Většina z nás se ve škole učila, že existují tři druhy žijících savců – eutheri, vačnatci a jednobuněční – a že nejzřetelnější rozdíly mezi nimi jsou ve způsobu rozmnožování. Eutheriáni neboli „placentální“ savci, jako je člověk, tvoří naprostou většinu dnešní rozmanitosti savců. Všichni eutheriáni mají chorioallantoickou placentu, pozoruhodný orgán, který se vytváří po početí v místě kontaktu embrya se sliznicí dělohy matky (Langer, 2008).
Marsupiálové a monotremové se s těhotenstvím vyrovnávají odlišně (Abbot a Rokas, 2017; Renfree, 2010). Vejcorodí jednokožci, jako například kachnozobí, mají drobné „puggly“, které se líhnou z kožovitých skořápek. Vačnatci – klokani, koaly, bandikuti, vačice atd. – rodí živě, ale jejich těhotenství jsou krátká a jejich drobná mláďata jsou vývojově nezralá a zdá se, že placentu příliš nepotřebují. Po narození se mláďata dále vyvíjejí mimo tělo matky, často v záhybech a váčcích na matčině břiše.
U vačnatců má mléko, které matka poskytuje po porodu, zásadní význam pro vývoj mláďat a na rozdíl od eutherických savců se složení tohoto mléka během růstu mláďat výrazně mění. Mléčné žlázy vačnatců v podstatě plní mnoho funkcí eutheriánské placenty (Renfree, 2010; Sharp et al., 2017; obr. 1). A abychom ještě více vyvrátili to, co jste se možná učili v hodinách biologie, vačnatci placentu přece jen mají, ale vyvíjí se v pozdní fázi těhotenství a z jiných tkání než u eutheriánů. Rozdíl mezi eutheriánskými savci a vačnatci tedy nespočívá v přítomnosti či nepřítomnosti placenty, ale spíše v relativním důrazu, který je kladen na placentaci a laktaci při výživě potomků během jejich vývoje.
Rozdílné reprodukční strategie eutheriánských savců a vačnatců.
U eutheriánů je energie investovaná matkou do výchovy mláďat před porodem (prostřednictvím placentace) a po porodu (prostřednictvím laktace) přibližně stejná. U vačnatců je březost krátká, placenta se tvoří až v pozdní fázi těhotenství a laktace je prodloužená. Guernsey a kol. ukazují, že genetické rysy, které regulují vývoj prostřednictvím placenty u eutherianů, jsou společné s krátce žijící placentou vačnatců (červené šipky). Ukazují také, že některé geny, které jsou základem placentárních funkcí u eutherianů, jsou exprimovány během laktace u vačnatců (modré šipky), včetně různých konzervovaných složek samotné laktace (černá šipka; Lefèvre et al., 2010). Poznámka: časová měřítka nejsou absolutní.
Nyní v časopise eLife Julie Baker ze Stanford University School of Medicine, Marilyn Renfree z University of Melbourne a spolupracovníci – včetně Michaela Guernseyho ze Stanfordu jako prvního autora, Edwarda Chuonga z University of Utah a Guillauma Cornelise (Stanford) – uvádějí nové podrobnosti o molekulárních mechanismech, které jsou základem placentace a laktace u eutherianů a vačnatců (Guernsey et al., 2017). Výsledky byly získány pomocí modifikované verze techniky zvané RNA-seq, která umožňuje měřit, jak se transkriptom (kompletní soubor RNA transkriptů v buňce nebo souboru buněk) mění mezi různými typy buněk během vývoje (Rokas a Abbot, 2009).
Guernsey a kol. porovnávali změny genové exprese ve dvou typech buněk placenty tammar wallaby, malého australského vačnatce, během vývoje. Zjistili, že exprese genů se v obou tkáních liší a navíc se v průběhu času dynamicky mění, podobně jako je tomu u eutherianů. Kromě toho mezi transkripty nalezli mnoho těch, které mají kritické funkce v placentách eutherianů, včetně členů signální dráhy Ig7 a GCM1, transkripčního faktoru, který je důležitý při vzniku a vývoji placenty. A nešlo jen o geny, které byly zachovány, vzorce genové exprese v placentě wallaby se podobaly těm, které byly pozorovány v myší placentě v raných fázích těhotenství. To je přesně to, co bychom očekávali, pokud placenta plní u wallabyho rané vývojové funkce, přičemž pozdější funkce jsou zajišťovány postnatálně. To naznačuje, že zásadní rozdíl mezi vačnatci a eutheriány není v časných funkcích placenty, ale spíše v tom, jak byly placentární funkce rozděleny v průběhu evoluce eutheriánské gravidity.
Nakonec Guernsey a kol. charakterizovali vzorce genové exprese v mléčných žlázách tamarů a několika savců. Myši i wallaby měli podobné vzorce genové exprese, což podtrhuje téma funkční kompartmentalizace a zachování u obou skupin. Nejpozoruhodnější však bylo, že identifikovali řadu genů exprimovaných v mléčných žlázách tammarů, o nichž je známo, že jsou funkčně důležité v placentě eutherianů (obr. 1). Mezi tyto geny patřily geny podílející se na transportu živin a několik genů, o nichž je známo, že jsou nezbytné pro placentaci u eutherianů (včetně GCM1). Toto zachování genové exprese svědčí o tom, že u vačnatců placenta řídí časný vývoj plodu a laktace řídí pozdní vývoj plodu, a to pomocí některých stejných genů a molekulárních drah jako u eutheriánské placenty.
Ti, kdo studují vačnatce, již dlouho tvrdí, že musíme opravit naše učebnice, aby uznávaly placenty vačnatců a jejich výrazně složitou laktaci (Renfree, 1983). Guernsey a kol. posilují tento argument tím, že ukazují, že jak eutheriáni, tak vačnatci exprimují konzervovanou sadu genů, které mohou být lokalizovány v různých tkáních a orgánech, ale slouží ke společným účelům ve vývoji plodu. Tato překvapivá konzervace podtrhuje důležitost identifikace genů, které stojí za funkčními změnami během evoluce (Rausher a Delph, 2015).
Pohledem do budoucna stojí za zmínku, že vačnatci se nesmírně liší v reprodukčních vlastnostech (Tyndale-Briscoe, 2005) a že charakterizace více druhů způsobem, který Guernsey et al. provedli pro tammar wallaby, poskytne bohatší pochopení evoluce a rozmanitosti samotné březosti vačnatců. Je však zapotřebí další práce na vývoji vhodných statistických metod pro kvantifikaci zachování transkriptomových profilů mezi druhy. A pokud odhlédneme od savců, formy placentace se vyskytují u všech druhů, od ještěrů přes mořské koníky až po hmyz, a předběžné studie naznačují, že mnoho genů nebo znaků, které se na nich podílejí, je společných (Ostrovsky et al., 2016; Whittington et al., 2015). Bude fascinující zjistit, jak hluboko se nám podaří vystopovat původ těhotenských nástrojů.
.