Když přemýšlíme o velkých přeživších po katastrofách, které otřásly naší planetou, málokdy myslíme na živé tvory, kteří zůstali nehybně ukotveni k zemi a nebyli schopni úniku. Přesto se rostliny ukázaly jako mistři v přežití, kteří dokázali odolat kataklyzmatům, jež vymazaly z mapy zdánlivě mnohem lépe vybavené tvory, včetně neptačích dinosaurů.
Tajná zbraň zapsaná v DNA
Tým vědců z belgické Gentské univerzity právě publikoval v prestižním časopise Cell studii, která vrhá světlo na mechanismus, který umožnil rostlinné říši přečkat nejhorší bouře v historii Země. Odpověď podle vědců spočívá v genetické zvláštnosti: schopnosti mnoha rostlinných druhů duplikovat celý svůj genom, tj. soubor nukleových kyselin, které obsahují instrukce pro stavbu a fungování organismu.
Odborníci upozorňují, že za normálních podmínek je tato duplikace často spíše přítěží než výhodou. Organismy s více kopiemi svého genomu, známé jako polyploidi, potřebují ke svému udržení více živin a jsou vystaveny většímu riziku hromadění chyb při každém dělení svých buněk, kdy musí všechny tyto informace replikovat. Představte si středověkého opisovače: čím delší rukopis musí přepsat, tím větší je pravděpodobnost, že v něm udělá překlep. V době extrémní krize se však tato zdánlivá slabina může stát klíčem k přežití.
Důkazy: 470 druhů pod mikroskopem
K ověření této hypotézy tým analyzoval genomy 470 druhů kvetoucích rostlin a porovnal je s genomy 44 fosilních druhů rostlin. Srovnáním obou souborů dat byli vědci schopni přesněji datovat, kdy v průběhu evoluční historie došlo k významným genomovým duplikacím. Výsledky byly objevné: většina těchto duplikací se soustředila do několika málo období, která byla pro život na Zemi obzvláště ničivá.
Mezi tyto kritické okamžiky patří dopad asteroidu, který před 66 miliony let vyhubil všechny neptačí dinosaury a asi třetinu druhů na planetě, několik epizod globálního ochlazení a takzvané paleocénně-eocénní tepelné maximum, extrémní oteplení, k němuž došlo asi před 56 miliony let. Jinými slovy, právě v době, kdy život čelil nejhorším hrozbám, se zdálo, že rostliny, které zdvojnásobily svůj genom, mají v loterii o přežití vítězný los.
Proč to funguje: rozmanitost jako životní pojistka
Jakou konkrétní výhodu však přináší, že máte navíc kopie veškerého svého genetického materiálu, když se svět hroutí? Yves Van de Peer, hlavní autor studie a výzkumník z Gentské univerzity, vysvětluje:
Zdvojení celého genomu je ve stabilních prostředích často považováno za evoluční slepou uličku. V náročných situacích však může přinést nečekané výhody.
Vědci z týmu poukazují na to, že jednou z těchto výhod je zvýšení genetické variability, tj. rozmanitosti různých verzí genomu, které v populaci koexistují. Abychom to pochopili na příkladu z běžného života: členové jedné rodiny sdílejí mnohem méně genetické variability než skupina náhodně vybraných spolupracovníků. Mít takovou diverzitu je jako rozložit vajíčka do několika košíků: pokud se dramaticky změní podmínky prostředí, jedinec s větší pravděpodobností ponese znaky, které mu umožní lépe se přizpůsobit nové situaci.
Navíc chyby, kterých se při kopírování většího genomu dopouštíme, jsou sice obvykle na škodu, ale mohou také urychlit vznik nových znaků, jako je odolnost vůči teplu, odolnost vůči stresu nebo schopnost odolávat dlouhodobému suchu. Je to mechanismus, který je v dobách stability nákladný, ale během katastrofy může znamenat rozdíl mezi vymíráním a prosperitou.
Od minulosti k současnosti: lekce s nuancemi
Abychom si udělali představu o tom, jak je tato strategie mezi rostlinami rozšířená, stačí se podívat na tak běžný příklad, jako je pšenice, která nese ne méně než šest kopií svého genomu. Lidé jsou pro srovnání diploidní: máme dvě kopie, jednu zděděnou od každého rodiče. Ačkoli obě kopie obsahují v podstatě stejné instrukce pro stavbu očí, srdce nebo metabolismus tuků, mohou mít jejich mírně odlišné verze. Organismy s pouze jednou kopií, jako jsou některé houby nebo naše vlastní vajíčka a spermie, se nazývají haploidní. Vytváření dalších kopií není z energetického hlediska levné.
Velké vymírání, které uzavřelo druhohory, vyhubilo třetinu veškerého života na planetě. Pokud se však podíváme na druhou stranu mince, znamená to, že dvě třetiny druhů našly nějaký způsob, jak vzdorovat, a rostliny, u nichž vidíme, že jsou přisedlé a zdánlivě nenápadné, patří v tomto závodě o přežití k nejúspěšnějším skupinám.
Van de Peer sám uznává, že
ačkoli se dnešní klima otepluje mnohem rychleji, to, co vidíme z minulosti, naznačuje, že polyploidie může rostlinám pomoci vyrovnat se s těmito stresovými podmínkami.
Přesto je třeba mít na paměti, že šlechtění rostlin je velmi vyspělý obor, který se sice může poučit z evoluční historie, ale jeho současné strategie se na základě výsledků této studie pravděpodobně nijak výrazně nezmění.