Sladkovodní rybky z čeledi vrubozubcovitých, kterým se česky též říká cichlidy, se přirozeně vyskytují v Americe, Africe i Asii. V Evropě jsou typicky chované jako okrasné akvarijní rybky. Po celém světě dosáhly velké druhové rozmanitosti a celá čeleď čítá přes sto rodů.

V lokalitě afrického jezera Malawi se však staly rekordmankami co do rychlosti evolučních adaptací..

Evoluce je obvykle pomalý proces, který živým tvorům na planetě Zemi umožnil adaptovat se na nejrůznější prostředí. Jeho základem je přirozený výběr, kdy své geny další generaci s největší pravděpodobností předávají ti rodiče, kteří náhodnou záměnou svých genů při početí získali nějakou výhodnou vlastnost.

Tím se tyto „úspěšné“ geny posouvají i do dalších generací. Příroda ale nemá žádný mechanismus, který by garantoval, že tyto genu budou i nadále zachovány. Při dalších náhodných mutacích může dojít i k jejich přepsání a opětovné ztrátě některé vydobyté vlastnosti.

V historii planety Země ale došlo k několika událostem, kdy se evoluce rapidně zrychlila a během relativně krátké doby došlo doslova k explozi nových druhů. Příkladem může být kambrická exploze před 540 miliony let, kdy se zvýšil množství mnohobuněčných organismů, která rámuje počátek prvohor.

Vědci se dlouhou dobu přeli o způsoby, jakými může příroda zajistit tak rychlou diverzifikaci druhů. Mimo jiné by to totiž znamenalo, že musí umět „vypnout“ náhodné mutace v klíčových nově získaných vlastnostech, aby je ochránila a umožnila dalším generacím rychlejší adaptace na nová prostředí bez náhodných kroků zpět.

LEGO genů díky inverzi

Spolupracující skupina vědců z britské univerzity v Cambridge, belgické univerzity v Antverpách a univerzity ve švýcarském Bernu nyní při studiu genomu více než 240 vrubozubcovitých ryb z různých částí jezera Malawi odhalila speciální sekvence invertovaných genů.

Jedná se o skupiny svázaných genů, které jsou ale v genomu uloženy v opačném pořadí, než je běžné. Tato invertovaná skupina je pak chráněna před náhodnými mutacemi a předává se do další generace v přesné kopii.

Jedná se tak o elegantní způsob, jak zabránit náhodným zásahům do genomu a ochránit specifické vlastnosti.

Cichlidy se tak v jezeře Malawi během krátké doby, která ani nestačila k diferenciaci člověka od šimpanze, rozvinuly do více než 800 druhů s unikátními adaptacemi. Vědci objevili, že rybky prapůvodně vznikly křížením dvou značně odlišných genových linií.

V nich už existovalo několik invertovaných genových sekvencí. Jejích rychlou kombinací každá další generace nejenže uchovala předchozí vlastnosti, ale také vytvářela nové jejich kombinací. Genom cichlid v jezeře Malawi tak připomíná LEGO kostky, které uchovávají specifické vlastnosti v podobě invertovaných sekvencí.

Cichlidy = evoluční sprinteři 

Jejich vzájemnou kombinací si tak rybky rychle vyvinuly adaptace na nejrůznější prostředí včetně hloubek pod 200 metrů, kde se jinde na světě cichlidy jinak nevyskytují. Zde totiž mají genetické adaptace upravující citlivost jejich očí a schopnost odolat vyššímu tlaku.

U ryb v otevřeném oceánu tato adaptace zabrala mnoho generací a osidlování trvalo delší dobu. V jezeře Malawi to zástupci vrubozubcovitých stihli jen za několik málo generací, a to díky prefabrikovaným LEGO genovým sekvencím, které byly bezpečně předávaný do dalších generací.

Profesor Richard Durbin z University of Cambridge, který se na studii podílel, k tomu navíc dodává: „Inverze genů se nachází i u dalších druhů, včetně člověka. Zřejmě se tak jedná o klíčový faktor evoluce a rychlého vývoje biodiverzity.“.

Zdroj: Science