Zvětšit obrázek

Tvářemi vyjádřená variabilita pohlaví a původu. Vlevo evropský vliv, vpravo africký. Muži nahoře a ženy dole. (Kredit: Shriver, Claes, Penn State University)

To, jak vypadáme má na svědomí celý komplex genů. Sehraná parta, která se spouští a vypíná podle přesného časového plánu. Výsledkem jsou kaskády molekulárních interakcí. A aby to nebylo tak jednoduché, mocně jim do toho mluví pohlavní hormony. Výsledkem jejich handrkování pak je, že vypadáme, jak vypadáme a že každý jsme jedinečný. Podobně, jako v případě jiných našich vlastností a schopností,  i v tomto případě platí, že náš „vizážista“ má k dispozici jen ty „nástroje“, které nám dali do vínku naši  biologičtí rodiče. Právě z toho vyšli tvůrci počítačového programu zaměřeného na "malování" našich obličejů a snaží se ho krmit daty z přečtených genomů. 

Mark D. Shriver, profesor antropologie, Penn State: „Zatím podle DNA tvář zcela vymodelovat nedovedeme, ale časem by se to mělo zlepšit“.

Není to vlastně nic převratného, začalo to již někdy na počátku minulého století, kdy vědci odhalili funkci našeho „prcka“ - Y chromozomu a kdy se mord party začaly zajímat i o nepatrné kapičky krve, které zůstávaly na místech trestných činů. S růstem znalosti o chromozomech a specifických sekvencí v nich, začala éra ověřování totožnosti, což dospělo až do lukrativního byznysu s prokazováním otcovství. Nyní k tomu vědci začínají připařovat modelování obličejových rysů, podle DNA. Ve své alchymii využívají již dříve získané poznatky posbírané z celého světa. Vše, co se nějak dotýká genů, jejich alel a co je nějak spojeno s vyjádřením stupně ženskosti, rasové příslušnosti i takových deformit, které my laici neznalí latiny nazýváme zrůdami.

To, co zatím genetici z počítače se stávajícími znalostmi o genech vymáčknou, se na momentku z rodinného alba moc nepodobá. Spíš to připomínají snímky z mobilu s poněkud zapatlaným objektivem, upravené programem k vylepšování vzhledu. Jako důkaz u soudu tyto poněkud jakoby rozostřené a retušované obrázky bez detailů, šanci obstát nemají. Na zúžení počtu podezřelých, ale bohatě stačí.  A to je prý teprve začátek. Až počítač naučíme, na co se v těch třech miliardách párů bází má zaměřit, měl by mu, stejně jako nám, stačit mžik na to, aby zjistil, zda jde o ženu či muže, kde jsou jeho kořeny, a zda charakteristické rysy sahají do Afriky, Asie nebo je spíš našincem. Navíc je výhodou, že může podobu tváře vyčíst i z mnoho let vyschlých vzorků tkáně. 

Zvětšit obrázek

Základem pokusu bylo skenování tváří a jejich převedení do jakési zjednodušené busty uložené v paměti počítače jako charakteristické body v prostorové mřížce. (Kredit: Mark D. Shriver, Penn State)

K tomu, aby vědci naučili počítač tváře modelovat, museli nejprve sestavit program a v něm dát příslušným genům určitou váhu. Jejich „sílu“ a vztah ke konkrétním partiím si potřebovali ověřit. K tomu jim posloužili potomci smíšeného západoafrické a evropského původu z USA, Brazílie a Kapverdských ostrovů. Pořídili  3-D obrazy tváří a matematicky si je zapsali jako body v prostorové mřížce. Pak tvarové rozdíly dávali do souvislosti s genomovým vybavením. Nevařili  tak úplně z nuly a využili již dřívějších poznatků o mutacích a jejich vlivu na tvar hlavy, obličeje, rtů, postavení lícních kostí a tvarování očnic,... Zatím jejich modelování využívá dvaceti nezávisle operujících genů, které do naší vizáže promlouvají zvlášť silně.  Až jich časem bude ve hře více,  prostorová síť bude moci být hustější a 3-D snímkování ostřejší a s lepším výrazem.  Zatím skenované obličeje vychází z jednotného souřadnicového systému s prostorovou sítí o 7150 kvazi-orientačních buňkách. U pře skenovaných tváří se vyskytl problém – žádný z účastníků nebyl souměrný. Problém vyřešili šalamounsky, použili ze skenů jen jejich polovinu. Druhou půlku tváře nahradili zrcadlovým obrazem. Podle čeho a jak vybírali dobrovolníkům tu „hezčí polovinu“, se článek nezmiňuje. Celkem získali 592 ksichtů, každý představoval 21450 kvazi bodů. 

Zvětšit obrázek

Ukázka efektu základních komponent na transformaci tváře. (Kredit: Claes a kol., PLoS Genet, 2014,  celý obrázek ke stažení je zde.

Modelování ale nepracuje s jednotlivostmi a tak došlo na škatulkování obličejů. Zjistili, že všechny lze  vyjádřit pomocí 44 hlavních komponent, které zahrnovaly 98 % tvarové obličejové variability. První tři z deseti případů multidimenzionálního zpracování obličejů ukazuje připojený obrázek. Toto řešení vyjádření charakteristik tváře dovolilo něco hodně podstatného - testovat hypotézu, zda ten který gen má významný vliv na tvar obličeje a to v rámci jednoho statistického testu. Tak si ověřili, že již dříve podezřívané změny charakterizované jako (SNP) lokalizované na prvním chromozomu, mluví do výrazu tvarování okolí očí a nadočnicových oblouků a že geny z chromozomu číslo 8 zase tvarují čelo a tvar lebky,... Vlastní sestavování portrétu ale počítač nedělá sestavováním účinků jednotlivých genů. Jde na to poněkud z druhého konce. Na začátku má zprůměrovaný obličej a v něm pak podle váhy jednotlivých genů počítač něco ubírá pod nosem, nebo zase přidá pytlíky pod očima,...
Tak, jako sběr dat probíhal na populaci v rozmezí 18 – 40 let, ve stejných intencích zatím pracuje i zmíněný program na „tvorbu tváří“.  Pokud byste se chtěli tomuto problému věnovat podrobněji, vědci dali svůj výtvor volně k dispozici a ke stažení je zde.

Zvětšit obrázek

Pomalu začíná doba, kdy bude možné obličej vymodelovat podle genotypu. (Kredit: Mark D. Shriver)

Autoři také odpovídají na otázku, proč se zaměřili na obličej. Prý proto, že to je naše nejvíc viditelná část a že i ona podléhá selekci. Zajímavé na něm není jen to, že ho formuje prostředí v kterém populace dlouhodobě žije (teploty, nadmořská výška,...), což se odráží ve funkční charakteristice, ale že za mnohé v našich tvářích vděčíme i pohlavnímu výběru. A to jak vědomého, tak i toho skrytého, který probíhá jako preference pro určitý vzhled. Tím se dá vysvětlit, proč se obličeje tak často od skupiny ke skupině mění. I když vizáž žádnou funkci z hlediska přežití nedisponuje, mocně se zapojuje do soutěže o partnera a tím i do předávání genů.

Zvětšit obrázek

Počítač prakticky pracuje jen s polovinou obličeje, „protikus“ jen dopočítává.

Oba výběry v geologicky oddělených oblastech časem vykonaly své a proto se nyní etnika od sebe vzhledem tak liší. Proto jsou pro hledání genů, které odpovídají za náš vzhled, populace vzniklé  mísením ras, ty nejvýhodnější. To, co nosíme na tváři, má svůj protějšek v DNA.

Geny jsou ve své podstatě velkými konzervativci. Mutacemi se mění jen zřídka. Odborníci na morfometrii a zobrazovací metody i toho mohou využít. Myslí si, že jejich snaha nebude končit jen u policie k chytání zlotřilců. Již dnes lze u některých genů určit i to, zda pocházejí od tatínka, nebo maminky. Takovým vodítkem je například to, že se řada z nich dědí jako haplotypy (kombinace přenášené společně). Prozradit původ genů mohou i jejich epigenetické úpravy. Například navázané metylové značky. Geny od tatínka jsou často více metylovány. Z toho vědci vyvozují, že by měli z DNA jedince být schopni zjistit, zda ten který gen pochází od otce či matky a z toho pak sestavovat i „portréty“ rodičů. Ani to nemá být konec. Vědci mají další plány. Čím více ras a separovaných lidských populací dají časem do kupy, tím přesněji si budou moci „posvítit“ do lidské minulosti a z té by se měla vyloupnout tvář společného pra, pra …. pra … pra předka. 

Literatura:
Claes P, Liberton DK, Daniels K, Rosana KM, Quillen EE, et al. (2014) Modeling 3D Facial Shape from DNA. PLoS Genet 10(3): e1004224. doi:10.1371/journal.pgen.1004224