Jak jsme přišli o ocas?
Většina zvířat má ocas, ale člověk a lidoopi o něj v průběhu evoluce přišli. Proč k tomu došlo, co nám to přineslo a jaké následky jsme si z toho odnesli?
Evoluce ztráty ocasu napříč fylogenetickým stromem primátů
Čas od času přijde na svět dítě s ocáskem. Stává se to zřídka a „přívěsek“krytý kůží a tvořený svaly, vazivem, cévami a nervy vlastně ani ocáskem není. Chybí v něm kosti obratlů, nevyskytují se v něm ani chrupavky a postrádá napojení na míchu. Lékaři ho proto novorozenci snadno odstraní.
Většina savců včetně nám blízkých opic a lemurů ocas má a ten jim dobře slouží při nejrůznějších příležitostech. Postrádáme ho my lidé a naši nejbližší živočišní příbuzní z řad lidoopů. Lidskému embryu se sice zpočátku ocásek vytváří, ale kolem osmého týdne po početí beze zbytku zaniká. Zůstane z něj jen zakrnělý zbytek v podobě kostrče.
Proč a jak jsme o ocas přišli? Odpověď na tuto otázku nalezl genetik Bo Xia se svými spolupracovníky během doktorátu na Newyorské univerzitě. Výsledky rozsáhlé studie zveřejnil časopis Nature. Xia se o zvířecí ocasy zajímal už jako malý kluk. Jako téma disertační práce si ale otázku chybějícího ocasu lidí a lidoopů vybral až poté, co si při jízdě taxíkem bolestivě poranil kostrč. Nebyl zdaleka první, koho tato záhada zaujala.
Už v roce 1927 došla ukrajinská bioložka Nadine Dobrovolská-Zavadská k závěru, že zvláštní bezocasé laboratorní myši přišly k tomuto defektu poškozením genu T. Gen označovaný také jako TBXT nebo brachiury stojí rovněž v pozadí ztráty ocasu u zvláštního plemene koček z ostrova Man nebo u myši středomořské, žijící na západě mediteránní oblasti. Xia se proto zaměřil na lidský gen TBXT.
Skákající geny
V porovnání s genem TBXT opic nese gen člověka a lidoopů zvláštní „vsuvku“tvořenou tzv. skákajícím genem. Tento úsek DNA, obsahující zhruba tři stovky písmen genetického kódu, dokáže vytvářet své vlastní kopie a zabudovat je na nová místa dědičné informace. V genu TBXT lidí a lidoopů k tomu došlo hned dvakrát. Xia a spol. prokázali, že právě dvojice malých skákajících genů zbavila naše předky ocasu. K tomuto závěru se však vědci propracovávali hodně složitě.
Základní experimenty ukončil Bo Xia se svým týmem už v roce 2021 a jejich výsledky předběžně zveřejnil na serveru BioRxiv. To je celkem běžná praxe. Vědci tyto tzv. preprinty využívají k diskusi o výsledcích předtím, než pošlou rukopis článku k posouzení do vědeckého časopisu. Xia zcela jistě netušil, že uplyne dva a půl roku, než časopis Nature jeho rukopis otiskne.
Aby nebylo o klíčové roli genu TBXT při ztrátě ocasu u člověka a lidoopů pochyb, museli Xia a spol. provést obrovské množství ověřovacích experimentů. Ty odhalily, že jak opičí, tak i lidský gen TBXT slouží jako předloha pro syntézu jednoduché šroubovice kyseliny ribonukleové, podle které si pak buňky vyrábějí bílkovinnou molekulu. A právě molekuly RNA tvořené podle lidského genu se chovají neobvykle.
Přepíše se do nich i dvojice vložených skákajících genů, které se tu chovají jako dvě části suchého zipu. Přilepí se k sobě a na řetězci ribonukleové kyseliny vytvoří „kličku“, která následně vypadne a zmizí. Podle takto zkráceného řetězce kyseliny ribonukleové si buňky vyrábí zkrácenou bílkovinnou molekulu a ta pak nezajistí růst ocasu. Dvojice skákajících genů se vloudila do genu TBXT společnému předkovi dnešních lidí i lidoopů už před 25 miliony roků, a naši předci tak tehdy přišli o ocas.
Ocas chybí i některým opicím. Postrádají ho například afričtí mandrilové nebo makaci magoti. Ti se ale propracovali ke ztrátě ocasu nezávisle na člověku a lidoopech. Bo Xia a jeho spolupracovníci ve své studii odhalili asi 140 genů, které se nějak podílejí na vývoji ocasu. Živočichové tak mohou přijít o ocas vícero způsoby. Narušení funkce genu TBXT při tom ale sehrává klíčovou roli.
Výhodná ztráta?
Vědce zajímalo, jaké výhody našim dávným zvířecím předkům ztráta ocasu přinesla. Ty musely být opravdu významné, protože lidská varianta genu TBXT s „vsuvkou“dvojice skákajících genů zvyšuje u laboratorních myší riziko vývojových poruch páteře. Ty připomínají defekt známý u lidí jako spina bifida, při němž nedochází k uzavření kanálu, kterým v obratlích prochází mícha. Přínosy ztraceného ocasu by měly nad všemi podobnými hrozbami převážit.
Z paleontologických nálezů vyplývá, že předci lidí a lidoopů ztratili ocas v době, kdy se ještě pohybovali v korunách stromů. Tam se ocas hodí pro udržování rovnováhy. Opice jím například korigují dráhu při skocích z větve na větev.
Ocas jim však slouží i jako víceúčelový nástroj. Například jihoamerické malpy kapucínské se pomocí ocasu dostávají k nepřístupným zdrojům pitné vody. Strčí ocas do díry s vodou na dně, počkají, až nasákne do chlupů, a z těch ji pak vysají.
Řada evolučních biologů je přesvědčena, že naši dávní předkové bez ocasu snáze zvládali chůzi po dvou. K té se uchylovali i v době, kdy lezli po stromech. Ve větvích běhali po zadních končetinách a předními se přidržovali větví nad hlavou. Ocas však opicím při chůzi po dvou nepřekáží. Naopak, dodává jejich krokům na stabilitě.
Platí to např. o malpách, které chodí po zadních, když přenášejí z místa na místo těžké kameny k rozbíjení ořechů. Nelze proto vyloučit, že se ztráta ocasu prosadila náhodou, když se dvojice skákajících genů vmáčkla do genu TBXT v malé populaci našich zvířecích předků. Ti mohli před 25 miliony roků uvíznout ve východní Africe v izolaci v důsledku intenzivní vulkanické činnosti, jež vedla ke vzniku rozsáhlých jezer a velkých řek. V takové populaci se pak může uchytit nová vloha, i když žádné velké výhody nepřináší.
Nelze vyloučit, že se ztráta ocasu prosadila náhodou. V izolované populaci se může uchytit nová vloha, i když nepřináší žádné velké výhody.