50 milionů let bez sexu

Jaroslav Petr  |  Věda

K pozorování vířníků se nejlíp hodí mikroskop. Nejnápadnější je na těchto velmi hojných bezobratlých živočiších jejich přední, hlavová část těla. Kolem úst jim neustále neúnavně víří věnec brv. K hlavě přisedá tělíčko s útrobami, které se směrem dozadu zužuje v nohu vybavenou jedním či dvěma prsty, případně přísavkou.

Vířníci na hvězdy bulvárních novin rozhodně nevypadají. Přesto jim slavný britský biolog John Maynard Smith přisoudil největší skandál evoluce. Co tak strašného vyvedli?

Nejméně 50 milionů let se obešli bez sexu. Neznají pohlavní rozmnožování.

Jejich samičky produkují vajíčka, z nichž se bez oplození spermií vyvíjí nové pokolení samiček. Samce nikdy nikdo neviděl. Neexistují už desítky milionů roků.

Skandální způsob života bez sexu se zdaleka netýká všech vířníků.

Uchýlilo se k němu asi 370 druhů zahrnovaných mezi pijavenky (Bdelloidea), které se pustily do života bez samců opravdu důkladně. Samice klonují samy sebe, a popírají tak jeden ze základních přírodních principů.

Ten říká, že pohlavní rozmnožování, při němž se v potomkovi kombinuje dědičná informace rodičů, je nejvýhodnější způsob, jak zajistit pokračování rodu. Při nepohlavním rozmnožování, jaké provozují pijavenky, dědí potomek kompletní dědičnou informaci jednoho rodiče a sám ji zase předá svým vlastním potomkům.

Na první pohled vypadá nepohlavní rozmnožování jako úžasně výhodné. Pohlavně se rozmnožující otec či matka předá každému potomkovi v pohlavní buňce jen polovinu své dědičné informace. Potomka mohou rodiče zplodit jen společným úsilím. Nepohlavně se rozmnožující pijavenka si vystačí sama. Nemusí složitě shánět partnery, vybírat z nich toho pravého a nakonec se s ním pářit. Toto všechno si ušetří. A potomek jako kdyby jí z oka vypadl. Nepříliš složitou kalkulací se dá spočítat, že kdyby se mezi pohlavně rozmnožujícími živočichy vyskytl jeden jediný nepohlavně se rozmnožující mutant, záhy by své pohlavně se rozmnožující blízké mnohonásobně přečíslil. Potenciální otcové a matky z pohlavně se rozmnožující populace by se v záplavě nepohlavně se rozmnožujících konkurentů ztratili a při námluvách by se nenašli.

Přesto jsou pijavenky v přírodě skandální výjimkou z pravidla. Drtivá většina pozemských živočichů se rozmnožuje pohlavně. Zjevně je to pro ně tak výhodné, že jim to stojí za všechno lopocení s hledáním partnera, námluvami, pářením. Pohlavní rozmnožování se vyplácí, i když s jeho pomocí rodič nepředá potomkovi veškerou dědičnou informaci, ale jen její polovinu. Co je to za výhody?

Sex se vyplatí

Při pohlavním rozmnožování vzniká v každém potomkovi nová kombinace z vloh jeho rodičů. Už to je samo o sobě velká výhoda, protože nová kombinace genů přináší nové vlastnosti a tím i nové šance. V každém pokolení se mohou vyskytnout živočichové, kteří jsou lépe přizpůsobeni změněným životním podmínkám, snáze unikají nepřátelům, vzdorují parazitům a jsou odolnější k chorobám.

Další obrovskou výhodu pohlavního rozmnožování představuje možnost zbavit se poškozených kusů dědičné informace. Většina živočichů si nese dědičnou výbavu ve dvou výtiscích.

Poškození v jedné sadě může kompenzovat funkční gen z druhé sady. Je to, jako kdybychom měli na vylévání vody z potápějícího se člunu dvě vědra. Pokud se jedno proděraví, nemusíme jít nutně s člunem ke dnu. Ještě pořád můžeme vodu vylévat druhým vědrem. Pokud by se poškodilo i druhé vědro, je zle.

Při pohlavním rozmnožování mohou rodiče, z nichž každý už má poškozenu jednu sadu genů, zplodit potomka se zcela nenarušenou dědičnou informací. Stačí, když mu jak matka, tak i otec předají svou zdravou sadu genů. Takový potomek se podobá posádce potápějícího se člunu, která dostala od dvou jiných posádek po jednom perfektním vědru.

Nepohlavně se rozmnožující tvor nemá jinou možnost než předat potomkům kompletní dědičnou informaci se všemi chybami. Zdá se, že je jenom otázkou času, kdy se poškodí i druhá sada genů a živočich se dostane do vážných obtíží. Vzhledem k tomu, že pijavenky přežívají i s tímto hendikepem déle než 50 milionů let, musely objevit během své evoluce důmyslné triky, kterými z osidel přírodních zákonitostí vyklouznou.

Do příbuzenstva pijavenek patří i tento vířník - laločenka Floscularia Ringens.

Těžký život pijavenky

K chybám a poškozením dědičné informace jsou pijavenky neuvěřitelně náchylné. Žijí v kalužinách, v mechu, v okapových žlabech a dalších místech, kde se aspoň občas vyskytuje voda. Ve vlhkém prostředí se vede pijavenkám dobře. Přesto nad nimi visí Damoklův meč – „domov“ jim může kdykoli vyschnout na troud. Ani pak nejsou pijavenky ztraceny. Přejdou do zvláštního stavu zvaného anabióza.

To je jakási obdoba kataleptického spánku. Pijavenka se obalí odolnou schránkou a omezí své životní pochody na minimum. V tomto stavu může setrvat velmi dlouho. S prvním vodním přívalem opět ožívá. Pijavenka je ve stavu anabiózy vysušená na troud. Vyschnutí nesvědčí její dědičné informaci a dvojitá šroubovice DNA se na mnoha místech láme.

Kdyby „oživlá“ pijavenka předala potomkovi tento „genetický šrot“, byl by s vířníky brzy konec. Mohlo by se zdát, že naléhavá potřeba zbavit se narušené dědičné informace bude tlačit pijavenky k pohlavnímu rozmnožování ještě víc než jiné tvory. Nestalo se. Pijavenky si našly z této svízelné situace jiná východiska.

Kutilské východisko

Pijavenky si „díry“ v DNA vzniklé během anabiózy samy opraví. To dokáže mnoho organismů. Pijavenky jsou však v tomto ohledu skutečnými mistry. Úžasná schopnost pijavenek rekonstruovat dědičnou informaci se plně projeví, například když jsou vystaveny radioaktivnímu záření.

Pijavenky vydrží ozáření, jaké by každého jiného tvora spolehlivě zabilo. Dědičnou informaci přitom nemají před radiací ničím zaštítěnou. Jasně to dokazují stovky zlomů v jejich DNA. Přesto neztrácejí pijavenky ani po ozáření plodnost a dále se množí.

Schopnost vypořádat se s následky radiace získaly pijavenky v boji o přežití při opakovaném vysychání a upadání do anabiózy. Vířník procitá z anabiózy s těžce poškozenou DNA. Mobilizuje proto armádu enzymů, jež díry v DNA rychle zacelí. Po této generální opravě vířníkům nic nechybí. Dědičnou informaci si udržují v pořádku i bez pohlavního rozmnožování.

Rezerva pro opravy i vývoj

Další trik pijavenek spočívá v evolučním zdvojení dědičné informace. Genetické analýzy prokázaly, že tito vířníci nemají geny ve dvou sadách, nýbrž hned ve čtyřech výtiscích. I to je v situacích, kdy dochází k masivnímu poškození DNA, výhodné. Pijavenky se neocitnou v úzkých, ani když se jim poškodí dva výtisky genu, a přežijí dokonce i při trojitém „zásahu“ na stejné místo svých výtisků DNA.

Zmnožení dědičné informace navíc otevírá před živočichem možnost dalšího vývoje. Dvě sady genů stačí zajistit normální funkce organismu.

Další dvě poslouží buď jako rezerva, anebo se mohou měnit a zajistit tak pro organismus nové vlastnosti. To, že tyto geny přijmou novou roli, vířníka nijak neohrozí.

Vypůjčené geny

Pohled do dědičné informace pijavenek připomíná genetikům obsah popelnice s genetickým odpadem.

Pijavenky vlastní velmi pestrou sbírku genů, které měly původně jiné majitele a pocházejí od rostlin, hub, bakterií i živočichů.

Při vyschnutí a anabióze je vlastní dědičná informace pijavenky rozlámána na kusy. Popraskají i membrány buněk a buněčného jádra. Organismus pijavenky sice nežije, ale je „otevřený světu“. Mohou do něj proniknout zlomky DNA z uhynulých buněk jiných organismů.

Když se vířník probere z tohoto napůl mrtvolného spánku, začne si dělat v dědičné informaci pořádek.

Spojuje zlomené konce dvojitých šroubovic DNA. Přitom může náhodou zabudovat do své dědičné informace i zlomky DNA pocházející z cizích buněk. V mnoha případech to nepřinese kýžený efekt. Vypůjčená DNA může být poškozená anebo se zabuduje na místo v DNA vířníka, které je předurčeno k „spánku“ a geny na něm nepracují. Někdy má ale pijavenka podobné štěstí jako bezdomovec, který našel v popelnici zlaté hodinky. Z genetického šrotu, jenž se zatoulal do vířníkových buněk, si přisvojí cizí gen, který funguje a navíc zajistí pijavence určitou výhodu. Vířníci s takto inovovanou DNA se více množí a snáze přežívají. Jejich evoluční šance rostou.


Partenogeneze

Mnozí živočichové se uchylují k nepohlavnímu rozmnožování, tzv. partenogenezi. Česky se tento způsob plození potomků někdy označuje jako pannobřezost. Matka klade při partenogenezi neoplozené vajíčko, z něhož se pak vyvíjí potomek. Jen zcela výjimečně, například u pijavenek, je partenogeneze výhradním způsobem rozmnožování. Někteří živočichové však kombinují partenogenezi a plození potomků z oplozených vajíček. U včel se vyvíjejí z oplozených vajíček královny a dělnice. Trubci vznikají z vajíček, která nebyla oplozena. Partenogeneze je celkem běžná u ryb. Samice žraloka může mít mláďata, i když byla po celý život držena v akváriu a nikdy se nepotkala se samcem. Velkým překvapením byla nedávno zjištěná partenogeneze u obřích varanů komodských. V londýnské zoo přivedla na svět mláďata samice, která se nikdy nepářila. Velmi vzácně může dojít k partenogenezi u ptáků. Známé jsou takové případy u domácích krůt.

Nepohlavní rozmnožování je v živočišné říši celkem oblíbené. Většina zvířat je však musí čas od času vystřídat pohlavním rozmnožováním.

Dobře utajený sex

Adeptů na život bez pohlavního rozmnožování znali vědci dlouhou řadu. Nakonec se většinu z nich přece jen podařilo přistihnout při sexu. Nepohlavní rozmnožování je v živočišné říši celkem oblíbené. Většina zvířat je však musí čas od času vystřídat pohlavním rozmnožováním. Například mšice se ve vrcholném létě množí prakticky jen nepohlavně, protože je to nejrychlejší a nejjednodušší. Na podzim se ale narodí pokolení plodných samců a samic, kteří se mezi sebou páří. Někdy je období pohlavního rozmnožování velmi vzácné, krátké a skryté tak dokonale, že unikne pozornosti vědců, a ti nabudou mylného dojmu, že mají co do činění s organismem, který se pohlavně vůbec nerozmnožuje. Příkladem jsou drobní korýši lasturnatky označovaní jako darwinuly. Nikdo neznal jejich samečky, a darwinuly byly proto řazeny k výjimečným tvorům, kteří se rozmnožují výhradně nepohlavně. V roce 2003 se ale podařilo japonským vědcům v potoce na jednom jihojaponském ostrůvku objevit tři samečky darwinuly. Nikdy předtím ani potom už samce těchto lasturnatek nikdo nespatřil. Přesto byla situace hodnocena odborníky naprosto jednoznačně – darwinuly rozhodně nepatří k živočichům, kteří se rozmnožují jen a jen nepohlavně.

Vířníci

Většinou neměří na délku více než 0,1 až 0,5 milimetru. Najdeme mezi nimi na jedné straně trpaslíky dorůstající do velikosti pouhé čtyři setiny milimetru a na druhé straně goliáše dlouhé dva milimetry. Někdy vytvářejí vířníci kolonie, které mohou narůst do velikosti půl centimetru. Celkem znají zoologové asi 2000 druhů vířníků. Drtivá většina z nich obývá sladké vody. Na život v moři je odkázáno jen asi 50 druhů. Jako první psal o vířnících v roce 1696 britský učenec John Harris. Na detailnější popis museli tito živočichové počkat až po objevu mikroskopu. V roce 1702 popsal prvního vířníka nizozemský obchodník Anton van Leeuwenhoek, který měl jako hobby konstrukci mikroskopů a bádání v oboru přírodních věd. O tom, že jsou vířníci mnohobuněční tvorové a jejich tělo se skládá z velkého počtu buněk, se přesvědčil až v roce 1838 věhlasný německý přírodovědec Christian Gottfried Ehrenberg. Měkké tělo vířníků většinou mnoho nevydrží, a paleontologické nálezy jsou proto na vířníky velmi skoupé. Nejstarší dochovaný vířník pochází z jantaru nalezeného v Dominikánské republice. Je starý zhruba 40 milionů roků. Není pochyb o tom, že evolučně jsou vířníci tvorové mnohem starší. Kdyby „oživlá“ pijavenka předala potomkovi tento „genetický šrot“, byl by s vířníky brzy konec. Pijavenky si však našly z této svízelné situace jiná východiska. Pijavenky vydrží ozáření, jaké by každého jiného tvora spolehlivě zabilo. Dědičnou informaci přitom nemají před radiací ničím zaštítěnou.

Nejčtenější