hmyz

Foto: Erik_Karits/Pixabay

Podle článku publikovaného v odborné časopise Nature Ecology & Evolution, se před 700 miliony let poprvé objevil pozoruhodný tvor. Ačkoli se na něj podle dnešních měřítek nedalo moc dívat, měl už přední a zadní část těla a horní a dolní část těla. V té době šlo o převratnou adaptaci, která stanovila základní tělesný plán, který nakonec zdědila většina složitých živočichů včetně člověka.

Nenápadný živočich žil na Zemi v dávných mořích. Pravděpodobně se plazil po mořském dně. Zřejmě šlo o posledního společného předka bilateriánů (oboustranně souměrných), obrovské superskupiny zvířat včetně obratlovců zahrnující ryby, obojživelníky, plazy, ptáky a savce a bezobratlé jako hmyz, členovce, měkkýše, červy, ostnokožce a mnoho dalších.

Podle studie 20 různých druhů bilaterálních živočichů, včetně člověka, žraloků, jepic, stonožek a chobotnic, lze dodnes vysledovat více než 7 000 skupin genů až k poslednímu společnému předkovi bilaterálních živočichů. Zjištění učinili vědci z Centra pro genomickou regulaci (CRG) v Barceloně, které zveřejnil časopis Nature.

Pozoruhodné je, že studie zjistila, že přibližně polovina těchto genů předků byla od té doby zvířaty využita v určitých částech těla, zejména v mozku a reprodukčních tkáních. Tato zjištění jsou překvapivá, protože prastaré, konzervované geny mají obvykle základní, důležité úkoly, které jsou potřebné v mnoha částech těla.

Když se na ně vědci podívali blíže, zjistili, že na vině je řada náhodných chyb „copy paste“ (zkopírovat vložit), které probíhaly během evoluce bilaterálních živočichů. Například na počátku historie obratlovců došlo k významnému okamžiku. Poprvé se objevila skupina tkáňově specifických genů, což se shodovalo se dvěma duplikacemi celého genomu. Zvířata si mohla ponechat jednu kopii pro základní funkce, zatímco druhá kopie mohla být použita jako surovina pro evoluční inovace. K podobným událostem v různém rozsahu docházelo neustále v průběhu celého evolučního stromu bilaterálních živočichů.

„Naše geny jsou jako rozsáhlá knihovna receptů, které lze různě upravovat a vytvářet nebo měnit, včetně tkáně a orgánů. Představte si, že náhodou skončíte se dvěma kopiemi receptů na kuřecí rizoto. Původní recept si můžete ponechat a užívat si ho, zatímco evoluce upraví další kopii tak, aby místo ní vzniklo rizoto s houbami, masem a zeleninou. A teď si představte, že se zkopíruje celá kniha receptů a to hned dvakrát. Umíte s představit, jaké možnosti se tím evoluci otevírají.

Dědictví těchto událostí, které se odehrály před stovkami milionů let, žije dodnes ve většině složitých živočichů,“ vysvětluje Federica Mantica, autorka článku a výzkumná pracovnice Centra pro genomickou regulaci (CRG) v Barceloně.

Autoři studie nalezli mnoho příkladů nových, tkáňově specifických funkcí, které byly umožněny specializací těchto předpotopních genů. Například geny TESMIN a tomb, které pocházejí od stejného předka, nakonec nezávisle na sobě hrály specializovanou roli ve varlatech jak u obratlovců, tak u hmyzu. Jejich význam podtrhuje skutečnost, že problémy s těmito geny mohou narušit tvorbu spermií, což ovlivňuje plodnost jak u myší, tak u ovocných mušek.

Specializace genů předků také položila některé základy pro vývoj složitých nervových systémů. Například u obratlovců vědci našli geny, které jsou rozhodující pro tvorbu myelinových pochev kolem nervových buněk, jež jsou nezbytné pro rychlý přenos nervových signálů. U člověka také identifikovali FGF17, o němž se předpokládá, že hraje důležitou roli při udržování kognitivních funkcí do vysokého věku.

U hmyzu se specifické geny specializovaly ve svalech a v epidermis na tvorbu kutikuly (nebuněčné vrstvy pokrývající povrch těla živočichů a rostlin poskytující ochranu), což přispívá k jeho schopnosti létat. V kůži octomilek se jiné geny specializovaly na vnímání světelných podnětů, což přispělo k jejich schopnosti měnit barvu, kamuflovat se a komunikovat s jinými octomilkami.

Studiem evoluce druhů na úrovni tkání studie ukazuje, že změny ve způsobu využití genů v různých částech těla hrály velkou roli při vytváření nových a jedinečných vlastností živočichů. Jinými slovy, když geny začnou působit v určitých tkáních, může to vést k rozvoji nových tělesných znaků nebo schopností, což v konečném důsledku přispívá k evoluci zvířat.

„Naše práce nás nutí přehodnotit role a funkce, které geny hrají. Ukazuje nám, že geny, které jsou klíčové pro přežití a které se zachovaly po miliony let, mohou v evoluci také velmi snadno získat nové funkce. Odráží to evoluční balancování mezi zachováním životně důležitých rolí a objevováním nových cest,“ uzavírá profesorka výzkumu ICREA.

Článek byl upraven z tiskové zprávy AAAS.