Složité organismy zřejmě vznikly přeskupením již přítomných genů

- Příroda autor: Jan Toman

Nové výzkumy důležitých evolučních událostí ukazují, že celá řada z nich nemusela být doprovázená vznikem radikálně nových genových variant. Největší novinky mohly paradoxně vzniknout pouhým "předrátováním" genů a genových drah již přítomných. Nejnověji se tento fenomén podařilo popsat týmu výzkumníků na příkladu medúz, jejichž vznik předznamenal evoluci "vyšších", dvoustranně souměrných, organismů. 

Talířovka ušatá (Aurelia aurita)

Talířovka ušatá (Aurelia aurita),zdroj: Profimedia.cz

Rozkvět, příval novinek či nekonečná vynalézavost. Taková slova máme obvykle spojená biologickou evolucí, během které se život na Zemi rozvinul od prostých jednobuněčných forem až k sekvojím, velrybám či lidem. Právě důležité, přelomové, události v historii života uchvacují naši představivost nejvíce. Koho by nezajímal vznik složitých buněk, mnohobuněčnosti a pohlavnosti, nebo výstup živočichů na souš. Právě v takových obdobích se evoluce musela "předvést" nejvíce.

Myšlenka, že evoluce může probíhat změnou regulace již přítomných genů a jejich skupin, respektive přestavbou pomyslné "genové architektury" organismů, není žádnou novinkou. Postupem času se ale ukazuje, že podobná "hra se stavebnicí", ve které jen prohazujeme již dopředu připravené více méně neproměnlivé moduly, nabývá velké důležitosti hlavně při vzniku zásadních evolučních novinek a významných nových evolučních linií. Naposledy podpořil tuto hypotézu americko-německý biologický tým, který přečetl genom medúzy druhu Aurelia aurita.

Jak vědci referují ve vědeckém časopisu Nature Ecology & Evolution, i mezi sílícím přívalem osekvenovaných genomů šlo o výjimečný počin. A to hned ze dvou důvodů. Medúzy druhu Aurelia aurita neboli talířovky ušaté obývají takřka všechny světové oceány. Není však jasné, kolik vytvářejí samostatných druhů a jak moc se tyto druhy z genetického hlediska liší.

Talířovky také patří mezi žahavce, poslední skupinu, která se odvětvila z evolučního stromu mnohobuněčných živočichů před vznikem dvoustranně souměrných zvířat. Mezi žahavci sice vědci přečetli genom hned několika druhů, jako naschvál se ale jednalo bez výjimky o zástupce, kteří nevytváří propracovaná medúzovitá stádia.

Není talířovka jako talířovka

Právě volně pohyblivé dravé talíře skupiny medúzovců, mezi které patří i talířovky, přitom nejspíše skrývají tajemství, jak se z přisedlých filtrátorů jako jsou mořské houby či koráli vyvinuli hbití a inteligentní dvoustraně souměrní tvorové.

Genom talířovky ušaté se svou velikostí a strukturou nijak nevymyká ostatním osekvenovaným genomům žahavců. Svými charakteristikami spadá, podobně jako medúzovci samotní, na půl cesty mezi korály a polypovce.

Výsledky příbuzenské analýzy ukázaly, že jsou si zástupci talířovky ušaté z různých světových oceánů překvapivě nepříbuzní. Z genetického hlediska mají k sobě dál než zástupci řady savčích rodů. Vzájemně se tak patrně nestýkají po mnoho desítek milionů let. Vyvstává tudíž otázka, zda máme talířovku ušatou i nadále chápat jako jeden druh. Na tu ale odpoví až další studium.

Pro nás je zajímavější otázka, jaký evoluční proces vedl k rozvoji typických vlastností medúzovců. Zástupci této skupiny se totiž, třeba na rozdíl od takových korálů, vyznačují přítomností volně pohyblivých medúzovitých stadií s propracovanými nervovými okruhy a smyslovými orgány. Zbytek života, pokud vynecháme krátké stadium pohyblivé larvy, potom tráví jako "tradiční" přisedlí polypi. Mohli by nám tudíž prozradit leccos o tom, jak se z jednoduchých přisedlých organismů vyvinuli pohybliví aktivní dravci.

Jak naučit sedícího chodit

První proces, který mohl vést k evoluci nové části životního cyklu, zahrnuje mnohonásobné zkopírování již přítomných genů. Tomu ale studium genomu talířovky moc nenasvědčuje. Množství konzervovaných genů společných medúzovcům a dvoustranně souměrným skupinám je podobné hodnotám u jiných žahavců, jako jsou třeba koráli. Obě skupiny žahavců si ve své evoluci některé geny kopírovaly a jiné ztrácely, nelze ale říct, že by se medúzovci vyznačovali nějakou nadměrnou tendencí ke kopírování.

Podobné závěry platí i pro vzájemné srovnání různých skupin žahavců. Pravda, skupiny genů vykazující vyšší míru kopírování jsou u talířovek nasazovány výrazně odlišnou měrou v různých částech životního cyklu a ve srovnání s korály častěji odpovídají genům individuálního vývoje dvoustranně souměrných živočichů. S rozvojem vývojových mechanismů tak asi kopírování genů přeci jen souvisí. Jedná se ale spíše o okrajový fenomén a podle dostupných dat není evoluce medúzovců typická vznikem nových genů.

Co když ale za rozvoj a evoluční novinky medúzovců nemohou mnohonásobně zkopírované "staré" geny, ale geny s úplně novou funkcí? Tuto alternativní hypotézu vědci ověřili na základě přečteného genomu a dat o použití genů během života.

Vzhledem k tomu, že evoluční inovativnost medúzovců spočívá v jejich složitém životním cyklu, mohli bychom oprávněně očekávat, že se bude použití zásadních nových genů během života výrazně lišit. V tomto případě se ale vědci setkali s ještě menším úspěchem. Těch pár úplně nových genů typických pro talířovku ušatou se přepisuje více méně stejně v průběhu všech částí životního cyklu.

Nové využití starých genů

Pravdu tak má nejspíše třetí hypotéza, která tvrdí, že inovace medúzovců nespočívají ani v kopírování genů ani ve vzniku genů úplně nových, ale v novém použití již přítomných "starobylých" genů sdílených valnou většinou mnohobuněčných organismů. Tuto domněnku potvrdilo i studium konkrétních vývojových genů a jejich použití během života talířovky. Navíc se ukázalo, že skupiny funkčně propojených genů zodpovědných za vývoj volně pohyblivého stadia medúzy do značné míry odpovídají genovým sítím přítomným u dvoustranně souměrných živočichů.

Genetické vývojové dráhy medúzovců a dvoustranně souměrných živočichů si samozřejmě neodpovídají na sto procent. Co se ale týče třeba vývoje zrakových orgánů, řada genů ovlivňujících vývoj jednoduchých miskovitých očí talířovky odpovídá genům octomilky, které se přímo či nepřímo podílejí na rozvoji jejích složených očí a nervových buněk. U člověka příbuzné geny ovlivňují spíše vývoj vnitřních orgánů. Nejpravděpodobnějším vysvětlením však je, že určité relativně univerzální buňky společného předka žahavců opsaly odlišné evoluční cesty k muškám a lidem.

Výsledky studie v zásadě odpovídají dvěma možným scénářům. Ten první, samozřejmější, říká, že se medúzovci, a zejména jejich komplexní pohyblivá stadia, vyvinuli z jednodušších předků prostřednictvím odlišného nasazení a regulace konzervovaných genů a jejich drah. Podle druhého scénáře byl už společný předek všech žahavců složitým organismem s pohyblivou medúzou, přičemž někteří zástupci žahavců, jako třeba koráli, v průběhu evoluce pohyblivá stadia a geny související s jejich vytvářením druhotně ztratili.

Ať už tomu bylo jakkoli, je ale zřejmé, že významné evoluční kroky nemusí postupovat jen vznikem nových genů či jejich kopírováním, ale také odlišným nasazením a regulací již přítomných prvků.

Zdroj: Gold DA, Katsuki T, Li Y, ... & Greenspan, RJ (2018): The genome of the jellyfish Aurelia and the evolution of animal complexity. Nature ecology & evolution, 3.

Tagy: evoluce medúzy zvířata a příroda věda a poznání