Horizontální genetické děje v evoluci organismů
Doc. PhDr. Petr Dostál Csc. z Pedagogické fakulty UK v Praze se ve své přednášce zaměřil na tzv. horizontální genetické děje, které vysvětlují nezměrnou rozmanitost druhů. Zatímco vertikální děje jsou známy jako klasický přenos genetické informace z rodičů na potomka, horizontální děje jsou méně známým, nicméně stejně důležitým způsobem přenosu genů mezi často velmi vzdálenými skupinami organismů.
Úryvek z přednášky:
Pro kreacionisty je jedním z argumentů obrovské množství druhů v přírodě a vysoká účelovost uspořádání jejích soustav. Kreacionistům se zdá těch zhruba 3,7 mld let příliš krátká doba na to, aby se to vše stačilo vyvinout. I když se může zdát toto období relativně dlouhé, určitě stojí za zamyšlení, že je to poměrně krátká doba na to, aby se vše živé tak rozrůznilo a došlo takové dokonalosti. V současnosti existuje na naší planetě podle některých odhadů několik milionů druhů organismů, a když to spočítáme dohromady i s druhy vyhynulými během celého období vývoje, bude tento počet dosahovat několika stovek milionů druhů, nebo dokonce miliardu druhů organismů na Zemi.
Podle jiných zdrojů to tak velké číslo nebude, protože z počátku, před vznikem pohlavního rozmnožování, se vše množilo klonováním, a do evoluce mohly zasahovat převážně mutace. Ale zásadní na věci je, že tyto problémy jsou chápány z pohledu úzce fylogenetického, tj. vývoje druhů v jednoznačné vývojové linii, od původního předka, třeba i hypotetického, ke konkrétnímu druhu. Tato linie je dána vertikálním přenosem genetické informace.
Oproti tomu horizontální procesy jsou takové, kdy se jednotlivé vývojové linie začínají mezi sebou křížit a splývat. K čemu dojde? Jakmile se to začne mezi sebou kombinovat, tak se vývoj druhů zmnohonásobí a urychlí. Již vývoj nejde lineární řadou, ale řadou téměř geometrickou.
Mezi horizontální procesy patří jednak mezirodové, či vůbec příbuzensky vzdálenější křížení. Ovšem představuje trochu problém, dá se srovnat s křížením v rámci druhu, v rámci konkrétních jednotlivců. Jde o to, že přece jenom jednotlivé taxony jsou do určité míry jistou konvencí. Proto bych toto křížení nepovažoval za podstatný horizontální děj. Zato další stojí určitě za významnější zmínku, jedná se o endosymbiózu. Je to splývání dvou nepříbuzných organismů. Jejím předpokladem je vždy alespoň jedna buňka eukaryotická (eukaryotická buňka na rozdíl od prokaryotické obsahuje pravé buněčné jádro a množství dalších organel oddělených membránou od okolí, pozn. red.), a to proto, že se stává příjemcem, který pohlcuje druhý organismus a musí mít cytoskelet - ten prokaryotické buňky nemají. Na základě toho, jaké buňky se mezi sebou kombinují, vytvářejí se různé typy endosymbiózy.
Primární endosymbióza je spojení eukaryotické a prokaryotické buňky. Primární endosymbióza měla obrovský význam hned na počátku všech těch dějů, protože díky ní došlo k rozrůznění té první domény, také se dnes říká impéria eukaryotických organismů. Tehdy se začali štěpit do prvních vývojových skupin, které dneska označujeme jako říše. A dále sekudární endosymbióza, to je potom už kombinace eukaryotických buněk. Opět velmi zajímavé a důležité je, že se s její pomocí mohl velmi urychlit evoluční vývoj.
Příkladem takové symbiózy může být skupina Chromista, většinou označovaná jako říše. Na ní lze dobře ukázat, jak složitá cesta mohla být cesta vývoje a jak se vlastně první dvě linie, tj. rostliny a někteří prvoci, mohly složitým způsobem kombinovat a kolik vývojových cest potom z toho vzešlo. Z původních dvou linií došlo díky kombinaci ke vzniku pěti (možná i více) samostatných cest. Chromista jsou organismy jak heterotrofní, tak autotrofní (heterotrofní organismy nejsou schopny samy vytvářet organické látky z anorganických látek a jsou proto ve své výživě závislé na existenci autotrofních organismů. Ty jsou naopak schopny fotosyntézou organické látky vyrobit, pozn. red.). A je tu problém - společným předkem není jeden druh organismu, ale dva. Není to holofyletický taxon, který zahrnuje všechny potomky společného předka, jak si ho běžně představujeme. Jeho heterotrofní druhy pravděpodobně vznikly druhotnou ztrátou chloroplastů nebo zpětnou ztrátou chlorofylu z nich. Tato skupina naznačuje, jak složité vztahy se mohly ve vývoji odehrávat.
Další horizontální cestou je přenos genetické informace viry nebo bakteriemi. Cizí genetická informace, zabalená do bakteriální buňky nebo uzavřená uvnitř viru, může být transportována do eukarytické buňky.
Jinou pozoruhodnou možnost skýtá DNA uhynulých organismů. Uvědomme si, že každou vteřinou na této planetě zahynou tisíce, spíše miliony různých organismů, od bakterií až po člověka. Kam se všechna ta genetická informace, nejen DNA, i RNA, poděje? Je to relativně stabilní sloučenina. Postupně se dostává do moře, tam se koncentruje - a také dnes se předpokládá, že moře je zásobárnou genetické informace, že to je největší genetická banka vůbec. Tato informace se opět nějakou cestou, třeba přes bakterie, viry, nebo pohlcením eukaryotiuckou buňkou, dostane do těla organismů a může ovlivnit a změnit jejich vlastnosti a variabilitu.
Na posledním místě se dostáváme ke genovému inženýrství, ale takovému, kdy dochází k umělé kombinaci a spojování genetických materiálů z dvou nepříbuzných organismů. To dnes už není žádnou zvláštností, dokonce jsou do organismů inkorporovány první uměle syntetizované geny do buněk - a buňky jsou schopny je přijímat.
Nastínil jsem jakýsi výsek problémů, který ukazuje, jak mohlo docházet ke genetickému rozrůzňování - a to se potom dále rozvíjelo, třeba těmi mechanismy, které popsal Darwin, tj. pohlavní výběr, přírodní výběr apod.
Přednáška Doc. PhDr. Petra Dostála Csc. zazněla u příležitosti dvoustého výročí narození Charlese Darwina na Minisymposiu Darwiniana 2009.
