Zjednocujúci princíp spoločného pôvodu, vyplývajúci zo všetkých prebraných druhov dôkazov, je ďalej posilňovaný zisteniami modernej biochémie a molekulárnej biológie.
Kód, používaný na prenos sekvencie nukleotidov do aminokyselín, je v podstate rovnaký u všetkých organizmov. Okrem toho sú proteíny všetkých organizmov bez výnimky zložené z tých istých 20 aminokyselín. Toto jednotné zloženie a rovnaká funkcia predstavuje mocný argument v prospech spoločného pôvodu aj najrozličnejších organizmov.
V roku 1959 vedci na Cambridgeskej univerzite (Cambridge University) v Spojenom kráľovstve určili trojdimenzionálnu štruktúru dvoch proteínov nachádzajúcich sa v skoro každom mnohobunkovom organizme: hemoglobínu a myoglobínu. Hemoglobín je proteín, ktorý je nosičom kyslíku v krvi. Myoglobín preberá kyslík z hemoglobínu a skladuje ho v tkanivách až do okamihu potreby. Toto boli prvé rozriešené trojdimenzionálne proteínové štruktúry a tie v krátkom čase sprostredkovali ďalšie kľúčové objavy. Myoglobín má jednu reťaz, zloženú zo 153 aminokyselín okolo jadra zo železa a iných atómov (nazývaného „hem“), na ktoré sa viaže kyslík. Naproti tomu hemoglobín sa skladá zo štyroch reťazcov: dva identické so 141 aminokyselinami a dva tiež identické so 146 aminokyselinami; každý reťazec má presne taký hem ako myoglobín a každý zo štyroch reťazcov hemoglobínu sa krúti presne tak ako reťazec myoglobínu. V roku 1959 sa hneď spoznalo, že tieto dve molekuly sú si veľmi príbuzné.
V priebehu najbližších dvoch desaťročí boli určené sekvencie pre myoglobín a hemoglobín desiatok cicavcov, vtákov, plazov, obojživelníkov, rýb, červov a mäkkýšov. Všetky tieto sekvencie si boli tak zjavne príbuzné, že sa s dôverou mohli porovnávať s trojdimenzionálnymi štruktúrami dvoch vybraných štandardov – veľrybí myoglobín a konský hemoglobín. Ešte významnejšie bolo, že rozdiely medzi sekvenciami rozličných organizmov sa dali použiť na zostavenie rodokmeňa variácií hemoglobínu a myoglobínu týchto organizmov. A tento rodokmeň sa dokonale zhodoval s pozorovaniami paleontológov a anatómov o spoločnom predkovi spomínaných organizmov.
Podobné rodinné histórie sa získali o trojrozmerných štruktúrach a sekvenciách aminokyselín aj iných proteínov, napríklad cytochrómu c (je to proteín zúčastňujúci sa na prenose energie) a tráviacich proteínov trypsínu a chymotrypsínu. Vyšetrovanie molekulárnej štruktúry poskytuje novú a veľmi účinnú možnosť študovania evolučných vzťahov. Množstvo informácií je potenciálne ohromné – v žijúcich organizmoch existujú tisíce rozličných proteínov a ich štúdium je obmedzené len časom a finančnými možnosťami molekulárnych biológov.
Keď sa zlepšila schopnosť určiť sekvenciu nukleotidov, z ktorých sa skladá DNA, stalo sa možným použiť gény na rekonštrukciu evolučnej histórie organizmov. V dôsledku mutácií sa v priebehu času sekvencia nukleotidov v génoch postupne mení. Čím bližšie sú si dva organizmy príbuzné, tým menej sa líšia ich DNA. Pretože v ľuďoch a iných organizmoch existujú desaťtisíce génov, obsahuje DNA obrovské množstvo informácií o evolučnej histórii každého organizmu.
Gény sa vyvíjajú rozličnou rýchlosťou, lebo hoci mutácie sú vecou náhody, niektoré proteíny sú oveľa tolerantnejšie k zmenám v sekvenciách svojich aminokyselín ako iné proteíny. Z tohto dôvodu sa gény, ktoré kódujú tieto tolerantnejšie, menej strnulé proteíny, vyvíjajú rýchlejšie. Priemerná rýchlosť, pri ktorej sa istý druh génov alebo proteínov ďalej rozvíja, dala vzniknúť konceptu tzv. „molekulárnych hodín“. Molekulárne hodiny idú rýchlo pre menej strnulé proteíny, a pomaly pre väčšmi strnulé, hoci všetky zaznamenávajú ten istý evolučný proces.
Obrázok na tejto strane znázorňuje troje molekulárne hodiny: proteínov cytochrómu c, ktoré intímne reagujú s inými makromolekulami a sú dosť strnulé vo svojich sekvenciách aminokyselín; menej strnulých hemoglobínov, ktoré reagujú najmä s kyslíkom a inými malými molekulami; a pre fibrinopeptidy, čo sú fragmenty proteínov, odtrhnuté z veľkých proteínov (fibrinogénov) v priebehu zrážania krvi. Hodiny pre fibrinopeptidy idú rýchlo: jedno percento aminokyselín sa zmení za o niečo viac ako jeden milión rokov; na druhej krajnosti sú molekulárne hodiny pre cytochróm c, ktoré idú pomaly; zmena 1 percenta aminokyselín trvá 20 miliónov rokov. Hodiny hemoglobínu idú stredne rýchlo.
Pojem molekulárnych hodín je užitočný z dvoch hľadísk. V prvom rade určuje evolučné vzťahy medzi organizmami a udáva čas, kedy sa druhy začali od seba odlišovať – jeden od druhého divergovať. Ak raz boli hodiny pre nejaký gén alebo proteín kalibrované vzťahom na nejakú udalosť so známym časovým údajom, dá sa vyšetrením rodokmeňa génu alebo proteínu určiť súčasný chronologický čas všetkých ostatných udalostí.
No existuje ešte ďalšia zaujímavá línia dôkazov podporujúcich vývoj, a to sú sekvencie DNA známe ako „pseudogény“. Sú to ostatky génov, ktoré už nemajú nijakú funkciu, ale DNA ich ďalej nesie so sebou ako zbytočnú batožinu. Aj pseudogény sa v priebehu času menia, ako prechádzajú z predkov na potomstvo, a tak poskytujú veľmi užitočnú možnosť na rekonštrukciu evolučných vzťahov.
Pri fungujúcich génoch je jedným z vysvetlení pre relatívnu podobnosť medzi génmi rozličných organizmov to, že ich spôsob života je podobný – napríklad gény koňa a zebry si môžu byť väčšmi podobné ako gény koňa a tigra, a to pre podobné miesto výskytu a správanie sa. Toto vysvetlenie neplatí pre pseudogény, pretože tie nemajú v organizme nijakú úlohu. Stupeň podobnosti medzi pseudogénmi musí reflektovať len ich evolučnú príbuznosť. Čím vzdialenejší je spoločný predok dvoch organizmov, tým rozdielnejšie musia byť ich pseudogény.
Dôkaznosť evolúcie na základe molekulárnej biológie je drvivá a ďalej rýchlo rastie. V niektorých prípadoch umožňuje molekulárna biológia ísť ďalej ako paleontologické dôkazy. Už dávno sa napríklad vyslovila domnienka, že veľryby pochádzajú z pozemných cicavcov, ktoré sa vrátili do mora. Z hľadiska anatomických a paleontologických dôkazov sa zdali byť najbližšími pozemnými príbuznými veľrýb párnokopytníky (moderný dobytok, ovce, ťavy, kozy atď.). Nedávne porovnanie niektorých mliečnych proteínov (beta- a kapakazeín) potvrdilo tento vzťah a ukázalo, že najbližším žijúcim pozemným príbuzným veľrýb by mohol byť hroch. V tomto prípade molekulárna biológia spresnila paleontologický záznam.
Postupnosť vo vývoji: Pozemný predok cicavec ⇒ Ambulocetus ⇒ Rodhocetus ⇒ Balaenoptera (moderná modrá veľryba). Moderné veľryby majú ako predkov pozemné cicavce, ktoré sa postupne adaptovali na spôsob života v mori.
Americká akadémia vied (kolektív)
The National Academy of Sciences – je uznávaná spoločnosť významných odborníkov, zapojených do vedeckého a technického výskumu, oddaných podpore pokroku vedy a techniky a ich využitiu pre všeobecné blaho.
Preložil Rastislav Škoda. Pôvodne uverejnené: Zošity humanistov, príloha k č. 53, január 2006.