Lysenkizmus trochu jinak

Pod pojmem lysenkizmus mnohdy splývají dva odlišné jevy. Je to především lysenkinzmus ve vlastním slova smyslu, tedy společenské, politické a mocenské aktivity T. D. Lysenka a jeho stoupenců, které směřovaly a posléze vedly k likvidaci vědeckých konkurentů i celých vědních oborů. Lysenkizmus však pro mnoho lidí znamená i mičurinskou genetiku, tj. teorii dědičnosti, kterou již od třicátých let propagoval Lysenko se svými stoupenci. V základu původní mičurinské genetiky byly představy, že dědičnost vlastností organizmů je nesmírně proměnlivá, že organizmy ve změněných podmínkách těmto podmínkám přizpůsobí svůj vzhled i vlastnosti a že získané změny předávají potomkům. Protože tyto představy byly již tehdy v naprostém rozporu se závěry genetiky, rozhodli se lysenkisté klasickou genetiku zavrhnout a vytvořit genetiku vlastní. Jejich hlavním motivem byla nejspíše snaha zlikvidovat představitele tehdejší oficiální genetiky a zaujmout jejich místa akademiků a ředitelů vědeckých ústavů, alespoň částečně se zde však uplatnily některé reálné Lysenkovy zkušenosti z předchozí zemědělské praxe. Ve zpětném pohledu se nám dnes jeví většina poznatků, z nichž Lysenko vycházel, jako zcela nedůvěryhodných již jen pro naprosto nevyhovující pokusné metodiky. Přesto se nedá vyloučit, že alespoň část z pozorovaných jevů mohla být reálná a že pouze tehdejší stav biologických znalostí a nízké odborné kvality autorů způsobily, že byly nesprávně pochopeny a vysvětleny.

V tomto článku se pokusím s využitím současných znalostí molekulární genetiky a evoluční biologie vysvětlit jevy, na kterých lysenkisté založili svou genetickou teorii. Budu úmyslně ignorovat velmi reálnou možnost, že dané jevy vůbec neexistovaly a že si je Lysenko či někdo jiný prostě vymyslel. Zaměřím se pouze na ty jevy, které se bezprostředně týkají původní genetické teorie ¹⁾, už z toho důvodu, že se zpočátku rozvíjela mičurinská genetika v konkurenci s  genetikou normální, a že tedy možnost naprostého falšování výsledků byla do r. 1939 menší. Budu se věnovat otázkám vegetativních kříženců, rozviklané dědičnosti, dědičnosti účelných změn a vnitroodrůdovému křížení samosprašných rostlin.

Vegetativní kříženci

Šlechtitelé rostlin vždy považovali techniky vegetativního křížení, roubování a štěpování za cenný nástroj udržování špatně se množících odrůd, například kříženců vzdálených druhů. Lysenkisté však zdůrazňovali, že tyto techniky lze využívat i k řadě dalších účelů. Tvrdili, že naroubováním mladých větví na starší podnož se změní vlastnosti roubu, a to tak, že získá mnohé vlastnosti podnože (například tvar a barvu plodů). Tyto vlastnosti se přitom měly předávat semeny do dalších pokolení. Žlutoplodá odrůda rajčete naroubovaná na červenoplodou prý dala některé plody načervenalé a v potomstvu pocházejícím ze semen těchto načervenalých plodů (po opakovaném naroubování na červenoplodou odrůdu) byly některé plody červené. Jak Lysenko neopomněl zdůraznit, do štěpu z podnože mohou přecházet „plastické látky“ (dnes bychom řekli asimiláty, bílkoviny, RNA a rostlinné hormony), ale nikoli chromozomy (DNA).

Jak tento jev vysvětlit a obejít se při tom bez nepříliš pravděpodobné (i když v zásadě možné) účasti retrovirů schopných přenést genetickou informaci do DNA buněk štěpu? Není nijak překvapivé, že vzhled a vlastnosti štěpu budou ovlivněny vlastnostmi podnože. Do štěpu prostupují nejen nízkomolekulární látky vznikající v buňkách podnože, jež se mohou přímo účastnit vytváření pletiv i orgánů rostliny a jejích plodů, ale i bílkoviny včetně enzymů a molekul regulujících zapínání a vypínání přepisu jednotlivých genů. Současné zkušenosti s transgenními rostlinami, tj. rostlinami, do jejichž genomu byl vsazen určitý cizorodý gen, ukázaly, že zapínání a vypínání genů je u rostlin řízeno i na dlouhé vzdálenosti v rámci celého organizmu. Jestliže se například v určitém rostlinném orgánu bude zvyšovat tvorba produktu určitého cizorodého genu, dokáže rostlina prostřednictvím modifikací svých vlastních buněčných genů (např. metylacemi jejich regulačních oblastí) do značné míry či úplně kompenzovat nadprodukci příslušné bílkoviny v ostatních pletivech.

Na pokusu s rajčetem je však nejzajímavější to, že barva plodu roubu měla být předávána do dalších generací prostřednictvím semen. Vysvětlení tohoto jevu by mohlo být následující: Jednotlivé plody a vůbec jednotlivé části rostliny nejsou geneticky rovnocenné. Jejich genomy se mohou vzájemně lišit v důsledku somatických mutací, somatických rekombinací (které vznikají, jak se dnes ukazuje, u rostlin i živočichů v důsledku mitotického crossing-overu), popřípadě v důsledku dědičných (i když za určitých podmínek vratných) modifikací jednotlivých genů, například metylacemi bází DNA. Za normální situace se genetická rozdílnost jednotlivých částí rostliny nemusí projevit, neboť se při jejich vývoji uplatňují i nízkomolekulární látky a makromolekuly vznikající v ostatních částech rostliny. Jestliže proto budou mít některé plody v důsledku genetické výbavy svých buněk náběh k vytváření červeného barviva, nebudeme často schopni to rozpoznat. Jestliže se však příslušná rostlina naroubuje na červenoplodou odrůdu, přicházejí do všech plodů meziprodukty tvorby červeného barviva či enzymy řídící jeho tvorbu (nebo molekuly regulující tvorbu těchto enzymů), takže všechny plody jsou alespoň částečně narůžovělé, a je tedy možno mezi nimi vybírat ty, které mají díky své genetické výbavě větší náběh k červené barvě. Opakováním takového výběru v několika letech po sobě můžeme nakonec získat potomka s červenými plody.

Rozviklaná dědičnost

Zviditelňování skrytého genetického polymorfizmu je patrně i v pozadí metody přípravy organizmů s rozviklanou dědičností. Lysenko definoval dědičnost jakožto „vlastnost živého těla vyžadovat pro svůj vývoj zcela určité podmínky a specifickým způsobem reagovat na tyto nebo na jiné podmínky“. Jestliže chtěl lysenkista získat novou odrůdu rostliny, snažil se v prvé řadě připravit jedince s rozviklanou dědičností. Dosahoval toho tak, že selekci prováděl v podmínkách, na něž nebyla výchozí odrůda zvyklá, například mimo původní oblast jejího výskytu. Zatímco původní oblast rostlinám poskytovala právě ty podmínky, které příslušná odrůda požadovala pro svůj vývoj, a mohla tedy na ně reagovat svým obvyklým způsobem, v nových podmínkách musely rostliny reagovat při svém vývoji na podmínky cizí. Jednotlivé rostliny díky své rozviklané dědičnosti reagovaly na cizí prostředí různě (získaly různé vlastnosti), přičemž změny jejich vlastností se často dědily.

Při vysvětlování tohoto jevu se samozřejmě obejdeme bez předpokladu jakéhokoli „rozviklávání dědičnosti“ a vystačíme úplně s modelem zviditelňování skrytého polymorfizmu. Dnes víme, že mnoho genů se v populaci vyskytuje v několika formách – jsou polymorfní. Přesto se za obvyklých podmínek převážná část polymorfizmu vůbec neprojeví rozdíly ve vzhledu jednotlivých organizmů v populaci. Jakmile však organizmy přeneseme do podmínek, na které nejsou zvyklé, část skrytého genetického polymorfizmu se projeví na vzhledu jedinců. Již v první generaci se výrazně zvýší různorodost jednotlivých znaků, u znaků kvantitativních se zvětší vnitropopulační rozptyl, u znaků kvalitativních se objeví formy, které se v původních podmínkách nevyskytovaly, popřípadě se vyskytovaly vzácně. Vzájemná podobnost jedinců vyskytujících se v normálních podmínkách je totiž alespoň částečně způsobena genetickou kanalizací, souborem procesů, které dokážou do větší či menší míry zamaskovat vliv rozdílností genetické výbavy jedinců na jejich vzhled a vlastnosti. V novém neobvyklém prostředí je schopnost maskovat tyto vlivy výrazně snížena (viz rámeček 1), takže část původně skrytého genetického polymorfizmu se projeví a my můžeme začít na podkladě jeho vnějších projevů selektovat novou odrůdu.

Dědičnost účelných změn u rostlin

Některé výsledky popisované v lysenkistické literatuře naznačují, že u rostlin by se mohl vyskytovat ještě jeden velice zajímavý jev, s nímž dnešní biologie příliš nepočítá. Jde o vnitroindividuální selekci buněčných linií, která by mohla vést až k účelnému, a přitom dědičnému přizpůsobování jedince místním podmínkám. Lysekisté například tvrdili, že je velký rozdíl, jestli se jako roub použije větévka z mladého, nebo ze starého stromu. Větévka roubu pocházející ze starého stromu se už vlivem podnože nezmění a bude poskytovat plody charakteristické pro odrůdu štěpu. Naproti tomu roub pocházející z mladého stromu se účinkem podnože změní a bude poskytovat plody podobné plodům podnože. Na stáří stromu údajně závisí i to, jakými odrůdami je možné opylit jeho květy. Mladé stromy (často prý pouze v první sezoně, kdy vykvetou) je možné opylit pylem i ze vzdálených nepříbuzných odrůd, zatímco později se množství možných dárců pylu zužuje. Kříženci dvou odrůd zelí dávají v první sezoně semena, z nichž vyrostou rostliny s vlastností některé kulturní odrůdy, v dalších sezonách dají tytéž rostliny (zelí je víceletá rostlina) semena, z nichž vyrůstají rostliny horších a horších vlastností, až nakonec všechny rostliny vyrostlé ze semen starých rostlin mají charakter krmného zelí, původního rodiče obou odrůd. Nejzajímavější pozorování se týkají vlivu vnějších podmínek na genetické vlastnosti rostlin. Některé druhy rostlin není možné ani uměle opylit vlastním pylem nebo pylem rostliny získané z původní rostliny vegetativní cestou (např. odnožemi). Tuto neslučitelnost je však prý možné překonat, jestliže dvě budoucí rodičovské rostliny vzniklé původně vegetativním pomnožením rostliny jediné budeme pěstovat v co nejodlišnějších podmínkách (jednu na suchu, druhou ve vlhku atp.).

Jak by se daly tyto a podobné výsledky vysvětlit? Především musíme připustit existenci častých genetických změn v buňkách rostlinných pletiv. Patrně zde nevystačíme s klasickými mutacemi, ty jsou totiž poměrně vzácné a mají zcela náhodný charakter (většinou jde o poškození některého genu). Daleko pravděpodobnějším zdrojem se zdají být jednak paramutace, například již zmiňované modifikace regulačních oblastí genů, jednak somatické rekombinace, vznikající v důsledku crossing overu mezi dvěma sesterskými chromozomy (od otce a od matky) v průběhu normálního buněčného cyklu zakončeného jednoduchým dělením (mitózou). Na rozdíl od běžné rekombinace, která nastává jednorázově při vzniku pohlavních buněk redukčním dělením (meiózou), se somatická rekombinace za život rostliny mnohokrát opakuje, avšak vždy pouze uvnitř dvou sad chromozomů, které má daný jedinec k dispozici. Vzhledem k tomu, že genetická informace jedince zůstává stejná, pouze některé geny přecházejí z původně otcovských chromozomů na mateřské a naopak (vznikají rekombinované chromozomy), je obtížné tyto rekombinace prokázat dokonce i současnými molekulárněbiologickými technikami. Vznik nových rekombinovaných chromozomů se však může projevit změnou biologických vlastností dceřiných buněk, neboť jednotlivé geny se přechodem na druhý chromozom dostávají pod vliv regulačních prvků tohoto chromozomu, takže kopie určitého genu, která byla přepisována na původním chromozomu, nemusí být vůbec přepisována na chromozomu rekombinovaném. Z hlediska šlechtitelství může být důležité, že v důsledku somatických rekombinací se mohou postupně rozpadat osvědčené kombinace genů nacházejících se v určitých krátkých úsecích chromozomů, takže rostliny vypěstované ze semen získaných z téže rostliny meziodrůdového křížence mohou v sezonách následujících za sebou postupně ztrácet užitečné vlastnosti obou rodičovských odrůd. Z obecného hlediska je však ještě důležitější to, že mezi dceřinými buňkami jsou rozdíly ve vlastnostech podmíněné rozdíly genetickými, takže mezi nimi (stejně tak jako mezi jednotlivými orgány téže rostliny) může existovat kompetice a přirozený výběr. Některé buňky s rekombinovaným genomem mohou být v daných podmínkách neživotaschopné, nebo mohou mít sníženou růstovou rychlost, takže nakonec v daném pletivu určité rostliny převládnou právě ty buňky, které budou nejlépe přizpůsobené místním podmínkám. Tím by se dal vysvětlit mechanizmus vzniku některých vyznívajících genetických modifikací, které popisuje současná botanika, i mechanizmus případů dědičnosti účelných změn u rostlin, které popisovali (a nesprávně vysvětlovali) lysenkisté.

A nyní ještě k problému pylové neslučitelnosti rostlin jednoho klonu pěstovaných ve stejných podmínkách a slučitelnosti obdobných rostlin pěstovaných v různorodých podmínkách. Zatímco vlastní proces somatické rekombinace chromozomů je téměř určitě náhodný, výsledek vnitroindividuálního výběru patrně nikoli. Charakter buněk, které v pletivech nakonec převládnou a dají vzniknout buňkám pohlavním, bude určitě záviset na podmínkách, ve kterých je právě daná rostlina pěstována. To znamená, že genomy klonálních rostlin pěstovaných ve stejných podmínkách si budou podobnější než genomy klonálních rostlin pěstovaných v různorodých podmínkách, což se může promítnout do stupně jejich vnitroklonální pylové slučitelnosti nebo do životaschopnosti jejich potomstva. (Budou-li mateřské i otcovské rostlině v důsledku podobné vnitroindividuální selekce chybět stejné formy určitých genů, stejné alely, může být životaschopnost jejich potomstva podstatně menší, než když jim budou chybět formy různé.)

Ještě poznámka, která se netýká přímo vnitroindividuální selekce: Již Darwin ve své knize věnované variabilitě rostlin a živočichů ²⁾ upozorňoval na zkušenost chovatelů a pěstitelů, že odrůdy hospodářských zvířat i rostlin udržované dlouhodobě ve stejných podmínkách se postupně zhoršují a že tomu lze zabránit, když například chovatel zkříží svá zvířata se zvířaty stejného plemene, chovanými však v co nejodlišnějších podmínkách. Z pohledu učebnicové genetiky je samozřejmě nesmyslné doporučovat právě zvířata chovaná v odlišných podmínkách. Když však vezmeme v úvahu, že v populacích zvířat chovaných v jedněch podmínkách postupně mohou vymizet určité formy genů a v populacích chovaných v jiných podmínkách zase formy jiné, může být Darwinovo doporučení velmi rozumné.

Vnitroodrůdové křížení samosprašných rostlin

Další neobvyklou technikou doporučovanou lysenkisty pro šlechtění nových odrůd bylo vnitroodrůdové křížení samosprašných rostlin. Původně se týkalo pšenice, později začali lysenkisté alespoň pokusně křížit řadu dalších rostlin. Lysenko poukazoval na skutečnost, že na rozdíl od odrůd cizosprašného žita se odrůdy samosprašné pšenice v čase mění, zhoršují se jejich vlastnosti. Ukazoval, že zatímco stejné odrůdy žita se pěstují na velkých plochách desítky a desítky let, stará odrůda pšenice se většinou musí velmi brzy nahradit odrůdou novou, neboť se postupně zhoršují její užitkové vlastnosti. (Na tuto skutečnost ostatně dávno před ním upozorňoval i Darwin.) K zastavení samovolného zhoršování genetické kvality pšenice (a k jejímu obnovení) doporučoval u samosprašných rostlin cizosprašování (u části klasů se odstraní tyčinky z květů a na blizny se nanáší pyl z jiných rostlin pšenice téže odrůdy). Lysenko tvrdil, že kladný vliv vnitrovarietního křížení spočívá v obnovení schopnosti jednotlivých rostlin přiměřeně reagovat na mikroheterogenitu prostředí.

Dnešní poznatky naznačují, že by rozdíly v evoluční přizpůsobivosti (plasticitě) pohlavně se množících a nepohlavně se množících (popřípadě samosprašných) organizmů mohly hrát významnou roli v evolučních procesech, a že by tedy již téměř zapomenuté údaje o nestálosti odrůd samosprašných rostlin mohly poskytnout jeden z klíčů k řešení otázky významu pohlavního rozmnožování. Ukazuje se, že zatímco nepohlavně se rozmnožující organizmy (a do značné míry i organizmy rozmnožující se samooplozením) mohou snadno hromadit výhodné mutace, organizmy rozmnožující se pohlavně účinkům selekčních tlaků do značné míry odolávají. Nepohlavně se rozmnožující a samosprašné druhy jsou po celou dobu své existence přizpůsobivé, naproti tomu pohlavně se rozmnožující druhy jsou do značné míry evolučně zamrzlé a nemohou se měnit ³⁾.

Odrůdy samosprašné pšenice tedy zůstávají přizpůsobivé, postupně se v nich hromadí mutace, které sice zvyšují biologickou zdatnost jednotlivých rostlin, ovšem často za cenu snižování jejich užitkovosti pro člověka. Naproti tomu odrůdy cizosprašného žita mají možnost hromadit podobně „výhodné“ vlastnosti silně omezenou, vinou cizosprašnosti se příslušné nové mutace ocitají v každé generaci ve společnosti jiných genů, takže jejich selekční hodnota může být střídavě kladná a záporná. Chceme-li, aby se odrůda žita postupně nezhoršovala, je třeba ji udržovat v čistém stavu, odstraňovat z osiva příměsi cizích odrůd. Naproti tomu odrůdu pšenice je třeba neustále podrobovat selekčnímu tlaku na její užitkové vlastnosti, popřípadě ji čas od času nahrazovat odrůdami novými. Teoreticky by rovněž mohlo fungovat, kdyby se osivo pšenice připravovalo cizosprášením, tj. vzájemným opylováním jednotlivých rostlin uvnitř odrůdy, tak jak to doporučoval Lysenko. Je samozřejmě možné, že kladný efekt zastavení samovolné evoluce příslušné odrůdy by byl převážen finanční náročností technologického postupu (tímto hlediskem se Lysenko pro jistotu nezabýval).

V lysenkistické literatuře se místy vyskytují zajímavé údaje a postřehy, které by při velmi opatrném přístupu mohly inspirovat dnešního biologa k tomu, aby vytvářel testovatelné hypotézy a navrhoval pokusy, jejichž výsledky by mohly vést k významnému obohacení současných biologických znalostí. Není to dáno tím, že by lysenkisté vycházeli ze správných teorií či používali správné metodické postupy, ale naopak tím, že vzhledem k nesmyslnosti svých teorií uskutečnili pokusy, které po nich již nikdo další neopakoval. Nakonec ještě varování pro případné zájemce o takové studium lysenkistické literatury: Markošovo přirovnání k vybírání rozinek z koláče (viz Vesmír 77, 686, 1998/12) trochu kulhá. Při čtení Agrobiologie má člověk spíše pocity, jako kdyby zmíněné rozinky vybíral z čerstvého kravince. Jako bývalý amatérský entomolog vím, o čem mluvím.