Nie codziennie naukowcy odkrywają nowy gatunek człowieka.
Ale to właśnie stało się w 2004 roku, kiedy archeolodzy odkryli bardzo dobrze zachowane szczątki kopalne w jaskini Liang Bua na wyspie Flores w Indonezji. Niewielki rozmiar tego nowego gatunku człowieka, Homo floresiensis, sprawił, że zyskał on przydomek „Hobbit”.
Szokująco, badacze uważali, że przetrwał on do końca ostatniej epoki lodowcowej, około 18 000 lat temu. To było znacznie później niż żyli neandertalczycy, później niż jakikolwiek gatunek ludzki poza naszym własnym.
Niemal natychmiast interpretacje szkieletu Hobbita spotkały się z ostrą krytyką zarówno ze strony antropologów, jak i biologów ewolucyjnych. Biedny Hobbit został oskarżony o bycie przykładem nie małego nowego gatunku ludzkiego, ale nienormalnego Homo sapiens, noszącego którykolwiek z wielu warunków wzrostu i hormonalnych. Wielu naukowców uznało, że dla Hobbita nie ma miejsca wśród gigantów ludzkiej ewolucji.
Ale ona – tak, okazało się później, że hobbit był samicą – miała swoją zemstę. To maleńkie, małomózgowe stworzenie miało niewiele ponad trzy stopy wzrostu i mózg wielkości szympansa. Jednak jej miejsce w linii przodków człowieka zostało ugruntowane, gdy badacze odkryli na Flores kolejnego malutkiego osobnika. To drugie, o wiele starsze odkrycie obaliło tezę, że Hobbit był wyjątkowym, nienormalnym Homo sapiens.
Po 15 latach intensywnych badań antropolodzy teraz z całą pewnością datują, że osobnik Liang Bua żył między 60 000 a 90 000 lat temu. Jej znacznie starsi kuzyni z Flores żyli 700 000 lat temu. To długie panowanie świadczy o sukcesie tego maleńkiego gatunku ludzkiego, bez względu na to, jak małostkowi i małomózgowi byli.
A w tym roku antropolodzy znaleźli nowy karłowaty gatunek człowieka, nazwany Homo luzonensis, na Filipinach.
Dlaczego więc maleńcy ludzie zamieszkali na tych wyspach? Dla nas, biogeografów i biologów ewolucyjnych, odpowiedź była tuż przed nami: zasada wyspiarska.
Życie na wyspach i rozmiar ciała
Zoolog J. Bristol Foster zaproponował zasadę wyspiarską w 1964 roku.
Zauważył on, że kiedy gatunek o dużym ciele osiedla się na wyspie, będzie miał tendencję do ewolucji w kierunku zmniejszania rozmiarów – aż do pozostawienia karłowatych potomków. W tym samym czasie będzie się działo coś odwrotnego. Małe gatunki będą ewoluować w kierunku większych, produkując gigantyczne gatunki-córki.
Istnieją spektakularne przypadki tej wyspiarskiej reguły w akcji na całym świecie. Pomyśl o słoniach pigmejskich i mamutach z wysp Morza Śródziemnego i Baja California, hipopotamach, które ledwo przewyższają osła na Cyprze, jeleniach tak wysokich jak pies na Krecie, szczurach tak dużych jak krowa na Karaibach i owadach tak długich jak ludzka ręka w Nowej Zelandii.
Biolodzy zaproponowali różne mechanizmy, które mogą być odpowiedzialne za ten ewolucyjny trend. Dobrym motywem może być brak naturalnych drapieżników na wyspach. Wiele gatunków, zwłaszcza słonie i hipopotamy, odpierają drapieżniki dzięki swoim rozmiarom, co jest kosztowną strategią, gdy żaden zabójca nie czai się w ciemności. Ponadto, na wyspach ograniczone zasoby mogą sprzyjać mniejszym rozmiarom ciała, ponieważ mniejsze osobniki mogą żyć z mniej.
Albo może być tak, że mniejsze osobniki bez drapieżników po prostu produkują więcej potomstwa, co oznacza, że samice zaczynają dostarczać wcześniej i przy mniejszym rozmiarze, inwestując mniej we wzrost i więcej w reprodukcję. Ta możliwość jest prawdopodobnym wyjaśnieniem tego, jak ewoluowały współczesne ludzkie pigmeje.
Wszystkie te opcje ostatecznie doprowadzą do zmian w architekturze genetycznej, która leży u podstaw zmienności rozmiarów ciała.
Zapytaliśmy więc, czy reguła wysp może być wyjaśnieniem małych rozmiarów Homo floresiensis i Homo luzonensis? Pomyśleliśmy, że prawdopodobnie tak.
Modelowanie pokoleń na wyspie
Najbardziej prawdopodobnym przodkiem Hobbita jest Homo erectus, gatunek ponad dwukrotnie większy od niego pod względem mózgu i ogólnej masywności. Opierając się na geologicznej historii Flores i najstarszych znanych skamielinach Homo floresiensis, wydaje się, że ewolucja nowego gatunku musiała nastąpić w czasie krótszym niż około 300 000 lat.
Jako biologowie ewolucyjni jesteśmy zaznajomieni z ideą, że ewolucja darwinowska jest powolnym i stopniowym procesem, który zachodzi w bardzo długich okresach czasu. Czy tak drastyczna zmiana rozmiarów ciała mogła nastąpić tak szybko?
Więc nasz interdyscyplinarny zespół badawczy opracował model komputerowy, aby spróbować odpowiedzieć na to podstawowe pytanie. Jest to gra komputerowa, która symuluje ewolucję rozmiarów ciała w biologicznie i ekologicznie realistycznych scenariuszach.
W naszym modelu osobniki kolonizują wyspę, rosną do rozmiarów dorosłego ciała w zależności od ilości dostępnego pożywienia, rodzą pewną liczbę młodych i umierają. Podstawową zasadą gry jest to, że osobniki, które są bliższe „optymalnej” wielkości ciała dla wyspy w danym momencie, pozostawią więcej potomków. Potomstwo dziedziczy geny dla dużego lub małego rozmiaru ciała.
Pokolenie po pokoleniu w populacji mogą pojawiać się nowe mutacje, które przesuwają rozmiar ciała w kierunku wyższych lub niższych wartości. Od czasu do czasu nowe osobniki mogą nawet wtargnąć na wyspę i wymieszać się z jej mieszkańcami. Inną podstawową zasadą jest to, że początkowa mała populacja nie może wzrosnąć powyżej liczby, którą mogą utrzymać zasoby wyspy.
Nasi koledzy, naukowcy zajmujący się systemami ziemskimi Neil Edwards i Phil Holden, wykorzystali dane paleoklimatyczne, aby udoskonalić nasz model. Gorętsze i bardziej wilgotne okresy mogą utrzymać większą liczbę ludzi na wyspie i wpłynęłyby na optymalny rozmiar ciała w danym momencie.
Zaczęliśmy nasze symulacje od założenia, że Homo erectus o dużym ciele przybył na wyspę, a następnie ewoluował tam w mniejszy gatunek. Ponieważ nie znamy dokładnych liczb, które nasz model powinien przepuścić, oparliśmy je na szacunkach uzyskanych z obecnych populacji ludzkich.
Z powodu tej niepewności uruchomiliśmy nasz model tysiące razy, za każdym razem używając losowej kombinacji wszystkich parametrów. Ostatecznie udało nam się stworzyć statystyczny rozkład czasu, jaki potrzebny był Homo erectusowi, by stał się tak mały jak Homo floresiensis.
Nowy gatunek w mgnieniu oka
Po przeprowadzeniu 10 000 symulacji byliśmy zaskoczeni odkryciem, że w mniej niż 350 pokoleń proces ten został zakończony. Myśląc w kategoriach lat, zakładając, że młoda samica rodzi pierwsze dziecko w wieku średnio 15 lat, przekłada się to na około 10 000 lat.
To może wydawać się długie dla ciebie i dla mnie. Ale z perspektywy ewolucji to mgnienie oka – trochę więcej niż tysięczna część historii ewolucji Homo.
Oczywiście nie spodziewamy się, że wszystkie cechy, które sprawiają, że Homo floresiensis jest tak wyjątkowy, jak jest, wyewoluowały tak szybko i w tym samym czasie. Jednak nasza symulacja wciąż pokazuje, że 300 000 lat to o wiele więcej niż wystarczająco dużo czasu, by powstał nowy gatunek człowieka.
Nasza praca wspiera ideę, że szybka ewolucja jest całkiem prawdopodobna przy realistycznym zestawie parametrów ekologicznych, i że dobór naturalny może być potężną siłą wpływającą na rozmiar ciała na wyspach. A jeśli Homo floresiensis jest rzeczywiście produktem zasady wyspiarskiej, to pokazuje ona – po raz kolejny – że my, ludzie, mamy tendencję do przestrzegania tych samych ogólnych zasad, które napędzają ewolucję u wielu innych ssaków.