Rozmanitost v rámci druhu Čím se způsobena velká rozmanitost v rámci jednotlivých druhů?

Proces přirozeného výběru do určité míry závisí na myšlence rozmanitosti, totiž že uvnitř všech druhů existuje genetická rozmanitost. Řekněme, že tady máme skupinu kruhových bytostí, jeden z nich má takovou barvu, další jsou zase jinak zbarvení. v dalších videích si podrobněji probereme jak funguje meióza a mitóza. Ta je vlastně stejná, tenhle, tenhle a tenhle. Z nějakého důvodu existují tyto varianty, přestože faktory prostředí neupřednostňují žádného z nich, někdy se může nějaký faktor prostředí změnit a způsobit, že tento jedinec je schopný se více rozmnožit. Z nějakého důvodu je tento jedinec schopný rozmnožovat se častěji a tihle jedinci méně. Někteří z nich třeba zahynou nebo je snědí ptáci nebo se prostě nejsou z nějakého důvodu schopni reprodukovat a pak jsou tito jedinci něco mezi tím. Takže v průběhu času se v této populaci mění četnost určitých znaků. Pokud jsou tyto změny dostatečně velké, mohou se tito jedinci stát dominantními a začít diskriminovat ve výběru ty druhé, protože jsou třeba tak odlišní. Může tu být spoustu různých příčin. Může to nakonec vést ke vzniku nového druhu. Otázka samozřejmě zní, co tedy vede k této rozmanitosti? Co vede v populaci, třeba i v naší populaci k tomu, že někdo je špinavý blond, někdo hnědovlasý a někdo černovlasý a že máme téměř nekonečnou škálu barev pleti nebo výšky postavy. Co to způsobuje? Jedna věc, na kterou mohu poukázat a o které jsme mluvili ve videu o DNA, je pojem mutace. Jak jsme se dozvěděli, DNA je jen řada těchto bází. Tedy adenin, guanin, řekněme, že mám nějaký thymin. Více adeninu, nějaký cytosin. Tahle řada kóduje, pokud je dost dlouhá - třeba pár set nebo pár tisíc bází - kóduje proteiny nebo věci, které ovládají jiné proteiny. V sekvenci ale může dojít k záměně v jedné bázi. Třeba se tenhle cytosin z nějakého důvodu náhodně změní na guanin nebo jsou tyhle báze deletovány, to způsobí změnu v DNA. Představte si jako kdybych otevřel zdrojový kód nějakého programu a začal náhodně měnit a vkládat písmena, aniž bych věděl, co dělám, tak ve většině případů program zničím. Téměř vždy, ve velké většině případů, tohle nikam nepovede. Buď to nic nezmění, například když do programu jenom přidám pár mezer nebo něco takového, program to nezmění, ale pokud začnu mazat středníky a čísla, tak to nejspíš program zničí. Takže buď to nic neudělá, nebo to většinou organismus zabije. Mutace někdy mohou způsobit, že postižená buňka úplně zešílí, a nejspíš uděláme celou řadu videí o rakovině. Tahle změna očividně poškodí organismus jako celek, i když pokud k tomu dojde až poté, co se organismus rozmnoží, pak to na to nepůsobí selekční tlak a nepřenese se to do další generace. Ale to teď nebudu podrobně rozebírat. Hlavní myšlenka je, že mutace nevypadají jako uspokojivý zdroj rozmanitosti. Mohly by být zdrojem nebo částečně přispívat k vzácným znakům, ale musí tu být ještě něco významnějšího než mutace, něco co způsobuje diverzitu i uvnitř - možná bych tomu měl říkat rozmanitost - i uvnitř populace. Odpověď tady opravdu máme přímo pod nosem. Je to jeden z naprosto základních principů biologie. Tak základní, že většina lidí ani neuvažuje o tom, proč je to tak zařízené. A to je pohlavní rozmnožování. Pohlavní rozmnožování. Když mluvím o pohlavním rozmnožování, mám na mysli všeobecný pojem, když se podíváme na všechny organismy, které mají buněčné jádro - těm říkáme eukaryota. Možná udělám celé video na porovnání eukaryot a prokaryot. Když se podíváme na všechny organismy od rostlin dál - skoro na všechny - ale když se podíváme na jaderné buňky, téměř ve všech případech pozorujeme, že máme samce a samice. U některých druhů může být organismus samcem i samicí současně, ale všeobecná myšlenka je, že všechny organismy svým způsobem produkují verzi svého genetického materiálu, která se kombinuje s odlišnou verzí genetického materiálu druhého organismu. Pokud by mutace byly jediným zdrojem rozmanitosti, pak bych prostě mohl pučením vytvořit nové Saly. Tihle noví Salové by ze mě vypučeli, a jeden z nich by třeba mohl být mírně odlišný. Ovšem to by, jak už jsme si řekli, většinu času přinášelo jen drobné změny, velmi málo rozmanitosti, která by spočívala v různých faktorech, které by ovlivňovaly tento proces pučení, kdy vytvářím identické kopie, většinu času by to bylo škodlivé. Většinou by to organismus poškozovalo. Když ale máme pohlavní rozmnožování, co se stane? Vlastně tím mícháte všechny možné kombinace DNA ze zásoby vašeho druhu. Zkusím to trochu víc objasnit. Napřed smažu tuhle čmáranici. Takže, my všichni - vztáhnu to na lidi, protože to přece jsme. Máme dvacet tři párů chromozomů a v každém páru máme jeden chromozom od matky a jeden od otce. Nakreslím to. Takže chromozomy od mého otce jsou modré. Takže mám jedna, dvě, tři a tak dále. Dochází mi místo. Zbytek udělám tady a sem dám jeden, který vypadá trochu odlišně. Sem hodím jeden, který vypadá jako Y, řekneme si něco víc o chromozomech X a Y. Pak tady mám dvacet tři chromozomů od matky. Nechci podléhat stereotypům, ale možná je udělám v trochu více dívčí barvě. Takže mám dvacet tři chromozomů od mé matky. Jedna, dvě tři, čtyři a tak dále do dvaceti tří. Takže co se nám tu děje? Mám dvacet tři od matky. Mám dvacet tři od otce. Každý z těchhle chromozomů, nakreslil jsem je blízko u sebe, takže se soustřeďme třeba na tenhle pár. Takže se díváme jen na chromozomy číslo - řekněme třeba chromozomy číslo tři. Zvětšíme si chromozomy číslo tři. Mám jeden od matky, tady. Vlastně, možná to raději udělám takhle. Pamatujte si, chromozom je jen velká - pokud vezmete DNA a obalíte ji proteiny vytvoří to tuto strukturu - je to prostě velká - když ji takto vidíte, nemusí být zřejmé, že tohle může být miliony bází dlouhé, takže možná bude vypadat takhle. Je to hustě zabalená verze, vlastně je to dlouhé vlákno DNA, a když je normálně znázorněna takhle, většinou to neodpovídá realitě, o čemž si pak řekneme více, znázorňuje se takhle hustě zabalená. Takže řekněme že tenhle je od matky a tenhle je od otce. Říkejme tomu chromozom tři. Oba jsou to chromozomy číslo tři. Myšlenka je tedy taková, že získávám jiné znaky od otce a jiné znaky od matky. Velmi to tady zjednodušuji, ale tohle je prosté znázornění, jak to funguje. Tenhle chromozom tři třeba obsahuje gen pro barvu vlasů. A třeba můj otec - aplikuji to na sebe. Můj otec měl velmi rovné vlasy. Takže někde na tomto chromozomu je gen pro rovné vlasy. Řekněme, že je to tady. Nezapomeňte, že gen může být tisíce bází dlouhý, ale řekněme, že tohle je gen pro vlnitost vlasů. Verze toho genu od mého otce měla alelu pro rovné vlasy. Alela je jen verze genu, takže ji nazvu alelou pro rovné vlasy. Tenhle chromozom od mé matky v podstatě - jsou výjimky, ale ve většině případů - kóduje stejné geny jako ten druhý, proto jsem je dal vedle sebe. Takže tady bude taky gen pro rovnost nebo kudrnatost vlasů, ale moje matka má kudrnaté vlasy. Takže tady má gen pro kudrnaté vlasy. Tahle verze genu je alela pro kudrnatost. Gen prostě říká - tohle je gen určující, jestli máte kudrnaté vlasy nebo ne. Každé verzi toho genu se pak říká alela. Alela pro kudrnatost. Když mám obě tyto alely ve svém těle, ve svých buňkách, jsou skutečně ve všech buňkách mého těla kromě - a o tom si řekneme za chvíli - pohlavních buněk, ale všechny buňky, kromě těch, které slouží k reprodukci, v sobě mají kompletní sadu chromozomů, což považuji za úžasné. Ale jen některé chromozomy - například, tyhle geny budou k ničemu u nehtů, protože tam na kudrnatosti nezáleží. Zjednodušuji to. Možná, že budou důležité jinak. Ale pro jednoduchost řekněme, že na některých místech na těchto genech nezáleží. Takže některé geny se projevují jen v jistých buňkách, kterým říkáme somatické buňky, ty rozlišujeme od pohlavních buněk, gamet, o kterých budeme mluvit později. Takže tohle jsou mé tělní buňky. Tohle je naprostá většina vašich buněk, je to protiklad gamet. A gamety - napíšu to sem, abych to vyjasnil - u samců jsou to spermie a u samic jsou to vaječné buňky, vajíčka. Ale většina mých buněk má kompletní sadu chromozomů a chci říct, že pro každý dědičný znak mám vlastně dvě verze: jednu od matky a jednu od otce. Těmhle se pak říká homologní chromozomy. Homologní. To znamená, když vidíte předponu homo - homologní, Homo sapiens, homosexuál nebo homogenní - znamená to "stejný". To vidíte všude. Takže homologní znamená, že jsou téměř stejné. Kódují z velké části tu samou sadu genů, ale nejsou identické. Mohou vlastně kódovat trochu odlišné verze stejného genu. Takže podle toho, jakou verzi dostanu, co se u mě projeví, je můj genotyp - zavedu tady další výraz, bombarduji vás spoustou nových slov. Takže můj genotyp představuje soubor alel, soubor verzí genů, které mám. Mám třeba pátou verzi alely pro kudrnatost. V naší populaci může být několik verzí této alely. Mám také i nějakou verzi alely pro rovné vlasy. To je můj genotyp. Můj fenotyp je, jak moje vlasy doopravdy vypadají. Například dva lidé mohou mít různé genotypy, ale stejný - jejich verze genů mohou kódovat stejný vzhled vlasů - mohou tedy mít velmi podobný fenotyp. Jeden fenotyp tedy může být reprezentován různými genotypy. To je jedna věc, budeme o tom hodně hovořit později, ale chtěl jsem vám to teď představit. Ale do celé téhle diskuze jsem zabředl, protože jsem chtěl mluvit o rozmanitosti. Jak tedy dochází k rozmanitosti? Takže, co se stane, když - zkusím to podat takhle. Co se stane, když budu mít potomky? Což se stalo - mám syna. Takže můj příspěvek k jeho genotypu je náhodný soubor poloviny těchto genů. Z homologního pár přispěji buď alelou, kterou jsem dostal od své matky, nebo tou od svého otce. Takže řekněme, že spermie, která oplodnila vajíčko mé ženy, řekněme, že měla tenhle, tenhle - mohl bych prostě vzít jeden chromozom od každého z dvaceti tří párů. Kolik kombinací celkem dostaneme? Pro každou sadu můžeme vybrat jeden ze dvou homologních chromozomů a udělám to třiadvacetkrát. Dva krát dva krát dva - to je dvě na dvacátou třetí. Mám tedy dvě na dvacátou třetí verzí, které může můj syn nebo dcera ode mě získat. O tom, jak se to stane, si řekneme, až se budeme bavit o meióze, kdy při tvorbě spermií obsahují pohlavní buňky v podstatě jen jednu sadu, místo aby měly dvacet tři párů chromozomů, mají jen dvacet tři chromozomů. Například vezmu jeden z každého páru a procesem meiózy, o kterém si povíme, vytvořím hromadu spermatických buněk. Každá bude mít jeden chromozom z každého páru, jednu verzi z páru. Třeba z tohohle páru si vezmu chromozom od otce, z tohohle od matky. Pak vezmu ještě pár, ty ale nepatří vedle sebe. Ještě třeba pár od matky. Chromozom pět vezmu od otce a tak dále. Možných kombinací je dvě na dvacátou třetí, protože máme dvacet tři párů, ze kterých vybírám. Vajíčko mé ženy je na tom úplně stejně. Má dvě na dvacátou třetí různých kombinací DNA, které může předat potomkovi podle toho, kterým z homologních chromozomů přispěje. Počet možných kombinací, které může jeden pár vyprodukovat - používám tu jako příklad sebe, ale dá se to vztáhnout na všechno. Na všechny druhy, které se rozmnožují pohlavně. Pokud já mohu poskytnout dvě na dvacátou třetí kombinací DNA a moje žena může také poskytnout dvě na dvacátou třetí kombinací DNA, pak můžeme spolu vyprodukovat dvě na čtyřicátou šestou kombinací. Abyste si udělali obrázek, jak velké číslo to je, je to asi dvanácttisíckrát větší číslo, než je současný počet lidí na Zemi. I v rámci jednoho páru tedy existuje obrovská rozmanitost potomstva. Kdyby se vám i to zdálo málo, mezi homologními páry při meióze může docházet k rekombinaci DNA. To znamená, že když se při meióze homologní páry seřadí vedle sebe, může dojít k takzvanému crossing-overu. Při něm se tahle část DNA přesune sem a zapojí se, zatímco tahle DNA se přesune jinam a zapojí se tam. Takže tohle všechno přejde sem a tohle všechno jde tam. Když crossing-over skončí, zůstane nám DNA, která pochází od mé matky, nebo myslím, že pochází od mé matky, ale má v sobě kus, který pochází od mého otce, a ten, co pochází od mého otce, má v sobě kus od mé matky. Nakreslím to ve správných barvách. Pochází od mé matky, takhle. Díky tomu je rozsah rozmanitosti ještě větší. Místo předávání jednotlivých chromozomů, kdy každý chromozom je souborem vaší DNA, místo toho se teď můžeme zabývat kombinacemi na úrovni jednotlivých genů, což nám přináší téměř nekonečné možnosti rozmanitosti. Představte si všechny ty varianty, které se mohou objevit, když začnete kombinovat různé verze stejného genu v populaci. Navíc tu nejde jen o jeden gen. Chci říct, ve skutečnosti geny samotné málokdy kódují specifickou věc. Málokdy se můžete podívat na jeden gen a říci "tohle jsou hnědé vlasy" nebo se podívat na jiný gen a říct "tohle je inteligence" nebo "tenhle dělá z lidí sympaťáky". Obvykle je to celá řada genů, které se navzájem ovlivňují neuvěřitelně složitým způsobem. Kudrnatost může být zakódována v celém souboru genů na různých chromozomech. Stejně i rovné vlasy může kódovat více genů na různých chromozomech. Z úvahy o všech možných kombinacích je jasné, že se naráz může objevit jedna, která ještě nikdy neexistovala, ale najednou je tady a je velmi úspěšná. Zamyslete se nad tím. Tato kombinace může, ale nemusí, přejít do další generace, díky rekombinaci. Povíme si o tom více někdy později. Chtěl jsem udělat jen úvod do pohlavního rozmnožování, protože je to opravdu hlavní příčina rozmanitosti uvnitř populace. Je to v podstatě filozofická otázka, protože existenci samců a samic považujeme za téměř samozřejmou, protože se uplatňuje všeobecně, ale podle toho, co jsem si o tom přečetl, vyskytuje se teprve 1,4 miliardy let. Je to skoro něco jako užitečná vlastnost. Protože s tímto stupněm rozmanitosti se přirozený výběr stává - vlastně je to tak, že tato rozsáhlejší rozmanitost, na rozdíl od pouhých mutací, i když i dříve mohl probíhat nějaký jednoduchý typ crossing-over, ale teprve pohlavní rozmnožování s tímto rozsahem rozmanitosti umožňuje mnohem efektivnější přirozený výběr. Druhy, které se dokázaly rozmnožovat a rekombinovat svou DNA tímto způsobem, produkovaly rozmanitější potomstvo a to jim umožnilo být úspěšnější v přirozeném výběru, proto po čase měly početní převahu nad druhy, které to nedokázaly, a tak se tato vlastnost obecně prosadila. Šlo by si představit svět popsaný v různých sci-fi, ve kterém existují tři pohlaví, prostě pohlaví jedna, dva a tři. Nebo svět s deseti pohlavími. Na Zemi je to ale tak, že existence dvou pohlaví představuje účinný a spolehlivý způsob zvyšování rozmanitosti uvnitř populace. Doufám, že to pro vás bylo zajímavé,