To se děje pořád. Oba druhy se páří. Jejich potomci dosahují dospělosti. A pak se samci stanou sterilními.
To biology mate už více než století. Proč příroda tak agresivně potlačuje hybridizaci? Často jsou to muži, kdo trpí jako první.
Nová studie konečně přinesla odpověď. Alespoň pro ovocné mušky.
„Hybrid je nedokáže vyprodukovat,“ říká Romain Lannes, spoluautor studie z Whitehead Institute. Mluví o spermatu. “Je to naprosté selhání.”
Tým vedený Yukiko Yamashidovou a postgraduální studentkou Adrienne Fontanovou zveřejnil své výsledky v časopise Molecular Biology and Evolution. Vědci identifikovali specifické buněčné selhání: chybu ve zpracování genetické informace, která zastaví produkci spermií na samém začátku.
Přestávka uprostřed kódu
Zde je návod, jak to obvykle funguje. Buňka čte pokyny z DNA. Vytváří kopii ve formě RNA. Tato kopie je následně upravena.
Tato fáze úpravy je složitý proces. Buňka potřebuje vyříznout nefunkční oblasti („odpadky“) a sešít zbývající fragmenty. Je to jako střih videa: odstraníte špatné záběry a ponecháte si jen ty nejlepší.
Ale pro hybridní mouchy tento „editor“ pracuje s chybou.
Někdy buňka zamění pořadí fragmentů, někdy ponechá některé z nich mimo kód. V důsledku toho je RNA zakódovaná a nepoužitelná.
Bez správné RNA nelze syntetizovat proteiny. Žádné bílkoviny – žádné spermie.
Nejedná se o vzácnou nehodu. Selhání postihuje několik velkých genů nezbytných pro vývoj, které se nacházejí specificky na chromozomu Y.
Opakující se faktor
Proč právě tyto geny? A proč na tomto místě?
Protože jsou obrovské. Nezvykle velký. A většinu jejich objemu tvoří opakující se DNA.
Známý jako satelitní DNA. Skládá se z krátkých vzorů mnohokrát zkopírovaných. Jako koktání v genetickém kódu.
“Satelitní DNA se skládá z těchto krátkých, opakujících se sekvencí,” vysvětluje Yamashida. Přidává historickou poznámku: v minulosti se jí nevěnovala velká pozornost. “Moc jsme je nestudovali. Standardní nástroje s nimi nepracují dobře. Nekódují proteiny, takže se o ně nikdo nezajímal.”
Ukázalo se, že by to mělo zajímat každého.
Tato satelitní DNA se vyvíjí velmi rychle. Opravdu rychle. Dokonce i u dvou blízce příbuzných druhů, které se rozcházely právě před 250 000 lety (v této studii), jsou verze těchto sekvencí radikálně odlišné.
Každý druh vytváří svůj vlastní vnitřní buněčný aparát. Mechanismus jemně vyladěný, aby zvládl své vlastní „zakoktání“.
Přidejte do tohoto procesu DNA z jiného druhu a mechanismus selže.
Představte si továrnu kalibrovanou pro šrouby na levé straně. Najednou tam někdo nasype pravičáky. Dopravník se zastaví.
“Dokonce i u čistých druhů představují tyto velké geny výzvu,” říká Yamashida. Buňka jde do značné míry, aby se vyrovnala se složitostí. “Ale tento druh si vyvinul způsob, jak se přizpůsobit.”
Narušte tento adaptační mechanismus smícháním genetiky různých druhů a systém se zhroutí.
Proč jsou muži první, kdo trpí?
To vysvětluje nejstarší pravidlo speciace: heterogametické pohlaví – mužské pohlaví u lidí a mouchy (s chromozomy XY) – se stává sterilním jako první. Samice (XX) zůstávají plodné mnohem déle.
Chromozom Y je nestabilní. Je plná rychle se vyvíjejících opakujících se sekvencí. Toto je skutečný práškový řetěz pro nekompatibilitu.
Když se dva druhy evolučně rozcházejí, jejich chromozomy Y se rozcházejí nejrychleji. Jejich mechanismy buněčného zpracování se také začínají lišit.
Znovu je připojit? Pro muže je to katastrofa.
Ovocné mušky jsou ideálními předměty pro takový výzkum. Rychle se množí a výsledky lze pozorovat v průběhu času. Tento evoluční zlom je relativně nedávný, takže vědci mohou sledovat, jak reprodukční izolace začíná v reálném čase.
Více než jen biologie mušek
Týká se nás to?
Možná. Lidské chromozomy Y jsou také plné rychlých změn a opakování. Podobné poruchy jsou možné.
Praktičtější je, že lidé mají také obří geny. Geny, které pokrývají miliony párů bází. Geny spojené se svalovou dystrofií a neurologickými poruchami.
Jsou náročné na zpracování. Stejně jako geny spermatogeneze u much.
Výpočtové metody použité v této studii mohou pomoci vyřešit i tyto lékařské záhady. Pokud pochopíme proč zpracování selhává, možná najdeme způsob, jak to opravit.
Yamashida chce pochopit, proč se druhy oddělují. Proč se život dělí na izolované linie. Je to široký cíl poháněný úzkou technickou závadou.
Jeden přerušený krok spojování změní potenciál ve slepou uličku.
