Žížaly patří mezi kroužkovce, konkrétně náleží do podkmene opaskovců. Chaotické přeuspořádání chromozomů pomohlo kdysi těmto tvorům přesídlit z mořského prostředí do sladkovodního, a některým dokonce i na souš..

Mezi opaskovce se řadí maloštětinatci a pijavice. Známým zástupcem maloštětinatců je žížala obecná, která žije na souši, patří sem však i tak zvaní krvaví červi (Glycera), kteří se vyskytují převážně ve sladkovodním prostředí.

Ačkoliv vzhledově jsou si žížaly a vodní červi neuvěřitelně podobní, takže v obchodě s rybářským náčiním jen těžko odhadnete, zda tam prodávaní červi pocházejí z půdy či bahnitého jezerního či mořského dna, jejich genomy se liší.

Je to proto, že skupina červů, kteří před stovkami milionů let opustili oceány a dnes se řadí mezi opaskovce, zcela reorganizovala své geny, díky čemuž mnohé z nich nalezly nové místo na chromozomech.

„Opaskovci mají ze všech dosud studovaných zvířat nejpromíchanější genomy,“ říká Yi-Jyun Luo, evoluční biolog z Biodiversity Research Center, Academia Sinica, který se podílel na jedné ze tří studií kroužkovců, jež k tomuto závěru letos nezávisle na sobě dospěly.

Je genomická stabilita důležitá?

Záhadou zůstává, proč zástupci opaskovců tak masivní genetické přeskupení podstoupili, nicméně existují náznaky, že jim to pomohlo opustit mořské prostředí. „Mezi všemi těmito změnami a přechodem na nová stanoviště existuje jasná korelace,“ uvádí Rosa Fernándezová, evoluční bioložka z Institutu pro evoluční biologii CSIC-UPS, která vedla další studii týkající se kroužkovců.

„Vědci dlouho věřili v důležitost chromozomální stability pro reprodukci,“ vysvětluje Darrin Schultz, biolog z Vídeňské univerzity, který se taktéž podílel na jedné ze studií.

A pokračuje: „Když se poloviční genomy ze spermie a vajíčka spojí, tyto kusy DNA se obecně musí shodovat, aby embryo bylo životaschopné.“ Joana Meierová, evoluční bioložka z Wellcome Sanger Institute, která na žádné ze studií nespolupracovala, k tomu říká:

„Je to velmi překvapivé, že se něco takového událo, člověk by si myslel, že proti tomu půjde silný přirozený výběr.“ „Časné analýzy sekvencí zvířecího genomu navíc tuto představu podpořily,“ říká Thomas Lewin, který spolupracoval s Yi-Jyuan Luem.

Rozsáhlé úpravy genomu

Zachování genového řádu, společné lokace genů na chromozomech, je pozorovatelné i u vzdáleně příbuzných zvířat, tomuto fenoménu se říká makrosyntenie. „Pokud se podíváte na genom čehokoli od houby přes korál až po strunatce, mnoho z nich má tuto strukturu konzervovanou téměř dokonale,“ vysvětluje Lewin.

To ovšem neplatí pro opaskovce, u nich došlo k tak extenzivním úpravám genomů, že makrosyntenie není u genomu žížaly a pijavice prakticky rozpoznatelná.

„Všechno se rozbilo a pak se zcela náhodně přeskupilo,“ říká Fernándezová. „Přinutila jsem svůj tým analýzu genomů různých opaskovců opakovat tisíckrát, výsledky byly stejné,“ dodává. Domnívá se, že genomy těchto raných mořských červů mohly být zvláště otevřené reorganizaci, na základě toho, jak to nyní mají jejich potomci, krvaví červi a nereidky.

Jejich chromozomy jsou totiž neuvěřitelně poddajné. Vědci zjistili, že geny rozptýlené mezi různé chromozomy se shlukují fyzicky blízko u sebe díky tomu, že se tyto chromozomy různě prohýbají a překrývají.

Osídlení nových prostředí

Makrosyntenie tak pro ně neplatí v rámci jednoho chromozomu, ale v širším pohledu přes větší skupinu chromozomů je dosažena díky tomu, že se mohou geny volněji pohybovat a přitom být stále pospolu. U jejich předchůdců zřejmě nastala tak zvaná „genomická katastrofa“, kdy došlo nejen k reorganizaci genů v jejich spletité DNA, ale mnohdy k jejímu úplnému roztrhání, a to včetně genů podílejících se na stabilitě genomu a buněčném dělení.

Opaskovcům nejen, že se podařilo tuto genomickou katastrofu přežít, ale dokonce následně dobyli i nová prostředí. Je možné, že to byly právě kousky vzdálených genů slepené dohromady, které jim pomohly zvládnout stresové faktory, jako jsou změny úrovně kyslíku, slanosti či ultrafialového světla ve sladké vodě či půdě oproti moři.

Vědci však nejsou zatím schopni určit, co bylo příčinou a co následkem. Tito červi však mohou být skvělými modely pro odhalování mechanismů genomové nestability a její tolerance. „Zachování genomické architektury zřejmě není tak zásadní, jak se dříve předpokládalo.

Ve skutečnosti může být tato stabilita u živočichů spíše výjimkou než pravidlem,“ domnívá se Luo.