O sekvojích a želvách

Před několika lety jsem se ve Vesmíru (Vesmír 73, 552, 1994/10 a Vesmír 73, 671, 1994/12) zabýval mechanizmy stárnutí. Přitom se rozproudila diskuse o tom, zda nesmrtelnost je možná a žádoucí. Omámení morálními rozměry tohoto problému by nám ale nemělo zastřít skutečnost, že v přírodě existují organizmy, které podle běžných kritérií nestárnou, a jsou tedy potenciálně nesmrtelné.

Z hlediska kinetiky stárnutí můžeme organizmy rozdělit do tří skupin:

• rychlé zestárnutí ukončené náhlou smrtí,
• postupné stárnutí charakterizované determinovanou délkou života,
• zanedbatelné stárnutí charakterizované nedeterminovanou délkou života.

Do první skupiny patří organizmy, jejichž délka života se může lišit o několik řádů. Některé mouchy a nematoda (hlístice) mají maximální délku života do 1 měsíce, bambusy, podléhající stejnému mechanizmu stárnutí, končí svůj život náhlou smrtí až po sto letech. To znamená, že náhlá smrt vyvolaná spuštěním mechanizmů rychlého zestárnutí může ukončit i život dlouhověkých organizmů. Příčiny rychlého zestárnutí a náhlé smrti zahrnují opotřebování nenahraditelných částí, hormonální změny, poruchy ve výživě, nekontrolované množení virů. Některé z těchto škodlivých změn připomínají progerie u člověka (to jsou dědičné syndromy, které mají za následek např. úmrtí v 8 letech doprovázené stařeckou sešlostí organizmu).

Organizmy přiřazované do druhé skupiny mají délku života mezi 2 až 100 lety. Na rozdíl od první skupiny, kde je rychlé zestárnutí spuštěno téměř synchronně v dané populaci, postupné stárnutí se u různých jednotlivců dané populace velmi liší z hlediska jak doby nástupu, tak rychlosti progrese. Mechanizmy stárnutí této skupiny organizmů, kam patří i člověk, byly námětem předcházejícího článku (Vesmír 70, 5, 1991/1).

Existuje ale ještě třetí skupina organizmů, u kterých mortalita není závislá na jejich věku, tj. umírají nahodile z vnějších příčin. U těchto organizmů není patrná degenerace či ztráta fyziologických funkcí s přibývajícím věkem a není možné určit jejich maximální délku života.

Do této skupiny patří zejména jehličnany, mezi nimiž se vyskytují nejstarší organizmy naší planety. Stáří vyššího než 5000 let dosahuje borovice osinatá (Pinus aristata; na snímku), americké sekvoje (Sequoia sempervirans a S. gigantea) mají v současné době maximální stáří okolo 3000 let. Řada dalších stromů se dožívá věku přes tisíc let – douglaska (Pseudotsuga menzeisii), gigantický cypřiš mexický (Taxodium distichum), cedr libanonský (Cedrus libani), a také jinan dvojlaločný (Ginkgo biloba), který mezi jehličnany (přímo) nepatří. Dokladem praktické nesmrtelnosti by mohla být zpráva o objevu 40 000 let staré borovice v Austrálii, která nedávno proběhla tiskem. Jestliže se potvrdí, tak bychom se měli více zaměřit na studium mechanizmů stárnutí u rostlin, jelikož u nich můžeme najít klíč pro pochopení samotné podstaty dlouhověkosti.

Různé dlouhověké stromy uplatňují odlišnou životní strategii. Borovice osinaté dosahují nejvyššího věku na východní straně pohoří Sierra Nevada, které zde přechází v poušť. Vysoká horka se střídají s drsnými mrazy. Stromy rostou pomalu a nedosahují mimořádné velikosti. Adaptace na takto nepříznivé prostředí má výhodu v tom, že zde prospívá daleko menší množství dřevokazných hub a je výrazně sníženo nebezpečí hrozící od požárů, už proto, že hořlavého materiálu je v okolí minimálně.

Západní strana pohoří Sierra Nevada je obrácena k Pacifiku a její čtyřtisícimetrové štíty tvoří přehradu pro větry přinášející od oceánu vláhu, která zde vyprší. Výsledkem je mírné klima bez teplotních extrémů, kde prospívají husté jehličnanové lesy, v nichž rostou i obří sekvoje. Jejich výška okolo 100 m svědčí o tom, že nepřijaly „skromnou“ životní strategii borovic z protější strany pohoří.

Typická gigantická sekvoje však roste do výšky pouze prvních 800 let. Po dosažení charakteristické výšky stráví dalších 2000 let přibíráním objemu. Na rozdíl od borovic, které potížím utekly, sekvoje s nimi aktivně bojují. Jejich pryskyřice a silice účinně působí proti parazitům, takže v podstatě nenajdeme napadené sromy. V poslední době se ukazuje, že i rostliny mají obdobné nástroje ochrany před bakteriálními infekcemi. Využívají reaktivní sloučeniny kyslíku jako například naše bílé krvinky. Nicméně mechanizmy schopné udržet zdraví jedince po 3000 let si přinejmenším zaslouží naši pozornost, máme se čemu učit.

I přes výhodné umístění je tato oblast Kalifornie sužována periodickými suchy, po kterých následují rozsáhlé požáry. Během posledních 2000 let požáry několikrát téměř vypálily i tyto lesy, jelikož většina nejstarších stromů je stará jen pár set let. To se však netýká sekvojí. Jejich tlustá kůra je téměř nehořlavá a velmi účinná jako tepelný izolátor. Kromě toho se šišky sekvojí v žáru otevírají a semena se do půdy dostávají v době, kdy byla odstraněna konkurence.

Sekvoje pojmenovaná Generál Sherman představuje největší žijící organizmus na Zemi. Stářím okolo 2300 let nepatří k nejstarším, ale stále roste. Při objemu okolo 1500 m³ se ročně zvětšuje o mnoho m³ a patří tak i mezi nejrychleji rostoucí organizmy. Pro představu, její obvod u země činí přes 30 metrů.

Z hlediska populační genetiky je důležité zjištění, že plodnost těchto stromů roste progresivně s velikostí (a tedy se stářím), takže největší (a často i nejstarší) stromy poskytují nejvíce potomků. To znamená, že nejstarší členové společenství nejvíce přispívají k složení genů v populaci, čímž se geny spojené s dlouhověkostí v populaci posilují.

Klíčovou úlohu při stárnutí rostlin hrají hormony. Jejich působení může zvrátit i účinky stárnutí u druhů, které mu podléhají. Přitom manipulace s hladinami hormonů regulujících růst je možné provést jednoduchými zásahy. Například odstranění pupenů z větví starých jabloní obnoví schopnost řízků tvořit kořeny. Podobně staré citrusy nesoucí méně plodů mohou být zmlazeny řízkováním. Je možné i prodloužení života jednotlivých rostlinných orgánů. Například odštípnutí růstového vrcholu u fazolu má za následek, že se žloutnoucí děložní listy opět zazelenají a délka jejich života se prodlouží na dvojnásobek. Zdá se tedy, že délku života rostlin určuje několik málo genů, jejichž vypnutí či zapnutí je regulováno růstovými hormony.

Zanedbatelná rychlost stárnutí a nedeterminovaná délka života se vyskytuje i u živočichů. U bezobratlých jsou názornými příklady zaděnka (mlž) a humr. Hlavním faktorem určujícím délku života těchto organizmů je to, že jsou jedlé. Humr (Homarus americanusm) má pravděpodobně teoreticky velmi dlouhou dobu života a neukončený růst. Největší odchycení jedinci měli až 20 kg. Z růstových křivek bylo odvozeno, že této hmotnosti odpovídá stáří 50–100 let. Problémem humrů je, že se zvětšováním velikosti vzrůstá jejich atraktivita pro predátory, a tím i počet predátorů (viz D. Storch, Vesmír 78, 670, 1999/12). Nicméně množství vajíček, které samice produkují, roste přímo úměrně s jejich velikostí, tedy s věkem. Podobně jako u sekvojí mají i u humrů největší množství potomků nejstarší organizmy.

Mimořádně dlouhověcí jsou rovněž někteří mlži. Nejlepším příkladem je zaděnka (Arctica islandica), na jejímž povrchu bylo napočítáno až 220 vrstevnic odpovídajících věku živočicha. I sladkovodní perlorodka říční (Margaritana margaritifera) se dožívá přes 120 let. U těchto pomalu rostoucích mlžů rovněž nejsou známky zvyšující se mortality s přibývajícím věkem. Je tedy možné, že ani tyto organizmy nestárnou.

U obratlovců je nejznámějším reprezentantem dlouhověkých želva. Rekordmanem byl údajně exemplář želvy obrovské (Geochelone gigantea), která zemřela v britské pevnosti na Mauriciu ve stáří přesahujícím 150 let. U ostatních želv žijících v zajetí je doložen věk okolo 70 let, nicméně nejsou známky vzrůstající úmrtnosti s přibývajícím věkem u různých želvích druhů. Chybějí nám sice anatomická, fyziologická a demografická data o želvách v pokročilém věku, ale nemáme ani žádné důkazy o jejich stárnutí.

Existuje tedy dostatek příkladů organizmů, u kterých se stárnutí, tak jak je známe z vlastní zkušenosti, nevyskytuje. Poznání, proč některé organizmy nestárnou, nám může pomoci pochopit, jakými mechanizmy stárneme my, a umožní nám s tím něco dělat. Protože stárnutí je, jak všichni víme, bolestné.