Genomy ptáků, kteří stáli u zrodu Darwinovy teorie přírodního výběru, nabídly pohled do tajů evoluce

Loď Beagle s Charlesem Darwinem na palubě přistála u Galapág 15. září 1835. Mladý přírodovědec rozhodně nepřekypoval nadšením. Nenašel tu jedinou aktivní sopku, ačkoli se na soptící vulkány jako vynikající geolog těšil. Fauna ho neuchvátila. Jedinečné leguány mořské přizpůsobené životu ve vodě označil v deníku za „ty nejhnusnější neohrabané ještěry“.

Ani ptáci ho moc nezajímali. Jejich lov a konzervaci přenechával do značné míry svému asistentovi Symsi Covingtonovi. Přesto měla krátká návštěva Galapág, která skončila 20. října 1835, pro Darwinovu následnou vědeckou dráhu rozhodující význam. A ptáci v tom sehráli klíčovou roli.

Po návratu do Anglie předal Darwin ptáky ulovené na Galapágách slavnému ornitologovi Johnu Gouldovi. Byli mezi nimi i opeřenci, které Darwin označil předběžně jako kosy, „velké zobáky“, vrány a pěnkavy. Gould v nich ale rozeznal skupinu blízce příbuzných pěvců náležejících ke dvanácti různým druhům. Všechny byly blízce příbuzné jihoamerickým pěvcům. Gouldova zpráva vzbudila senzaci a dostala se na titulní stránky novin.

Darwina donutila, aby se začal ptáky znovu zabývat. A došel k naprosto revolučnímu závěru, že se jednotlivé druhy vyvinuly adaptací na podmínky panující na různých galapážských ostrovech. Tím položil základ své teorie přírodního výběru, podle které přežívají v přírodě jedinci nejlépe přizpůsobení aktuálním podmínkám.

Ptáci s velkými zobáky se adaptovali na louskání tvrdých plodů a semen. Ptáci s úzkými šídlovitými zobáky se přizpůsobili k lovu hmyzu. Jeden druh pěvce zanesený na Galapágy větrem z pevniny tak dal vzniknout několika různým druhům. V roce 1936 nazval britský ornitolog Percy Lowe tyto ptáky souhrnně Darwinovy pěnkavy. Ornitologové pro ně vyhradili název pěnkavka, kterým dávají najevo, že galapážští pěvci nemají s běžnými pěnkavami nic společného.

ALX1 – zobákový gen

Tým genetiků vedený Leifem Anderssonem z univerzity v Uppsale nyní přečetl kompletní dědičnou informaci celkem 120 jedinců čtrnácti druhů galapážských pěnkavek a jednoho druhu pěnkavky z blízkého Kokosového ostrova. Vzorky DNA nasbírali manželé Peter a Rosemary Grantovi, kteří studují tyto ptáky na Galapágách už čtyřicet let. Výsledky publikované ve vědeckém časopise Nature potvrdily, že se tito ptáci vyvinuli z jediného společného předka během jednoho milionu roků.

V DNA pěnkavek našli vědci úsek, který se lišil mezi druhy s různě tvarovanými zobáky. V této části ptačí DNA se nachází gen označovaný jako ALX1. Obdobný gen je znám i z dědičné informace savců včetně člověka, kde se podílí na formování obličeje. Pokud je gen poškozen mutací, rodí se děti s těžkými defekty.

Jak ale ukázal výzkum genu ALX1 u pěnkavek, mírné proměny tohoto genu nevedou k defektům, ale otevírají cestu k evoluci. Vědci předpokládají, že umírněné změny genu ALX1 se mohly během evoluce člověka podílet na změnách obličejové části lebky a dnes se mohou například spolurozhodovat o individuálních rysech našich tváří.

ALX1 zřejmě není jediný gen, který určuje tvar zobáku. Leif Andersson považuje za nejpozoruhodnější zjištění, že ani příslušníci jednoho druhu pěnkavek nemají gen ALX1 úplně stejný.

V důsledku toho je u nich do jisté míry variabilní i tvar zobáku. Například u pěnkavky prostřední pozorovali Peter a Rosemary Grantovi jedince s tlustšími i užšími zobáky. Jde o názorný příklad toho, jak funguje evoluce. Pokud se změní životní podmínky tak, že to zvýhodní nositele určitého znaku, třeba ptáky se silnějším zobákem schopné louskat tvrdá semena, pak tito ptáci ve zvýšené míře přežívají a druh prodělává proměnu.

Galapágy vystavují pěnkavky podobným zkouškám poměrně často. Střídají se tu ničivá sucha se silnými dešti vyvolanými klimatickým jevem El Niňo. Čas od času se probudí galapážské sopky. Krajinu pak pokryje láva a sopečný popel. Manželé Grantovi zjistili, že v těchto těžkých dobách se dostávají do výhody pěnkavky, kterým jejich zobák dovoluje konzumovat co nejrůznorodější potravu, od semen a hmyzu až po nektar kaktusů. Grantovi toho byli svědky například v extrémně suchých rocích 1977, 1984 a 2004.

Zdatní mezidruhoví kříženci

Výzkum dědičné informace Darwinových pěnkav odhalil také další mechanismus, jakým probíhá evoluce. Tím je výměna genů při vzájemném křížení příslušníků různých, ale přitom blízce příbuzných druhů. V řadě případů jsou mezidruhoví kříženci neplodní. Kříženci různých druhů galapážských pěnkavek však přivádějí na svět potomky s partnery z obou „rodičovských“ druhů.

Hybridi svým chováním sledují vzor druhu jednoho či druhého rodiče. Učí se od něj například zpěv. V jejich buňkách se ale nachází směs genů dvou různých druhů. To se někdy ukazuje jako výhoda. Grantovi pozorovali situace, kdy byli mezidruhoví kříženci dokonce plodnější a životaschopnější než příslušníci rodičovských druhů.

Genetické analýzy nyní prokázaly, že k „výměně genů“ docházelo mezi různými druhy galapážských pěnkavek během milionu let opakovaně. Vědcům to pomohlo rekonstruovat historii evoluce Darwinových pěnkav. Určili, které druhy jsou evolučně staré a které vznikly teprve nedávno.

Z analýz DNA také vyplynulo, že druhové spektrum galapážských pěnkavek je pestřejší, než se dosud ornitologům zdálo. Ptáci, kteří jsou na první pohled prakticky stejní a vědci je řadili k druhu pěnkavky ostrozobé, tvoří ve skutečnosti tři geneticky zcela vyhraněné druhy. Podobně v sobě druh pěnkavky kuželozobé skrývá dva zcela samostatné druhy. Darwinovy pěnkavy tak mají i po 180 letech k zákonitostem evoluce stále co říci.

Autor je profesorem České zemědělské univerzity a pracuje ve Výzkumném ústavu živočišné výroby v Praze - Uhříněvsi

LN, 18.2.2015