V evoluci se obor experimentální evoluce zabývá testováním hypotéz a teorií evoluce pomocí kontrolovaných experimentů. Evoluci lze pozorovat v laboratoři při přizpůsobování populací novým podmínkám prostředí a/nebo při změnách způsobených stochastickými procesy, jako je náhodný genetický drift. Pomocí moderních molekulárních nástrojů je možné přesně určit mutace, na které působí selekce, co přineslo adaptace, a zjistit, jak přesně tyto mutace fungují. Vzhledem k velkému počtu generací potřebných k tomu, aby došlo k adaptaci, se evoluční experimenty obvykle provádějí s mikroorganismy, jako jsou bakterie, kvasinky nebo viry. Laboratorní studie s hlodavci však ukázaly, že k pozoruhodným adaptacím může dojít během pouhých 10-20 generací (viz níže), a pokusy s volně žijícími gupkami zaznamenaly adaptace během srovnatelného počtu generací.
Evoluční experimenty v historii lidstva
Tento mix čivavy a německé dogy ukazuje širokou škálu velikostí psích plemen vytvořených pomocí umělé selekce.
Lidé nevědomky provádějí evoluční experimenty po celou dobu, kdy domestikují rostliny a zvířata. Selektivní šlechtění rostlin a živočichů vedlo ke vzniku odrůd, které se výrazně liší od svých původních divokých předků. Příkladem je velké množství různých plemen psů. Sílu lidského šlechtění vytvářet odrůdy s extrémními odlišnostmi od jediného druhu rozpoznal již Charles Darwin. Svou knihu Původ druhů totiž začal kapitolou o variabilitě domácích zvířat. V této kapitole se Darwin zabýval zejména holubem. Napsal:
Celkem by se dalo vybrat nejméně několik holubů, které by ornitolog, kdyby je ukázal a řekl mu, že jsou to volně žijící ptáci, jistě zařadil mezi dobře definované druhy. Kromě toho nevěřím, že by nějaký ornitolog zařadil anglického poštovního holuba, krátkozobého holuba, trpaslíka, holuba hřivnáče, holuba dudka a holuba hřivnáče do stejného rodu; tím spíše, že u každého z těchto plemen by mu mohlo být ukázáno několik skutečně dědičných podruhů nebo druhů, jak by je mohl nazvat.
(…) Jsem plně přesvědčen, že je správný obecný názor přírodovědců, že všichni pocházejí z holuba skalního (Columba livia), přičemž pod tímto pojmem je zahrnuto několik zeměpisných ras nebo poddruhů, které se od sebe liší v těch nejmenších ohledech.
– Charles Darwin, Původ druhů
Raný experimentální vývoj
Nákres inkubátoru, který Dallinger používal při svých evolučních pokusech
Jedním z prvních, kdo provedl řízený evoluční experiment, byl William Dallinger. Na konci 19. století kultivoval malé jednobuněčné organismy ve vlastnoručně postaveném inkubátoru po dobu sedmi let (1880-1886). Dallinger pomalu zvyšoval teplotu inkubátoru z počátečních 60 °C až na 158 °C. První kultury vykazovaly při teplotě 73 °F zřetelné známky stresu a rozhodně nebyly schopny přežít při teplotě 158 °F. Naproti tomu organismy, které měl Dallinger v inkubátoru na konci pokusu, byly při teplotě 158 °C naprosto v pořádku. Tyto organismy by však při původní teplotě 60 °F již nerostly. Dallinger dospěl k závěru, že ve svém inkubátoru nalezl důkaz darwinovské adaptace a že se organismy přizpůsobily životu v prostředí s vysokou teplotou. Bohužel byl Dallingerův inkubátor v roce 1886 nešťastnou náhodou zničen a Dallinger nemohl v tomto směru výzkumu pokračovat.
Moderní experimentální vývoj
Od 80. let 19. století do roku 1980 se experimentální evolucí s přestávkami zabývala řada evolučních biologů, včetně velmi vlivného Theodosia Dobzhanského. Stejně jako ostatní experimentální výzkumy v evoluční biologii v tomto období, i většina těchto prací postrádala rozsáhlé replikace a byla prováděna pouze po relativně krátkou dobu evoluce.
V roce 1980 si však řada evolučních biologů uvědomila, že klíčem k úspěšnému experimentování je rozsáhlá paralelní replikace vyvíjejících se linií a větší počet generací selekce. Jedním z prvních z nové vlny experimentů využívajících tuto strategii byla laboratorní „evoluční radiace“ populací Drosophila melanogaster, kterou Michael R. Rose zahájil v únoru 1980. Tento systém začínal s deseti populacemi, pěti kultivovanými v pozdějším věku a pěti kultivovanými v raném věku. Od té doby bylo v této laboratorní radiaci vytvořeno více než 200 různých populací, přičemž selekce byla zaměřena na více znaků. Některé z těchto vysoce diferencovaných populací byly také selektovány „zpětně“ nebo „obráceně“, a to navrácením experimentálních populací do režimu kultury jejich předků. S těmito populacemi pracovaly stovky lidí po dobu více než tří desetiletí. Velká část této práce je shrnuta v pracích shromážděných v knize Methuselah Flies, uvedené níže.
Lenského dlouhodobý evoluční experiment s Escherichia coli
15. února 1988 zahájil Richard Lenski dlouhodobý evoluční experiment s bakterií E. coli. Tento experiment pokračuje dodnes a v současnosti je pravděpodobně největším kontrolovaným evolučním experimentem, který byl kdy proveden. Od počátku experimentu se bakterie vyvíjely po více než 40 000 generací. Lenski a jeho kolegové pravidelně zveřejňují aktuální informace o stavu experimentu.
Garlandův dlouhodobý experiment s laboratorními myšmi domácími
V roce 1993 zahájil Theodore Garland Jr. s kolegy dlouhodobý experiment, který zahrnuje selektivní chov pro vysokou úroveň dobrovolné aktivity na běžících kolech. Tento experiment rovněž pokračuje dodnes (> 50 generací). Myši ze čtyř replikovaných linií „High Runner“ se vyvinuly tak, aby za den uběhly 3krát více otáček na běžeckých kolech ve srovnání se čtyřmi neselektovanými kontrolními skupinami myší, a to především tím, že běžely rychleji než u kontrolních myší po dobu více minut/den.
HR myši vykazují zvýšenou maximální aerobní kapacitu při testování na motorizovaném běžeckém pásu a řadu dalších znaků, které se zdají být adaptacemi usnadňujícími vysokou úroveň vytrvalostního běhu (např. větší srdce, symetričtější kosti zadních končetin). Vykazují také změny v motivaci a systému odměňování v mozku. Farmakologické studie poukazují na změny ve funkci dopaminu a endokanabinoidního systému. Linie High Runner byly navrženy jako model pro studium lidské poruchy pozornosti s hyperaktivitou (ADHD) a podávání Ritalinu snižuje jejich běh na kolech přibližně na úroveň kontrolních myší. Kliknutím sem zobrazíte video s běháním myší na kolečkách.