Barvy květů a taxonomie

 Z filosofického hlediska nám příroda svojí dynamičností nahání v podvědomí strach, jelikož jakýkoli přírodní chaos vede ke snížení našich šancí na přežití. Proto od nepaměti člověk usiluje o její ovládnutí a ustavení pevného řádu, jímž se pak může řídit. Tato snaha nám na jedné straně usnadnila úspěšné přežití lidského druhu, na druhé nás oddaluje od proniknutí do hloubky rozmanitosti přírodních pochodů a přirozeného dynamického vývoje, který je hnán základními vlastnostmi hmoty-energie. Taxonomie a nomenklatura jsou vědecké metody, které člověk uplatňuje k pochopení přírodních vztahů mezi organismy a v konečném důsledku jejich využití pro lidské potřeby. Současná nomenklatura známého života je v mnoha směrech nedostatečná. Od vzniku živé hmoty se život nevyvíjel podle nějakých definovatelných pravidel, nýbrž značně chaoticky. Strom života je změť vývojových větví bez jakéhokoli schema. Některé jednoduše „zaschly", jiné stále bují. Definice plazů je kupříkladu značně nepřesná. Ptáci jsou vývojově blíže krokodýlovitým než k hadům. Želvy nezapadají dobře do žádné škatulky, ale stojí spíše osamoceně. Pokud takto slepíme dohromady aligátory s chřestýši pod třídu plazů, pak ptáci jsou rovněž plazy. Pokud považujeme želvy za plazy, pak můžeme klidně přidat i savce. K pochopení evoluce je třeba se oprostit od představy, že pro ni existoval jakýkoli plán (natož stvořitel s lidskou tváří). To jen tak na okraj, aby se čtenář neutopil v detailech následujících definic:

Taxonomie se obecně zabývá klasifikací organismů do skupin podle znaků, vlastností, vývojových a příbuzenských vztahů a vyhodnocuje jejich variabilitu; je vědeckou disciplínou, která se snaží postihnout realitu v přírodě. Navzdory používání vědeckých metod, je taxonomie do jisté míry závislá na subjektivním pohledu jednotlivých badatelů a vlivu různých taxonomických škol.
Nomenklatura rostlin se (paralelně a nezávisle k nomenklatuře živočichů) zabývá vědeckým jmenoslovím včetně hierarchických úrovní (tj. kategorií neboli ranků) taxonomických (resp. příbuzenských) skupin, tj. obecně taxonů rostlin, primárně druhů. Jména rostlin slouží k dorozumívání, nikoli k vyjádření jejich znaků, vlastností, zeměpisného rozšíření nebo historie (i když z nich obvykle vycházejí). Jména rostlin jsou plně závislá na akceptovaném taxonomickém pojetí a jejich platné ustavení je dáno Mezinárodním kódem botanické nomenklatury, "International Code of Botanical Nomenclature", zkráceně ICBN. Pro úplnost je nutno se zmínit o Mezinárodním kódu nomenklatury pro pěstované rostliny, "International Code of Nomenclature for Cultivated Plants", zkráceně ICNCP, který se zabývá jmenoslovím skupin rostlin existujících s přispěním člověka, tj. uměle vzniklých, vyselektovaných nebo záměrně udržovaných kulturních odrůd, tj. kultivarů rostlin. Oba kódy jsou celosvětově akceptovaná univerzální pravidla pro výběr, tvorbu a používání jmen rostlin. Oba kódy jsou průběžně měněny a doplňovány v nepravidelných víceletých periodách vždy po odhlasování změn na Mezinárodním botanickém kongresu.
Taxonomii a nomenklaturu nelze směšovat či zaměňovat, jsou to dva po sobě jdoucí, naprosto nezávislé kroky. Výsledkem taxonomické práce je zjištění příbuzenských poměrů ve studované skupině, tj. například vymezení rodů, druhů nebo variet a utvoření určité struktury taxonů. Po skončení taxonomické práce přichází jako druhý krok nomenklatorické řešení. K této taxonové struktuře se hledají (přiřazují), správná jména, a v případě, že neexistují, musí být vytvořeno jméno nové a dotyčný taxon je nutno nově popsat. Taxony (rostlin a shodně i živočichů), tj. kategorie třídění organismů, jsou uspořádány do jednotného, závazného systému, kde jsou hierarchicky řazeny podle pevně zavedené řady úrovní, přičemž základní kategorií je druh (species). Nadřazenou kategorií nad druhem je rod (genus), dále vzestupně: čeleď, řád, třída, oddělení a říše. Dále se rozlišují druhotné kategorie (úrovně): tribus mezi čeledí a rodem, sekce a série mezi rodem a druhem, varieta a forma pod úrovní druhu. U každé z uvedených hlavních i druhotných kategorií může být rozlišena podkategorie s latinskou předponou sub-, z nichž má v praxi největší význam úroveň poddruhu (subspecies). (Koncem 20. století byla zavedena možnost včlenit mezi uvedené úrovně podle potřeby další umělé kategorie, což je badateli využíváno jen výjimečně v některých skupinách ve speciálních systematických pracích.)
Současná nomenklatura rostlin (i živočichů) využívá tzv. binomický systém, zavedený po polovině 18. století švédským přírodovědcem C. R. Linnéem. Datum vyjití jeho základního díla Species Plantarum, 1. květen 1753, je považováno za výchozí časový bod platného zveřejnění vědeckých jmen a počátek moderní nomenklatury cévnatých rostlin (kapraďorostů a semenných rostlin), jména publikovaná před tímto datem nepovažuje Kód za jména platná. Podle tohoto binomického systému má každý ve vědě známý biologický druh své latinské jméno, které se skládá ze dvou částí (např. Tilia platyphyllos), tj ze jména rodového, psaného s velkým počátečním písmenem, a jména druhového, chápaného jako přívlastek (epiteton). Výsledný binom (binární, tj. "dvojité" jméno) je doprovázen jménem nebo zkratkou jména původního autora (autorů), který druh pojmenoval a platně popsal (např. Tilia platyphyllos Scop.). Zkratky se používají u starších známých autorů a jejich forma je v dnešní době ve vědeckých pracích vyžadována v souladu s dílem "Brummitt & Powell: Authors of plant names, Kew, 1992". Jména taxonů vyšších úrovní než rod jsou jednoslovná, přičemž každá úroveň má svou ustálenou koncovku (např. jména čeledí mají koncovku –aceae, přiřazenou k jazykovému kmenu jména některého ze zahrnutých rodů, např. Fagaceae). Spojení rodového jména se jmény druhotných kategorií podřazených rodu (infragenerických), s druhovým epitetem a případně s dalšími epitety druhotných kategorií podřazených druhu (infraspecifických) se formálně nazývají nomenklatorické kombinace, přičemž před jmény druhotných kategorií musí být uvedena příslušná úroveň, nejčastěji standardně používanou zkratkou (např. subg. pro podrod, sect. pro sekci, subsp. pro poddruh, var. pro varietu, f. pro formu). Binomická jména druhů mohou tedy být doplněna o epiteton poddruhu, variety nebo formy, pokud byl u konkrétního druhu některý z těchto taxonů rozlišen a platně popsán (např. Tilia platyphyllos subsp. cordifolia).
Aby botanická (a rovněž zoologická) nomenklatura mohla být funkční, tj. splňovat svůj hlavní cíl, totiž sloužit k dorozumívání mezi lidmi celého světa, musí být jména taxonů na úrovni čeledi a níže (druhů především) fixována na tzv. nomenklatorický typ (dále jen typ). Typem jména druhu nebo vnitrodruhového (infraspecifického) taxonu je dokladový exemplář, jeho vzorek, případně ilustrace. Tento typový prvek pak slouží jako srovnávací standard, aby bylo možno co nejobjektivněji zpětně doložit, jaký biologický objekt jméno reprezentuje. Okolnosti typifikace jmen jsou relativně komplikované. Typová metoda je poměrně nová, o typech se začalo uvažovat v polovině 20. století, takže starší jména, vytvářená od doby Linného asi 200 let své typy primárně nemá, ale jsou dodatečně vybírány z dostupného materiálu specialisty revidujícími příslušnou taxonomickou skupinu. Od roku 1958 je povinnost při popisu nového taxonu rostliny (nebo živočicha) stanovit typ, jinak se jméno nepovažuje za platné. Kromě uvedení typu je dnes mimo jiné nezbytnou podmínkou pro platnou publikaci jména nového taxonu rostliny latinský doprovodný popis, a to alespoň ve stručné formě (nazývané diagnóza).
Jak jsme výše uvedli, základní kategorií taxonomického systému je druh. Důvod k významnosti druhu jako základní jednotky taxonomických systémů je zjevný: je to označení konkrétního přírodního faktu nebo jevu, který lze fyzikálně pozorovat v reálném světě. Ostatní aspekty taxonomického systému nabývají spíše abstraktních pojmů. Z jeho definice se pak odvozuje řešení příbuzenských vztahů v taxonomickém systému. Ten vychází ze základní koncepce dnes široce akceptované, že veškerý život na této planetě se vyvinul z jednoho prvotního „organismu" před nějakými 3,7 miliardy let. Snahou proto je tuto vývojovou řadu co nejpřesněji vykonstruovat a zní odvodit příbuzenské vztahy dnes známých organismů. Této metodice se říká fylogeneze a je definována jako vývojová řada (historie) dané taxonomické skupiny (nejčastěji druhu), která vedla k jejímu vzniku. Definice druhu je komplikována dynamičností přírody a našemu přístupu k jejímu akceptování jak jsme již v úvodu uvedli. Definice sama prošla mnoha změnami. Původně byla založena na morfologických odlišnostech jednotlivých skupin organismů, které byly považovány za stejný druh. Brzy však vyšlo najevo, že kupříkladu i během života jednoho jedince dochází k morfologickým změnám. V jiném příkladě u hmyzu (královna-dělnice), dochází ke specializaci mezi členy hmyzího klanu, jež se projevuje značnými morfologickými odlišnostmi, a tak definici druhu založenou na morfologii není možno považovat za obecně platnou. Moderní definice druhu neuvádí morfologické charakteristiky, ale soustředí se na reprodukční schopnosti dané taxonomické skupiny, která je základem propagace genetického materiálu. Druh je definován jako skupina organismů stejného charakteru, které sdílejí shodný genetický materiál a úspěšně se mezi sebou rozmnožují a to ve smyslu, že i všechny nové generace v tomto procesu přirozeně pokračují. Je nutné zde zdůraznit slova „mezi sebou". Tato „izolovanost" je dána genetickými vlastnostmi jedinců populace a ne fyzickou izolací. U geograficky (fyzicky) izolovaných populací může ovšem dojít ke genetickému posunu (driftu), jež může časem vést k utvoření nového taxonu. Mezi některými druhy (častěji u rostlin než u živočichů) dochází občas k přírodnímu křížení (hybridizaci), pokud je genetický materiál dostatečně kompatibilní. Jedná-li se však o stabilní biologické druhy, nedojde k jejich splynutí. Odlišnosti ve formě či barvě nejsou akceptovány jako dostatečný důvod k utvoření nového druhu (např. všechna psí plemena spadají pod jeden druh, Canis familiaris). Dynamičnost a rychlost vývoje je závislá na tlaku faktorů životního prostředí, v němž organismy žijí a je proto značně geograficky variabilní. Z hlediska časového měřítka vede tento proces k nestejným stupňům vývoje různých charakteristik izolovaných populací a neznalost jejich reprodukční potence výměny genetického materiálu s jinými populacemi způsobuje nejasnosti při určování platných taxonů. Neblaze zde působí i lidská touha po slávě, a tak mnoho botanických amatérů publikuje nové taxony bez adekvátní taxonomické práce, která je často časově náročná a vyžaduje vynaložení značného úsilí a vytrvalosti. Vznikají pak nová jména (synonyma), která vnášejí do fylogenetického systému jen chyby a nejasnosti a celý systém znehodnocují. Jejich pravou podstatou je jen osobní zisk.
Existence druhu jako fyzikálního přírodního jevu je evidentní z hlediska darwinismu. Aby život na zemi využil veškerá daná prostředí, musel se jim přizpůsobit. Došlo ke specializaci, která trvala často značná údobí. Tyto změny a specializace jsou uloženy v genetickém kódu. Jeho zachování je podstatné pro přežití jedinců. Kdyby docházelo k náhodnému křížení rozličných organismů, byl by tento kód brzy pozměněn novými kombinacemi genů a specializace by byla trvale ztracena. Nové potomstvo by nemělo vlastnosti, jež by mu umožnily v daném prostředí nadále přežít, a brzy by vymřelo. Vzhledem k fyzikální nestálosti hmoty dochází k nepřetržitému vývoji jak životního prostředí, tak živých organismů a jejich genetického kódu. Náhodným (neřízeným) změnám v genetickém kódu se obecně říká mutace. Ve většině případů je mutace pro přežití druhu nežádoucí, avšak ve výjimečných případech může způsobit, že nově vzniklé vlastnosti lépe slouží k přežití v pozměněném prostředí a změny se trvale ukotví v následujících generacích. Tyto neustále probíhající změny jsou hlavní příčinou nemožnosti přesného vyhranění taxonů. Ovšem na druhé straně umožňují organismům přizpůsobit se na změny v životním prostředí a jejich úspěšnému přežití. Nejdůležitějším faktorem pro stanovení a definování určitého druhu zůstává jeho schopnost udržovat vitální genetický materiál v rozsahu nutném pro úspěšné přežití následujících generací. K jeho vymezení pro taxonomické potřeby se pak užijí metody morfologie, ekologie, geografie a molekulární biochemie.
Barvy květů jsou výsledkem přítomnosti pigmentů. Molekuly pigmentů sestávají z atomů, jejichž elektrony jsou společně sdíleny. Elektrony o kmitočtech blízkých procházejícímu světlu jsou schopny světelné fotony absorbovat a bílé světlo se změní na barevné, jelikož v jeho spektru chybí absorbovaná vlnová délka. Například molekuly chlorofylu pohlcují červené a modré vlnové délky a ponechají zelené a žluté, které pak dávají rostlinám jejich typickou barvu. Pigmenty jsou velké komplexní molekuly, jež jsou produkovány v rostlinách specializovanými biochemickými procesy za přítomnosti enzymů, jež urychlují (katalyzují) chemické reakce. Aby došlo k finální podobě pigmentové molekuly, musí projít její výroba v rostlině několika kroky. Každý krok je řízen specializovaným enzymem, jež původní molekulu vznikajícího pigmentu částečně modifikuje, až se dosáhne její konečné fáze, která je charakterizována barvou typickou pro daný pigment. Enzymy jsou druhy bílkoviny (proteinu), které vyrábí rostlina z aminokyselin. Posloupnost skládání aminokyselin je řízena rostlinnými geny. Pokud dojde k mutaci (proces výše popsaný), je výsledný enzym modifikován a to se odrazí i na výrobě pigmentu. Tento modifikovaný krok může způsobit, že se proces výroby pigmentu zastaví. Pokud je pozměněná molekula stále použitelná dojde přinejmenším k novému uspořádání elektronů v atomových obalech. Toto nové uspořádání elektronů v atomech molekul pigmentu způsobí i změněnou absorbci světla a ta se projeví změnou barvy květu. V případě, že se sejdou dva neproduktivní geny (= alely), jak ze samičí tak ze samčí strany (při oplodnění), bude výroba pigmentu u potomků tohoto oplodnění zastavena a květy budou bílé barvy (nedochází k absorpci světla). Každá vyšší rostlina, jež vzniká kombinací samčí a samičí DNA má geny v párech – tj. jeden gen od „otce", druhý od „matky". Alely jsou, stručně vysvětleno, stejné úseky DNA kódu jak na matečním, tak otcovském chromozomu, podle nichž rostlina vyrábí nové bílkoviny z aminokyselin. Pokud není DNA kód identický na obou alelách, nazýváme rostliny heterozygózní, jinak homozygózní. Každá alela je typická výrobou jednoho druhu bílkoviny. V přírodě je celkem běžné, že jedna z dvojice alel se stane dominantní a druhá recesivní, tj. jen jedna je funkční a produkuje bílkovinu. Někdy může např. kyselost půdy u rostliny rozhodnout, která z páru alel bude dominantní a která recesivní (příkladem jsou druhy z rodu Hydrangea, původem z Číny). Pokud u dané populace narazíme na dvě různé barvy květů, je to způsobeno s největší pravděpodobností mutací v dominantních alelách, které vyrábějí výše popsané enzymy, a konečný pigment pohlcuje jinou vlnovou délku světla. Vzhledem k neustálé výměně genetického materiálu mezi členy populace dojde časem k situaci, kdy většina rostlin obsahuje oba geny, jak původní, tak zmutované. Proto u populace s původně žlutými květy, nejsou rostliny s červeným květem důvodem k vytvoření nové variety (tím méně snad druhu). Je tu ovšem jedna výjimka. Když se v geograficky izolované populaci sejdou dva zmutované geny a původní, díky přirozenému výběru vymizí, je pak genetický materiál „čistý" (obě alely mají zakódovanou identickou informaci k výrobě bílkovin, homozygózní rostliny) a lze pak opodstatnit nový taxon na úrovni variety. V žádném případě ne na úrovni druhu, jelikož by to nevyhovovalo definici druhu. Forma by měla být ponechána jen pro určení morfologicky významných změn u jedinců, jejichž genetický materiál nevybočuje z rámce druhu či variety.
Změna barvy pigmentu u jedinců s čistým genetickým kódem je trvalá. Mutace jednoho enzymu také často nastartuje mutace u dalších, a tak vzhledem ke složitosti výroby molekuly pigmentu je statisticky nemožné, aby se změněné enzymy vrátily do původního stavu. Změna barvy květu může mít i další vliv na budoucí vývoj populace a to ve vztahu k jejich přírodním opylovačům. Příkladem zde dobře poslouží naše orchidej Tořič včelonosný (Ophrys apifera). Jak název napovídá, je opylována včelami a jejich příbuznými druhy hmyzu, jež přitahuje nejen vzhledem spodního petalu (pysk, labellum), ale i feromony imitujícími vůni plodné samičky, které vypouští do éteru. Tato závislost vznikla tzv. ko-evolucí neboli vzájemným vývojem. Podobná situace může nastat při změně barvy květu. Červená barva květů na americkém jihozápadě je barvou přitahující kolibříky. Při změně květu ze žluté, která je opylována hmyzem, na červenou může dojít i ke specializaci rostlin právě na kolibříky. To pak vede k urychlení vývoje odlišnou cestou od původní populace zmíněnou ko-evolucí.
Na závěr uvedeme dva příklady z přírody. První prezentuje populaci Opuntia polyacantha z Canyonlands National Park v jihovýchodním Utahu. V oblasti nejsou žádné výrazné přírodní bariery, které by bránily výměně genetického materiálu a střídavě zde narazíme na skupiny rostlin jak se žlutými, tak s červenými květy. Trsy opuncií se stejnou barvou květů se většinou rozrůstají vegetativně. Stejná oblast je i domovinou Sclerocactus parviflorus, který zde má uniformní červenou barvu květů. Ta odpovídá barvě popsaného typu od Lees Ferry na řece Colorado, Marble Canyon, severní Arizona. Na poloviční cestě mezi touto typovou lokalitou a Canyonlands N.P. narazíme na populace Sclerocactus parviflorus v národním parku Natural Bridges. Rostliny jsou od typu k nerozeznání s výjimkou žlutého květu. Na této malé lokalitě se zatím nenašly rostliny s jinou než žlutou barvou, což by poukazovalo na fakt, že párové geny (alely) nesou v DNA kódu stejnou informaci pro jedinou barvu, a to žlutou. Pokud se opravdu jedná o čistý genetický kód, je možno tuto populaci považovat za dobrou varietu.

S parviflorus -typ-Utah uprm

 S parviflorus -typ- Utah upr2m

S parviflorus - Natural Bridges - Utah uprm