Jsou mutace skutečně náhodné?

Říká se, že genetické mutace jsou jedním z motorů evoluce. Přispívají totiž k rozdílnosti jedinců v populaci, a tím vlastně dávají přirozenému výběru materiál, z kterého může volit. Jedním ze základních paradigmat současné evoluční biologie přitom je, že genetické mutace jsou samy o sobě co do účinku zcela náhodné (byť v některých jiných ohledech náhodné nejsou). Jinými slovy, mutace nevznikají s tím, že budou pro svého nositele výhodné, a už vůbec ne s předpokladem, že budou směřovat k nějakému evolučnímu cíli. V tomto je mutace zcela náhodná. Zkrátka k ní dojde a její účinek v potenciálních rozdílech úspěšnosti přežívání nebo reprodukce odhalí až přirozený výběr. Zefektivní-li přežívání nebo reprodukci svého nositele, pak se ukáže za daných okolností prospěšnou a v průběhu následujících generací se může v populaci šířit. Ukáže-li se naopak škodlivou, a takových je podle matematických modelů i experimentálních dat obvykle podstatně více (pro úplnost ještě dodejme, že většina mutací je neutrální, tj. prakticky bez vlivu na přežívání a reprodukci svého nositele),¹⁾ může svého nositele v daných podmínkách znevýhodnit nebo rovnou zahubit.

Nový článek²⁾ vydaný v prestižním vědeckém časopise Nature naznačuje, že to s náhodností genetických mutací může být složitější. Tvrzení je založeno na dosud největším experimentu sledujícím akumulaci mutací u slavného rostlinného modelu huseníčku rolního (Arabidopsis thaliana). Výzkumníci sledovali 400 linií vzešlých z osmi původních genotypů, pracovali se skutečnými i simulovanými genomy, a to vše komplexně statisticky vyhodnotili. Analýzy samozřejmě zahrnovaly i kroky cílící k odhalení potenciálního působení přirozeného výběru a jeho podchycení. Mezi nejpodstatnější závěry studie patří:

V klíčových genech je pravděpodobnost mutací oproti genům méně důležitým a nekódujícím genomickým úsekům snížena.

Řízeno je to epigenomicky, tj. chemickými markery na proteinových histonech, na kterých je v eukaryontním jádře namotána DNA. Tyto chemické značky jsou v místech, kde na histony přiléhají právě ty úseky DNA, na nichž jsou ony klíčové geny. Ty tak mohou navádět další mechanismy, které regulují genovou expresi, snižují pravděpodobnost mutací anebo posilují reparační mechanismy, aby mutace, ke které už dojde, byla s vyšší pravděpodobností opravena.

Výsledky podle autorů naznačují i to, že jde o adaptivní mechanismy, tedy mechanismy vzniklé a udržované přirozeným výběrem, protože zvyšují úspěšnost svých vlastníků. Na to koneckonců poukazuje i jejich komplexita.

Boří to ale opravdu současné paradigma? Jsme svědky nové kuhnovské vědecké revoluce, jak autoři naznačují? Osobně jsem k tomu velmi skeptický. Studie je v mnoha ohledech zajímavá, snad i přelomová, autoři nicméně ukazují (nebo lépe řečeno potvrzují, protože to už léta víme i z jiných studií), že mutace jsou nenáhodné v tom smyslu, že v různých částech genomu existuje různá pravděpodobnost jejich vzniku, a identifikují některé mechanismy, které jsou u huseníčku rolního za to zodpovědné. Zdá se však, že tyto mechanismy snižují pravděpodobnost jakýchkoliv mutací, nikoliv jen těch škodlivých. Že dojde k celkovému snížení počtu škodlivých mutací v genomu je tedy dosaženo tím, že v genomických oblastech, kde jsou mutace zřejmě škodlivější (např. v klíčových genech), se patrně přirozeným výběrem vyvinuly mechanismy, které pravděpodobnost vzniku mutace snižují, anebo naopak zvyšují pravděpodobnost její opravy. Tím sice může i škodlivých (stejně jako všech ostatních) mutací vznikat opravdu méně, ale k nějakému a priori vyhodnocení toho, zda ta či ona mutace bude škodlivá, stále nedochází. Je to pořád až přirozený výběr, který to odhalí na základě rozdílného přežívání nebo reprodukce za daných podmínek. Domnívám se proto, že bourání paradigmatu, alespoň tedy v pravém slova smyslu, prozatím svědky opravdu nejsme. S určitostí nám to ale odhalí až zevrubná diskuse vědecké obce.