Nová evolučná teória (Prvá časť)

Evolúcia vysvetľuje pôsobivú diverzitu (druhovú rozmanitosť) života na Zemi a objasňuje, ako sa jednotlivé druhy menia a prispôsobujú. V podobe, v akej ju podal Charles Darwin, však ani zďaleka nezodpovedá všetky otázky, keďže Darwin zatiaľ nepoznal štruktúru DNA. Moderná veda tak obohacuje teóriu evolúcie o nové fascinujúce objavy a poznatky, o ktoré sa s vami chceme podeliť v našom dvojčlánku. 

Príklon Darwina k prírodným vedám

Obrovská a fascinujúca diverzita života na Zemi už dávno priťahuje pozornosť vedcov, pričom za značný pokrok v jej výskume vďačíme predovšetkým Charlesovi Darwinovi (1809-1882), ktorý svoje poznatky zhrnul v diele Pôvod druhov, ktorá bola vydaná v roku 1859. Teória evolúcie vysvetľuje, prečo sa jednotlivé druhy menia a ako sa adaptujú na prostredie, ktoré ich obklopuje. V čase jej publikácie išlo o veľký prelom. Aj samotný Darwin však uznal, že teória nie je kompletná a nedokáže zodpovedať otázku, ako vlastne k evolúcii došlo a aký fyzický proces sa s ňou spájal.

Darwin sa o prírodu zaujímal už v detstve, kedy sa rád prechádzal a zbieral popritom chrobáky. Bol synom impozantného otca a uznávaného fyzika, ktorý sa obával o jeho budúcnosť v živote, a tak ho poslal do medicínskej školy v Edinburghu. Vtedajšie medicínske praktiky mladého Charlesa však zhrozili, a preto ho otec neskôr presunul do Cambridge na štúdium teológie. Hoci s tým tiež nepochodil, predsa tu jeho syn dospel a začal sa serióznejšie zaujímať o prírodné vedy.

Cesta na Galapágy plná nových poznatkov

Darwin si získal uznanie ako biológ, a tak sa dostal na loď HMS Beagle, ktorá sa chystala skúmať pobrežné vody Južnej Ameriky. Táto cesta trvala päť rokov, počas ktorých loď plávala cez Kapverdy popri pobreží Brazílie a Argentíny, kde Darwin objavil fosílie obrovských cicavcov, v tej dobe už očividne vyhynutých. Svoj najväčší objav však uskutočnil na skupine 13 ostrovov situovaných v Tichom oceáne, pri pobreží Ekvádoru, na Galapágoch.

Toto súostrovie obývajú mnohé nezvyčajné druhy, vrátane teplomilných tučniakov, obrovských korytnačiek a jašteríc potápajúcich sa v morskej vode. V tom čase bol Darwin skôr zberateľom než teoretikom a mnohému zatiaľ dobre nerozumel, hoci ho to napriek tomu fascinovalo a podrobne to popisoval vo svojich zápisoch.

Najväčšiu pozornosť zameral Darwin na Galapágoch na vtáky, ktorých viaceré exempláre si so sebou aj odniesol. Strávil s posádkou na súostroví 5 týždňov, neskôr pokračovali vo svojej plavbe a napokon sa vrátili domov. Po návrate z výpravy si Darwin uvedomil, že hoci so sebou doniesol rozličné vtáčie exempláre, všetky boli v skutočnosti variáciou toho istého druhu, a teda pinky. Ich zobáky boli ale veľmi odlišné a Darwin si čoskoro uvedomil, že na vývoj ich zobákov mal vplyv fakt, z ktorého ostrova pochádzali.

Neskôr začal študovať korytnačky, ktoré sa od seba tiež líšili pancierom v závislosti od ich pôvodu. Takto si Darwin uvedomil, že tunajšie druhy sa nejakým spôsobom a z nejakého dôvodu menili. Chápal, že pôvodne na Galapágoch existoval len jeden druh pinky a korytnačky, ktorý sa neskôr začal diverzifikovať. Čomu ale nerozumel bolo, prečo by sa Boh označovaný za stvoriteľa všetkého na Zemi mal zaťažovať tvorbou mierne odlišných zobákov piniek.

Darwin skúmal aj objavené fosílie, ktoré pripomínala veľkého leňochoda a pásavca. Oba druhy už boli v tej dobe vyhynuté, zanechali však po sebe následníkov v podobe menších živočíchov, čím Darwin získal viac dôkazov pre svoju teóriu meniacich sa druhov.

Boj o prežitie a adaptácia na okolité prostredie

Počas viktoriánskej éry sa medzi vedcami tešilo obľube štúdium druhov v ich zárodočnej bunkovej fáze a toto skúmanie embryí fascinovalo aj Darwina. Všimol si, že v hadích embryách vidieť drobné zárodky končatín, ktoré sa však nikdy nevyvinú. Podobne majú embryá veľrýb zuby, hoci neskôr ich nemajú v dospelosti. Pri človeku zas natrafil na tkanivo, ktoré sa u rýb vyvinie do žiabier, zatiaľčo v našom prípade sa zmení na kosti vnútorného ucha. Malo to znamenať, že človek vlastne pochádza z ryby?

Postupom času vytvoril Darwin teóriu Stromu života, podľa ktorej boli všetky druhy na Zemi vzájomne prepojené, čo umožnilo, že vtáky sa vyvinuli z dinosaurov a ľudia z rýb. Čo však spôsobovalo zmenu tvorov a ako k nej dochádzalo? Inšpiráciu našiel Darwin pri psoch, uvedomujúc si, že ich rozličné rasy vznikli detailným procesom selekcie, v ktorom chovatelia psov spájali psy s odlišnými charakteristikami, a tak vytvárali nové rasy.

Mohol podobný spôsob selekcie bez ľudského zásahu prebiehať aj v prírode? Tu Darwin prišiel k názoru, že príroda je divoká a každý sa v nej snaží o vlastné prežitie, čo vedie k smrti jedného a prežitiu druhého. Príroda sa pre neho stala bojovým poľom, na ktorom dochádzalo k neustálym bojom, tie však boli v konečnom dôsledku procesom vytvárania.

Darwin si všimol, že prežili tie druhy, ktoré boli najlepšie prispôsobené životu v prostredí, ktoré ich obklopovalo. Zatiaľčo niektoré boli adaptované na extrémne výkyvy počasia, iné disponovali veľkou rýchlosťou alebo sa dokázali vyhnúť potenciálnym nepriateľom splynutím s prostredím, schovaním do panciera alebo vystrčením pichliačov.

Podobnými úvahami prišiel Darwin k názoru, že aj odlišné zobáky piniek musia byť nejako nápomocné pri ich prežití. Pochopil, že zobák využívajú, aby sa dostali k potrave a hlavná zložka ich potravy sa v Galapágoch líšila od ostrova k ostrovu. Zatiaľčo niekde potrebovali silný zobák na rozlúsknutie tvrdých semienok, inde bol nevyhnutný dlhý zobák umožňujúci prístup k nektáru a peľu kvetín. Zobáky piniek sa teda adaptovali v závislosti od dominantného zdroja potravy každého ostrova.

Rovnako Darwin chápal, že sa odlišoval od vlastného brata, hoci mali tých istých rodičov a že jeho deti sa podobali jemu a jeho žene Emme, hoci neboli úplne rovnaké. Tento faktor označil biológ za variácie, ktoré mali byť štartovacím bodom pre zmeny v prírode. Líšia sa od seba z generácie na generáciu, zoskupujú a vedú k vzniku nových druhov. Podobná evolúcia prírodným výberom je teda kľúčom k tvorbe nových tvorov.

Darwinove majstrovské dielo navždy zmenilo spôsob ľudského uvažovania a ponúklo rozsiahlu vedeckú teóriu založenú na faktoch a pozorovaniach. On však naďalej presne nevedel, čo vedie v tele tvora k zmene. Moderná doba má na túto otázku jasnú odpoveď. 

Tajomstvá štruktúry DNA

Pochopiť podobné zmeny nám umožňuje štúdium DNA, ktoré bezpochyby možno považovať za jeden  z najväčších úspechov modernej vedy, ktorý vytvára autentickú pokladnicu informácií potrebných pre tvorbu všetkých bytostí okolo nás.

Štruktúra DNA pozostáva z jednej hlavnej molekuly, ktorej reťazec tvoria štyri menšie molekuly označované písmenami G, T a C. Každú molekulu obklopujú špeciálne sekvencie vytvárajúce naše gény, z ktorých mnohé dostávajú podobu proteínov podieľajúcich sa napríklad na vzniku svalov a vlasov. Hoci molekuly pozostávajú len zo štyroch písmen, tie sa spájajú v obrovskom množstve kombinácií, čo vedie k rovnako veľkej biodiverzite.

DNA nie je nemenné, naopak sa mení s počatím každého dieťaťa, ktoré dostane polovicu génov z matkinej a polovicu z otcovej strany, čím vzniká úplne nová kombinácia. Okrem toho sa DNA mení aj prostredníctvom mutácie vytvárajúcej rozdiely medzi jednotlivcami. Mutácie vznikajú v procese rozdeľovania buniek a telesného vývoja. Napríklad, ak A v niektorej molekule nahradí G, alebo písmeno C nahradí T. Podobné zmeny môžu byť tak nevýrazné, že si ich neuvedomíme, pokiaľ však nastanú v génoch, ktoré posunieme našim potomkom, môžu viesť k zásadným zmenám.

Evolúcia v praxi

V Arizonskej púšti, nehostinnom mieste pre život, nájdeme drobné myšky, ktoré sa musia mať na pozore prakticky pred všetkým, čo sa hýbe. Najlepšiu ochranu pred predátormi im ponúka kamufláž a ich srsť má preto tradične hnedastý odtieň okolitých skál. Postupom času sa ale v oblasti otvorili sopečné krátery a niektoré územia tak pokryla čierna stuhnutá láva.

Na podobne tmavom podklade by bola svetlá myš príliš viditeľná, postupom času sa však u myší pohybujúcich sa po tmavých skalách vyvinula podobne tmavá srsť, zatiaľčo ich príbuzné zo svetlých skál zostali rovnako svetlé. Tmavá myš má však naďalej svetlé brucho, no to väčší predátori pozerajúci sa na myš z výšky vidieť nemôžu.

Vzorky oboch myší boli porovnávané v laboratóriu a takto sa zistilo, že gény oboch druhov myší sú takmer identické s výnimkou štyroch sekvencií s odlišnou kombináciou génov, čo predstavuje jasný príklad evolúcie a prirodzeného výberu v praxi. Tento príklad je pritom len jedným z mnohých, ktoré viedli k názoru, že pre pochopenie evolúcie je potrebné poznať gény všetkých druhov a proces ich mutácie.

Rozdiely v génoch a ich používaní

V 90. rokoch 20. storočia sa preto začal rozsiahly proces tvorby genómu, porovnávania génov a ich rozličných kombinácií všetkých dostupných tvorov. Niektorí ľudia sa domnievali, že takto sa dokáže, že komplexnejšia bytosť ako človek musí mať viac génov než jednoduchšie tvory. Napokon sa však zistilo, že človek vlastní 23-tisíc génov, čo je rovnako veľa ako kura či jednoduché jednobunkové organizmy, a tiež menej ako mnohé rastlinné druhy. Zároveň sa objavilo, že viaceré z našich kľúčových génov sa nachádzajú napríklad aj u opíc a u rýb.

Mutácie sú len jednou časťou príbehu evolúcie, pri ktorej skúmaní môžeme, podobne ako Darwin, využiť aj embryá.  Tie sa bezprostredne po počatí u mnohých rozličných druhov veľmi podobajú a až v ďalšom vývine sa rozdiely medzi nimi stávajú zreteľnejšími. Podobné embryá disponujú rovnakými kľúčovými génmi pre tvorbu svojich tiel. Génmi ovplyvňujúcimi tvar hlavy, polohu a formu končatín (ramená, nohy, krídla), ako aj pokrytie pokožky pruhmi, škvrnami alebo inými prvkami. Tie isté gény tak vedú u rozličných druhov k radikálne odlišným výsledkom, čo znamená, že diverzitu nevytvára počet génov, ale fakt, ako ich jedinec využíva.

Ovocná muška sa stala ideálnym druhom pre získanie genetických dát potrebných pre výskum evolúcie. Jej samček sa pohybuje akoby tancoval a predvádza zvodným spôsobom samičke svoje čierne škrvnky na konci svojich krídel. Iný druh ovocnej mušky ale škvrnkami nedisponuje a jeho rozmnožovací rituál je tak menej atraktívny. Vedci vedia, že gén spôsobujúci škvrny vlastnia oba druhy, no len jeden z nich ho využíva. Nie je preto podstatné gén mať, ale používať ho.

Istý vedec počas experimentu s ovocnými muškami pridal časť DNA z mušky so škvrnami do embrya mušky bez nich a aby napomohol adaptácii nového génu, použil gén morskej medúzy spôsobujúci jej svetielkovanie. Tak vznikla muška, ktorá mala zrazu nielen škvrny, ale ktorá dokonca aj svietila v tme.

Týmto spôsobom bol objavený rozhodujúci kúsok DNA, ktorý nám umožňuje pochopiť vývin odlišných živočíšnych tiel. Nazvali ho prepínače alebo genetické prepínače, ktoré nie sú reťazcom, ani sa nemenia v proteíny vytvárajúce svaly a vlasy. Prepínače však takpovediac „zapínajú“ a „vypínajú“ iné gény so spomenutou schopnosťou, umožňujú teda bytostiam používať svoje gény na vybranom mieste a vo vybranom čase.

Už čoskoro si budete môcť prečítať druhú časť nášho článku, aby ste sa dozvedeli viac nielen o prepínačoch, ale aj pravekej rybe Tiktaalik, ktorá sa považuje za nášho predka. Zistíte tiež, v čom sa vlastne človek podobá a v čom sa odlišuje od ostatných primátov.

____________

Autorka: Monika Nosková

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

Obrázok: i.ytimg.com/vi/txtOIV_EEks/hqdefault.jpg

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.