Pokud byste se mohli přenést v čase o 150 milionů let nazpět, spatřili byste docela jiný svět. Superkontinent Pangea by se začínal rozpadat, po souši by kráčeli stegosauři a v pravěkém moři by se to hemžilo ichtyosaury. Kdybyste však ponořili hlavu do proudu blízké říčky, možná byste spatřili povědomé rysy některého druhu kostlína.
Kostlíni, známí také jako „živé fosilie“, patří mezi štíhlé ryby s ostrými zuby, které navzdory svému prapůvodu zůstaly dodnes relativně beze změn – jejich pravěké fosilie mají překvapivě mnoho podobných rysů jako sedm druhů, které přežily dodnes.
Kritéria „živé fosilie“ tak, jak ji poprvé vymezil Charles Darwin v roce 1859, splňuje celá řada živočichů, ale z výsledků nejnovější studie vyplývá, že na molekulární úrovni jsou kostlíni tou „nejživější ze všech živých fosilií“.
Tým pod vedením Chase Brownsteina a Thomase Neara z Yaleovy univerzity a Dana MacGuigana z Buffalské univerzity přišel na to, že ze 481 druhů obratlovců se právě u kostlínů projevuje nejnižší rychlost molekulární evoluce, jakou kdy věda zaznamenala.
„Za miliony let se jejich DNA a RNA změnily tempem, které je o tři řády nižší než u kterékoliv jiné významnější skupiny obratlovců, včetně tradičních živých fosilií, jako jsou lalokoploutví nebo žraloci,“ říká Solomon David, vodní ekolog na Minnesotské univerzitě a spoluautor studie, nedávno zveřejněné v odborném časopisu Evolution.
Výzkumníci mají za to, že hlemýždí tempo molekulární evoluce u kostlínů způsobuje příliš aktivní molekulární mechanismus opravy DNA – tedy genetická zvláštnost, kterou bychom v budoucnu rádi aplikovali v humánní medicíně.
Hlemýždí tempo evoluce
Aby autoři studie dospěli k takovým závěrům, museli nejprve sestavit rozsáhlý rodokmen druhů s publikovanými genomy. Poté vynulováním na úrovni exonů neboli kódovacích oblastí DNA u všech druhů v rodokmenu mohli odhadnout rychlost, kterou se druhy měnily v průběhu evoluce. Přitom zjistili, že placentální savci, jako jsou lidé, měli rychlost změn 0,02 mutace za milion let, zatímco obojživelníci se vyvíjeli mnohem pomaleji, rychlostí 0,007 mutace za milion let. A v případě kostlínů byla průměrná rychlost v místě každého exonu 0,00009 mutace za milion let.
Autoři studie zároveň ohlásili další související objev: kostlíni jsou nejvzdálenější organismy, které se mohou úspěšně křížit. Držitelem dosavadního rekordu byly dva druhy kapradin, které od sebe dělilo 60 milionů let.
Například kostlín obrovský (Atractosteus spatula) a kostlín obecný (Lepisosteus osseus), jejichž oblasti výskytu se překrývají na jihu Spojených států, měli společného předka naposledy před sto pěti miliony let, ale přesto se mohou křížit. „A nejen to, jejich potomci jsou plodní,“ podotýká David.
Křížení kostlína obrovského s kostlínem obecným, někdy také označovaným jako dlouhonosý či americký, nezůstává jen hypotetickým experimentem vědy. Důkazem toho je rybářský úlovek Kati Wrightové, studentky magisterského programu na Nicholls State University v Louisianě, které se v řece Trinity v Texasu podařilo chytit „kapitální úlovek“ – 1,8 metru dlouhého křížence obou výše uvedených druhů.
„Už když se podíváte na jejich tlamu, je to jasné,“ říká studentka, která vysvětluje, proč je nos křížence širší než u kostlína obecného, ale ne tak široký jako u kostlína obrovského.
Podle Davida může být za schopností reprodukce u dvou takto vzdálených bratranců právě blízká molekulární stavba v důsledku mimořádně pomalé „evoluční trajektorie“ v čeledi kostlínovitých.
Podle Carla Rothfelse, evolučního biologa ze Státní univerzity v Utahu, objevitele zmíněného křížení u kapradin (který není autorem studie), je úroveň křížení, která byla zjištěna v nové studii, ještě extrémnější, než kdyby vznikl plodný potomek třeba křížením člověka s lemurem.
Lék proti rakovině?
Kromě toho, že svým zjištěním stanovili všeobecně platný světový rekord, jsou vědci přesvědčeni, že účinný mechanismus opravy DNA u kostlínů může být přínosem pro humánní medicínu.
„Když se DNA kopíruje znovu a znovu, může dojít k chybě nebo ke změně,“ říká David. „Ale kostlíni mají mechanismus, který případnou mutaci objeví a opraví.“
Badatel tento proces přirovnává ke hře na tichou poštu, kterou hrajeme už tisíce let: když ji hraje většina organismů, slovíčko vyřčené na začátku se postupně změní na nějaké jiné. Ne však, když ji hrají kostlíni – jim zůstane víceméně nezměněné až do konce.
„Dokážeme-li vypátrat, co za tím je – a my už máme určitou představu, který gen by to mohl být –, můžeme pokročit k tomu, že se zamyslíme nad důsledky pro humánní medicínu a choroby,“ říká David, který již začal s chovem kostlínů, aby je mohl zkoumat jako modelový organismus.
Například pokud bychom dokázali mechanismus opravy mutací zopakovat v lidském těle, mohli bychom předcházet vzniku některých chorob, jako třeba zhoubných nádorů, jež jsou důsledkem poruch při opravě DNA a projevují se zběsilým růstem buněk. A dokázali bychom je i úspěšně léčit.
Případný úspěch takového plánu by byl určitým zadostiučiněním pro Davida, který tráví spoustu času tím, že se snaží změnit povědomí veřejnosti o rybách považovaných za ošklivé a nevhodné pro obchodní účely.
„Tyto ryby jsou z dlouhodobého hlediska nedoceněné a považované jen za plevelné,“ říká vědec, „ale tímto objevem by se situace mohla obrátit a kostlíni by mohli být mimořádně přínosní pro lidské zdraví.“
