Populační exploze

Začátečníkům: Jak fungují geny

V lidském genomu jsou geny, které v těle hrají roli uchyceny na DNA mezi mnoha nesmyslnými informacemi. Geny tělo zpracovává tak, že na určitém místě sedí tkz. polymeráza a ze přečtených informací vyrábí proteiny, co pak posílá z jádra dál do buňky okolnostem napospas. Určitý sled "písmen" genetického kódu dokáže polymerázu nahodit na jeden řetězec DNA, tak aby vyráběla proteiny pouze ze smysluplných genů - tyto geny jsou tkz. "expresované" exony a díky nim lze určit "kolik genů má člověk". Proteiny, co vypadnou z kanálků jádra můžou buď nějak změnit prostředí buňky (i samotnou výrobu proteinů).

Přestože dynamické změny tvoří významnou součást evoluční historie, většinu evoluce se v generacích pouze proměnily počty a míry exprese určitých genů. Rozdíl je zřejmý: Na oba typy evoluce (takzvaných kvantitativních (počet prstů) i kvalitativních (barva očí) znaků) je potřeba specifické mutace, ale kvantitativní se dosahuje mnohem snáz: V populaci jednoduše vynikají jedinci, co si zrovna nějaký gen nedopatřením nakopírovali vícekrát třeba i špatně zkombinovanými geny od rodičů. V případě kvalitativních znaků ale statistická úspěšnost jedinců s podobným genomem nefunguje a vyvinutý gen se musí šířit jediným jedincem.

Tento proces má jednu velkou nevýhodu: informační náročnost. To jednak obnáší fůry práce s mechanismy buněčného dělení, pak je tu ale ještě ten problém, že vyzdvihujeme genetický drift. Genetický drift je v evoluci jiné slovo pro náhodu, označuje zkrátka "vedlejší účinky" rozšíření určitého znaku.

Ilustrovat jeho nevýhody si můžeme třeba na evoluci sexuality: Pokud si samice začnou vybírat silnější samce, mohou tím svým potomkům pomoci, ale zároveň tím třeba časem mohou nechtěně rozšířit samce, kteří dokážou vypadat, jako silní. Obecně se pak také složitým procesem slučování pohlavních buněk mohou diskvalifikovat jedinci, kteří by jinak (jako nepohlavní bakterie) zaručeně uspěli - statisticky zkrátka zadáváme další podmínky našemu selekčnímu spektru. Tím pádem to kupodivu může pro organismus nakonec dopadnout, paradoxně, ještě hůř (dostane se do evoluční pasti). Každá mutace může způsobit lavinu jiných procesů - evoluční biolog Jaroslav Flegr z tohoto důvodu odůvodňuje evoluci komplexity života jako hromadění stále nových záplat na záplatu.
Zároveň s výhodnými geny se do populace dostávají velmi snadno geny lehce nevýhodné - pokud jsou určitým způsobem nutné pro to, aby se protěžovaný gen dědil - nebo jednoduše sedí na DNA blízko něho, takže těží z toho, že v populaci prosperuje jeho chromosom, chromatida, lokus. Mezi geny se tak snadno tvoří komplexní závislosti, které často omezují evoluci druhu.
Jakmile populace tkz. "projde hrdlem lahve" (radikálně se zmenší - třeba při kolonizaci nového ostrova), věci se začnou měnit. Mutace se v populaci jen tak "nerozplynou", ale hlavně, populace má možnost mutace v populaci rychle fixovat. Taková situace nastane, pokud už gen sdílejí všichni v populaci.
Zpracování mutací genetického kódu naneštěstí funguje tak, že by bylo velmi obtížné se nějakého genu zbavit - to ale druhům může dát výhodu z dlouhodobé perspektivy. V genech si tak stále neseme staré postupy výroby genů, které používali naši evoluční předci (viz ontogenetický vývoj Q31) a adaptace na staré podmínky a již neexistující viry a mnohdy jsou pravděpodobně schované v neexpresované DNA. Toho můžeme využít v nově objevených principech jako evo-devo a epigenetika (viz Q44).

Jak tvrdí Q40, paleontologové občas využívají počtu mutací v DNA k tomu, aby porovnali stáří určité fosílie - k tomu je ovšem zapotřebí předpokládat, že mutageneze probíhá vždycky stejně rychle. Mezi tisíci geny není ani problém, že by některé fosílie měly větší "štěstí" na mutace, ale na organismy působí spousta vlivů, co může mutagenezi ovlivnit. Nejznámějšími z nich jsou karcinogeny jako kouření nebo obezita, které různými cestami vedou ke změnám, které vyřazují z funkce protirakovinné mechanismy. Mutageny jako silné záření nemusí být ani destruktivní (u světla ionizující), ale změnou prostředí v buňce mohou snadno ovlivnit i produkci genů.

Těla organismů s tím v mnoha případech počítají a mohou tak rychle reagovat na nové klima. Často k takovým dějům dochází úplně bez povšimnutí: Když se buňky stanou nebezpečnými nebo přestanou plnit funkci, dochází k "buněčné sebevraždě" ve prospěch organismu, když buňky stromů "dřevnatí" jejich množení se zastavuje a stěny se začínají naplňovat ligninem.

Ve výjimečných případech ale může zřejmě buňka vyloženě počítat s tím, že si nějakou mutaci vyvine. Naznačují to bakterie, které si v období "hladu" vyvinou rezistentní mutace výrazně rychleji, než kolik lze spočítat jako standardní chybovost mitózou a meiózou. U E. Coli bylo zpozorováno, že DNA-polymeráza začne ignorovat protirakovinné mechanismy a tím jednoduše vymění risk zhoubného nádoru za jistou zhoubu spojenou s rychlou změnou podmínek.
Svým způsobem ale organismy počítají se vznikem výhodných mutací i v mnohem každodennějších situacích. Vlastně vůbec za evolucí pohlavních organismů stojí zřejmě z valné části možnost setřást genetickou chorobu nebo virus a zároveň, díky stálému míchání genetického kódu, k rychlejší adaptaci na nové prostředí.
Toho využívají i samosprašné rostliny: Když se pyl přesune z květu na květ, sázejí na to, že jak se dělila buňka za buňkou ve stonku, vzniklo dost mutací na to, aby byly schopné si vyvinout rezistenci proti parazitům.
Přes miliony let evoluce tak stále lidé s bramborami sdílí jednu motivaci k rozmnožování.