Aktuální číslo:

2017/12

Téma měsíce:

Kontakty

Nezbytné zbytečnosti

 |  5. 8. 1995
 |  Vesmír 74, 466, 1995/8

Jsou věci, které ve mně budí úžas a úctu. Například:

Semínko pampelišky.

Starý hodinový stroj.

Mravenci (vezměte si lupu a uvidíte proč).

Schopnost některých lidí zabalit veškeré potřeby na týdenní dovolenou do nepříliš plné aktovky.

Také mikrobi, protože o nich už snad vím dost, abych si uměla představit, co dovedou.

Např. bakterie Escherichia coli je široká tisícinu milimetru a dlouhá řekněme dvě (podle toho, jak se jí daří). Její “tělíčko″ tvoří jen membránový pytlíček obalený skořápkou buněčné stěny. Uvnitř je poskládaná neuvěřitelně tenká molekula DNA, tisíckrát delší než celá bakterie, uzavřená do kruhu a propletená sama se sebou. Po této molekule rejdí enzymy, které ji “čtou″, produkujíce RNA. RNA je také vláknitá a musí se v buňce poskládat, přičemž se po ní mnohdy pohybují baňaté ribozomy, které ji překládají do pořadí aminokyselin v bílkovinách. Bílkovin má naše bakterie asi tisíc druhů – od složek ribozomů přes enzymy, o kterých byla řeč, až po enzymy, o kterých řeč nebyla a které si buňka drží, aby mohla požírat látky zvenčí a získávat tak energii i materiál k budování vlastního těla. Do buňky se vejdou i všechny meziprodukty výměny látkové a nezanedbatelný podíl vody, i když by se zdálo, že na ni už nemůže zbývat místo.

Není lehké představit si obsah bakteriální buňky ustrnulý jako na fotografii; všechny struktury a molekuly jsou navíc v pohybu. Za vhodných podmínek se bakterie dovede během půl hodiny zdvojit a rozdělit, produkujíc svou přesnou kopii. Nemůže si dovolit plýtvání a zbytečnosti; musí být stejně elegantní a úsporná jako semínko pampelišky, jako hodinový stroj z předdigitální doby nebo jako dobře zabalené zavazadlo. Jinak by ji byl přírodní výběr dávno zahubil. Můžeme se dohadovat, nakolik je darwinovská selekce tvořivou evoluční silou, ale nemůžeme oddiskutovat to, že mikrobovi, který se čas od času musí rychle množit, by neúčelné geny a struktury překážely.

Nezůstávejme u jednoho mikroba. Kvasinka je eukaryontní, o řád složitější než E. coli (má asi desetkrát víc DNA a značně složitou vnitřní strukturu), a ke zdvojení jí stačí dvě hodiny; může si přidělávat starosti se zbytečnostmi? Mohou větší organizmy vynakládat pracně získanou energii na udržování něčeho neúčelného? Nespočívá snad krása mikrobů, mravenců a pampeliškových semínek také v tom, jak dovedou s minimem prostředků dosáhnout maxima, to je sebezachování, množení a jistě i radosti ze života (jen se mne, prosím, neptejte, jak se to měří!)? Nebo naopak: proč považujeme jednoduchost a úspornost za krásnou, obdivuhodnou a žádoucí? Není to proto, že příroda je jednoduchá a úsporná, zatímco my lidé se uboze pachtíme s všelijakou veteší, která nám přerůstá přes hlavu?

Máme důvod předpokládat, že do sebe součástky mikrobiální (i jiné) buňky zapadají jako kolečka v hodinkách, že každá molekula má svou funkci a že si buňka žádnou funkci nemůže dovolit ztratit. Výsledky klasických genetických experimentů takovou představu podporují. Geny jsou definovány mutacemi, které působí ztrátu nebo změnu funkce. Ukázkovým příkladem jsou bakteriální a kvasinkové mutace, které ruší funkci určitých metabolických enzymů a činí buňky neschopnými vyrábět nezbytné složky vlastního organizmu, například aminokyseliny. Buňky postižené takovými mutacemi (tzv. auxotrofní mutanti) přežívají a množí se jen tehdy, když jim příslušné sloučeniny dodáme zvenčí. S každou auxotrofní mutací přichází zpřísnění požadavků na kvalitu prostředí: čím více funkcí mikrob ztratí, tím více práce nám dá udržet jej naživu.

Stačí však změnit experimentální metodu a všechno je jinak. Techniky molekulární biologie umožňují obrátit postup klasické genetiky vzhůru nohama (hovoří se o “převrácené genetice″ – reverse genetics). Klasičtí genetici postupovali od funkce (od mutační ztráty funkce) ke genu; my dnes můžeme vyhledávat geny analýzou struktury molekul DNA, cíleně do nich zavádět mutace (u kvasinek to jde snadno), a pozorovat, co se stane s mutantním organizmem.

Často se kupodivu nestane nic.

Důvody mohou být různé. Možná se na mutantní buňky díváme za nevhodných podmínek. Mutace, která nevadí kvasince pěstované v laboratoři, může vadit její divoké příbuzné v kvasícím ovoci. Možná, že náš gen vykonává zdánlivě nepatrnou, obtížně měřitelnou funkci, o které nevíme, ale na které kvasince záleží (třeba radost ze života?). Kdybychom vylili kulturu mutantních kvasinek uprostřed vinohradu, za rok třeba zjistíme, že nezůstala naživu jediná buňka; ale takový pokus sotva někdy někdo udělá.

Je také možné, že se kvasinka bez našeho genu obejde proto, že má schovanou ještě jednu kopii. To se skutečně stává – nezřídka u genů, které vykonávají opravdu životně důležitou úlohu.

Auxotrofní mutace připravují kvasinku o funkci, kterou buňky potřebují jen za určitých podmínek; v prostředí, jako jsou kvasící organické zbytky, je aminokyselin dost a není třeba je vyrábět. Neexistují ale podmínky, ve kterých by se kvasinka obešla bez schopnosti zdvojit vlastní dědičnou informaci nebo se dělit. Právě některé (ale zdaleka ne všechny) geny potřebné pro tyto podstatné životní pochody se v buňkách nacházejí víckrát. Ne jako přesné kopie, ale jako varianty, u nichž evoluční rozrůznění nezakrylo společný původ a které vykonávají podobné funkce. (Podobné, nikoli stejné; rozdíl může sloužit třeba k tomu, co pro nedostatek lepších nápadů nazývám “radostí ze života″...)

Hezkým příkladem jsou cykliny – bílkoviny, které se podílejí na řízení všech pochodů potřebných k tomu, aby z jedné buňky vznikly dvě. U kvasinky to znamená replikaci DNA, dělení jádra a pučení. Aby kvasinková buňka mohla replikovat genetický materiál a pučet, potřebuje aspoň jeden ze tří tzv. G1 cyklinů. Tedy: ztráta jednoho nebo dvou G1 cyklinů kvasince moc nevadí (i když ovlivňuje např. velikost buněk), až mutace ve všech třech genech je neodvolatelně smrtelná. Podobně je tomu i u dalších regulátorů replikace DNA a jaderného dělení a u proteinů řídících stabilitu bílkovin. Nemusíme ale zůstávat u kvasinek. Chromozomy rostlin a živočichů také obsahují opakované geny, dokonce i geny, které ztratily funkci, a oblasti vůbec bez genů; oblasti, které nelze při nejlepší vůli popsat jako nic jiného, než veteš a haraburdí, které organizmus v sobě nosí, aniž by je používal. I bakterie, tyto vzory úspornosti, se dovedou obejít bez části svého genomu. Jako by se na úrovni struktury genomu “účelnost přírody″ vytrácela do nedohledna...

Zkušenost přitom učí, že si organizmy nemohou dovolit zachovávat struktury, jejichž údržba a replikace stojí čas i energii, aniž by přinášela užitek. Vidíme ale, že část genetického materiálu je postradatelná, a někdy si lze jen velmi těžko představit, k čemu slouží. Tato dvě pozorování jsou jen zdánlivě protichůdná. Odporují si, jen pokud trváme na krásném, ale neudržitelném modelu přírody, která pracuje jako hodinář. Skutečnosti je bližší přirovnání s vetešníkem: příroda si zakládá na zbytečnostech. Ne na zbytečnostech netečných a obtěžujících, ale na takových, které jsou materiálem k experimentování, prostorem k vývoji nového, zdrojem, v němž lze vyhledávat netušené možnosti. Nadejde-li potřeba (říkejme tomu třeba selekční tlak), veliký vetešník jménem Evoluce zaloví ve svém skladišti, plném podivných předmětů pokrytých prachem, zapomenutých rozmařilostí, vynálezů jiných dob a jiných záměrů, krásných marností bez historické hodnoty a všemožného haraburdí bez hodnoty komerční – i vytáhne odtud včerejší veteš, která je náhle pokladem; a běda tomu, kdo nemá odkud brát.

Literatura

J. Brookfield: Can genes be truly redundant? Current Biology 2, 553–554, (1992).
J. H. Thomas: Thinking about genetic redundancy. Trends in Genetics 9, 395–399, (1993).
OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Genetika
RUBRIKA: Eseje

O autorovi

Fatima Cvrčková

Doc. RNDr. Fatima Cvrčková, Dr. rer. nat., Dr., (*1966) vystudovala molekulární biologii a genetiku na Přírodovědecké fakultě UK, kde získala první experimentální zkušenosti v laboratoři Vladimíra Vondrejse, a genetiku na univerzitě ve Vídni. V současnosti se na Přírodovědecké fakultě Univerzity Karlovy zabývá buněčnou a molekulární biologií rostlin.
Cvrčková Fatima

Doporučujeme

Tajemná „Boží země“ Punt

Tajemná „Boží země“ Punt uzamčeno

Břetislav Vachala  |  4. 12. 2017
Mnoho vzácného zboží starověkého Egypta pocházelo z tajemného Puntu, kam Egypťané pořádali časté obchodní výpravy. Odkud jejich expedice...
Hmyz jako dokonalý létací stroj

Hmyz jako dokonalý létací stroj

Rudolf Dvořák  |  4. 12. 2017
Hmyz patří k nejdokonalejším a nejstarším letcům naší planety. Jeho letové schopnosti se vyvíjely přes 300 milionů let a předčí dovednosti všech...
Hranice svobody

Hranice svobody uzamčeno

Stefan Segi  |  4. 12. 2017
Podle listiny základních práv a svobod, která je integrovaná i v Ústavě ČR, jsou „svoboda projevu a právo na informace zaručeny“ a „cenzura je...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné