Przylgi gekonów pojawiały się i zanikały w ewolucji wielokrotnie
Gekon chodzący po szybie wydaje się mieć niezwykle wyspecjalizowaną cechę, którą raz zdobyta powinna być zachowywana. Analizy filogenetyczne pokazują jednak bardziej dynamiczną historię. Przylgowe opuszki palców w obrębie gekonów ewoluowały niezależnie wiele razy, a w części linii zostały później utracone. W jednym szerokim badaniu najbardziej prawdopodobny scenariusz obejmował około 11 niezależnych zysków i 9 strat. Podobny wygląd opuszki może więc ukrywać osobne początki, a brak przylgi może być cechą pierwotną albo skutkiem wtórnej redukcji.
Mikroskopijna powierzchnia o wielkiej skuteczności
Przylgowe palce gekonów są pokryte uporządkowanymi strukturami, które zwiększają rzeczywistą powierzchnię kontaktu z podłożem. Na ich powierzchni występują mikroskopijne włoski — setae — rozgałęziające się na jeszcze drobniejsze końcówki. Kontakt ogromnej liczby takich elementów pozwala wykorzystać krótkiego zasięgu oddziaływania między powierzchniami. Gekon nie używa kleju, a przyczepność może szybko włączać i wyłączać poprzez zmianę kąta oraz obciążenia palców.
Złożona cecha może powstawać powtarzalnie
Filogeneza obejmująca większość rodzajów gekonów wykazała, że rozkład przylg nie pasuje do prostego scenariusza „powstały raz, a potem tylko dziedziczenie”. Najlepiej wspierane modele sugerują liczne niezależne początki oraz liczne straty. Późniejsze dyskusje dotyczyły dokładnej liczby zdarzeń i sposobu rekonstrukcji stanów przodków, lecz dane morfologiczne i rozwojowe nadal wspierają powtarzalną ewolucję cyfrowej adhezji.
Rozwój narzuca podobne ścieżki
Badania porównujące gekony i anolisy — jeszcze dalsze linie jaszczurek — wykazały, że niezależne przylgi mogą powstawać przez podobne modyfikacje sekwencji rozwoju łusek na palcach. To nie znaczy, że „ten sam gen tworzy przyssawkę”. Chodzi o to, że odziedziczony program budowy łusek ma pewne dostępne sposoby modyfikacji, a selekcja wielokrotnie wykorzystywała podobną zmianę organizacji wzrostu.
Dlaczego cecha może zniknąć
Przylga jest korzystna tylko w odpowiednim środowisku. Jej budowa i utrzymywanie mają koszty, a skuteczność zależy od rodzaju podłoża, zachowania i trybu życia. Linia przechodząca na luźny piasek lub inną powierzchnię może przestać czerpać korzyść z rozbudowanego aparatu adhezyjnego. Wtedy redukcja nie jest „cofaniem ewolucji”, lecz zwykłą zmianą presji selekcyjnej. Historia gekonów dobrze pokazuje, że ewolucja nie jest drabiną, po której cechy tylko się dodaje.
Przylga gekona jest systemem hierarchicznym, a nie warstwą „kleju”
Na spodzie palców wielu gekonów znajdują się lamelle, na nich mikroskopijne szczecinki zwane setae, a ich końcówki rozdzielają się na jeszcze drobniejsze struktury. Ogromna liczba bardzo bliskich kontaktów z powierzchnią pozwala wykorzystać słabe oddziaływania międzycząsteczkowe, przede wszystkim siły van der Waalsa. Zwierzę może szybko przyczepiać i odczepiać palce, zmieniając kąt ustawienia szczecinek; nie zużywa lepkiej wydzieliny jak taśma klejąca. Filogenezy gekonów wskazują, że zaawansowane poduszki przyczepne nie są pojedynczą innowacją wspólnego przodka wszystkich gekonów. W różnych gałęziach pojawiały się niezależnie, a w części były później redukowane lub tracone, np. przy przejściu do środowisk, gdzie gładkie powierzchnie nie dawały przewagi. Wielokrotne powstawanie i zanikanie tego samego typu funkcji pozwala badać, jak ekologia kieruje zarówno zyskiem, jak i utratą złożonej cechy. Wielokrotne utraty są równie ważne jak wielokrotne początki. Jeśli linia przechodzi na luźne podłoże, pustynny piasek albo inne środowisko, w którym mikroskopijna przyczepność daje małą korzyść, koszt utrzymywania rozbudowanych lamelli może przestać się opłacać. Złożoność może być redukowana, gdy zmienia się nisza. Z tego powodu obecność przylg nie jest po prostu znacznikiem pokrewieństwa: dwa podobnie wyposażone gekony mogą należeć do linii, które zdobyły tę funkcję osobno.
Przyczepność trzeba pogodzić z możliwością natychmiastowego odklejenia
Dobra przylga biologiczna nie może działać jak trwały klej. Gekon podczas biegu musi w ułamku sekundy przyczepiać kolejne palce i odrywać poprzednie bez dużego wydatku energii. Hierarchiczna geometria szczecinek rozwiązuje ten problem przez zależność siły od kąta. Przy odpowiednim dociśnięciu miliony końcówek zwiększają rzeczywistą powierzchnię kontaktu, a zmiana ustawienia palca szybko zmniejsza ich przyczepność. System dodatkowo zachowuje działanie po wielu cyklach, ponieważ nie opiera się na warstwie zużywanego kleju. Gdy podobne przylgi ewoluowały niezależnie, selekcja musiała więc równocześnie optymalizować dwa pozornie sprzeczne cele: mocne trzymanie i łatwe odrywanie. To dobry przykład, że „najsilniejsza przyczepność” nie jest sama w sobie najlepszym rozwiązaniem — liczy się funkcjonalny kompromis w ruchu całego zwierzęcia. To także przykład, w którym ewolucja może wracać do podobnej funkcji po jej utracie, choć nie musi odtwarzać dokładnie tej samej historii genetycznej. Filogeneza dostarcza więc mapy wielokrotnych naturalnych eksperymentów z przyczepnością.