Jak vlastně vznikají nové druhy? Na první pohled je to velice prostinké. Jedna populace se nějak rozdělí na dvě, či víc populací, a na konci jsou nové druhy. Často to probíhá přímo před našima očima. Jak ale takový proces speciace funguje na úrovni genů, to je stále docela záhadou. Zvlášť při sympatrické speciaci, kdy nově vznikající druhy neodděluje výrazná bariéra v prostředí a z našeho pohledu vznikají na jednom místě. Nedávná studie rozkošných babočkovitých motýlů rodu Heliconius naznačuje, že když už proces vzniku nových druhů započne, tak to pak sviští a není k tomu na počátku potřeba ani nijak zvlášť moc genetických změn.
Do výzkumu speciace motýlů se pustili Marcus Kronforst z Chicagské univerzity a jeho kolegové, kteří detailně porovnali sekvence kompletních genomů celkem 32 motýlů z pěti druhů fylogeneticky komplikovaného rodu Heliconius, kde je mezidruhové křížení na denním pořádku. Byly mezi nimi i velmi blízce příbuzné druhy Heliconius cydno a Heliconius pachinus, které se od sebe oddělily teprve nedávno. Tyto dva druhy žijí v podobném prostředí a občas se kříží, takže si vlastně stále vyměňují genetický materiál.
Ukázalo se, že se navzájem liší jen ve 12 nevelkých oblastech genomu, jinak jsou oba druhy prakticky geneticky totožné. Osm z těchto oblastí genomu souvisí s barevným vzorem křídel motýlů, který je významný pro vyhledávání partnera pro sex a také pro mimikry, maskování chránící před sežráním predátorem. Motýli rodu Heliconius jsou slavní kvůli výzkumu takzvaných Müllerovských mimikry, kdy se různé nejedlé druhy navzájem napodobují, aby se je predátoři snadněji naučili nežrat. Funkce zbývajících čtyř míst v genomu zůstává nejasná. Vše ale nasvědčuje tomu, že rozdíly ve zcela nepatrné části genomu postačují k odstartování vzniku nových druhů. Nikdo pochopitelně nezaručí, že tahle speciace úspěšně doběhne až ke dvěma kompletně odděleným druhům, v tuto chvíli mají ale Heliconius cydno a Heliconius pachinus pořádně nakročeno správným směrem.
Když Kronforst a spol. porovnali výše zmíněnou dvojici motýlů s dalším druhem Heliconium melpomene, stále blízce příbuzným, ale odděleným o něco dříve v historii, tak uviděli něco velice odlišného. Dotyčný motýl se totiž lišil od dvojice H. cydno a H. pachinus na stovkách míst genomu zároveň. Zdá se, že se nějaký čas po úvodním oddělení nových druhů na pár klíčových místech genomu rozjede oddalování, divergence jejich genomů na plný plyn. Vědci došli k závěru, že na počátku stačí jen pár, co do rozsahu nepatrných změn na klíčových místech v genomu, aby se rozpoutala rvačka mezi přírodním výběrem a tokem genů. Když je to pro vznikající druhy výhodné, tak je přírodní výběr odtahuje dál od sebe, zatímco tok genů mezi těmito druhy působí jako evoluční brzda a přitahuje je zase zpátky k sobě. Pokud mají síly přírodního výběru navrch, tak nakonec vzniknou nové druhy, když nemají, tak po nějaké době nebude po vznikajících druzích ani vidu ani slechu.
Badatelé se teď chystají objasnit roli zbývajících čtyř míst v genomu nedávno oddělených druhů rodu Heliconius. Také by rádi přispěli k odpovědi na otázku, nakolik je podobná speciace v evoluční historii běžná a také proč nové druhy tak rády vznikají v tropech. Zdobní motýli si teď rozhodně neodpočinou.
O komentář k zajímavému výzkumu jsme požádali Petra Nguyena z Laboratoře molekulární cytogenetiky Entomologického ústavu Biologického centra Akademie věd v Českých Budějovicích:
Po koljuškách a lejscích došlo na další model pro studium vzniku druhů, tropické motýly rodu Heliconius. Jde o další ze série skvělých prací na tomto modelovém systému. Nové sekvenační přístupy umožnily detailní analýzu rozdílů v genetické informaci několika blízce příbuzných druhů motýlů, které představují různé fáze procesu speciace. Představené výsledky ukazují, ze na počátku tohoto procesu může být jen několik málo genů. Rozdíly mezi druhy nejprve narůstají velmi pomalu v důsledku přetrvávajícího toku genů, v jistém okamžiku se ale divergence mezi nimi začne rychle zvětšovat. Překvapivě k tomu nedochází rozšiřováním původních oblastí vykazujících mezidruhové rozdíly, ale vznikem dalších "ostrovů divergence". Protože se ve svém výzkumu věnuji evoluci pohlavních chromosomů motýlů, zaujalo mě, že pohlavní chromosomy nehrají v počáteční fázi speciace těchto motýlů žádnou roli.
Literatura
University of Chicago Medicine News 31. 10. 2013, Cell Reports online 31. 10. 2013, Wikipedia (Heliconius).
Motýli se vyvinuli až když na Zemi byly květiny. A nebo to bylo jinak?
Autor: Josef Pazdera (14.01.2018)
Diskuze:
