Paleontologové v tom mají jasno. Jsou to potomci teropodních dinosaurů, konkrétně maniraptorů. Ornitologové už tak jednotní nejsou a kromě toho, mají dost starostí ujednotit se na škatulkování příbuznosti dnes žijících ptáků podle znaků anatomických, morfologických, fyziologických,… Největší ambice na vyjasnění evolučních vztahů ptactva a to jak toho žijícího, tak fosilizovaného, si dělají genetici. Jeden z jejich velkých počinů skončil před rokem. Konsorcium několika set výzkumníků tehdy oznámilo, že se jim podařilo kompletně přečíst genomy asi padesáti druhů ptáků. Je to doslova veledílo, když si uvědomíme, že čtení toho lidského trvalo 17 let a stálo to tři miliardy dolarů a že se velikost genomu lidského od ptačího, moc neliší. Je pravdou, že nyní jsou už sekvenátory výkonnější a vše se zlevnilo, ale stejně. Ty ptačí genomy četlo 77 výzkumných institucí od USA, přes Evropu až do Číny. Jakmile knihy ptačích genomů byly po kupě, umožnilo to sekvence v nich vzájemně porovnat. A konečně tak udělat  jasno ve vztazích mezi hlavními ptačími klady. My laici bychom asi místo pojmu „klady“ dali přednost větvím, ale systematikům se ten pojem, původem z řečtiny, zalíbil a dali mu poměrně široký význam. Míní tím na stromu života evoluční vývojovou haluz s potomky a to až po společného předka. Tak se ptačímu konsorciu podařilo namalovat i košatění fylogenetického ptačího stromu. Zdálo se, že těm, co nemají rádi Empedokla,  al-Jahize, Hobbese a Darwina, to molekulární metody jednou provždy natřely a že se bude jen psát: Na evoluční ptačí frontě klid.

Alexander Sang-Jae Suh, biolog, Uppsala University.

Jenže!

Dva z členů konsorcia, Alexander Suh a Hans Ellegren z Biologického centra Uppsalské University, se na získaný strom podívali ještě jednou. Respektive na jeho vstupní data, která z týmu Ericha Jarvise, vedoucího týmu luštitelů DNA opeřenců, vypadla. Upravili počítačový program na modelování příbuzenských vztahů tak, aby pracoval s efektem "skákajících genů". Asi to neměli dělat. Ptačí strom života tím dostal poněkud jiné kontury a příbuznost některých druhů rovněž. Pochopitelně, že se jejich výsledků hned chytli alternativci propagující dílo Stvořitele a pěkně to ve sdělovacích prostředcích rozmázli. Ono se jim ani nelze moc divit, když výsledkem mnohamilionového výzkumu je něco, co se rok nato, popře. A jde to veřejnosti podat s humorem: „Badatelníkům po letitém snažení vyšlo, že afričtí myšáci jsou potomky sovy a po roce, že tomu je naopak“. O Švédech tak už letí světem informace, jak chtěli dokázat evoluci a místo toho si pod sebou uřízli větev. Konečně si tak prý uvědomíme, jaký je evoluce nesmysl.

Hans Ellegren, Uppsala University

Pravdou je, že tu určitý problém je. Genomy ptáků se nedaří členit tak, aby z něj  proces speciace byl vždy jasně patrný. Nějak to souvisí se spodně křídovou revolucí, o které víme z fosilií. Vypráví příběh o tom, že jakmile vymřeli dinosauři, s ptáky se v eocénu doslova roztrhl pytel. A jejich boom trvá dodnes. Už jich je téměř deset tisíc druhů. Větší polovina z nich si prozpěvuje (5895 druhů), ta menší jsou nepěvci (4083 druhů). Slušná porce je i těch, co už také nezpívají, protože měli v minulosti smůlu a zbyli z nich jen zkameněliny. Je jich už tolik, že to vydá na další dva tisíce druhů. Všechny ptačí taxony (až na dva), patří do Neoaves a tvoří kolem 90 % celkové druhové bohatosti avifauny Země.

Myšáci (Coliiformes). Jméno dostali podle způsobu, jakým hledají potravu - pobíhají po zemi a při pohybu vypadají jako myši a i jejich peří připomíná myší srst. Zkamenělina myšáka z eocénu se našla i v Anglii. Dnes jsou to už jen ptáci subsaharské Afriky. (Kredit: Alois Staudacher, Wikipedia)

Čím, že si Švédové svou větev měli podříznout?

Nástrojem zvaným transpozony. Aby to veřejnosti bylo přijatelnější, tak se v tisku píše o skákajících genech. Za pojmem gen, by ale měla být vidět nějaká práce, což tu není a tak by tu, hezky česky, víc sedělo skákající elementy.  Element ale zase vyvolává dojem něčeho, co je jen ku škodě, a to tu také není pravda. Proto zůstaneme raději u toho cizího, ošklivého: transpozon. Celkem jich napočítali ve všech 48 ptačích genomech 130 000.

Co jsou transpozony zač?

Je jich vícero typů, ale ty o nichž tu bude řeč, patří k takzvaným  LTR retrotranspozonům. Hodně se podobají virům. Svou podstatou jsou to vagabundi poflakující se po genomu bez užitku sem a zase tam. Říkat jim bezdomovci nejde, protože domov mají, je jím genom daného druhu. Tím se liší od zmíněných virů. Neopouští svého hostitele, nejsou tedy infekční, ale jinak jakoby virům z oka vypadli. Traspozony při svém putování genomem často nenapáchají nic. Tu a tam se ale přece jen vmontují do nějakého genu a tím ho vyřadí ze hry. Jsou to zvláštní existence, protože o nich ani nejde tvrdit, že jen škodí. Je to přesně tak, jak se to říká, že i na budižkničemu občas sedne štěstí a pak se začnou dít divy. Protože transpozony dokážou být příčinou mezichromozomového  nerovnoměrného crosing-overu,  intrachromozomové rekombinace,...  a také tím, že mají silnou promotorovou aktivitu, ocitnou-li se v blízkosti a na tom správném konci genu, mohou jeho expresi zvýšit. Takže zafungují jako když v autě víc sešlápneme plynový pedál. Když je to v závodě o život, může pro potomka ocitnuvším se ve zhoršeném prostředí, znamenat rychlejší start hodně.

I když se některé sekvence v genomech různých organismů tváří stejně, nemusí to o jejich příbuznosti vypovídat vůbec nic.

Veteš

To, co švédské výzkumné duo ve své nové práci popisuje, to už je vlastně jen zašlá sláva transpozonů, kterou vyčetli z jejich „stínů“ v DNA. Něco jako prázdné obálky, zbytky po transpozonech, kterým toho mnohde hodně chybí a z kterých jsou už miliony let jen takoví peciválové, neschopní pohybu, neškodní beránci. Zachovaly se v genomu jen jako haraburdí, kterého se organismy nedokázaly zcela zbavit. Té části nic nekódující DNA se většinou říká junk DNA. Časové propasti navzdory, si ostatky transpozonů stále uchovaly své specifické sekvence a podle nich je lze v ptačí DNA dodnes detekovat. Dovoluje to nahlédnout až do doby samých počátků ptactva, kdy v jejich genomech tito skokani řádili, jak černá ruka. 

Fylogenetický strom vzácných genomických změn odráží poněkud odlišnou diverzifikaci ptáků. A) členění podle Jarvis a kol. 2014. B) členění podle Suh a Elegren z letošního roku. Kredit: PLOS ONE doi:10.1371/journal.pbio.1002224.g001

O transpozonech je známo, že se nebývalou měrou probouzí k životu ve stresových situacích. Tím se nemyslí stres psychický, ale ostatní průšvihy všeho druhu, jako třeba chlad a vleklé zimy, horko, nedostatek potravních zdrojů,… Na rozdíl od lidské společnosti, se příroda s nepřizpůsobivými nemazlí. Organismus v nesnázích povolí  transpozonům uzdu a výsledkem jejich skotačení je binec a chaos. Aby to znělo učeněji, říká se tomu destabilizace genomu. V praxi to znamená, že organismu začne hrát vysokou hru. Ostatně moc jiného na výběr stejně nemá, protože jinak by mu hrozilo, že skončí jako fosilie vymřelých nepřizpůsobivých. Při této své hře vabank, se spolčí se zloduchy - transpozony. I když ví, že mu budou škodit, nechá jim v jejich dělání nepořádku volnou ruku. S tím, jak genom rozebírají a přeskupují, se tu a tam nedopatřením stane, že nějakého jedince tím „nechtěně“ vybaví něčím, co se ve změněných podmínkách ukáže být ku prospěchu.  Ať už je to třeba vyřazení genu pro nějakou barvu, nebo naopak urychlení některého z metabolických cyklů,... Jakmile u další generace lépe vybavených potomků stres pomine, jejich buňky spustí mechanismy, kterými transpozony umravní a jejich reje zklidní. Časem z nich je zase jen to haraburdí. A právě v tom se vědci ptákům nyní vrtali.

Konečně se dostáváme k jádru věci

Haraburdí, které je výsledkem rejdění skákajících transpozonů a s příbuzností nic společného nemá (ani když se v něm dva druhy podobají), může při sestavování stromu života sehrát nepěknou roli. Starší z přístupů, respektive jeho počítačový program, bral jako znak příbuznosti i mnohokrát pomnožené nesmysly. To pak způsobilo, že podobnost a příbuznost některých ptáků se jevila velká, ale na smysluplnosti to moc postaveno nebylo. Sekvencí, kterých se moné omyly týkají a které jsou výzkumníci pomocí markerů schopni detekovat, není málo. U ptáků jich už našli dva tisíce. Když počítač poučili, že je má brát při stanovování podobnosti genomů s rezervou, vyplivnul příbuznost v některých případech jinak.

Zvětšit obrázek

Fylogenetická síť vzácných genomických změn odhalila tři adaptivní centra vzniku Neoaves. Neoaves je klad ptáků zahrnující všechny moderní ptáky kromě běžců a galloanserae 
(hrabaví a vrubozobí).  Kredit: Suh a Elegren, PLOS ONE doi:10.1371/journal.pbio.1002224.g001

Nové výsledky rozhodně neznamenají zpochybnění celého stromu vývoje ptáků. Jen se podařilo zjistit, kde se na něm, takříkajíc, roubovalo a co je příčinou, že jsou v genomech oblasti, které vypovídají o větší příbuznosti kolibříka ke kukačce a jiné zase ukazují prstem na holuba. Vlastně se to tak trochu dalo čekat. U každého škatulkování to tak chodí. Záleží na tom, čemu jakou budeme přikládat váhu. Je to jako bychom se snažili dávat do skupin auta a jednou při třídění vyzdvihli náhon na všechny čtyři, jindy upřednostnili jako znak příbuznosti turbo,… Je velká škoda, že nový poznatek je presentován jako zpochybnění evoluce, což v mnohých hlavách udělá zmatek. 

I když nejsme zrovna ornitologové a molekulární genetika nás nezajímá, měli bychom si z toho odnést alespoň nový pohled na strom života. Má nyní kořeny ještě pevnější, než dříve, protože už víme, co nás ohledně stanovování příbuznosti, může zmást. A také se znovu ukázalo, z jak neuvěřitelného chaosu je ta stavba z genomů vystavěna a že výsledný strom má k dílu neomylného hodináře hodně daleko. I když mnohé větve uschly, jiné se rozkošatily a při své snaze využít veškerý dostupný životní prostor, mnohé zakořenily i o kus dál. Výsledek s odstupem času se více než jedinému stromu víc a víc podobá buši - nepravidelně rozhozeným mocným soliterům s podrostem a místy hustým křovím a to vše provázané různým stupněm příbuznosti do níž promlouvá jak ten klasický přenos genů, tak i ten, kterému říkáme horizontální.

Literatura
Jarvis, E.D.: Whole-genome analyses resolve early branches in the tree of life of modern birds, Science 12 December 2014:  Vol. 346 no. 6215 pp. 1320-1331 , DOI: 10.1126/science.1253451 
Alexander Suh, Linnéa Smeds, Hans Ellegren.:The Dynamics of Incomplete Lineage Sorting across the Ancient Adaptive Radiation of Neoavian Birds. PLoS Biology, dx.doi.org/10.1371/journal.pbio.1002224