Darwinovy pěnkavy: odpovědi z epigenetiky

Jeffrey Tomkins, Ph.D.

(Z článku Darwin’s Finches: Answers From Epigenetics přeložil Pavel Kábrt – 12/2014)

Samotná speciace je proces, při kterém se organizmy rozliší v rámci hranic svých genofondů, což může vyústit ve variety, které jsou specificky ekologicky přizpůsobeny. Dříve se myslelo, že tento proces je striktně umožněn proměnlivostí sekvence DNA, ale dnes právě klasický příklad speciace Darwinových pěnkav překvapivě zahrnuje i epigenetickou složku.¹

Epigenetické změny zahrnují přídavné chemické markery v genomu organizmu, aniž by se ve skutečnosti nějak měnil genetický kód. Jak nukleotidy DNA, tak i proteiny, do kterých je DNA obalena (nazývané histony), mohou být chemicky označeny různými typy řídících molekul, které určují zapínání a vypínání genů. Tím může epigenetická regulace genomu produkovat různosti ve znacích, aniž by se to skutečně nějak vztahovalo ke změnám v sekvenci samotné DNA. A co je ještě více udivující, že tyto změny mohou být děděny přes četné generace. Epigenetické změny tak neočekávaně umožňují rozrůzněnost (variabilitu) a speciaci uvnitř stvořených druhů.

Už jedna studie, která předcházela jen o rok této studii z roku 2014¹, ukázala epigenetický základ speciace u ptáků, kdy bylo prokázáno postupující geografické rozšiřování a ekologické vzory adaptace; nové druhy zpěvných ptáků byly charakterizovány rozdíly metylovaných vzorců DNA, ne variacemi v sekvenci vlastní DNA.² V protikladu k tomu darwinovská evoluce tvrdí, že to jsou nahodilé změny v samotné DNA, co generuje nové a užitečné variety, a ty jsou posléze selektovány prostředím. Nyní však vědci zjistili jinou realitu: organizmy se mohou masivně adaptovat na různé ekologické niky bez větších změn v jejich sekvenci DNA.

Zatímco Charles Darwin byl první, kdo charakterizoval tuto skupinu ptačích druhů, onen často proklamovaný termín „Darwinovy pěnkavy“ byl vytvořen nejprve Percy Lowem v roce 1936 a později zpopularizován Davidem Lackem v roce 1947 v jeho pojednání s názvem Darwinovy pěnkavy.³ Jedním z klíčových rozdílů mezi různými druhy Darwinových pěnkav je velikost a tvar jejich zobáků, které jsou adaptovány na rozličné potravní zdroje. Je zajímavé, že mnoho těchto druhů se vyznačuje přirozeným mezidruhovým křížením, přestože nějaké důkladné prověřování jejich vzájemné mezidruhové plodnosti nebylo uskutečněno.⁴

Darwinovy pěnkavy

Co je v základu těchto variací u zobáků pěnkav? Ve studiích, které se snažily určit molekulární základ různosti pěnkavích zobáků, vědci zjistili, že velmi podobné genetické vývojové cesty mezi druhy mohu vypůsobit značně rozdílné tvary zobáků.⁵ Jestliže tedy geny jsou v podstatě stejné, co se pak jeví jako ten hlavní zdroj variací? V tom prvním úsilí studovali badatelé dva rozdílné faktory v genomu. Prvním byly krátké úseky nekódujících sekvencí DNA lišící se počtem kopií – repetitivní jednotky – nazývané CNV (Copy number variants – variabilita počtu kopií segmentů DNA). U lidí rozdíly v CNV jsou základem forenzní vědy (v soudnictví) a testování otcovství. Druhý testovaný faktor byl založen na epigenetice, s použitím analýz vzorů metylace DNA v genomu.

Z těchto analýz vědci zjistili, že epigenetika měla daleko větší vztah vůči zvýšené rozmanitosti mezi druhy, zatímco CNV, která je založena na skutečných sekvencích DNA, tento vztah (korelaci) neměla. K tomu ještě vědci vypracovali studii zaměřenou na epigenetické profily zvláštních genů souvisejících s morfogenezí tvaru zobáku, odezvami imunitního systému a zabarvením ptáků. A znovu, epigenetické profily různých ptačích druhů pro všechny tyto skupiny genů byly různé, zatímco sekvence DNA byly téměř totožné. Je jasné, že epigenetika se nyní vynořuje jako důležité téma v otázce speciace. Stává se stále zřetelnější, že jak genetická variabilita, tak i epigenetické mechanizmy jsou zabudovány do genomu jako adaptivní systémy způsobující variace, umožňující masivní speciaci v mezích stvořených druhů. A je jasné, že tyto procesy nikdy neumožní vertikální evoluci od améby k člověku (Améba, měňavka – jednobuněčný eukaryot, pozn. PK).

Znovu třeba zdůraznit, že predikce založené na Bibli jsou ve velmi dobré shodě s experimentální vědou, zatímco moderní neodarwinovská syntéza, jak tomu evolucionisté s oblibou říkají, propadá ve vědeckých testech. Navíc ona úžasná buněčná mašinérie, která čte, reguluje, replikuje a modifikuje epigenetické stavy v genomu, je tak neuvěřitelně sofistikovaná a složitá, že její existence může být přičtena jen působení všemocného Stvořitele.

Odkazy

1. Skinner, M. K. et al. 2014. Epigenetics and the Evolution of Darwin’s Finches. Genome Biology and Evolution. 6 /8/: 1972-1989.
2. Liebl, A. L., and A.W. Schrey, C.L. Richards, L.B. Martin. 2013. Patterns of DNA methylation throughout a range expansion of an introduced songbird. Integrative and Comparative Biology. 53 (2): 351-358.
3. Lack, D. L. 1947. Darwin’s Finches. New York, NY: Cambridge University Press.
4. Grant, B. R., and P. R. Grant. 2008. Fission and fusion of Darwin’s finches population. Philosophical Transactions of the Royal Society Biological Sciences. 363 (1505): 2821-2829.
5. Mallarino, R. et al. 2012. Closely related bird species demonstrate flexibility between beak morphology and underlying developmental programs. Proceedings of the National Academy of Sciences. 109 (40): 16222-16227.