Za hranicemi darwinismu a mendelismu

Neodarwinismus neboli moderní syntéza se definuje jako původní darwinismus obohacený o Mendelovy objevy, paleontologii a taxonomii a později o populační genetiku. Od konce šedesátých let 20. století se musel vyrovnávat s několika velkými koncepcemi, jako byla neutrální hypotéza, evoluce individuálního vývoje (evo-devo), epigenetika a biologický strukturalismus. Dnes mluvíme o paradigmatu rozšířené moderní syntézy nebo o postneodarwinismu [1]. Co oba velikáni nevěděli anebo v čem se dokonce mýlili?

Jádrem darwinismu je zásadní role přírodního výběru v evoluci života na Zemi, resp. triáda dědičnost-variabilita-selekce. Jádrem mendelismu je tvrzení o volné segregaci a o volné kombinovatelnosti alel, zákon o uniformitě hybridů a o štěpení v potomstvu hybridů, tedy jinými slovy o nadvládě dominantní alely nad alelou recesivní. Charles Darwin publikoval svou evoluční teorii v roce 1859 a Gregor Johann Mendel práci o dědičnosti hrachu v roce 1866. Obě práce položily pevné základy genetiky a evoluce, avšak bouřlivý rozvoj vědy v následujících desetiletích ukázal, že Mendelovy i Darwinovy teze mají svá omezení, a ty proto byly postupně rozšiřovány.

Geny se nepřenášejí pouze z generace na generaci, ale i horizontálně „genetickým internetem“. Přenos zajišťují plazmidy, viroidy, viry a podobné mobilní elementy. Známým případem je konjugace bakterií (na snímku z elektronového mikroskopu probíhá mezi dvěma buňkami Escherichia coli), ale přenos genů může probíhat i mezi bakteriemi a živočichy či rostlinami.

Snímek Profimedia

Co nevěděl Mendel

Mendel si při svých pokusech s rostlinami hrachu vybral sedm znaků, které byly děděny zcela nezávisle a byly determinovány vždy jedním genem [2]. Dnes již víme, že příčinou volné kombinovatelnosti byla skutečnost, že se tyto geny nacházely každý na jiném chromozomu. Pokud by geny ležely na stejném chromozomu, existovala by mezi nimi tzv. vazba a nedědily by se nezávisle. Stejně tak znaků kódovaných jedním genem (vykazujících monogenní dědičnost) není mnoho. Mendel měl tedy buď ohromné štěstí, anebo velkou zkušenost. Díky svému vzdělání v oblasti statistiky a kombinatoriky možná vybíral znaky, o nichž již věděl, že budou souznít s jeho modelem. Většina znaků však vykazuje polygenní dědičnost, je tedy kódována více geny a výsledný fenotyp je dán souhrou řady větších či menších příspěvků. Mezi geny existují interakce a výsledný fenotypový znak nemusí být červená nebo bílá barva květu, jak tomu bylo u Mendelova hrachu, ale třeba různé odstíny růžové.

Mendel také nic nevěděl a ani nemohl vědět o epigenetické dědičnosti, tedy o další vrstvě informace uložené v DNA nebo v proteinech interagujících s DNA, která přímo nemění pořadí písmen v DNA. Různé epigenetické značky nalepené na báze DNA, stejně tak jako bohatý svět nejrůznějších regulačních krátkých molekul RNA (jev nazývaný RNA interference) [3] často významně mění podobu fenotypu, aniž by se měnilo pořadí písmen v dědičné informaci. Dnešní epigenetické regulační mechanismy vznikly evolučně z původního obranného mechanismu chránícího genomy před vnitřními či vnějšími parazitickými úseky DNA (transpozony a viry). Fenotypové změny vyvolané epigeneticky dláždí cestu změnám genetickým. Epigenetické značky se tak postupně nemusely při vzniku nového jedince vymazávat, ale mohly se přenášet přes mnoho generací a časem se fixovat geneticky. Můžeme pozorovat evoluční linku vedoucí od regulace genů přes epigenetiku ke genetickým změnám. Genetika a epigenetika nejsou paralelní oblasti, epigenetika je jen nástrojem v rukou genetiky.