Genetickým majstrom živočíšneho sveta sa stala miniatúrna dafnia.
Dafnia, obľúbená pochúťka akvárijových rybičiek, je prvým kôrovcom, ktorému vedci zmapovali kompletnú dedičnú informáciu, genóm. Ukázalo sa, že mikroskopická dafnia obyčajná (Daphnia pulex) má takmer 31-tisíc génov, teda asi o osemtisíc viac ako človek.
Odhady celkového počtu ľudských génov sa dlho líšili a nie raz sa pohybovali aj na hranici stotisíc. Pred niekoľkými rokmi ich genetici konečne zrátali; ukázalo sa, že ich máme „iba" 23-tisíc. Obyčajná ryža má 50-tisíc génov, kukurica 32-tisíc, a v týchto genetických počtoch nás prekonáva ešte aj drobná arábka (25 500).
Rastliny majú všeobecne viac génov najmä preto, že si musia samy vyrábať živiny fotosyntézou, zatiaľ čo my získavame energiu jednoduchšie. Lenže čo taký obyčajný miniatúrny organizmus, ako je priezračná dafnia, veľkosť ktorej sa pohybuje od jedného do piatich milimetrov? Čím môže byť zaujímavý a načo potrebuje toľko génov?
Stačí im málo
Poznáme okolo tristo druhov dafnií, sú si však veľmi podobné. Ich životný štýl nie je náročný. Vyhovujú im všetky kontinenty a všetky miesta, ak na nich nájdu trochu sladkej, najmä stojatej vody. Ani pokiaľ ide o živiny, nie sú príliš prieberčivé a vystačia si s drobnými riasami, napríklad so sinicami.
Takýto jedálny lístok sa nám zdá málo pestrý, no dafnie si počas dlhého vývoja na jednostrannú stravu už zvykli. My ich vďaka tomu teraz môžeme považovať za vynikajúcich spojencov v boji proti nechutným zeleným povlakom na jazerách či rybníkoch, ktoré vytvárajú práve sinice.
Dafnie taktiež rýchlo reagujú na stres, preto sú dôležitým organizmom, ktorý signalizuje znečistenie vody.
Zaobídu sa aj bez sexu
Ako väčšina obyvateľov živočíšneho sveta, aj ony prežívajú dobré a zlé obdobia. V lepších časoch sa uspokojas menej dramatickým a menej náročným bezpohlavným životom, keď sa z neoplodnených vajíčok rodia výhradne samičky.
Nie nadarmo svojím názvom pripomínajú krásnu grécku nymfu Dafné, ktorá sa radšej nechala premeniť na zvráskavený strom, než aby podľahla božskému Apolónovi.
Keď však príde aj menšia kríza, napríklad jesenné ochladenie, alebo väčšia, trebárs ohrozenie predátormi, v správaní dafnií nastáva pozoruhodný zlom. Aby ako druh čelili zhoršeným podmienkam, potrebujú zvýšiť genetickú rozmanitosť, ktorá prináša viac možností prispôsobiť sa alebo sa chrániť.
Na to príroda vymyslela jediný spôsob: sex. Vďaka tomu sa potom niektorým dafniám rýchlo vyvinú špecifické ochranné prostriedky: ostne, zuby alebo iný zaujímavý novotvar, pripomínajúci vojenskú prilbu.
Vo vyhrievaných laboratórnych boxoch sú dafnie zrejme ukolísané stálym prostredím a nič ich na zmenu nenúti. Vedcom, ktorí im poskytujú pohodlie, na oplátku umožňujú študovať generácie geneticky identických klonov narodených z neoplodnených vajíčok.
No tí, ktorí chcú študovať reakciu dafnií na stres, pre ne musia vytvoriť menej stabilné podmienky.
Mečnikov aj Weissmann
S vodnými blchami pracovali mnohí slávni muži minulosti. Napríklad Iľja Mečnikov ich použil na overenie svojej revolučnej myšlienky o úlohe bielych krviniek ako ochrancoch organizmu, ktorá stála pri zrode imunológie. Získal za ňu v roku 1908 Nobelovu cenu.
Jeden z najvýznamnejších biológov minulosti August Weissmann, meno ktorého sa často vyslovuje jedným dychom spolu s menom Charlesa Darwina, ilustroval na vodnej blche poznatok, že dedičnú informáciu v živočíchoch môžu prenášať iba zárodočné bunky, teda mužské spermie a ženské vajíčka.
Do tretice zužitkoval dafniu Richard Woltereck na objasnenie teórie fenotypickej plasticity, ktorá v krátkosti hovorí, že organizmus mení svoje vlastnosti ako odpoveď na zmenené životné prostredie.
Dnes je skromná vodná blcha modelovým organizmom environmentálnej genetiky, nového vedného odboru, ktorý sa snaží pochopiť vzťahy medzi génmi a prostredím. Vedci v jej rámci skúmajú, ako budú reagovať dafnie na chemické znečistenie vody.
Desaťtisíc unikátov
Dafnia sa stala veľmi obľúbeným genetickým organizmom, podobne ako ovocná muška drozofila (Drosophila melanogaster) alebo červík Caenorhabditis elegans. Kompletný genóm červíka aj ovocnej mušky vedci poznajú od konca uplynulého storočia, takže dafnia mala výrazný historický sklz.
Teraz ho zmazalo medzinárodné genómové konzorcium (Daphnia Genomics Consortium), koordinované Centrom genomiky a bioinformatiky na Indianskej univerzite v americkom Bloomingtone. Má takmer 500 členov a vedie ho John Colbourn z rovnakej univerzity. Colbourn je vedúcim tímu autorov, ktorý o zmapovaní genómu dafnie napísal do časopisu Science.
Tím genetikov z Japonska, Nemecka, Švajčiarska, Holandska, Kanady a Veľkej Británie zistil, že dafnia má asi desaťtisíc unikátnych génov, ktoré sa v DNA inej živočíšnej čeľade nevyskytujú. „Sú pre vedu úplne nové," konštatoval Don Gilbert z Indianskej univerzity, spoluautor článku v Science.
Moderná verzia kanárika
Vedci skúmali aj príčiny vysokého počtu génov dafnie. Podľa nich to má na svedomí zdvojovanie génov počas evolúcie, keď sa mnohé gény skopírovali a vytvorili nové rodiny s novou funkciou.
Pomohli im v tom iné gény. Zdá sa, že duplikáty pôvodných génov nezískali novú funkciu cestou postupných výhodných mutácií, ale že minimálne polovica z nich zmenila pracovné zaradenie veľmi rýchlo, niektoré možno už v čase, keď vznikli. Vďaka tomu dafnia dokáže tak rýchlo reagovať na zmeny v jej životnom prostredí.
„Podľa našich odhadov je počet zdvojení v porovnaní s inými bezstavovcami trojnásobne vyšší a približne o tretinu vyšší v porovnaní s človekom," povedal Colbourne.
Dafnia je súčasne organizmom, ktorý spomedzi bezstavovcov zdieľa najviac génov s človekom. Aj preto skúmanie spôsobu, akým reaguje na nepohodu, je dôležité pri snahe pochopiť stresové reakcie ľudí.
„Dafnia je skvelý vodný senzor, moderná verzia kanárika v bani s potenciálom vysoko účinnej technológie," povedal James Klaunig z Indianskej univerzity.
„So znalosťou jej genómu a s využitím laboratórnych aj terénnych štúdií môžeme sledovať efekty, ktoré v životnom prostredí pôsobia na bunkovej aj molekulárnej úrovni, a spojiť ich s podobnými procesmi prebiehajúcimi u ľudí," dodal Klaunig.
Hlavný zdroj: webová stránka americkej NSF (Národnej nadácie pre vedu)