Pijavenky nejsou tvorové ani vzácní, ani příliš fotogeničtí. Podobají se mikroskopickým červíkům a najdeme je po celém světě na nejrůznějších místech - v lesním mechu i v odpadních stokách, v potocích i na kamenech porostlých lišejníkem.
Některým se líbí v kalužích dešťové vody, jiným v přítmí pod odumřelou kůrou stromů. Vědci jich znají asi čtyři sta druhů. A všechny do jednoho se obejdou bez samečků.
Pijavenky žijí v exkluzivních „dámských klubech“ už desítky milionů let. Ani ti nejtrpělivější „vědečtí paparazzi“ je nikdy nepřistihli při pohlavním rozmnožování. Slavný britský biolog John Maynard Smith označil život pijavenek za „největší skandál evoluce“.
Elementární přírodní zákony hovoří jasně. Osud živočichů, kteří by se natrvalo vzdali sexu, je zpečetěn. Vyhynou! Pijavenky jsou příslovečnou výjimkou, která základní přírodní zákonitost úspěšně popírá. Jak je to možné?
Po dlouhá desetiletí se vědci báli, že pijavenky ve skutečnosti nejsou nijak výjimečné a vedou skrytý pohlavní život, při kterém své samečky důkladně tají. Nebylo by to poprvé, co vědci pohlavní život nějakého tvora přehlédli. Spolu s pijavenkami se těšili pověsti živočichů neznalých sexu i drobní korýši lasturnatky.
Po celé generace nikdo z vědců nenarazil ani na jediného samečka lasturnatky darwinuly a odborníci věřili, že se tito tvorové množí jen nepohlavně. Platilo to až do roku 2003, kdy biolog Robin Smith nalovil darwinuly v jednom lesním prameni na japonském ostrově Jakušima. Když si prohlédl pod mikroskopem svůj úlovek, zahlédl mezi bezpočtem samic i jednu maličkou darwinulu. Detailnější pohled odhalil, že je to sameček. V následujících letech se Smithovi a jeho japonským kolegům podařilo v prameni ulovit ještě dva samečky. Samičky byly v tisícinásobné přesile. Zdá se, že samci nehrají v životě těchto živočichů významnější roli a jsou to pouhé kuriozity. Přesto to stačí, aby lasturnatky vypadly ze skandálního klubu živočichů, kteří neznají pohlavní rozmnožování. Pijavenkám nic podobného nehrozí.
„Jsou to skuteční asexuálové,“ říká na adresu pijavenek americký genetik Bill Birky z University of Arizona v rozhovoru pro vědecký týdeník Nature. „Není to tak, že by provozovaly sex někde vskrytu, když my se zrovna nedíváme.“
O to větší záhadu pijavenky představují. Bez sexu to nejde?
Pohlavní rozmnožování je na první pohled krajně nevýhodné. Musí se k němu sejít dvojice rodičů odlišného pohlaví - samec a samice. Každý předá potomkovi jen polovinu své dědičné informace.
Nepohlavně se rozmnožující samice schopná přivádět na svět potomky z neoplozených vajíček si vystačí sama. Nepohlavně se rozmnožující živočich je proto v plození potomků dvojnásobně výkonnější, a navíc potomci nezdědí pouhou polovinu genů, ale rovnou celou dědičnou informaci.
Někteří živočichové demonstrují tyto přednosti nepohlavního rozmnožování v obdobích života, kdy potřebují vytěžit maximum z příznivých podmínek.
Například mšice se během vegetační sezony množí především nepohlavně. Samičky plodí jako na běžícím pásu záplavu dcer z neoplozených vajíček. Teprve v závěru vegetační sezony přivedou samice na svět další pokolení samců a samic, jež se normálně páří.
Zdá se, že alespoň jednou za čas musí živočichové přivést na svět potomky počaté oplozením matčiných vajíček otcovými spermiemi. Rodiče přitom skládají své dědičné vlastnosti do zcela nových kombinací. Ty mohou zajišťovat potomkům vyšší životaschopnost, například odolnost k chorobám.
Protože pohlavně zplozený potomek dědí od každého rodiče jen půlku jeho dědičné informace, nabízí pohlavní rozmnožování jedinečnou příležitost k tomu, aby se nová generace potomků vystříhala genů, které přišly v dědičné informaci rodičů k úhoně a způsobují dědičné defekty.
Rekordmani v odolnosti k záření Pijavenkám jsou všechny výhody pohlavního rozmnožování trvale odepřeny. Čím je nahradí? Tým amerických biologů vedený Mathewem Meselsonem z Harvardovy university odhalil hned několik velmi důmyslných evolučních triků, jimiž si pijavenky vypomáhají.
Meselson spolu s kolegou Markem Welchem zjistil, že si předci současných pijavenek kdysi dávno zdvojnásobili dědičnou informaci. U většiny pohlavně se rozmnožujících živočichů dostává potomek jednu sadu genů od otce a druhou sadu od matky. Samice pijavenek předávají dcerám svou kompletní dědičnou informaci tvořenou čtyřmi sadami genů.
V průběhu evoluce se sice sem tam nějaký „rezervní“ gen ztratil nebo vážně poškodil. Přesto má pijavenka dostatečnou zásobu životně důležitých genů a poškození DNA pro ni nemívá fatální následky. Významně k tomu přispívá i schopnost pijavenek dědičnou informaci rychle a důkladně vyspravit.
Tuto neuvěřitelnou schopnost pijavenek prokázal Meselsonův kolega Eugene Gladyshev v pokusech, při kterých je vystavoval silné radiaci. Neustále zvyšoval dávky záření a čekal, kdy poškodí DNA pijavenek natolik, že se přestanou rozmnožovat. Ukázalo se, že pijavenky drží ve zvířecí říši absolutní rekord v odolnosti k radiaci. Snesou pětkrát vyšší dávky záření než vířníci, kteří se rozmnožují pohlavně, a trumfnou hravě všechny ostatní pozemské tvory.
Tvrdá zkouška suchem K čemu je pijavenkám extrémní odolnost k záření, když se v přírodě s tak silnou radiací nikdy nepotkají? Meselson je přesvědčen, že pijavenky potřebují opravovat škody, které jejich DNA utrpí při vysušení.
Pijavenky mají velmi tvrdý život. Jejich skrýše často vysychají na troud a pijavenky upadají do klidového stadia, ze kterého je probere až další porce vody. Při vysušení se lámou dvojité šroubovice DNA v dědičné informaci pijavenek a ta by se záhy proměnila v „genetický šrot“.
Pijavenka vlastní většinu genů ve čtyřech kopiích, a tak má docela dobré vyhlídky na to, že alespoň některý gen poškození unikne. Jednotlivé kopie dědičné informace se k sobě v buňkách přikládají a buňka kontroluje, zda se od sebe neliší. Tam, kde na sebe „zdravý“ a poškozený gen „nesednou“, zahájí buňka rekonstrukční práce. Pijavenky díky tomu nehromadí dědičné defekty, i když je jim odepřeno kombinování vloh rodičů.
Neustálé opravy dědičnou informaci průběžně modifikují a to dodává vířníkům nové vlastnosti, jež se mohou ukázat v nových životních podmínkách jako výhodné.
Při generálkách DNA si vířníci zároveň čistí dědičnou informaci od genetických vetřelců, k nimž patří například některé viry. To zajišťuje pijavenkám odolnost k infekcím. Vědci zkoušeli v laboratoři nakazit pijavenky nejrůznějšími choroboplodnými zárodky. Marně.
Nenápadné pijavenky představují jedny z nejpodivuhodnějších tvorů, jaké naše planeta hostí. Studium těchto „skandálních“ živočichů dovolilo vědcům pochopit do očí bijící fakt, že živočišná říše stojí a padá s pohlavním rozmnožováním. Pijavenky se z železných pravidel vykroutily jen díky neuvěřitelné shodě náhod.
Zdvojení dědičné informace a naléhavá potřeba přežít opakované vyschnutí provázené rozsáhlou devastací dvojitých šroubovic DNA jim otevřelo evoluční cestu k životu, v němž není místo pro sex.
„Vyvinuly se v evolučně úspěšné živočichy, kteří neznají pohlavní rozmnožování díky svému způsobu života a díky svým životním funkcím,“ říká v rozhovoru pro Nature Mark Welch. „Musela se u nich dokonale sejít spousta detailů. Žádnému jinému pozemskému tvorovi se to už nepovedlo.“
Díky schopnosti rychle se množit a přitom opravovat svou dědičnou informaci se pijavenky dopracovaly k efektivní očistě od dědičných defektů, k neustálému obměňování DNA a k vysoké odolnosti k choroboplodným zárodkům.
Podle Marka Welche mohou ostatní organismy stejného cíle dosáhnout jen pomocí sexu a to je důvod, proč je pohlavní rozmnožování v živočišné říši nehynoucím evergreenem.
***
Pijavenky se bezpohlavně rozmnožují už desítky milionů let
Samec je zbytečný
Pijavenky, drobní vířníci běžní v každé louži, jsou mezi mnohobuněčnými živočichy zcela výjimečné: nikdy nikdo nespatřil jediného samce. Studiem genů vědci zjistili, že pijavenky neprovozují sex už téměř 100 milionů let. Samičky se bez samců obejdou, protože se rozmnožují tvorbou vlastních klonů z neoplozených vajíček. Mají tedy zcela jiný životní styl než hlemýždi a žížaly. Tito hermafroditi vytvářejí samčí i samičí pohlavní buňky v jednom těle, pijavenky samčí pohlavní buňky vůbec nemají.
Jak vznikl genom dnešní pijavenky
Miliony let bez sexu dokážou žít samice pijavenek. Přesto mají zdravé nezdegenerované potomky. V jisté fázi vývoje se totiž celý genom pijavenky zduplikoval. Samice tak předávají dcerám kompletní dědičnou informaci tvořenou čtyřmi sadami genů. V následujících generacích se některé geny ztratí, jiné zůstanou beze změny. Ovšem pijavenka má dostatečnou zásobu životně důležitých genů a poškozenou DNA dokáže rychle a důkladně vyspravit.
O autorovi| Jaroslav Petr, biolog
