Jsou všechny velké otázky zodpovězeny?

Přišel jste na Cornellovu univerzitu z Harvardu po absolvování Ph.D. u R.B. Woodwarda v r. 1952. Jak vím, zpočátku jste pracoval v chemii napnutých cyklických systémů.

J.M.: Ano, začal jsem v klasické organické chemii, ale také jsem se soustředil na některé strukturální problémy přírodních látek. Catnip je druh máty, který vábí kočky a jim příbuzná zvířata. Zajímali jsme se o látky, které chování koček ovlivňují, a ukázalo se, že to způsobuje nepetalakton, první člen dnes rozsáhlé rodiny terpenů. Asi pět let po mém příchodu na Cornell tam přišel Tom Eisner, který skončil Ph.D. z biologie rovněž na Harvardu. Náš společný přítel Howars Schneideman mě s Tomem seznámil a navrhl, abychom pracovali společně.

V té době neměl nikdo jasnou představu o důležitosti chemických signálů pro hmyz, rostliny atd.?

Ne docela. Přibližně v té době již Adolph Butenadt pracoval na bombykolu, sexuálním feromonu samice bource morušového, ale ještě neurčil jeho strukturu. To, se zpočátku zajímal jen o obranné látky hmyzu. V té době o nich existovalo několik prací např. od Louise Fisera o pavoucích používajících bezochinony proti baktérií ve svých klecích, a několik starších německých prací předpokládajících, že sekundární metabolity v rostlinách mají obranné účinky.

Dá se říci, že v té době, na konci padesátých let, se zrodila chemická ekologie jako vědecká disciplína?

Ano. Chemici často touží nalézt nové struktury jen proto, aby byli první, kdo je izoloval. Izolovali mnoho nových látek, ale bez pochopení, proč organizmy tyto látky produkují. Kdybyste se zeptal v té době nejlepších organických chemiků, co tyto sekundární metabolity dělají v přírodě, většina by odpověděla, že to nelze zjistit.

Když jsem se začátkem 80. let začal zabývat organickou chemií, domníval jsem se, že např. alkaloidy jsou odpadními látkami organizmů.

Tehdy jsme začali chápat, jak rozdílné role mohou sekundární metabolity mít. V mnohaleté studii o úloze alkaloidů v životě hmyzu jsme postupně dokázali, že samci ve stadiu housenky získávají alkaloidy z rostlin, aby se ochránili před predátory. Když housenka žere rostlinu, shromažďuje si v ní obsažený alkaloid, který ji chrání až do dospělosti. Později jsme objevili, že samec používá alkaloid ke komunikaci s opačným pohlavím a že jej předává samici při páření. Najednou vše dávalo velmi dobrý smysl, hlavně signální systém. Samec používá signál, jehož chemická struktura je odvozena od alkaloidu, k proklamaci své "chemické zdatnosti". Samice pak sleduje samčí signály, které ji řeknou, že samec jí může dát při páření hodnotný "svatební dar", jenž ochrání její potomstvo. tyto strategie používají např. někteří brouci, motýli čeledi Danaidae, přástevníkovití atd.

Je chemická komunikace a ochrana omezena pouze na hmyz?

Není. Pro každou studovanou skupinu byl nalezen nějaký druh chemické komunikace, ale ne všechny skupiny jsou prozkoumány. Např. o bakteriích je již víc než 100 let známo, že mohou nalézt výživné prostředí podle chemických signálů. Stejně se vyhýbají škodlivým chemikáliím v prostředí. Tento jev, "chemotaxi", popsali dva němečtí vědci T. W. Engelmann a W. Pfeffer v 80. letech minulého století. V moderní době se chemotaxe studovala na individuálních baktériích. Nyní je zřejmé, jak baktérie adaptativně reagují na chemické podněty. A je prokázáno, že rozdílné druhy plísní se předávají zprávy, "konverzují" pomocí izoprenoidů, buď terpenů, nebo steroidů. Chemické signály jsou důležité pro reprodukci řas, jak ukázal W. Boland, když pracoval s Jaenickem a Mullerem v 70. letech. U lidí nemáme signály, které by způsobovaly okamžitou změnu chování, tzv. feromony-spouštěče. Jsou však známy látky způsobující fyziologické uměny, které mohou vyústit v nějakou odpověď, takzvané primer pheromone. Jejich chemické struktury jsou nejasné. Jeden z nich působí ve skupinách žen žijících v úzkém společenství. Po uplynutí několika měsíců se jejich menstruační cykly synchronizují a ženy mají plodné a neplodné dny ve stejnou dobu. Jde o chemický podnět, ale jeho identita zůstává nejasná.

Možná, že biologický test u lidí je velmi obtížný?

Odpovídáme za řadu podnětů. Bereme zřetel na to, jak kdo vypadá. Podstatné jsou i zvukové podněty a celková inteligence. Proto je biologický test na lidech obtížný.

To vypadá, jako by důležitost chemických signálů klesela s mírou složitosti organizmů, s evolucí.

Asi ano. Ale na druhé straně máme několik případů, kde jsou chemické signály u savců velmi důležité. Například u prasete, značně vyvinutého zvířete, je známo, že samec používá feromon k nalákání samice k páření. V tomto případě je známo, že jde o steroid. U křečka je to obráceně, pomocí feromonu láká samice samce.

Jsou i jiné důležité aspekty chemicko-ekologického výzkumu, které mohou být využitelné pro lidstvo?

Ano. Chemická ekologie hraje podstatnou roli při ochraně přírody, životního prostředí, při objevování nových léčiv. Na světě se vyskytuje jenom omezený počet receptorů pro veškeré chemické signály a tyto receptory mohou sdílet mnohé organizmy včetně člověka. Má pak smysl studovat rozdílné dignální látky, které plní stejnou roli v přírodě, a studovat je, zda rovněž nepůsobí na člověka. Můžeme jít do přírody a hledat tam například rostliny, které jsou napadány hmyzem. Můžeme se domnívat, že nenapadené rostliny mají velmi účinné látky, které odpuzují jejich nepřátele. Je šance, že tyto silné repelenty nebo jedy mají i jiní účinky, které jsou využitelné při léčení nemocí. Tak nám může chemická ekologie poskytovat vodítko při hledání účinných obraných látek v rostlinách, které lze izolovat a testovat. "Hledačství" je potřeba zintenzivnit, neboť jednotlivé druhy zanikají enormně rychle. E.O. Wilson z Harvardu odhaduje, že za rok ztrácíme zhruba 20 000 druhů.

To znamená 50 druhů denně.

Ano. A "chemie" vyhynulých druhů je tak ztracena jednou provždy, dřív než ji můžeme prozkoumat. Proto je podstatné hledat v místech s bohatou druhovou rozmanitostí, třeba v tropech.

S tím souvisí vaše iniciativa (s Tomem Eisnerem) prohledat tyto oblasti a nalézt látky užitečné pro lidstvo a zároveň chránit druhovou rozmanitost přírody.

I v minulosti vysílaly farmaceutické firmy své biology a chemiky do pralesů, aby sbírali biologický materiál a hledali nové léky. Ale platili za vzorek okolo sta dolarů, nebo podobně směšnou částku. Tropickým zemím to nic nepřinášelo. Naše strategie je odlišná - vytvoření dohody mezi rozvojovou zemí a farmaceutickou firmou o systematickém sběru všech živých forem. Firma se zaváže, že pokud se na základě některého vzorku vyvine nový lék, podíl ze zisku se vrátí do rozvojové země a musí zde být investován do ochrany přírody, k vytvoření národních parků a rezervací. tento podíl může být výrazný, důležité léčivo může vydělat miliardu USD za rok. Ale je do dlouhodobá záležitost, protože to obyčejně zabere alespoň 10 let, než se vyvine jeden lék. Po podepsání kontraktu zaplatí firma malou splátku, aby podpořila sběr biologického materiálu.

Jsou již nějaké výsledky?

Ano, máme několik cytostatik, která byla nalezena v kooperaci mezi Cornellovou univerzitou a Kostarikou. Věřím, že v dlouhodobějším horizontu najdeme nová léčiva a že zisk z jejich prodeje zastaví ničení deštných pralesů.

Jste znám tím, že své výsledky a výsledky kolegů využíváte při výuce chemie.

S využitím příkladů z chemické ekologie přednáším i pro studenty z tak odlišných oborů, jako jsou ekonomie, právo či umění. Funguje to dobře. Většinu z nich zajímá, jak např. vajíčka přitahují spermie anebo jak hmyzí samec nalezne samici. Pak jim můžete ukázat, jak chemici takové problémy studují a jak dospěli k porozumění chemickým principům těchto procesů. Když byla má dcera ve třetí třídě, požádal jsem jejich učitele biologie, abych 9letým dětem, které probírají hmyz, řekl něco o chemické ekologii. Nejprve jsem si myslel, že to bude moc těžké. Ale kdy jim promítnete obrázky hmyzu, jak se chemicky brání, jsou tím nadšeny a začnou vám vyprávět, že něco podobného viděly doma na zahradě. Jsou mnohem živější než univerzitní studenti a příroda je skutečně zajímá. Zdá se, jako by se mezi devíti a devatenácti lety v člověku něco ztrácelo. Lze vzbudit zájem o chemické vědy i v l9letých, ale je to těžší. Jistě je zábavnější použít biologické příklady než vykládat chemii na základě výroby železa a jiných praktických věcí. Pouze biologické příklady ovšem k získání zájmu nestačí, musí být spojeny s životem lidí. Studenty zajímá taxol, zaujmou je antikoncepční pipulky, zajímá je Prozac. Měl jsem jednu studentku, která byla Prozacem léčena. Pochopila, že chemie pozitivně ovlivnila její život, a přála si sdílet svou životní zkušenost se spolužáky.

Byla vám udělena Heyrovského čestná plaketa, nejvyšší vyznamenání v chemických vědách AV ČR, u pro vás vliv na mladou generaci českých chemických kolegů.

To bylo příjemné překvapení. Plaketa nebyla původně určena fyzikálním chemikům, ale poslední tři ocenění získali organičtí chemici. Měl jsem ve své laboratoři za poslední období pět pracovníků z ÚOCHB AV ČR, ale mám v oddělení přírodních látek tohoto ústavu i mnoho dalších přátel, mezi Prahou a Ithakou jsou dobré kontakty. Laboratoř Akademie má silnou tradici v chemii přírodních látek již od dob prof. Šorma.

Můžete nám říci, jaké důležité úkoly čekají chemickou ekologii v budoucnu?

Chtěli bychom dostat zemědělství na produktivnější a udržitelnou úroveň. Dále máme v plánu studium chemie interakcí hostitel-parazit. Potřebujeme vědět, jak se chemické signály vytvářejí, jak jsou řízeny a jak se od počátku vyvíjely. Jistě se prohloubí studium a porozumění molekulárním základům komunikace a obrany živočichů. Nevypadá to, že nám hrozí, že nebudete mít co zkoumat. Nedávno byla publikována kniha na téma, že věda je víceméně u konce, protože všechny velké otázky jsou zodpovězeny. Je to seriózní a dobře myšlená kniha. Autor zpovídal mnoho vůdčích vědců a dokazoval, že velké otázky jsou zodpovězeny. Ale vůbec si nemyslím, že je to skutečně tak. Zbývá mnoho otázek a k porozumění vesmíru máme dosud daleko. Naučíme se rozumět přírodě dříve, než se lidstvo samo zničí? Doufejme, že ano! ¹⁾