Molekulární taxonomie v systematice ryb

Africké cichlidy rodu Oreochromis (tilápie) patří k hospodářsky významným druhům ryb v tropickém a subtropickém sladkovodním rybářství. Druhy tohoto rodu se přirozeně vyskytují ve východní a západní Africe a na Blízkém východě. Jejich současné rozšíření je však téměř celosvětové, protože byly v rámci intenzivního hospodářského využívání zavlečeny do mnoha klimaticky vhodných zemí. Vzhledem k jejich významu je tilápiím věnována značná pozornost. Pro efektivní hospodářské využití těchto ryb je totiž nutno znát údaje týkající se jejich biologie a původu.

Pozornost se zaměřila hlavně na tři druhy O. niloticus, O. cancelatus a O. spilurus, které se staly – stejně jako řada jiných hospodářsky významných druhů živočichů – modelovým systémem pro populačněgenetické a evoluční studie. Klasifikace vnitrodruhových forem je složitá zejména u druhu O. niloticus, který se v současnosti dělí do šesti poddruhů. Tato klasifikace je založena na osteologických, meristických a morfologických znacích. Nicméně tyto znaky, ať už jednotlivě nebo ve vzájemných kombinacích, neumožňují přesné určení, protože se mezi poddruhy plynule překrývají. Jednotlivé poddruhy dostatečně neodliší ani proteinový polymorfizmus při biochemicko-genetických analýzách. Cichlidy vznikly totiž v poměrně nedávné době, a proto většina genových produktů není mutačně rozlišena.

Analýza mitochondriální DNA bývá v okamžiku, kdy výše uvedené přístupy zklamou, velice úspěšnou metodou umožňující odlišení jednotlivých geografických ras či poddruhů. Mitochondriální DNA je vynikajícím „substrátem“ pro populační studie, neboť její striktní mateřská dědičnost zaručuje v každé nově vzniklé linii hromadění mutací v mitochondriálním genomu. Protože molekulární evoluce mtDNA probíhá daleko rychleji než u jaderné DNA, je tak zajištěna dostatečná rozlišovací schopnost při systematickém a evolučním studiu vnitrodruhových forem. Navíc, mtDNA je malá (u živočichů 14 – 18 kb), poměrně snadno se izoluje a neprobíhá v ní rekombinace. Mitochondriální genom lze zkoumat buď přímým sekvencováním, nebo pomocí analýzy restrikčními enzymy, kdy mutaci v genomu signalizuje zaniklé, či nově vzniklé restrikční místo.

U těchto tilápií byla použita právě analýza restrikčních fragmentů mtDNA a tento přístup umožnil jasné odlišení poddruhů, sestavení molekulárně genetického klíče a dokonce, poprvé v historii rybí systematiky, popis nového poddruhu (Oreochromis niloticus tana) na základě molekulárních dat.

V následujících řádcích je proto třeba stručně přiblížit situaci, ve které se nacházela klasifikace této skupiny tilápií před zavedením molekulárních analýz. Druh O. niloticus se dělil do sedmi poddruhů – O. n. edwardianus, O. n. sugutae, O. n. vulcani, O. n. filoa, O. n. cancelatus, O. n. niloticus a O. n. baringoensis. Všechny byly popsány na základě klasických metod, jejichž charakteristiky byly nedostačující. Často docházelo k situacím, kdy dva odborníci nebyli schopni nezávisle na sobě zařadit stejně jednoho jedince k určitému poddruhu. Například tilápie z jezera Beseka byly popsány jako O. n. filoa, (dnes O. cancelatus filoa), ale výskyt tohoto poddruhu byl omezen pouze na awašský říční systém, který s tímto jezerem nesouvisel, a šlo by tedy o jeho novou lokalitu. Analýza mtDNA však ukázala, že jde o O. n. cancelatus (dnes O. cancelatus cancelatus). Podobně tomu bylo i s nově popsaným poddruhem O. n. tana, který byl dříve uváděn jako O. n. cancelatus.

Protože situace kolem určování jednotlivých poddruhů byla stále složitější, byla provedena ucelená systematická studie druhu O. niloticus na úrovni mtDNA v jeho areálu rozšíření. Jako srovnávací skupina byl analyzován druh O. spilurus. Jak je vidět z obrázku, skupina O. cancelatus cancelatus – O. c. filoa je při použití různých typů analýz (fenetické, kladistické i maximálně pravděpodobnostní) zřetelně oddělena. Tyto dva taxony ve skutečnosti představují jiný druh, dobře odlišený od dříve definovaných poddruhů O. niloticus. Tento druh je definován a sjednocen přítomností 12 společných restrikčních fenotypů. Skupina obsahující 6 poddruhů O. niloticus je sjednocena čtyřmi restrikčními fenotypy. Nově popsaný poddruh O. n. tana má čtyři odlišné restrikční fenotypy a zjištěná sekvenční odlišnost (p = 0,9 – 1,6 %) je srovnatelná se sekvenční odlišností zjištěnou mezi ostatnímí poddruhy O. niloticus. Formální výsledky konstrukce možných kladogramů pro zařazení tilápií z jezera Tana na základě klasických metod do skupiny O. c. cancelatus – filoa byly nesourodé a toto zařazení tedy neodpovídalo skutečnému stavu. Až analýza mtDNA umožnila jasné oddělení dvou druhů O. niloticus a O. cancelatus a také třetí nové skupiny představované populací z jezera Tana, která byla později popsána jako O. n. tana. Ani tato klasifikace však nemusí být konečným řešením problému. Jezero Tana má totiž na africké poměry velmi chudou ichtyofaunu, složenou z uvedeného druhu tilápie, jednoho druhu sumce (Clarias gariepinus), několika druhů kaprovitých a druhového roje hexaploidních parem rodu Barbus. Je to proto, že povodí jezera Tana je izolováno velkými vodopády asi 30 km od povodí Modrého Nilu, který z něj vytéká. Tato izolace byla příčinou, proč došlo k značnému odlišení populace tilápie jezera Tana od populací ostatních poddruhů O. niloticus, jak ukazuje fylogenetický strom. Není proto vyloučeno, že již jde o samostatný druh. Uvedený problém může sloužit jako model pro studium molekulární podstaty speciačního procesu, a to nejen u zdejších tilápií, ale i u ostatních druhů ryb vyskytujících se v jezeře. Proto je této problematice věnována značná pozornost. Komplexem problémů ichtyofauny jezera Tana se dnes zabývají vědecké projekty skupin z Holandska, Ruska a Francie.

Podařilo se na molekulární úrovni „udělat pořádek“ uvnitř druhu O. niloticus, ale tvrzení, zda se dají tímto způsobem definovat poddruhy, nechávám na povolanějších. Skutečností však zůstává, že k odlišení snad vnitrodruhového taxonu byl jako znak použit molekulární marker. Tento příklad tak znovu přispívá k otázce: “Co je to vlastně poddruh?“