 |
| David Černý je jeden zo spoluautorov novej prelomovej štúdie o evolúcii rýb. |
Na konci
kriedovej periódy, t.j. asi pred 65 miliónmi rokov, došlo k hromadnému
vymieraniu, ktorého obeťou sa stali aj nevtáčie dinosaury. Táto udalosť sa
väčšinou vníma ako niečo negatívne, i keď sa občas nezabudne dodať, že
práve vymretie veľkých dinosaurov uvoľnilo priestor cicavcom a teda aj
nám, ľuďom. Hromadné vymieranie však so sebou zmietlo aj množstvo morských
tvorov vrátane vodných plazov a amonitov. Na súši po kataklyzme život
nanovo rozkvitol v podobe rozmanitosti sveta cicavcov, v mori zase dostali
svoju veľkú príležitosť kostnaté ryby. A patrične ju využili. Nádherným spôsobom
to dokladuje vedecká práca venujúca sa diverzifikácii morských rýb na konci
kriedy. Jedným zo spoluautorov je David Černý, mladý kolega hen od západných
susedov, ktorý mi odpovedal na niektoré otázky týkajúce sa (aj) jeho výskumu.
Matúš Hyžný: Nedávno
uzrela svetlo sveta zaujímavá štúdia o explozívnom rozrôzňovaní morských
rýb súvisiacom s hromadným vymieraním na konci kriedy. Výsledkom je náčrt
fylogenézy lúčoplutvých rýb. Skús v krátkosti opísať priebeh analýzy.
David Černý: V naší studii spojilo své síly několik
laboratoří, z nichž každá přispěla svou jedinečnou specializací. Výzkumná
skupina Thomase Neara v Yale se zabývá příbuzenskými vztahy ostnoploutvých ryb
(tzv. skupina Percomorpha), se kterými si systematici dlouho nevěděli rady. V letech
2012 a 2013 zaznamenala dílčí úspěch, když se jim tuhle část evolučního stromu
povedlo rozporcovat do několika velkých a poměrně nečekaných podskupin, jejichž
vzájemné vztahy ale i nadále zůstaly nejasné. Zde do příběhu vstupuje
laboratoř Branta Fairclotha v Louisianě, které se podařilo vyvinout postup, jak
z obratlovčích genomů vytáhnout zvláštní sekvence, tzv. ultrakonzervované
elementy, které se díky svým vlastnostem velmi dobře hodí právě k rozřešení
podobně problematických příbuzenských svazků.
V Alfarově laboratoři v Los Angeles nás zajímá původ
biodiverzity a její výskyt napříč fylogenezí – jinými slovy, proč jsou některé
skupiny o tolik rozmanitější než jiné. Díky rekordnímu množství dat z
ultrakonzervovaných elementů a díky paleontologické expertize Matta Friedmana z
Michiganu, který vybral fosilie použité k datování výsledného stromu, nyní
můžeme tuhle otázku zodpovědět pro velkou část dnešní rybí diverzity. Oněch pět
až šest souběžných evolučních radiací, které spustilo masové vymírání na přelomu
křídy a třetihor, totiž dalo vzniknout nějakým 17 000 žijících druhů, čili víc
než čtvrtině celého dnešního druhového bohatství obratlovců.
MH: Čo bola
tvoja úloha v rámci danej štúdie?
DČ: Ke studii jsem se dostal v listopadu 2016, těsně
před tím, než byla poprvé odeslána k recenznímu řízení. Sběr dat i hlavní
analýza byly proto tou dobou už hotové. Moje úloha byla dvojí. Jednak jsem
prozkoumával různé způsoby, jak z našich dat vytáhnout vzorek zvládnutelné
velikosti a datovací analýzu na něm zopakovat. Měli jsme k dispozici více než 1
000 genů, což byla sice obrovská výhoda oproti předchozím studiím, ale zároveň
i problém, jelikož jen málokterý software si dovede s takovým objemem dat
poradit. Ví se také, že závěry vzešlé z rozborů takto velkých datasetů ve
skutečnosti často stojí jen na několika málo genech nebo dokonce jednotlivých
"písmenkách" DNA. Zopakovat rozbor na částech původního vzorku a s
použitím různých metod a programů je proto jedním ze způsobů, jak zjistit, do
jaké míry data danou hypotézu skutečně podporují.
Druhá věc je, že samozřejmě nestačí data bez
přemýšlení předhodit počítačovému programu a napsat článek o tom, co z něj
vypadne. V molekulárním datování vystupuje obrovské množství proměnných a vědec
má značnou svobodu ve volbě různých modelů a počátečních pravděpodobností, z
nichž každá může mít na konečný výsledek vliv, jaký se jen těžko předvídá.
Druhou náplní mojí práce proto bylo testovat, do jaké míry jsou naše závěry
citlivé na použitá nastavení.
 | |
| Po vymieraní na konci kriedy štafetu v mori prevzali kostnaté ryby. |
MH: Spomenul si
molekulárne datovanie. Čo to vlastne je?
DČ: Je to technika, která umožňuje odhadnout, kdy se od
sebe odštěpily vývojové větve dnes žijících organismů, neboli kdy žil jejich
poslední společný předek. Ze statistického hlediska jde o zajímavý problém,
protože navzdory názvu metody nám molekulární sekvence samy o sobě nedokážou o
stáří té či oné vývojové linie nic říct. Z analýz DNA se sice dozvíme, že
se podél dané větve fylogenetického stromu nahromadilo určité množství změn,
ale z principu nelze určit, zda se tak stalo rychlejší evolucí za kratší
dobu, nebo pomalejší evolucí za delší dobu. K tomu je třeba molekulární
data zkombinovat s nějakým dalším zdrojem informací, což jsou ve většině
případů fosilie. Jak přesně by se tohle kombinování mělo provádět, to je
otevřený problém a předmět intenzivního výzkumu, který má přesahy do
paleontologie i teorie pravděpodobnosti.
MH: Po hromadnom
vymieraní na konci kriedy došlo k uvoľneniu ekologických ník nielen na súši ale
aj v mori. Je toto hlavná príčina explozívnej diverzifikácie rýb?
DČ: Přesně tak. Je samozřejmě nemožné s naprostou jistotou
prokázat příčinnou souvislost mezi událostmi, ke kterým došlo před desítkami
milionů let, ale zároveň je obtížné přijít s jakýmkoli alternativním
vysvětlením pro skutečnost, že pět nebo šest vývojových linií ryb se začalo
naráz prudce rozrůzňovat právě poté, co mořské ekosystémy zasáhlo masové
vymírání. Skutečně to odpovídá tomu, k čemu ve stejné době docházelo na souši,
jako třeba v případě ptáků či našich vlastních předků z řad placentálních savců.
MH: Verejnosť sa
zvyčajne viac zaujíma o dinosaury ako o ryby. Ako je to v Tvojom prípade?
DČ: Měl jsem to dlouho stejně. Časem mě ale spíš než
konkrétní skupiny začaly zajímat obecné otázky související s tím, čemu by se
dalo říkat makroevoluční vzorce nebo zákonitosti. Proč mají některé skupiny
druhů víc a jiné míň? Souvisí tempo diverzifikace s tempem morfologické
evoluce? Vzniká druhová rozmanitost pozvolně, nebo v prudkých pulzech? Pokud
platí spíš to druhé, můžeme zpětně zjistit, kdy k těmhle pulzům došlo a co je
zapříčinilo? Stejně tak mě zajímají metody, které k výzkumu těchto otázek
používáme. Jaké jsou jejich statistické vlastnosti? Kdy jsou úspěšné a kdy selhávají?
Jak je můžeme vylepšit?
Podobné otázky lze aplikovat na jakoukoli skupinu, ať
už jsou to dinosauři, ryby nebo kvetoucí rostliny. Pokud k jejich zodpovězení
chceme mimo DNA použít i fosilie, mají přednost spíš praktické úvahy, jako
třeba kde je k dispozici co možná nejbohatší, nejúplnější a intenzivně
studovaný fosilní záznam. Druhohorní dinosauři nebo ryby jsou v tomhle fajn,
ale třeba třetihorní severoameričtí savci nebo mlži jsou ještě lepší.
 | |
| Štvorzubce rodu Arothron (hore) a Diodon (dole). Foto: David Černý |
DČ: Můj výzkum je teď „all over the place“. Když
vynechám projekty, kde jen vypomáhám s technickou stránkou věci, připravuju
dvě další studie o molekulárním datování ryb: jednu řekněme aplikovanou,
druhou víc metodologickou. V obou případech jsem pořád spíš na začátku, než
že by bylo něco na spadnutí, kromě toho mám ale v recenzním řízení práci o rybím chování, která vzešla
z univerzitní exkurze do Francouzské Polynésie. Konečně z letní stáže
v barcelonském Centre de Regulació Genòmica mám rozjetý projekt, jehož
cílem je využít evoluční stromky odhadnuté z proteinových sekvencí
k detekci epizod přírodního výběru.
David Černý o
sebe:
Dlouhodobě mě zajímá, zda a jak můžeme s použitím
moderních fylogenetických a statistických metod zkombinovat
paleontologická a molekulární data k zodpovězení obtížných otázek
o evoluční historii. Letos na jaře mi končí bakalářské studium
v oboru Ekologie, chování a evoluce na Kalifornské univerzitě
v Los Angeles (UCLA), kde posledních dva a půl roku pracuju v laboratoři prof. Michaela Alfara na výpočetně-biologickém
výzkumu v oblasti fylogenetiky a makroevoluce. Na podzim nastupuju do PhD programu na Fakultě geofyzikálních věd
Chicagské univerzity. Zúčastnil jsem se mj. paleontologických vykopávek
v Polsku a ekologického polního výzkumu v jižním Pacifiku.
Vedecká práca, o ktorej
sme sa rozprávali:
Alfaro, M.E., Faircloth, B.C., Harrington, R.C., Sorenson, L., Friedman, M., Thacker, Ch.E., Oliveros, C.H., Černý, D. & Near, T.J. 2018: Explosive diversification of marine fishes at the
Cretaceous-Palaeogene boundary. Nature Ecology & Evolution 2, 688–696.
doi:10.1038/s41559-018-0494-6
Súvisiace
odkazy:
https://news.yale.edu/2018/03/12/dinosaurs-died-new-species-fish-filled-ocean
http://newsroom.ucla.edu/releases/fish-evolutionary-lottery-66-million-years-ago-ucla
http://newsroom.ucla.edu/releases/fish-evolutionary-lottery-66-million-years-ago-ucla
Ďalšie príspevky
o hromadných vymieraniach:
Ďalšie príspevky
o fylogenetike:
Žiadne komentáre:
Zverejnenie komentára