.
„Relativně jednoduchý adhezivní systém G. humeralis svědčí o tom, že mírné úpravy ve formě mohou dramaticky ovlivnit funkční výsledky a ekologické niky, které lze využít,“řekl Higham. "Tento zdánlivě bezlopatkový gekon nám nabízí snímek - zásadní mezistupeň - evoluce adhezního aparátu. Říká nám:,Podívejte, takhle začali gekoni s polštářky získávat adhezi."
Zjištění dále naznačují, že vznik adheze u gekonů byl postupný a vedl k velkým posunům v ekologii a funkci. Naznačují také, že jemné morfologické změny jsou schopny spustit rychlou evoluci.
Výsledky studie se objeví 29. září v Biological Journal of the Linnean Society.
Setae G. humeralis jsou krátké a jednoduché ve srovnání s gekony podložkami, jako jsou gekoni tokajští. Setae jsou umístěny v blízkosti tření zvyšujících "spinul" - malých výstupků, které nehrají žádnou roli v adhezi, které se nacházejí pod nohama mnoha ještěrek a gekonů. Autoři tvrdí, že setae G. humeralis jsou výsledkem transformace spinules.
"Doposud jsme neviděli gekona ukazujícího počátky lepícího systému," řekl Higham. "Ve všech inovacích, které vidíme ve zvířecí říši, se jen zřídkakdy dočkáme jejich začátků. Naše zjištění slouží jako dobrý důkaz proti nápadům inteligentního designu. Evoluce probíhá v postupných krocích, jak ukazuje 'snímek', o kterém informujeme. Složitost není začněte složitostí. Malé úpravy však mohou vést ke složitosti. Klíčové inovace mohou vznikat v malých postupných krocích a vést k procesům zpětné vazby, které vedou ke komplexnějšímu ztvárnění takových systémů. Náš výzkum nabízí další experimentální důkazy, které dokazují, že je to pravda."
Higham a jeho kolegové našli exempláře G. humeralis v Trinidadu a Francouzské Guyaně. Nejprve použili skenovací elektronovou mikroskopii ke zkoumání mikroanatomie pod prsty gekonů a morfometrie, aby je porovnali s blízkými příbuznými. Po těchto počátečních pozorováních tým studoval tento druh a další v laboratoři pomocí kombinace vysokorychlostního videa k měření lokomoce a snímačů síly ke kvantifikaci schopnosti přilnutí, přičemž zjistil, že pouze G. humeralis může generovat přilnavost a šplhat po vertikálním hladkém akrylu.
"Naše práce by zajímala výzkumníky v oblasti nanotechnologií a biomimikry, protože zkoumá otázku: 'Jaké jsou minimální strukturální modifikace umožňující adhezi?' Roboti inspirovaní gekony mívají plně vyvinuté adhezní systémy. Je to však nutné? Naše práce naznačuje, že k uvedení dobrého adhezního systému není potřeba mnoho, a proto může pomoci zjednodušit, jak přistupujeme k biomimikry a jak obnovujeme adhezi v laboratoři.."
