Evoluce lišajů v laboratoři

Každý se obléká podle toho, jak je venku. Také housenky amerického "rajčatového" lišaje Manduca quinquemaculata si volí "kabátek" podle teploty. V chladných oblastech mají tmavé zbarvení, protože pak jejich pokožka pohlcuje více slunečního záření a housence je tepleji. V teplých krajích je pro housenky mnohem důležitější kamufláž, a proto bývají zelené. Obě barevné formy se neliší dědičnou informací. Mají v ní uloženy pokyny pro dva typy zbarvení a zapínají tu vhodnější podle okolností.

Nijhout s housenkami lišaje tabákového|foto: Duke University

Tento fenomén je v přírodě celkem hojný. Například larvičky mravenčích samiček mají shodnou dědičnou informaci a přesto se z nich v závislosti na okolnostech vyvine buď malá neplodná dělnice, agresivní voják s velkou hlavou a kusadly nebo plodná královna. Biologové označují takovou vývojovou tvárnost jako polyfenismus. Tajemství jejího vzniku poodhalili Juičiro Suzuki a Frederik Nijhout z Dukeovy university v americkém Durhamu. Naučili správnému výběru kabátů housenky lišaje tabákového (Manduca sexta). Ten je sice blízkým příbuzným rajčatových lišajů, ale jeho housenky jsou v přírodě bez ohledu na teplotu odkázány jen na zelený maskovací kabátek.

Suzuki a Nijhout začali experimentovat s lišajem tabákovým, který je postižen mutací a jeho housenky jsou díky tomu tmavěji zbarvené. Vděčí za to sníženým hladinám juvenilního hormonu v těle. Pokud jsou tmavé housenky v raných fázích vývoje vystaveny na krátkou dobu vysoké teplotě, může se do jejich tmavé pokožky vrátit zelená barva.

Suzuki vystavoval tmavé housenky teplotnímu šoku a podle jejich reakce je vybíral pro další množení. Jednu skupinu tvořily housenky, které zůstávaly i po šoku tmavé. Do druhé naopak přeřadil ty housenky, které po šoku nejvíce zezelenaly. U těch se po několika generacích tvrdé selekce objevila zcela nová vlastnost nápadně připomínající polyfenismus "rajčatových" lišajů Manduca quinquemaculata. Pokud vyrůstaly housenky těchto lišajů tabákových v teplotě pod 28,5oC, pak zůstávaly tmavé, jak jim velela mutace v jejich dědičné informaci. Pokud se ale vyvíjely při vyšších teplotách, stoupla jim v těle hladina juvenilního hormonu a housenkám narostla zeleně zbarvená pokožka.

Evoluční biologové vítají výsledky studie zveřejněné v předním vědeckém časopis Science jako průlomový objev, který naznačuje, jak se vyvíjejí vlastnosti důležité pro přežití v různých podmínkách. Organismus si může nést po dlouhou dobu mutaci, která se na první pohled nejeví jako důležitá. V takové roli vystupovala během durhamských experimentů Suzukiho a Nijhouta mutace pro tmavé zbarvení housenek lišaje tabákového. Při změně podmínek může mutace otevřít organismu cestu k nové vlastnosti bez toho, že by si její nositel definitivně přibouchl dveře k využívání původní vlastnosti. V laboratoři sehrály roli změn životních podmínek teplotní šoky a selekce podle reakce housenek na zvýšenou teplotu. Housenky díky tomu získaly dva alternativní způsoby vývoje. Jeden zajišťuje tmavou barvu pokožky, druhý pak zelenou. Pro lišaje to nebylo příliš těžké. Stačilo jim k tomu jen změnit míru produkce jednoho hormonu.

Během evoluce druhů se mohou po dlouhou dobu hromadit četné "tiché" mutace, které se nijak neprojevují, protože je organismus za daných podmínek dokáže udržet na uzdě. Za změněných podmínek už to nezvládne a výsledkem je "náhlé" objevení zcela nových vlastností. Původně jednotvárná populace se tím rozrůzní a v nových podmínkách pak mají větší šanci na přežití ti, kteří byli obdařeni výhodnější vlastností. Na první pohled to pak vypadá, že nová vlastnost "spadla z nebes", protože nic nenasvědčovalo, že se na ni organismy postupně připravují.

Nijhout je přesvědčen, že podobně lze vysvětlit i další projevy polyfenismu, ať už jde o vznik různých kast u mravenců nebo vývoj bezkřídlých a okřídlených forem u mšic, který je poplatný množství potravy, jež mají mšice k dispozici.