Je evoluce předvídatelná? Záleží na měřítku
Dá se předvídat, pomocí kterých genů se organismy vypořádají se změnami prostředí? Jak se geneticky přizpůsobí ke změnám klimatu, znečištění přírody nebo k novým patogenům? Výzkum vedený botaniky z Univerzity Karlovy, kteří působí i v Botanickém ústavu, ukázal, že to do jisté míry možné je – především při srovnání blízce si příbuzných populací a druhů. Výsledky byly publikovány v prestižním časopise Americké akademie věd (PNAS).
Obr. 1: Nížinné (dole) a z nich opakovaně vzniklé a přizpůsobené horské (nahoře) formy huseníčku.
Vědci za tímto účelem využili opakované přizpůsobení planě rostoucích modelových rostlin huseníčků a jejich přizpůsobení k vysokohorskému prostředí (Obr. 1). Nehostinnost tohoto prostředí si během výzkumu mnohokrát vyzkoušeli na vlastní kůži: ať už šlo o spáleniny vlivem vysoké míry UV záření, výkyvy tepla, zimu, vítr nebo nedobrovolné se brodění tlustou vrstvou sněhu v době, kdy v nížinách ještě vládlo léto. Narozdíl od lidí se ale huseníčky s těmito výzvami v průběhu evoluce úspěšně vypořádaly: díky sekvenování desítek genomů a následným genetickým analýzám vědci odhalili 150 genů, jejichž pozměněním se rostliny horskému prostředí přizpůsobily. Většina z nich jsou zodpovědné za odpověď k vysokému záření, nízké teplotě, krátké letní sezóně, odlišnému složení půdy, býložravců a patogenů (Obr. 2).
Obr. 2: Vlastnosti vysokohorského prostředí, ke kterým si huseníčky přizpůsobily geny.
Co je pro otázku předvídatelnosti důležité, při srovnání takových “horských” genů mezi dvanácti nezávislými přírodními experimenty v alpinském prostředí se ukázalo, že blíže příbuzné populace se častěji přizpůsobují pomocí stejných genů než vzdálenější druhy. Díky modelování evolučních scénářů se navíc podařilo dokázat, že za tímto jevem stojí schopnost blízce příbuzných populací sdílet výhodné mutace. Ty si je buď půjčují křížením s již adaptovanými populacemi nebo je zdědí od společného předka.
Dohromady tyto výsledky ukazují, že čím blíže jsou si populace nebo druhy příbuzné, tím větší je šance, že zdědí již odzkoušenou genetickou výbavu vhodnou k přizpůsobení (Obr. 3). Z toho se dá odvodit řada praktických poznatků, například že rezistence k herbicidům vyvinutá u jedné rostliny se s velkou šancí může vyskytnout i u její příbuzné. Nebo že pokud se nějaký druh ryby vypořádá s průmyslovým znečištěním vody, stane se tak pravděpodobněji i u jeho blízkého druhu.
Obr. 3: Příbuznější huseníčky se přizpůsobují pomocí podobnějších genů, jejich genetická odpověď na změnu prostředí je tedy předvídatelnější.
Na výzkumu se podílely tyto vědecké instituce: Přírodovědecká fakulta Univerzity Karlovy (primární pracoviště prvního i korespondujícího autora), Botanický ústav Akademie věd, Přírodovědecká fakulta Jihočeské univerzity, University of California Davis a Science for Life Laboratory, Stockholm University.
Odkaz na originální článek:
DOI: 10.1073/pnas.2022713118