Biologové uvažují o evoluční změně od doby, kdy ji Charles Darwin poprvé vysvětlil.
Biolog Jay Storz a kolegové z University of Nebraska-Lincoln s využitím moderních molekulárních nástrojů a práce v terénu poprvé prokázali, že různé druhy se mohou ubírat různými genetickými cestami k rozvoji stejného rysu. Zjištění týmu se objevují ve vydání časopisu Science z 21. října.
"V evoluční genetice existuje tato opravdu dlouhodobá otázka o předvídatelnosti genetických změn," řekla Storz, profesorka biologických věd Susan J. Rosowski.
Jinými slovy, podstoupily druhy se společným prospěšným rysem stejné genetické změny, aby se tento rys vyvinul? Nebo se tato vlastnost vyvinula různými, a proto nepředvídatelnými genetickými cestami?
Ukazuje se, že přirozený výběr, primární evoluční proces, může spolehlivě produkovat podobné, prospěšné vlastnosti u různých druhů. Ale na molekulární úrovni mají evoluční změny tendenci být vysoce idiosynkratické, a proto jsou mnohem méně předvídatelné.
Aby to zjistil, obrátil se Storz na ptáky žijící v jihoamerických Andách. Porovnáním ptačích druhů ve vysokých nadmořských výškách s jejich protějšky z nížin jeho tým zjistil, že se u vysokohorských ptáků vyvinuly červené krvinky s proteiny hemoglobinu, které snadněji vážou molekuly kyslíku. Tato vlastnost prospívá druhům žijícím v prostředí s nízkým obsahem kyslíku, jako jsou hory.
Storz a jeho tým testovali proteiny hemoglobinu z mnoha druhů ptáků z vysokých nadmořských výšek a identifikovali, které rozdíly nebo mutace v složení proteinů byly zodpovědné za tento rys ve vysoké nadmořské výšce. Ve většině případů byla změna funkce proteinu mezi různými druhy způsobena různými mutacemi.
"To znamená, že existuje mnoho možných mutací, které mohou všechny vyvolat stejný fenotypový efekt (vlastnost), " řekl Storz. "Nemůžeme předpovědět, které konkrétní mutace jsou zodpovědné za tyto změny." Jedním z možných důvodů této variability je, že během evoluce hemoglobiny různých druhů nashromáždily každý svůj vlastní jedinečný soubor mutací. Vzhledem k tomuto odlišnému genetickému pozadí může mutace, která má prospěšný účinek u jednoho druhu, mít škodlivý účinek u jiného druhu.
K otestování této teorie použil Storzův tým nástroje genetického inženýrství k rekonstrukci a vzkříšení hemoglobinových proteinů několika původních ptačích druhů, včetně předka společného všem ptákům, který existoval před více než 100 miliony let. Zapracování vysokohorských mutací hemoglobinu do starověkých ptačích proteinů vedlo k výrazně odlišným účinkům než u současných ptáků.
Jak evoluce postupuje v čase, různé mutace se hromadí v různých druzích a prostředích. Přirozený výběr například vyvíjí na druhy podobné tlaky, aby se přizpůsobily, když se přesouvají do vyšších nadmořských výšek, ale adaptace musí mít různé genetické cesty, aby se tam dostaly.
„Toto je nový fenomén, který naše zjištění pomohla odhalit,“řekl Storz. Jeho tým pokračuje ve zkoumání historických vlivů na genetickou adaptaci.
