Předpovíme osud?

Evoluce genomu vedoucí ke vzniku výhodných znaků je z velké části ovlivňována náhodnými procesy. Má však určitá omezení, díky kterým je do jisté míry možné ji předvídat. Konvergentní evoluce, tady opakovaný vznik znaku u nepříbuzných jedinců, nám poskytuje dobrý model, jak tyto předvídatelné aspekty evoluce objevit. Tato schopnost alespoň částečně předvídat evoluci genomu je užitečná mimo jiné ve výzkumu chorob nebo v šlechtitelství.

„To je, jak o když ptáci, vážky a netopýři umějí létat, přestože si nejsou příbuzní,“ vysvětluji kamarádce, co že to je ta konvergentní evoluce. „A mě zajímá, co za tím vězí na genetické úrovni. Jestli se dá odhadnout, jak moc se budou genomy těch konvergentních druhů vyvíjet stejně.“

Nezdálo se, že by tomu nějak zvlášť porozuměla. Možná proto, že slovo genom slyšela naposledy rok před maturitou. „A k čemu je to vůbec dobrý studovat?“ zeptala se ještě.

Představme si, že bychom byli schopni předpovědět, kvůli čemu¹⁾ budou v budoucnu bakterie rezistentní k antibiotikům. Na který gen se přesně zacílit, abychom předešli toleranci k chemickým postřikům u mnoha nepříbuzných druhů hmyzu. Nebo třeba které molekulární dráhy u rostlin a živočichů se nejspíše začnou měnit v lidmi znečištěné krajině. Mohli bychom potom mnohem přesněji navrhovat léčiva, pesticidy nebo ochranné programy. A k tomu všemu nám konvergentní evoluce dává dobrou nápovědu. Pokud se v přírodě něco vyvinulo opakovaně mezi několika druhy, mohlo by se to tak v budoucnu vyvinout i u dalších druhů.

O konvergentní evoluci se v současnosti zajímá spousta biologů. Proč a za jakých podmínek se evoluce může opakovat? Ačkoliv jsme od schopnosti přesně předvídat vývoj genomu a jeho důsledky pro fungování organismů velmi daleko,²⁾ mnohé už díky výzkumu genetické podstaty konvergentní evoluce víme. Naše znalosti se dělí na dva druhy; první informují o tom, které geny budou za změnu pravděpodobně zodpovědné. Druhé říkají, které druhy budou mít v porovnání s jinými předvídatelnější změny.

Předvídatelné geny

Černý panter je vskutku ikonické zvíře. Mezi indiány o něm koluje mnoho legend, pokládají ho za obávanou bestii i symbol statečného bojovníka. Černý panter Baghíra je také jednou z hlavních postav Knihy džunglí. Není to však stejné zvíře. V Asii (a tedy i v Knize džunglí) se jedná o tmavou formu levharta (Panthera pardus), kdežto v Americe jde o jaguára (Panthera onca). U obou druhů je černý pigment v kůži a chlupech výhodnější v tmavším lesnatém prostředí (obr. 1). A u obou druhů (stejně tak jako u myší, hus, některých ještěrek a mnoha dalších obratlovců) vznikl nezávisle díky mutaci ve stejném genu MC1R.

Černý panter dvakrát jinak. Jaguár (Panthera onca, vlevo) je doma v Americe, levhart (Panthera pardus, vpravo) v Asii. Melanické formy obou šelem však za svou barvu vděčí mutaci ve stejném genu MC1R. Podobné to je u řady dalších savců, ptáků nebo plazů. To naznačuje, že genetický způsob změny zbarvení u obratlovců je do jisté míry předvídatelný.Snímky Edwin Butter (jaguár) a Joe McDonald (levhart), Shutterstock.com

Fascinující, že? Znamená to totiž, že s velkou pravděpodobností bude tento gen zodpovědný i za tmavé formy jiných obratlovců. Z toho vyplývá, že díky konvergenci je do jisté míry možné předvídat genetickou podstatu změny zbarvení i dalších znaků.

V roce 2013 vznikl katalog více než sta genů zodpovědných za konvergentní evoluci. Ať už šlo o opakovanou změnu barvy květů, ztrátu očí u jeskynních ryb, nebo holé larvičky octomilek, tyto „předvídatelné geny“ budily velký zájem. Dostaly jméno hotspot geny³⁾ (jakási horká místa evoluce genomu) a všechny pochopitelně zajímalo, čím jsou charakteristické, jak je v genomu objevit, a tedy jak předpovědět, která část genomu by mohla být zodpovědná za evoluci určitého znaku. V té době vyšly nejméně tři review, které se shodly na dost triviálním poznatku: Aby se gen stal hotspotem, musí vést k co největší změně potřebného znaku s co nejmenšími vedlejšími účinky.