Mezi evolučními vědci existuje názor, že asexuální rozmnožování je evoluční slepá ulička a její nositelé jsou odsouzeni k zániku. Asexuální druhy se během evoluce objevily mnohokrát. Přechod k nepohlavnímu rozmnožování však obvykle vede k rychlému vyhynutí druhu. Nápadným příkladem tohoto „pravidla“ je, že asexuální skupiny organismů obvykle zahrnují velmi málo druhů (velký počet druhů prostě nestihne během „života“ asexuální skupiny vzniknout). Na to však bdelloidní vířníky zapomněli varovat: k nepohlavnímu rozmnožování přišli před více než 40 miliony let a od té doby bez problémů existují; tato třída zahrnuje více než 450 moderních druhů. Ale jedno přísloví říká: pokud teorie odporuje faktům, tím hůře pro fakta. Vznikla proto verze: co když vířníci vůbec nejsou asexuální, takže žijí dál, aniž by tak dlouho vymřeli? Vtipy stranou, exaktní vědy vyžadují přísné důkazy a záležitosti se ujala mezinárodní skupina vědců, která zahrnovala členy Laboratoře evoluční genomiky Fakulty bioinženýrství a bioinformatiky (FBB) Moskevské státní univerzity. Podařilo se jim pomocí genetických metod prokázat, že pohlavní rozmnožování je neslučitelné s genomem vířníků, což znamená, že jsou s největší pravděpodobností skutečně asexuální; odpovídající studie byla publikována v časopise Nature (doi:10.1038/nature12326).
Bdelloidní vířníci jsou velmi zajímavá mikroskopická zvířata. Za prvé, vydrží úplné vysušení až 9 let. Za druhé, když jsou suché, jsou velmi snadno přenášeny větrem. Za třetí, okamžitě se „namočí“ a začnou růst a množit se, jakmile se dostanou na jakékoli vlhké místo. Vědci sekvenovali genom jednoho takového vířníka, druhu Adineta vaga (A.vaga). Výsledky byly docela působivé. „Nemají homologní (tj. se stejnými sadami genů) chromozomy,“ říká výzkumnice FBB Olga Vakhrusheva, spoluautorka studie z ruské strany. “To znamená, že nemají meiózu a nemohou se sexuálně rozmnožovat.” Mezidruhoví hybridi, jako jsou mezci, čelí podobnému „problému“. Jejich chromozomy nejsou „úplně“ homologní – jsou mírně odlišné, protože byly získány z různých, i když podobných druhů. To vede k narušení meiózy a neživotaschopnosti zárodečných buněk. “Nepřítomnost homologních chromozomů je nejsilnějším důkazem na úrovni genomu, že vířníci jsou nakonec asexuální,” říká Vakhrusheva.
Při absenci sexuální reprodukce a rekombinace 1 se očekávalo, že sekvence alel (každý gen je v genomu přítomen ve dvou kopiích – tyto kopie se nazývají alely) by měly nezávisle akumulovat substituce (jednopísmenné rozdíly). Za několik desítek milionů let nepohlavní evoluce se sekvence alel měly velmi rozcházet, ale ukázalo se, že v průměru se alely od sebe liší pouze o 3–4 %. S největší pravděpodobností je to výsledek genové konverze, procesu, který „zarovná“ sekvence alel.
“Viděli jsme stopy, že alely (Ed.) v genomu A.vaga často podléhají genové konverzi – procesu, ve kterém sekvence DNA z jedné alely nahrazuje sekvenci druhé alely,” říká Vakhrusheva. “Pokud před konverzí existovaly alely A a B, pak po konverzi zůstaly dvě alely A nebo dvě alely B.”
Předpokládá se, že genová konverze může „vymazat“ škodlivé mutace – pokud se například jedna vyskytla v jednom z genů a pak byla v důsledku genové konverze nahrazena jinou, ve které žádná mutace nebyla. Může se to stát i obráceně – pak bude „zdravá“ alela nahrazena „nemocnou“. To by se zdálo být špatné, protože v důsledku toho nezůstane jediná dobrá alela. Podle Vakhrusheva však v tomto případě bude škodlivá mutace homozygotní, bude viditelná pro selekci a poté bude účinně odstraněna z populace. Zdá se, že genová konverze může působit proti nevratnému hromadění škodlivých mutací v asexuálních organismech, navrhuje Vakhrusheva.
Kolegové vědců z FBB v publikaci navíc ukázali, že vířníci „ukradli“ poměrně hodně genů z jiných organismů (včetně bakterií) – jde o tzv. horizontální přenos genů – pravděpodobný mechanismus zvyšování genetické diverzity u vířníků, popř. pomáhá jim bojovat s poklesem kondice 2. Podle vědců je to usnadněno vysycháním vířníků, což má za následek zlomy dvouřetězcové DNA, což usnadňuje integraci cizího genetického materiálu.
Ale to není všechno. Podle Vakhrusheva zatím není možné vyloučit možnost, že vířníci mají nějaký druh pseudosexuálního procesu, který nevyžaduje meiózu (například parasexuální cyklus). Pro testování této hypotézy vědci plánují sekvenovat několik jedinců z populace A.vaga a podívat se na jejich genotypy.
Ph.D. Ivan Okhapkin,
Katedra inovační politiky a mezinárodních vědeckých vztahů
1 Při meióze se homologní chromozomy párují a vyměňují si genetický materiál, což je proces zvaný rekombinace
2 Pokles zdatnosti a v konečném důsledku i vyhynutí druhů, které bylo zmíněno na začátku článku, je možným přímým důsledkem nepohlavního rozmnožování, kdy se organismy jakoby stahují do sebe, nevyměňují si genetický materiál s ostatními, hromadí škodlivé mutace, nedostávají prospěšné mutace od příbuzných a V důsledku toho jsou nahrazeny jinými, více přizpůsobenými druhy.
