Genetické kódy čteme zběsilým tempem!

Kolik žije na naší planetě různých organismů? Na to je těžká odpověď. Už proto, že na první pohled stejní tvorové mohou patřit k různým druhům. A naopak, zdánlivě odlišné tvory vědci nejednou šoupnou do společného druhového „šuplíku“.Kolik žije na naší planetě různých organismů? Na to je těžká odpověď. Už proto, že na první pohled stejní tvorové mohou patřit k různým druhům. A naopak, zdánlivě odlišné tvory vědci nejednou šoupnou do společného druhového „šuplíku“.

Švédský botanik, přírodovědec a lékař Carl Linnaeus jako první utřídil pozemské organismy. V desátém vydání knihy Systema naturae z roku 1758 uvádí na devět tisíc druhů rostlin a živočichů. Od dob Linného se naše znalosti o přírodě neuvěřitelně rozrostly. Vždyť jen ptáků zná dnešní ornitologie asi 9 000 druhů. Počet vědecky popsaných druhů savců přesahuje pět tisíc. Ale kam se všichni tihle chlupatci a opeřenci hrabou na bezobratlou žoužel! Počet druhů členovců se jen za posledních 30 let zdvojnásobil a dosáhl čísla 130 tisíc.

Neznáme zdaleka všechny

Odhaduje se, že jsme zatím poznali necelé dva miliony druhů. Jisti si můžeme být jediným. Zdaleka neznáme všechny organismy, které s námi na této planetě žijí.  Těch může být podle střízlivých odhadů 6 až 7 milionů druhů. Mnohým se to zdá jako silně podhodnocená cifra. Někteří vědci odhadují, že 6 milionů druhů stačí vyčerpat jen zástupci hmyzu. Další odborníci tvrdí, že i to je málo a za nejbližší pravdě mají odhady kolem 30 milionů druhů hmyzu.
Velká překvapení zřejmě čekají biology, až se zaměří na organismy, jež si nevydobyly popularity brouků či motýlů. Například hlísti představují jeden z nejméně prozkoumaných taxonů. Pozornost byla zatím věnována hlavně cizopasným hlístům parazitujícím na člověku nebo hospodářských zvířatech. Cizopasníci ostatních organismů nebo volně žijící hlísti jsou poznáni mnohem méně. Některé odhady druhové rozmanitosti této taxonomické skupiny se pohybují řádově ve statisících. Dnes jich zná věda asi 15 tisíc.

Obdobně je tomu s houbami. Mykologové odhadují, že „70 tisíc druhů hub popsaných současnou vědou představuje jen 5 % celkového množství.“ V ještě horší situaci se nacházíme při poznávání mikroorganismů – prvoků, bakterií a virů. Jejich určování je i s využitím metod molekulární biologie hodně komplikované. Nezbývá než si znovu pomoci odhadem.
Kdyby každý z živočišných a rostlinných druhů měl mezi červy, prvoky, bakteriemi a viry po jednom jediném parazitovi, pak bychom předchozí odhady počtu pozemských druhů museli znásobit pěti. Dostali bychom se k impozantnímu číslu 100 milionů druhů.

Vědci zdaleka neusilují jen o to, aby objevili co nejvíce nových forem pozemského života. Experti z nejrůznějších oborů – od paleontologie po genetiku – se snaží pochopit, jak se současné pestré spektrum živočichů vyvinulo. A v neposlední řadě stojí celé lidstvo před úkolem druhovou pestrost pozemského života chránit.

Strom života a genetika

Charles Darwin doprovodil své revoluční dílo „O původu druhů“ jedinou ilustrací. Tou byl „strom života“. Darwin se v něm pokusil zachytit evoluční cestičky, jimiž se ubíraly formy pozemského života. Generace Darwinových následníků neměly k vylepšování a doplňování stromů života k dispozici o mnoho více než anatomické studie. Z toho, jak se podobala vnitřní či vnější stavba jednotlivých organismů, usuzovali na to, jak blízce či vzdáleně jsou tyto organismy příbuzné. V řadě případů tyto metody vědcům dobře posloužily. Nejednou je však svedly na scestí, když se ukázalo, že daný organismus není tím, čím se zaujatému pozorovateli jevil.
V posledních třech desetiletích vrazila do výzkumu evoluce druhů genetika. Její vstup na scénu  přinesl řadu revolucí. Jednu z největších znamenal objev „třetí větve“ pozemského života. Vědci dlouho dělili dlouho pozemské organismy na dvě základní větve – na prokaryota a eukaryota. První zahrnovala jednoduché organismy bez buněčného jádra, druhá pak organismy, jejich buňky už buněčné jádro mají. Dnes známe i „třetí větev“. Tvoří ji tzv. Archea někdy označovaná i jako archebakterie. Genetici odhalili Archea mezi bezjadernými jednobuněčnými prokaryoty podle genů, které jako kdyby z oka vypadly z dědičné informaci eukaryotních organismů.

Čteme jako o závod

Čtení dědičné informace zástupců pozemského života pokračuje dál a nabírá zběsilou rychlost. Odhaduje se, že jenom ve velkých výzkumných genetických centrech se každou sekundu přečte 5 000 písmen genetického kódu. Tak to běží čtyřiadvacet hodin denně, sedm dní v týdnu. Není divu, že se tímhle tempem podařilo přečíst kompletní dědičnou informaci více než tisícovky organismů – jednoduchými viry počínaje a člověkem konče.
V kompletní dědičné informaci čili genomu je evoluce organismu vepsána mnohem podrobněji než v barvě peří nebo tvaru listů.

Data z přečtené dědičné informace však nelze mechanicky převádět na evoluční stromy pozemského života. Tak jako se dnes neobejdou evoluční biologové bez pomoci genetiků, potřebují genetici pomoc evolučních biologů. V plné nahotě se představila „genetická slepota“ při jedné z největších blamáží provázejících přečtení kompletní lidské dědičné informace.

Máme geny od bakterií!

V roce 2001 došli genetici pracující na projektu čtení lidské dědičné informace (Human Genome Project) k závěru, „že lidská DNA obsahuje sto až dvě stě genů, které jsme získali přímo od bakterií.“ Zdálo se to jako jediné logické vysvětlení situace, kdy genetici našli tyto geny u lidí a bakterií, ale nikoli u rostlin nebo nižších živočichů. Průkaz přímého přenosu genů z bakterie na člověka byl považován za jeden z nejvýznamnějších objevů získaných přečtením kompletní lidské DNA.
Americký evoluční Jonathan Eisen dodnes vzpomíná s nepříjemným pocitem na okamžik, kdy tuto zprávu poprvé zaslechl z televize.

„Udělalo se mi zle od žaludku,“ přiznává Eisen. „Genetici mluvili o genech podílejících se na vývoji lidského mozku, jako kdybychom je získali přímo od bakterií. Když o tom jen na chvilku zauvažujete, je vám jasné, že je to nesmysl.“
Eisen spolu s dalšími evolučními biology neváhal ani vteřinu a velmi rychle tuhle mylnou představu genetiků vyvrátil. Prokázali,  že se zmíněné geny původně nalézaly v dědičné informaci celé řady organismů. Byly dědictvím po dávném společném předkovi dnešních lidí a bakterií. Zástupci některých evolučních větví  pozemského života ale o tyto geny za stamiliony let samostatného vývoje přišli. Geny čirou náhodou „přežily“ jen u lidí a bakterií.

Co s ledním medvědem?

Genetika dokáže obrátit stávající pořádek v třídění druhů pozemských organismů naruby. Nedávno se například Spojené státy rozhodly zařadit na seznam ohrožených druhů medvěda ledního. Rychlé změny klimatu dopadají tvrdě na Arktidu a zdá se, že tento tulák po ledem pokrytých polárních krajích může brzy doslova ztratit „led pod nohama“. Z tohoto hlediska se zdá ochrana medvěda ledního zcela logickým počinem hodným ocenění.
Genetik se však ocitá v rozpacích. Není si jist, zda je medvěd lední – Ursus maritimus – skutečně samotným živočišným druhem. Medvěd hnědý – Ursus arctos – je velice proměnlivý živočich. Na jedné straně jsou představiteli tohoto druhu celkem drobní medvědi z jižní Evropy dosahující hmotnosti maximálně 200 kg. Na druhé straně ale patří do stejného „šuplíku“ i šedí severoameričtí grizzlyové nebo obří medvědi z ostrova Kodiak u břehů Aljašky dorůstající délky přes tři metry a hmotnosti půldruhé tuny. Dříve zoologové považovali grizzlyho nebo medvěda kodiaka za samostatné druhy. Dnes dávají přednost jejich zahrnutí pod jeden druh. Zdá se, že přitom nezašli dost daleko. Genetické analýzy ukázaly, že některé medvědy hnědé dělí menší  evoluční vzdálenost od medvěda ledního než od jiných hnědých medvědů.

„Když chcete všechny medvědy hnědé házet do jednoho druhu, musíte k nim přihodit i medvěda ledního,“ říkají genetici zoologům.
To by mělo vážné následky. Z logiky zákonů na ochranu přírody plyne, že když medvěd lední není samostatným druhem, není možné jej vyhlásit za druh ohrožený.

Podobné slučování více druhů „pod jednu střechu“ na základě genetických analýz je spíše výjimečné. V poslední době jsme mnohem častěji svědky opačného trendu. Živočichové řazení k jedinému druhu se často liší svou DNA natolik, že je vědci rozdělují na více druhů. Někdy se hovoří přímo o „inflaci druhů“. V roce 1993 znali zoologové 4 659 druhů savců. V roce 2005 už čítal seznam savčích druhů 5 418 položek. Mnohé z nich přibyly tak, že vědci rozdělili stávající druh na dva i více nových. 

Hon za slávou

Kdo dřív přijde, ten se proslaví. Tak bychom mohli shrnout do jediné věty pravidlo pro uznání autorství popisu nového druhu. K dosažení primátu se používají triky, jež nejednou překračují hranice zákona.
V roce 2002 přinesl americký botanik-amatér Michael Kovach do Botanické zahrady Marie Selbyové ve floridské Sarasotě vzácnou peruánskou orchidej patřící do příbuzenstva střevíčníků. Poprosil tamější profesionální botaniky, aby se na orchidej podívali a pokud to bude nový druh, aby jej popsali a pojmenovali jako „Kovachův“. Botanici se pustili do práce. Věděli, že času mají zpropadeně málo. Stejný střevíčník už prostudoval jejich floridský kolega Eric Christenson a teď jen čekal, až jeho popis nového druhu vyjde v nejbližším čísle vědeckém časopise Orchids. Vědci ze sarasotské botanické zahrady rychle „spíchli“ dvoustránkový popis orchideje Phragmipedium kovachii a ten obratem otiskli jako dodatek věstníku vydávaného zahradou.

Publicita, kterou Kovachovi „jeho“ střevíčník zajistil, přilákala pozornost policie. Ta začala prověřovat, za jakých okolností se orchidej vůbec dostala do USA. Záhy bylo jasné, že Kovach střevíčník do Spojených států propašoval a porušil tím zákony o mezinárodním obchodu s ohroženými druhy. Amatérský botanik byl shledán vinným a odsouzen. Na platnosti popisu střevíčníku Phragmipedium kovachii to ale nic nezměnilo. Ten  je v seznamu pozemských organismů spojen se jménem pašeráka vzácných rostlin jednou pro vždy.
Zdaleka ne všichni amatéři však mají tak zlou pověst. Před mnohými uctivě smeknou i renomovaní učenci z věhlasných universit. Jeden americký chirurg se po odchodu do důchodu rozhodl věnovat naplno své orchidejové vášni.  Začal fotografovat floridské orchideje a pak pokračoval s dokumentací těchto rostlin po celých Spojených státech i za jejich hranicemi. Dodnes vydal více než 30 monografií doplněných nádhernými fotografiemi. Všechny se zabývají orchidejemi čeledi Pleurothallidinae, jichž roste v Americe více než 4000 druhů.

Kde se vzal Nanulak?

O druhové spřízněnosti medvěda hnědého a ledního vypovídá příběh, který se odehrál v kanadské Arktidě na jaře roku 2006. Americký lovec Jim Martell zaplatil za povolení k odstřelu ledního medvěda 45 000 dolarů. Když s pomocí eskymáckého stopaře Rogera Kuptany  zvíře nakonec složil, nebyl si jistý, co vlastně ulovil. Stopař upozornil Martella na některé velice nezvyklé znaky – černé lemování oční duhovky, dlouhé drápy, „hrb“ na zádech a nahnědlé skvrny v srsti.
„Mohl by to být nanulak,“ prohlásil Kuptana.  

Tímto slovem, vzniklým ze slov nanuk – lední mědvěd  a aklak –grizzly, označují Eskymáci bájného křížence grizzlyů a ledních medvědů. V blízkosti Kuptanova rodiště na jihu kanadského Banksova ostrova v Beaufortově moři pozorovali údajného hybrida dvou různých medvědích druhů už v roce 2003. Nikdo ale nepodal hodnověrný důkaz o jeho existenci.
Křížení mezi medvědem ledním a medvědem hnědým bylo popsáno ze zajetí. Není divu. Grizzly a polární medvěd jsou si blízce příbuzní. Vyvinuli se ze společného předka, který žil před 250 tisíci roky.  Z volné přírody však spolehlivé důkazy o narození mezidruhových hybridů chyběly. Rozmnožovací sezóna obou druhů se časově překrývá, takže příležitost k páření zjevně existuje. Navíc jsou hybridi polárního medvěda a grizzlyho na rozdíl o některých jiných mezidruhových kříženců (např. muly nebo mezka vzniklých křížením osla a koně)  plodní.

Kuptanovo podezření potvrdily s definitivní platností teprve genetické testy. Medvěd ulovený Jimem Martellem měl za matku polární medvědici a otcem mu byl grizzly.
Globální oteplení vyhání lední medvědy z moře, protože ledy tají zjara velice brzy a na podzim  se zamrzání zpožďuje. Naopak, grizzlyové prchají před vedry dále na sever a byli spatřeni v oblastech, kterým se dříve vyhýbali. Oba druhy medvěda se mohou v budoucnu křížit stále častěji a nakonec mohou splynout v jedinou populaci. 

Dělení pardálů obláčkových

Na jaře roku 2007 se jihoasijská kočkovitá šelma pardál obláčkový dočkala rozdělení na dva samostatné druhy. Pevninští zástupci pardálů (Neofelis nebulosa) byli odděleni od pardálů obývajících pralesy Sumatry a Bornea. Ostrovní pardálové (Neofelis diardi) mají tmavší barvu srsti. „Obláčky“ na jejich kožichu jsou menší a každý obláček je navíc výrazně skvrnitý. Genetické analýzy odhalily rozdíly v DNA, které svědčí o tom, že se ostrovní pardálové oddělili od pevninských příbuzných před 1,4 miliony roků.
Rozdílu mezi pevninskými a ostrovními pardály si byl vědom už v roce 1823 slavný francouzský přírodovědec Georges Cuvier. Ten ale neviděl odlišnosti jako zásadní a oba pardály popsal jako poddruhy. Pevninského jako Neofelis nebulosa nebulosa a ostrovního pak jako Neofelis nebulosa diardi.

Dělení plejtváka

Japonští zoologové oprášili několik muzejních exponátů, analyzovali zbytky velrybí mršiny vyplavené na břehy ostrova Cunošima v roce 1998 a oznámili, že objevili úplně nový druh velryby. Plejtvák dostal jméno Balaenoptera omurai (česky lze jméno přeložit jako plejtvák Omurův). Původně byli tito živočichové házeni do jednoho pytle s plejtvákem Brydeovým (Balaenoptera brydei) nebo plejtvákem druhu Balaenoptera edeni. Definice druhů Balaenoptera brydei a Balaenoptera edeni nebyla jasná a často byly vydávány za druh jediný. Japonci vedení Shirem Wadou ale udělali jasno i v této otázce. Balaenoptera brydei a Balaenoptera edeni jsou podle nich dva různé druhy.
Plejtvák Balaeonoptera omurai je dlouhý 12 metrů a liší se od jiných druhů z rodu Balaenoptera nejen mitochondriální DNA, ale i tvarem kostí lebky a menším počtem kostic.

Zmizení divokého tura

Objev divokého tura kupreje (Bos sauveli) v pralesích Indočíny v roce 1937 figuruje ve všech učebnicích jako příklad toho, že kolem nás stále ještě mohou žít velcí savci, která věda nezná. Američtí biologové z Northwestern University vedení Barumem Galbreathem však zjistili, že kuprej jako samostatný biologický druh nikdy neexistoval. Dokazují to výsledky genetických studií, jež prokázaly, že předky kyprejů byly samice tura bantenga (Bos javanicus). V otcovské linii se na vzniku kupreje podílel domácí skot plemen označovaných jako zebu (Bos taurus  indicus). Tito kříženci byli zřejmě kdysi v Indočíně chováni a později zdivočeli.
„Kuprej si vydobyl romantickou a exotickou pověst,“ konstatuje  Galbreath. „Někteří lidé budou smutní z toho, že to není samostatný biologický druh. Je ale důležité, abychom to věděli a neplýtvali omezenými prostředky na záchranu zdivočelého domácího zvířete, když jich nemáme dost ani na záchranu ohrožených opravdových divokých druhů. Skuteční divocí tuři z této oblasti – banteng, gaur a arni – mohou brzy zmizet, pokud je neuchráníme alespoň před nájezdy pytláků.“

Želví zmatky

Touha zoologů po popisu nových druhů vytváří poptávku, která je vodou na mlýn podnikání pochybných obchodníků se zvířaty. V osmdesátých a devadesátých letech bylo popsáno více než deset nových druhů suchozemských želv pocházejících z jihovýchodní Číny. Marné byly však snahy zoologů najít tyto želvy ve volné přírodě. Chvíli se zdálo se, že jde o nesmírně vzácné druhy, které je třeba přísně chránit. Pak ale genetické analýzy prokázaly, že jsou to mezidruhoví kříženci, kteří vznikají na čínských farmách, kde se želvy chovají ve velkém na maso a pro suroviny k výrobě léků orientální medicíny. Obchodníci tyhle želví „bastardy“ nakupovali a rozesílali vědcům do USA k popisu nových druhů jako „unikátní novinky“.

Makiové, spojte se!

Zoologové rozlišovali mezi madagaskarskými lemury hned tři trpasličí druhy makiů.  Znali makiho trpasličího čili myšího a pak ještě makiho červeného a žlutohnědého čili Coquerelova. Teď jim zbyl jen jeden – starý dobrý maki trpasličí alias myší.
Genetické analýzy odhalily, že „jasně odlišitelné“ druhy, které mají různé zbarvení a žijí v různých lokalitách, jsou od sebe zcela neodlišitelné. Tým vedený Suzanne H. Alonzovou z Yale University  prokázal, že ve všech areálech výskytu žijí makiové s různě zbarvenými kožíšky ve zhruba stejném zastoupení. Ba co víc, geneticky jsou prakticky stejní a patří proto k příslušníkům jednoho a téhož druhu.

Makiové jsou noční zvířata a vzájemně se rozeznávají především podle pachu a po hlase. Barva kožichu u nich nehraje velkou roli, protože potmě není vidět. Význam jí přisoudili až zoologové, kteří lemury zkoumají zrakem a musí si na ně posvítit.

Třetí větev života  – Archea

Počátkem sedmdesátých odhalil americký biolog Carl Woese mezi bakteriemi produkujícími metan záhadnou skupinu, která se od bakterií lišila tak dramaticky, jako se bakterie liší od vývojově vyšších organismů shrnutých do šuplete s označením „eukaryota“. K eukaryotním organismům  patří prvoci, houby, rostliny a živočichové včetně člověka. Woese dal této skupině mikroorganismů jméno archebakterie (Archea). Jsou to podivné formy života a mnohé z nich si libují v extrémních koutech světa. Nevadí jim teplota 130oC, mohou žít v třicetiprocentním roztoku kuchyňské soli, někteří odolají kyselinám s pH rovným nule, jiné zase prosperují  v zásaditém prostředí s pH přesahujícím 11. Archea jsou všude kolem nás a některá jsou dokonce podezřelá z vyvolávání zánětlivých onemocnění.

Publikováno:
Další články autora
Právě v prodeji
Tip redakce

Související články

Raci hlídají kvalitu piva

Raci hlídají kvalitu piva

Je to až s podivem, ale tým vědců z Jihočeské univerzity začal v rámci...
Vědci zkoumali, jak přežívají plži v trávicím traktu ptáků

Vědci zkoumali, jak přežívají plži v...

Jeden ryze český výzkum ukázal, že se ptáky nechávají v trávicím traktu...
Dvorská zoo spálí zásoby rohoviny z nosorožců

Dvorská zoo spálí zásoby rohoviny...

ZOO Dvůr Králové po třech letech znovu spálí svoje zásoby rohoviny z nosorožců. Tímto...
Masakr dravých ptáků na Olomoucku

Masakr dravých ptáků na Olomoucku

Na Olomoucku u obce Kojetín došlo tento týden k brutálnímu zmasakrování zákonem...
Stane se Lipno znovu rájem dravých candátů?

Stane se Lipno znovu rájem dravých...

Českobudějovičtí hydrobiologové opakují rozsáhlý průzkum rybí obsádky...
Mapa ptačích pastí upozorňuje na místa, kde ptáci nacházejí smrt

Mapa ptačích pastí upozorňuje na...

Skleněné plochy, elektrické vedení, hustá síť silnic a železnic – všechny tyto...
Přiláká ptačník ohrožené druhy bahňáků?

Přiláká ptačník ohrožené druhy...

V Ptačím parku České společnosti ornitologické odstartovalo hloubení Slavíkovského...
Co ovlivňuje pohlaví potomstva?

Co ovlivňuje pohlaví potomstva?

V přírodě je to zařízeno tak, že živočichové hledají protějšek...
Tvoří mravenčí larvy speciální kastu?

Tvoří mravenčí larvy speciální...

Nejmladší obyvatelé mravenišť, mravenčí larvy, zastávají v koloniích mnoho...
K návratu divokých včel přispívají i hmyzí hotely

K návratu divokých včel...

Do rezervace velkých kopytníků v bývalém vojenském prostoru Milovice se vrací další...

Nenechte si ujít další zajímavé články

Želví krunýř: Tank stvořený přírodou!

Želví krunýř: Tank stvořený...

Pomalost, dlouhověkost, ale hlavně krunýř. To jsou typické znaky želv. Proč je...
Proč Isaac Newton přišel při bankovním krachu o všechno?

Proč Isaac Newton přišel při...

Angličané po skončení španělské války jsou lační zisků. Bezmyšlenkovitě vkládají...
Kdy začal člověk nadávat?

Kdy začal člověk nadávat?

Pořádné peprné zaklení zřejmě znali už dávní předci člověka. Je dokonce...
Ztracená stavba: Existoval labyrint velkolepější než gízské pyramidy?

Ztracená stavba: Existoval labyrint...

Stavitelskému umění starověkých Egypťanů se obdivovali již dávní Řekové a...
Zpívající herec: Basák Billy Bob Thornton

Zpívající herec: Basák Billy Bob...

Herec Billy Bob Thornton (*1955) má na kontě nejen...
Tajemství parního stroje: Krok k průmyslové revoluci!

Tajemství parního stroje: Krok k...

James Watt (1736–1819) nebyl prvním mechanikem, který chtěl přimět páru k...
Šílenství ve Rwandě: 800 000 mrtvých za 100 dní!

Šílenství ve Rwandě: 800 000...

Městečko Kibeho najdete na jihu africké Rwandy. 22. dubna 1995 se tahle malá...
Leží ve štolách nedaleko Prahy stovky beden nacistického zlata? Možná ano!

Leží ve štolách nedaleko Prahy...

V českých zemích bylo od 18. století dodnes objeveno více než 4500...
Pozor! Na těchto místech prý lze vkročit do jiné dimenze

Pozor! Na těchto místech prý lze...

Mladí lidé se utáboří mezi kameny. V noci zuří strašlivá bouře. Chvíli se ozývá...
Poznejte své IQ

Poznejte své IQ

V našem profesionálně sestaveném testu ihned zjistíte přesné výsledky a obdržíte certifikát.