TLDR: Sekvenování genomu bahníka nám ukazuje, jak pradávné ryby poprvé vystoupily na souš. Pomohly jim k tomu geny, které používáme i dnes, stejně jako jejich obrovský genom. Studie tu.

První ryba na suchu

Přechod obratlovců na souš je občas připodobňován k prvním krokům člověka na Měsíci. Nyní nová studie naznačila více o tom, proč se specifický druh ryb k oněm prvním krokům po souši vlastně rozhodl – a co mu při nich výrazně napomohlo.

Moderní potomky prvních „suchozemských ryb“ známe i dnes. Jmenují se Bahníci, a jsou to podivuhodné dvojdyšné ryby (Dipnoi) úhořoidního vzezření, kteří díky svým plícím dokáží dýchat vzdušný kyslík. Z bohaté skupiny čítající téměř 300 fosilních druhů do dnešních dní přežilo pouhých šest, které jsou, podobně jako notoricky známá latimerie podivná, označovány za živoucí fosilie.

Lidem, a všem ostatním čtvernohým obratlovcům (Tetrapoda), jsou přitom bahníci příbuzní blíže než latimerie, což z nich činí našeho nejbližšího žijícího rybího příbuzného! Z těch šesti současných druhů Bahníka čtyři obývají stojaté vody Afriky a patří do rodu Protopterus, jeden druh rodu Lepidosiren najdeme v Jižní Americe a jeden druh rodu Neoceratodus v Austrálii.

A právě druh Neoceratodus forsteri se stal objektem studie vědátorů pod vedením protřelého německého evolučního biologa Axele Meyera, která nedávno vyšla v časopise Nature.

Více je více

Kompletní sekvenace jeho genomu odhalila hned několik zajímavostí. Jednak znovu potvrdila, že Bahníci nám jsou skutečně příbuzní blíže než latimerie. Zarážející ovšem je i samotná velikost Bahníkova genomu. Se 43 miliardami písmen se totiž okamžitě zapsal do učebnic jako dosud největší živočišný genom!

Pro srovnání ten lidský (o nějakých 3 miliardách písmen) svou velikostí překonává hned 14krát a některé chromozomy Bahníka jsou velké jako celý lidský genom! Za tuto velikost mohou četné duplikace různých částí genomu od jednotlivých genů až po celé chromozomy. A právě duplikace mohou být klíčem k rozluštění evolučního úspěchu nikoliv Bahníků, ale jejich sesterské evoluční linie, čtvernohých obratlovců (Tetrapoda), kteří osídlili souš, a kam patříme i my.

Bahník je totiž nejpodobnějším současně žijícím potomkem fosilních předků, který byl sám sice ještě rybou, ale umožnil čtvernožcům vzniknout. Lze tak usuzovat (byť jde samozřejmě o hypotézu, která se, vzhledem k fosilní nátuře onoho předka, dá testovat jen nepřímo), že genom Bahníka bude v mnohém podobný starobylému genomu onoho předka.

Zjednodušeně by se dalo říci, že duplikace genů (nebo genetického materiálu) obecně urychlují evoluční vývoj. Proto jsou také poměrně běžnou kratochvílí přírody, byť mají i své nevýhody. Obecně totiž výhodné mutace, které by svému nositeli poskytly evoluční výhodu (a tedy se časem v populaci či druhu rozšířily), vznikají na genech velmi vzácně.

Když ovšem dojde ke genové duplikaci, což je něco jako CTRL+C > CTRL+V na úrovni DNA, kopie genu jsou hned dvě a tedy se zdvojnásobuje i ona sice malá, nikoliv však zanedbatelná šance na výhodné mutace. Evoluční vývoj se tak zrychluje!

Více o nás!

Obrovská velikost genomu je příhodným nálezem u někoho, kdo je ze současně žijících obratlovců nejpodobnější 420 milionů let vzdálenému předku, jehož potomci (lépe řečeno potomci jedné jeho evoluční linie, ta druhá vede právě k současným Bahníkům) osídlili souš a rozrůznili se do mnoha neuvěřitelných tvarů, velikostí a způsobů života. Od obojživelných mloků sladkovodních tůní, přes hady, želvy, ještěry, dinosaury až po vzduchem poletující ptáky a různorodé savce.

Genom australského Bahníka obsahuje vodítka, která prozrazují více o tom, jak probíhalo obratlovčí osidlování souše. To samozřejmě vyžadovalo množství evolučních změn, jako například přechod k dýchání vzdušného kyslíku (Bahník australský je mimochodem jediným dosud žijícím Bahníkem, který má plíce istále i funkční žábra), vývoj končetin, vývoj mechanismů zamezujícím vysychání, změny reprodukce, vylučovací soustavy a tak dále.

Nejen, že se v genomu Bahníka našly stejné geny, které v našem embryonálním vývoji řídí vývoj plic (i Bahník má konec konců plíce), ale i geny, které u nás kódují rozvoj loketní a vřetení kosti, nebo geny související s čichovou recepcí. Stejně tak obsahuje tzv. hox geny, které kódují symetrii a pattern rozložení končetin čtvernožců. Tyto geny u žádných jiných ryb dosud objeveny nebyly.

Zdá se tedy, že genetický make-up našich Bahníkům podobných příbuzných přímo vybízel k osídlení souše. Snad i díky genovým duplikacím se u nich nahromadily značné evoluční predispozice, které následné osídlení souše nejen urychlily, ale vůbec umožnily.

Je fascinující, kolik se můžeme dozvědět z jedné malé molekuly malé rybky žijící v bahně Austrálie. Je jasné, že analýzy tohoto genomu zdaleka nejsou u konce, a že bude vydávat svá tajemství po následující léta a desetiletí. Nikoliv však jen tajemství o tomto pozoruhodném vymřením ohroženém živočišném druhu, ale především tajemství o našem vzniku.

[Jan Kollár]

Vědátor vzniká v dílně spolku studentů a popularizátorů vědy UP Crowd za podpory MUDRstart, který tvoří přípravné testy pro studenty vysokých škol. Krom různých autorů projekt jako šéfredaktor vede Ladislav Loukota – jeho kontaktní mail je [email protected]