Co odhalil genom živoucí fosilie z dob dinosaurů?  
Psal se rok 1994 když Davida Noble jeho záliba v lezení po skalách Modrých hor přivedla do nepřístupných svahů Národního parku Wollemi. Zaujala ho tam rostlina, kterou nedokázal zařadit. Nebyl sám. Šlo totiž do té doby vědecky neprobádaný taxon. Ta správná mela ale začala až když se materiál dostal na stůl přírodovědce zběhlého v paleobotanice. Není těžké si představit že nejspíš následovalo něco jako: „Kde jste to vzali? To mělo vyhynout před dvěma miliony let!“

Necelých sto kilometrů západně od australského Sydney se nachází Národní park Wollemi. Virtuální prohlídku nabízejí stránky parku zde. https://www.nationalparks.nsw.gov.au/visit-a-park/regions/sydney-and-surrounds  Video zde. https://www.nationalparks.nsw.gov.au/visit-a-park/regions/sydney-and-surrounds
Necelých sto kilometrů západně od australského Sydney se nachází Národní park Wollemi. Virtuální prohlídku nabízejí stránky parku.  Video zde.

Rostlině známé ještě nedávno jen jako otisk v kameni, se podle místa nálezu dostalo jména Wollemia s druhovým přídomkem nobilis (v překladu vznešená, vzácná). Botanici jí zaškatulkovali mezi jehličnany. Konkrétně do čeledi Araucariaceae. Za je nejbližší příbuzné označili borovici kauri (Agathis australis) česky damaroň. Fosilní nálezy dokládají, že jde o rostlinu z období křídy a že svůj vzhled v průběhu věků nezměnila. Pochopitelně, že organismus, jemuž táhne na 66 až 145 milionů let, se ihned po jeho objevení stal celosvětovým hitem. Podobně jako v případě čínského jinanu dvojlaločného (Gingko biloba) nějaký jeho exemplář chtěl mít každý. V roce 2006 se na evropském trhu se semenáček zhruba metr vysoký dražil za 3200 EUR. Dnes ale už cena klesla a živoucí fosilie, jak se jim přezdívá, zdobí nejednu botanickou i soukromou zahradu. To je moc dobře, protože těch původních rostlin v jejich přirozeném prostředí, je jen asi šedesát (některé údaje uvádí méně než 200). Smůlou pro ně je, že se všechny nachází ve čtyřech lokalitách blízko sebe a že je tudíž ohrožují tamní časté lesní požáry. Při tom velkém v roce 2019 muselo vzácnou květenu přednostně chránit speciální komando hasičů. Naštěstí se jim to povedlo, takže oheň ožehl jen dva stromy a i ty řádění živlu nakonec přežily.

 

Wollemia nobilis je stálezelený strom dosahující výšky až čtyřicet metrů. Kredit: AndyScott, Wikipedia, CC BY-SA 4.0
Wollemia nobilis je stálezelený strom dosahující výšky až čtyřicet metrů. Kredit: AndyScott, Wikipedia, CC BY-SA 4.0

Je asi zbytečné dodávat, že druh je od roku 2010 na takzvaném červeném seznamu a podle IUCN považován za kriticky ohrožený. Stejně tak nepřekvapí, že vědcům nedávala spát jejich schopnost přežít dinosaury. Australsko americko italský tým se proto pustil do čtení genomu vzácné borovice. Každý druh má svůj charakteristický počet chromozomů a u naší borovice se ukázalo, že jich má 26. Jen pro představu - člověk jich má 46.

Zatímco náš lidský genom tvoří 3,2 miliardy párů bází, wollemie ho téměř třikrát delší (12,2 miliardy párů bází). Ani to ale tuto borovici nečiní výjimečnou. Třeba taková pšenice ho má v porovnání s člověčím dokonce pětkrát delší.

 

I když se rostlině říká borovice, tak kromě toho, že má široké listy připomínající jehlice nemá s borovicemi (Pinus) nic společného. Kredit: Agnieszka Kwiecień, Nova, Wikipedia, CC BY-SA 4.0
I když se rostlině říká borovice, tak kromě toho, že má široké listy připomínající jehlice nemá s borovicemi (Pinus) nic společného. Kredit: Agnieszka Kwiecień, Nova, Wikipedia, CC BY-SA 4.0

Zvláštní na genomu rostliny je je extrémně nízká genetická rozmanitost. Genetici to vysvětlují tím, že někdy před 10 000 až 26 000 lety prošel tento druh takzvaným úzkým hrdlem láhve. Tímto termínem se označuje drastické snížení počtu jedinců, kdy vyhynutí visí doslova na vlásku. Dojít k tomu mohlo dvěma způsoby. Buďto již z dříve malého počtu rostlin došlo znovu ke snížení jejich početního stavu, nebo se populace obnovila z několika vegetativních klonů vyrostlých z posledního, nebo několika posledních zbylých pařezů a z těchto rostlin pak znovu vyrostly dospělí jedinci schopní se množit pohlavně a ty daly vnik dnešním rostliná..

Samčí (pylová) šištice Kredit: Velela, Wikipedia, CC BY-SA 3.0
Samčí (pylová) šištice Kredit: Velela, Wikipedia, CC BY-SA 3.0

 

Co tedy je tím, co činí rostlinu tak houževnatou?

I když je zvláštní nízkou heterozygotností, tak ta to být rozhodně nemůže. Už proto, že vede k vysoké uniformitě a ta je druhu ku škodě. To, co čtení genomu rostliny ještě vyjevilo, je neobvykle velké množství transpozonů v DNA. Těch aktivních (neumlčených) má rostlina tisíce! Také na ní vyplavalo, že co se transpozonů týče, jde o organismus velice shánčivý. Některé z transpozonů si borovice přivlastnila od členovců, kteří na ní kdysi dávno parazitovali. Jinak řečeno, natrvalo si do své vlastní DNA zakomponovala kousky genetické informace pocházející ze zcela cizí říše - říše živočišné.

Samičí šištice s vajíčky. Evolučně jde o starší orgán sloužící k rozmnožování než je květ.  Kredit: Krzysztof Ziarnek, Kenraiz CC BY-SA 4.0
Samičí šištice s vajíčky. Evolučně jde o starší orgán sloužící k rozmnožování než je květ.  Kredit: Krzysztof Ziarnek, Kenraiz, Wikipedia CC BY-SA 4.0


Co jsou transpozony a k čemu jsou dobré?

Transpozonům se někdy říká skákající elementy a nebo také skákající geny. Objevila je Barbara McClintocková z Cold Spring Harbor Laboratory u kukuřice, ale trvalo poměrně dlouhou dobu, než je mužský vědecký svět vzal na vědomí. Nyní už víme, že tito „skákači“ jsou nejen u rostlin, ale i u bakterií a že je máme i my lidé. Ve skutečnosti je totiž jen malá část genomu tvořena geny. Jistá část genomu se jakoby podobá těm úplně nejmenším parazitům, které organismus kdy napadly. Pozůstatkům po těchto událostech teď říkáme transpozony. Mnohé z nich jsou přítomny ve více či méně přesných kopiích. Jsou to zlomyslníci které to tu a tam popadne a začnou řádit - navozují mutace a chromozomové zlomy. Říkat jim titěrní parazité skrytí v chromozomech, by na ně proto sedělo víc, než transpozony. Také proto, že dílem jejich hrátek jsou mutace a ty jak známo vedou často ke ztrátě funkčnosti genů, rakovině a v naprosté většině případů škodí.

 

Zkamenělina wollemie. Kredit:  Rinina25 & Twice25 , Wikipedia CC BY-SA 2.5
Zkamenělina wollemie. Kredit:  Rinina25 & Twice25 , Wikipedia CC BY-SA 2.5

Je tu ale jedno „ale“. I pro mutované geny platí Murphyho zákon: Občas se najde blbec, který neví, že něco nejde a udělá to. Tím, že některé z transpozonů obsahují důležité součásti genů (transkripčí promotory) a přeskočí-li náhodou do nějakého správného místa, přivodí vyšší výkon daného genu (jeho expresi), nebo spustí činnost genu v neobvyklé situaci či podmínkách.


Na to, abychom si starobylou jehličnatou dřevinu prohlédnout na vlastní oči, netřeba jezdit daleko. Za stovku se k ní dostanete například v botanické zahradě přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity v Brně. Podívat se na ní vlezením do chráněných míst v Austrálii vyjde dráž. Zhruba na čtyři miliony korun s nádavkem vězení.
Na to, abychom si starobylou jehličnatou dřevinu prohlédnout na vlastní oči, netřeba jezdit daleko. Za stovku se k ní dostanete například v Botanické zahradě přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity v Brně. Podívat se na ní vlezením do chráněných míst v Austrálii vyjde o něco dráž. Zhruba na čtyři miliony korun s nádavkem vězení.

Když si to shrneme, tak navzdory tomu, že skákající geny neustále v genomu něco přeskupují, tak tu a tam některá z navozených mutací propůjčí svému nositeli něco, co se ukáže být při velkém suchu, mrazivé zimě, nebo při nájezdu parazitů, výhrou. Z toho plyne poučení, že když se to s mutacemi umí a organismus je v době kdy panuje stabilní klima a všeobecná pohoda (kdy není třeba nic měnit) dokáže ty malé zrůdy držet na uzdě aniž by je zahodil (ze svého genomu odstranil), v dobách hubených, kdy je potřeba ze šlamastiky nějak vyklouznout, nástroj doslova k nezaplacení.

 

Není pochyb o tom, že když se transpozony dají pořádně sobecky do práce, že „lítají třísky“ a že proces má na svědomí hodně mrzáků, kteří se na další reprodukci neuplatní. Mimo jiné toto odhalování principů činnosti traspozonů bere představu života jako dokonale vyladěného hodinového strojku. Čím dál tím více genetiků připodobňuje život k chaosu v němž se improvizuje a díry se záplatují vším, co je po ruce. Je nabíledni, že při tom ne vždy vítězí ten nejlepší a že náhoda v tom hraje významnou roli. Na naší rostlině s kradenými  geny od živočichů je vidět, jak se stírá hranice mezi tím, co jsme „my“ a co jsou „ony“. Proto se také v literatuře setkáváme s tím, že jedni autoři píší o transpozonech jako o parazitech rozežírajících naše chromozomy zevnitř a jiní, neméně věhlasní vědátoři, jako o posilovačích imunity chránících své majitele proti patogenům.


Závěr

Těch šťastných náhod, které se v rostlině sešly a umožnily jí vzdorovat nepřízni osudu je víc. Přispěla k tomu dlouhověkost. Předpokládá se, že se mohou dožívat 500 až tisíce let. Také zmíněná schopnost množit se vegetativně byla přínosem. Okolo mateřské rostliny je většinou mnoho dalších stonků. Z velké míry nejspíš půjde o klony. Schopnost vytvářet klony propůjčilo rostlině možnost omezit sexuální reprodukci a potlačovat příval mutací v dobách, kdy jakékoliv změny by byly ku škodě. Tím nejdůležitějším ale byla schopnost rostliny to uhrát se svým velkým počtem traspozonů. Nejspíš jich vždy měla k dispozici hodně a s jejich pomocí zvládala situace, kdy bylo nutné něco a hlavně rychle na sobě něco vylepšit. Tato výhoda by jí ale nebyla nic platná, pokud by transpozony nezvládala umlčovat v časech, kdy by jí změny přinášely více škod než užitku. O tom, že rostlina umí transpozony držet na uzdě, dokládá tvar jejích větví a pylových zrn. Stejně tak tvar listů v podobě plochých rozměrných jehlic patří mezi znaky, které jakoby z oka vypadly těm z před miliony let. Z mnohých úst proto slýcháme, že rostlina „po miliony let zůstala stejná“, nebo že se „vůbec nezměnila“. My už teď ale víme, že tomu tak není. Tím, že skákající elementy v genomu borovice občas řádily jak černá ruka, musel její genetický aparát doznat výrazných změn. Obsah a forma jsou dvě různé věci a zdání formy nás v tomto případě klame. To nejdůležitější, co rostlinu dělá rostlinou, je její genom a ten její dnešní s tím pravěkým, už toho mnoho společného mít nemůže.

 

Video z požáru buše, kdy wollemie měly opravdu namále. Přežily jen díky zásahu hasičů.

 

Video Jak rostlinu množit

Video: O záměru otevřít v chráněné oblasti Wollemi uhelný důl

Video: Poslední kolonie borovice wollemi

 

Literatura

Dennis Wm. Stevenson, et al.: The genome of the Wollemi pine, a critically endangered “living fossil” unchanged since the Cretaceous, reveals extensive ancient transposon activity. BioRxiv, 2023, doi: https://doi.org/10.1101/2023.08.24.554647

Jones, W., Hill, K. & Allen, J. M. Wollemia nobilis, a new living Australian genus and species in the Araucariaceae. Telopea: Journal of plant systematics 6, 173176,1995

Wollemi National Park

Datum: 23.09.2023
Tisk článku

Související články:

Nejstarší fosilie světa ustála pochybnosti o své pravosti     Autor: Josef Pazdera (23.12.2017)
Motýli se vyvinuli až když na Zemi byly květiny. A nebo to bylo jinak?     Autor: Josef Pazdera (14.01.2018)
Fosilie z dob Pangey. A živá!     Autor: Josef Pazdera (10.04.2021)
Na vznik života stačí jen několik set milionů let     Autor: Josef Pazdera (20.04.2022)



Diskuze:

Nějak to nesedí

Daniel B.,2023-09-25 10:55:37

Citace: Z mnohých úst proto slýcháme, že rostlina „po miliony let zůstala stejná“, nebo že se „vůbec nezměnila“. My už teď ale víme, že tomu tak není.

Dokáže někdo vysvětlit přičinu absence změn fenotypu po dlouhý čas v případě, že platí rovnice:

fenotyp = genotyp + epigenetika + prostředí

Vše se na pravé straně rovnice mění, jen fenotyp po milióny let zůstává stejný?

Odpovědět

úzké hrdlo láhve

Otakar Šída,2023-09-25 10:22:47

No nejen že volémie prošla úzkým hrdlem láhve, ona z něj nikdy nevylezla. Přiznám se, že mě minula informace, že je klonální, ale z toho plyne, že pokud existuje ca 60 stromů na pár mikrolokalitách, tak díky klonalitě bude efektivní velikost populace ještě mnohem menší, klidně desetkrát. No a to je tak úzké hrdlo láhve, že třeba pro nosorožce by to už byla konečná. Kytky se s tímhle, díky právě takovým vychytávkám jako je vegetativní šíření, autogamie, případně apomixe, naštěstí dovedou popasovat mnohem lépe. A jenom noticka k tomu druhovému jménu "vznešená": je to takový drobný vtípek od autorů popisu. Přímo v tom originálním článku píšou, že druhové jméno nese strom k poctě jeho objevitele, onoho Davida Nobla. Jenom mu to jeho příjmení latinizovali, čímž z toho vznikl hezký, v názvosloví organismů relativně často používaný přívlastek nobilis, který ale na první pohled vůbec nebudí dojem, že je odvozený od jména nějaké osoby...

Odpovědět


Re: úzké hrdlo láhve

Josef Pazdera,2023-09-25 11:28:19

Naprostý souhlas! Dík za doplnění ohledně původu druhového jména. Smysl pro humor není ani vědcům cizí :)

Odpovědět

Tak chaos?

V. Sotnik,2023-09-24 11:28:20

Tak chaos říkáte. A kdopak tomu asi tomu chaosu, který těžko může dát vznik něčemu jinému, než zase chaosu, ukázal cestu, jak z něj udělat něco tak nádherného či vznešeného?

Odpovědět


Re: Tak chaos?

D@1imi1 Hrušk@,2023-09-24 12:04:10

Zásobník nízké entropie alias Slunce.

Odpovědět

korekce názvu

Ladislav Nešněra,2023-09-24 10:58:54

Zavedený český název je wolemie vznešená - https://cs.wikipedia.org/wiki/Wolemie_vznešená

Odpovědět


Re: korekce názvu

Xaver Tintera,2023-09-24 11:36:16

Ale říkejte to Australanům a zbytku světa, ten v rostlině kterou sebrali hrobníkovi z lopaty posledních šedesáti stromů, spatřují spíš vzácnost, než vznešenost.

Odpovědět

borovica?

Martin Smatana,2023-09-23 21:12:45

Angličania z ihličnanov poznajú asi len spruce, fir, pine a cedar. Ak sa niečo z tohto vymyká, je to pre nich len nejaký iný spruce, fir, pine alebo cedar, s prívlastkom. Majú skrátka neskutočný talent na vymýšľanie zavádzajúcich mien a názvov.
Wollemia má s borovicami spoločné asi toľko, koľko má človek spoločné s netopierom. Wollemia a borovica sú ihličnany, človek a netopier sú cicavce. Len toľko k otrockému doslovnému prekladu "Wollemi pine".

Odpovědět


Re: borovica?

Roman Gramblička,2023-09-25 07:46:55

ano, to mně taky při čtení dost vyrušovalo. A jak říkáte, angláni mají opravdu malou fantazii při vymýšlení názvů, což hezky dokládá množství různých mořských živočichů majících v názvu fish

Odpovědět


Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce







Zásady ochrany osobních údajů webu osel.cz