Nová evolučná teória (Druhá časť)

Evolúcia vysvetľuje pôsobivú diverzitu života na Zemi a objasňuje, ako sa jednotlivé druhy menia a prispôsobujú. V podobe, v akej ju podal Charles Darwin však zďaleka nezodpovedá všetky otázky, keďže Darwin zatiaľ nepoznal štruktúru DNA. Moderná veda tak obohacuje teóriu evolúcie o nové fascinujúce objavy a poznatky.

Význam genetických prepínačov

V prvej časti nášho článku sme vás previedli po boku Charlesa Darwina po Galapágoch a odhalili viaceré revolučné myšlienky, ku ktorým ho táto cesta inšpirovala. Zároveň sme vás zasvätili do tajomnej štruktúry DNA a prezradili, aké odlišné typy génov existujú a na čo slúžia. Tentokrát zameriame našu pozornosť na genetické prepínače, pravekú rybu Tiktaalik, ktorá je spoločným predkom nás všetkých, a na porovnanie človeka s ostatnými primátami.

Genetické prepínače, ktoré sme si čiastočne spomenuli už minule, nám v praxi umožňujú pochopiť napríklad prípad ryby zo skupiny Gasterosteidae, žijúcej v jazere v kanadskej Britskej Kolumbii, hoci bežne tieto ryby žijú v oceáne. Pred tisíckami rokov niektoré z nich z Tichého oceánu preplávali do jazera. Neskôr ich od oceána odrezala pevnina. Oceánska verzia je vybavená trojicou malých kostí, ktoré sa vysunú v prípade nebezpečenstva z tela ako ostne, jazerné ryby ich ale stratili, hoci naďalej vlastnia gén zodpovedný za ich tvorbu.

Prepínače možno lepšie pochopiť aj v súvislosti s pinkami z Galapágov, ktoré sa rodia s plne vyvinutými zobákmi, musia sa teda prispôsobiť prostrediu ešte v čase vývoja embryí. Vedci porovnávali viaceré vajíčka piniek s embryami v rôznom štádiu vývoja a sústredili svoju pozornosť na gény zodpovedné za vzhľad vtáčích hláv. Zistili, že zatiaľčo u embrya jednej pinky sa gén aktivoval v istý deň, u druhej pinky k tomu došlo až o 24 hodín neskôr. To naznačuje, že rovnaké gény vytvárajú rozličné zobáky a rozdiel nastáva v momente, kedy sa prostredníctvom prepínačov zapnú, vypnú a záleží to aj od toho, ako sa použijú.

Tiktaalik, predchodca suchozemských tvorov

V embryách suchozemských bytostí vidíme štrbiny, neskôr sa vyvíjajúce do malých kostí vnútorného ucha, u rýb sa však stávajú žiabrami. Ako sa ale u ryby mohli vyvinúť nohy potrebné pre pobyt na súši? Pre podobnú otázku vedci hľadali fosíliu spred zhruba 365 miliónov rokov, ktorá by sa nachádzala v štádiu prechodu, teda bytosť, ktorá bola ešte stále rybou, zároveň však disponovala aj náznakmi končatín.

Požadovanú fosíliu sa napokon podarilo v roku 2004 objaviť na Ellesmerovom ostrove v Kanade, v blízkosti Severného póla. Od vedcov dostala inuitské meno Tiktaalik. Ryba mala plochú hlavu s očami smerujúcimi dohora ako zviera, ktoré hľadí ponad vodu. Jej plutvy pripomínali ramená, keďže ich štruktúra bola podobná ako v prípade živočíchov so štyrmi končatinami. Prečo sa u Tiktaalika vyvinula podobná štruktúra naznačujú iné (v blízkosti objavené) fosílie patriace veľkým a nebezpečne vyzerajúcim rybám. Je teda možné, že ramená u Tiktaalika vznikli, aby sa nestal potenciálnou korisťou a mohol sa ukryť na plytčine alebo priamo na súši.

Nakoľko DNA ryby žijúcej pred približne 375 miliónmi rokov je samozrejme už dávno nedostupné, nemôže nám vysvetliť genetický mechanizmus spôsobujúci premenu plutvy na končatinu. Podobným DNA však disponuje aj dodnes žijúca ryba, jeseter, ktorý obýva napríklad plytké vody rieky Mississippi. Ten je prakticky žijúcou skamenelinou a jedným z posledných druhov zachovaných zo skupiny, do ktorej kedysi patril Tiktaalik.

Embryá jesetera sú preto podrobené výskumu a hľadá sa v nich gén vedúci k tvorbe plutiev. Objavený bol napokon v skupine staviteľských génov označovaných ako gény hox alebo homeotické gény, ktoré sa nachádzajú u všetkých zložitejších živočíchov, a teda aj u dnešného človeka. Tieto gény majú privilegované postavenie, keďže dávajú rozkazy vo vyvíjajúcich sa embryách a aktivujú celú sieť prepínačov v génoch vytvárajúcich jednotlivé časti tiel. Sú preto veľmi dôležité pri určení podoby a formy vyvíjajúceho sa tvora.

Homeotické gény zohrali kľúčovú úlohu aj pri tvorbe plutiev jesetera, pričom hornú časť plutvy formujú rovnaké gény ako u nás dlhú ramennú kosť, strednú časť ako ľudské dve lakťové kosti a tie isté gény pracujúce v inom poradí vytvárajú kostičky na okraji jeseterovej plutvy a v ľudskom tele formuje odlišná sekvencia týchto génov naše prsty. Tento objav dokázal, že pre vznik nových genetických štruktúr nie sú nevyhnutné nové gény, nakoľko už existujúce gény sa jednoducho môžu zoskupiť v inej sekvencii alebo pracovať odlišne.

Praveký Tiktaalik by po prechode na suchú zem objavil svet plný rastlín a hmyzu, ideálny pre živočíchov vybavených končatinami a pripravený na kolonizáciu. V priebehu miliónov rokov sa nové končatiny vývijali a diverzifikovali. Niektoré sa adaptovali na beh, iné na let, hrabanie či plávanie. Bytosti so štyrmi končatinami prevzali svet a je fascinujúce dozvedieť sa, že na začiatku tohto procesu bolo len niekoľko genetických zmien u istej pravekej ryby.

Zistili sme teda, že existujú odlišné skupiny génov. Prvá vytvára jednotlivé časti tela ako sú svaly alebo vlasy. Druhá funguje ako prepínače, ktoré prvé gény zapínajú a vypínajú podľa potreby. Tretia zas dáva týmto prepínačom pokyny a spoluprácou všetkých troch skupín vzniká fascinujúca diverzita Zeme.

Podobnosť a odlišnosť človeka s primátmi

V rámci skúmania evolúcie sa vedci zamysleli aj nad tým, čo nás vlastne robí človekom a čo je základom ľudskosti. Ako jediný druh myslíme na to, čo si o nás myslia ostatní a taktiež len my trestáme tých, ktorí ublížili iným. Človek vytvára úžasné veci vo sfére umenia, architektúry, medicíny či vedy a zároveň je schopný zostrojiť atómovú bombu a jednoduchým stlačením gombíka zabiť milióny iných ľudí.

Vzhľadom na odlišnosť človeka od iných živočíšnych druhov sa po dlhú dobu verilo, že je zároveň lepšou bytosťou, vytvorenou na obraz Boží. Toto všeobecné presvedčenie naštrbili nové a na svoju dobu revolučné teórie Charlesa Darwina, na ktorého adresu sa zniesla veľká vlna kritiky po tom, čo poukázal na podobnosť človeka s inými živočíchmi.

Krátko nato, čo sa Darwin vrátil do Británie z ciest, bol pred londýnskou verejnosťou vystavovaný oraguntan menom Jenny v rámci prvej exhibície veľkej opice v krajine vyvolávajúcej značnú senzáciu. Darwina fascinovalo, že Jenny sa občas správala ako dieťa a v jej správaní si všimol viaceré podobnosti s človekom. Naznačil teda, že človek pochádza z opice, načo sa takmer okamžite stal terčom posmeškov a karikatúr. Zároveň ho obviňovali z útoku na priam posvätný princíp, podľa ktorého človeka stvoril Boh na svoj obraz v nadradenej pozícii voči ostatným tvorom. Dnes je však táto myšlienka všeobecne akceptovaná v mysliach väčšiny ľudí.

Pri pohľade na človeka a šimpanza vidíme samozrejme očividné rozdiely, naše DNA je však identické takmer na 99%. Dnes sa teda už toľko nepýtame, ako môže byť tak veľké množstvo tvorov spríbuznených, ale naopak, ako môžu tak podobné druhy ako človek a šimpanz mať zároveň medzi sebou toľko rozdielov. Odpoveď nachádzame v kľúčovom orgáne, ruke vybavenej palcom, ktorý sa môže dotknúť ostatných štyroch prstov na ruke a dáva nám úžasnú precíznosť a silu.

Jedno percento DNA odlišujúcej človeka od šimpanza pozostáva z približne 30 miliónov chemických písmen odlišných sekvencií. Pri ich podrobnom skúmaní vedci objavili sekvenciu odlišnú medzi ľudskou a šimpanzou DNA na 13 miestach. Mať správne vyvinutú končatinu ale nestačí, keďže pre jej adekvátne využívanie potrebujeme aj ďalší podstatný orgán, mozog, ktorý je trikrát väčší v porovnaní so šimpanzom a jeho štruktúra je veľmi odlišná.

Jedinečnosť ľudského mozgu

Vedec zaoberajúci sa výskumom svalovej dystrofie skúmal množstvo génov podieľajúcich sa na vývoji svalov a používal k tomu databázu projektu ľudského genómu. Po čase sa mu podarilo nájsť dosiaľ neidentifikovaný gén zodpovedný za tvorbu svalov, chýbali mu však dve písmená. Podobná absencia by mala viesť k serióznemu problému so svalmi, prečo má teda človek gén spôsobujúci podobnú škodu?

Výskumom sa zistilo, že týmto génom disponujú všetci ľudia, nenájdeme ho však u šimpanzov. Úlohou génu je tvorba svalov potrebných pre žuvanie, ktoré si vyžaduje použitie väčšej sily u človeka ako u šimpanza. Vedci sa zamerali na prepojenie žuvacieho svalu a vývoja ľudského mozgu. U človeka aj u šimpanza pozostáva lebka z viacerých kostí umožňujúcich zväčšovanie hlavy počas rastu. Žuvacie svaly gorily sú veľmi silné, zaberajú jej viac miesta v lebke a tým pádom limitujú priestor pre mozog.

Kosti umožňujúce rast hlavy sa v prípade šimpanza, gorily a orangutana uzatvárajú vo veku troch až štyroch rokov, zatiaľčo v prípade človeka rastú až do jeho tridsiatich rokov. Mutácia ľudského génu pre tvorbu žuvacích svalov teda umožňuje rast lebky až do dospelosti, čím sa vytvára väčší priestor pre náš najdôležitejší orgán a mozog tak môže dlhšie narastať. Čo okrem dostatočného priestoru ale mozog ešte potrebuje pre svoj rast?

To pomáha pochopiť neurologická porucha mikrocefália, počas ktorej sa deti rodia s mozgom až o polovicu menším ako je bežné, čo im spôsobuje vážne zdravotné problémy a skracuje očakávanú dĺžku života. Pri hľadaní génu zodpovedného za túto poruchu, bolo objavených 21 odlišných mutácií, v rámci ktorých boli niektoré z chemických písmen DNA nahradené inými alebo úplne chýbali. Bez ohľadu na formu poškodenia, však tieto gény vždy bránili bunkám v ďalšom delení počas ranného štádia vývoja.

Vedci tak natrafili na gén kľúčový v procese rastu mozgu a porovnali tento gén u zdravých ľudí a šimpanzov, pričom našli množstvo odlišných mutácie a možno práve tie boli pri vývoji ľudského mozgu rozhodujúce. Bol vytvorený počítačový program porovnávajúci DNA človeka so šimpanzom a inými nám blízkymi živočíchmi, ktorého úlohou je nachádzať rozdiely v ich DNA. Mnohé z týchto rozdielov pritom spočívali v prepínačoch, pričom vyše polovica z nich pracuje s génmi zodpovednými za mozog.

Je nespochybniteľné, že aj malé rozdiely v DNA môžu viesť k obrovským zmenám, pričom Darwinovi nasledovníci dnes pokračujú v jeho práci a rozširujú teóriu evolúcie do nečakaných rozmerov, čo by autora Pôvodu druhov rozhodne potešilo.

_____________

Autorka: Monika Nosková

Zdroj: dokumentárny film The New Theory of Evolution : Documentary on the Evolving Theory of Evolution

Obrázok: vignette1.wikia.nocookie.net/necyklopedia/images/9/9c/Darwin_ape.jpg/revision/latest/scale-to-width-down/356?cb=20101115181508&path-prefix=sk

Pridajte komentár

Vaša e-mailová adresa nebude zverejnená.

Táto webová stránka používa Akismet na redukciu spamu. Získajte viac informácií o tom, ako sú vaše údaje z komentárov spracovávané.