Tato rostlina, o které jste nikdy neslyšeli, dělá něco, co vědci dlouho považovali za nemožné

Takto vypadá diploid. Zdroj: Herbář Floridské univerzity 

Nová studie zaměřená na rostliny rodu Galax ukazuje, že autopolyploidní rostliny s odlišnými sadami chromozomů mohou koexistovat. Tento objev zásadně mění dosavadní pohled na to, jak rychle a jakým způsobem vznikají nové druhy.

Před zhruba 3,7 miliardami let zareagoval řetězec volně se vyskytujících aminokyselin – podobných těm, jaké nacházíme v meteoritech nebo v hvězdné "porodnici" poblíž středu Mléčné dráhy – s přírodním katalyzátorem a spustil proces sebereplikace. Od té chvíle je jednou z největších otázek biologie, jak se z těchto jednoduchých molekul zrodila ohromující rozmanitost života, kterou dnes známe.

Charles Darwin přinesl převratné vysvětlení: život se vyvíjí v čase. Pokud jsou dvě skupiny téhož druhu dostatečně dlouho izolované – po tisíce až miliony let – nakonec se vyvinou v samostatné druhy.

Existuje ale i rychlejší cesta.

Evoluční zkratka: autopolyploidie

Vedle známější hybridizace, která vznik nových druhů urychluje, ale bývá komplikována jevem zvaným introgrese, existuje mechanismus ještě radikálnější: autopolyploidie. Umožňuje některým rostlinám (a několika dalším organismům) prakticky okamžitě zdvojnásobit počet chromozomů – a tím vytvořit novou genetickou linii.

Za správných podmínek tak může vzniknout nový druh téměř přes noc.

Autopolyploidie vzniká tehdy, když reprodukční buňky omylem vytvoří navíc jednu kopii své DNA. Následná rostlina tak zdědí dvě stejné sady chromozomů. Ačkoliv se ještě může křížit s běžnými diploidními rostlinami, jejich společné potomstvo většinou není životaschopné.

Změna pohledu: autopolyploidie není slepá vývojová větev

Dlouho se mělo za to, že autopolyploidie je pouze podivná genetická odchylka. Vědci věřili, že se v přírodě vyskytuje vzácně a nemá dlouhodobý význam. Pozdější výzkumy ale tyto předpoklady vyvrátily. Ukázalo se, že autopolyploidie je běžná a že takto vzniklé organismy mají vysokou šanci na přežití.

Přesto panovalo přesvědčení, že autopolyploidy nemohou dlouhodobě koexistovat se svými mateřskými diploidními druhy. Sdílejí totiž stejné prostředí i ekologickou niku – tedy by logicky měl jeden druh druhý vytlačit. Tato představa ale opět narazila na realitu.

Foto: Shelly Gaynorová

Tři chromozomální varianty v jedné populaci

Bioložka Shelly Gaynorová během svého výzkumu v Apalačských horách narazila na fascinující jev. Rostlina Galax urceolata se zde vyskytuje ve třech různých cytotypech – tedy s různým počtem chromozomálních sad – a to dokonce v rámci jediné populace.

"Zjistila jsem, že jedna lokalita může obsahovat směsici cytotypů. Chtěla jsem vědět, zda mohou tyto odlišné varianty koexistovat dlouhodobě, nebo jestli nakonec převládne jen jedna," vysvětluje Gaynorová, která výzkum provedla v rámci své dizertace na Floridské univerzitě.

Spolu s týmem vytvořila sofistikovaný matematický model, který simuloval dynamiku populací s různou úrovní ploidie. Na rozdíl od starších přístupů jejich model zohlednil náhodnost – například vliv proměnlivého prostředí a hustoty populace.

Miliony simulací, tisíce let evoluce

Model běžel přes milion simulací a zkoumal scénáře vývoje v horizontu tisíců let. Ukázalo se, že v nestabilnějším prostředí mají polyploidní rostliny výhodu – často nahradí své diploidní předchůdce. Překvapivě však model potvrdil i dlouhodobou koexistenci obou variant, pokud dochází jen k částečné reprodukční izolaci.

Zásadní poznatek: pokud diploidy vymřou, není možné, aby se znovu vyvinuly zpětně z polyploidů. Výsledkem je tedy čistě polyploidní populace – bez cesty zpět.

Evoluční význam a ekologické důsledky

Studie mění náš pohled na speciaci – tedy vznik nových druhů. Ukazuje, že polyploidie není slepou větví evoluce, ale klíčovým hnacím mechanismem biodiverzity. Dříve podceňované polyploidy dnes známe jako důležité hráče v ekosystémech, jak dokazují například osika velkokmenná nebo osika třesavá.

Zjištění Shelly Gaynorové nejsou jen akademickou kuriozitou. Mají důsledky pro ochranu přírody: v době klimatických otřesů mohou polyploidní organismy lépe čelit výkyvům prostředí – a tím přispívat ke stabilitě celých společenství.

Zdroj: "Dynamika populací se smíšenou ploidností za demografických a environmentálních stochasticití" od Michelle L. Gaynorové, Nicholase Kortessise, Douglase E. Soltise, Pamely S. Soltise a Josého Miguela Ponciano, 18. února 2025, The American Naturalist.

DOI: 10.1086/734411

5. 6. 2025 
- mai