Zvětšit obrázek

Takhle vypadali ptáci před ztrátou zubů. Rekonstruovaný Ichthyornis, zubatý pták ze svrchní křídy.

Před více než stoletím belgický paleontolog Louis Dollo prohlašoval, že vývoj (evoluce) nemůže jít nazpátek a že jednou ztracenou vlastnost již nemůže obnovit. Tato myšlenka zůstala kontrovezní a Dollovo pravidlo, jak se jeho tvrzení postupně začalo říkat, se stal předmětem bádání pro mnoho evolučních biologů.

 

Louis Dollo byl první, kdo prohlašoval, že vývoj nemůže jít nazpátek a jednou ztracenou vlastnost nelze obnovit.

V podstatě jde o střet dvou názorů přičemž na jeho straně je skutečnost, že například velryby a hadi již nikdy neobnovili nohy a ptákům nenarostly zuby. Nedávno hladinu sporu rozbouřily studie, které dokládaly, že uspané geny a vypnuté vývojové programy, mohou být reaktivovány a tak mnozí z vědců nabyli dojmu, že evoluce přece jen může nabrat zpětný chod.

 
Směrovka evoluce: „kupředu levá“
Thornton se se svými spolupracovníky rozhodl platnost Dollova zákona otestovat na molekulární úrovni. Vybrali si k tomu glukokortikoidový receptor (GR), což je protein, který váže hormon kortisol. Jde o systém, který reguluje stres a plní i celou řadu dalších funkcí a to jak u lidí, tak i u dalších obratlovců. To, že se jedná o proteinový a hormonální systém, který je společný pro celou řadu druhů, šlo podle mutačních změn vystopovat kdy vzniknul a kdy se jednotlivé druhy evolučně rozešly. Thorntonův tým již dříve zjistil, že první GR protein, který v systému hraje důležitou roli, se vyvinul před více než čtyřmi sty miliony let z prapůvodního receptoru. Prapůvodní receptor byl aktivován triem hormonů: kortisolem, aldosteronem a deoxykortikosteronem. V průběhu 40 milionů let se protein měnil až se postupně v jeho řetězci nahromadilo 37 aminokyselinových změn a vytvořil se dnešní receptor pro hormon kortisol – nebo jinak řečeno „moderní“ GR protein se od starého liší na 37 místech, kde vlivem mutační změny je dnes jiná aminokyselina.

Otočení kola dějin

 

Zuby kuřecího mutanta jsou kuželovitého tvaru a připomínají zuby aligátorů. Právě krokodýlové jsou nejbližší žijící příbuzní ptáků, společně se řadí mezi archosaury.

Vědci si v dnešním receptoru vybrali místo odpovědné za vazbu s kortizolem a otočili mu „chod dějin“.  Šlo o úsek, kde došlo k sedmi mutacím a v laboratoři tomuto proteinu vrátili všech sedm změn do podoby před 40 miliony let. Stalo se to, že protein po těchto změnách se stal nefunkční - receptor přestal spolupracovat s kortisolem a nenamáhal se ani v případě dalších hormonů. Aby se ukázalo, zda za ztrátou funkce nejsou případně jiné mutace, než ty, které „vrátily zpět“, vědci se podívali na prostorovou strukturu proteinu a podle té zjistili, že existuje ještě dalších pět mutací. Ty sice neovlivňují vazebnou specificitu k hormonu, ale přesto jsou schopny zabránit správné hormonální funkci.

 

Kupředu, zpátky ni krok! (Klement Gottwald, řečený Kléma, únor 1948)

Vědcům nezbylo nic jiného, než i tyto mutace opravit a vrátit zpět do původní podoby před zmíněnými 40 miliony let. Tím protein získal schopnost vázat jak kortisol, tak ostatní hormony.

I když je technicky možné vracet molekulární změny zpět, není podle Thorntona v silách přírody, aby k takovým návratům docházelo v rámci přirozené selekce. Těch pět mutací, ke kterým v minulosti došlo, by bez oněch dalších sedmi mutačních změn mělo negativní nebo neutrální dopad na funkčnost proteinu. Jinak řečeno, prodělané změny v aminokyselinové stavbě receptoru, by bez další celé řady změn nebylo pro organismus přínosem a proto by takovou cestu evoluce neupřednostňovala. Z toho vyplývá, že vracet se k něčemu, co už tu bylo, je pro evoluci prakticky nemožné.

A co zuby?
S názorem na nevratnost evolučních změn zcela jistě nebudou souhlasit všichni. Třeba proto, že představa nevratnosti je našemu myšlení nepříjemná a milejší je myslet si, že se vše ubírá správným směrem a pokud dojde k omylu, že ho lze vzít zpět.

Zvětšit obrázek

Studie glukokortikoidového receptoru přidala váhu myšlence, že evoluce není reverzibilní. (Kredit: Wikipedia)

Mást nás v tomto směru může i to, že u důležitých funkcí máme v genomu často zálohy a pokud se nám mutací jeden z genů poničí, jeho funkci přebírá jiný. Jako celek to dělá dojem jako bychom se v evoluci dokázali vracet zpět. To ale není návrat, jaký mají na mysli vědci z Oregonu. Ti totiž popírají možnost vracet mutace zpět na stejném genu.

Sporné se mohou jevit také zuby. Ptáci o ně přišli před 70-80 milióny let. Když se nedávno jeden americký tým montoval kuřatům do genomu, zjistil, že mutantům růst zuby začaly (jde o mutaci Talpid2 a Stanislav Mihulka o ní psal v článku Zubaté kuře).

Zvětšit obrázek

Proteiny boří své evoluční mosty, cesta zpět nevede a evoluce je nevratná. (Joe Thornton, září 2009)

Dnešní ptáci zuby nemají. Fosilní druhy z ptačí linie ovšem zuby vlastní a koneckonců, linie ptáků vznikla uvnitř dromeosaurů, čili většinou obstojně zubatých dinosaurů. Jak se teď ukázalo, molekulární nástroje pro tvorbu zubů v kuřecím genomu ještě pořád jsou. Snaha je obnovit je ale pro ptáky smrtelná, hynou ještě v embryonálním stádiu před vylíhnutím. Pokud má Thornton pravdu, tak ptákům zuby již nikdy nevyrostou. A asi to tak bude, protože se jim to za více než padesát milionů let již nikdy nepoštěstilo.

Závěr
Šance, že se změna, která se v průběhu evoluce udála, se zase vrátí zpět, je zanedbatelně malá. Evoluce nezná zpátečku.

Pramen: University of Oregon