Proč existují právě dvě pohlaví?

Ve Vesmíru (80, 10, 2001/1) byla zodpovězena otázka, proč existují právě dvě pohlaví. Podle Radky Aixnerové i Tomáše Grima za to můžou mitochondriální geny:

„...dvě skupiny nepříbuzných mitochondrií se spolu v jedné buňce nesnesou. Je to podobné jako nechat lovit dva rybáře v jednom rybníku, za chvíli v něm nezbude jediná ryba.“ (To přirovnání jsem tedy nepochopila – mitochondrie je ryba, nebo rybář?)

„Mitochondriální geny od jednoho partnera nemají sebemenší zájem na tom, aby se do další generace dostaly i mitochondriální geny druhého partnera. Potenciálnímu konfliktu lze nejlépe zabránit likvidací mitochondriálnich genů jednoho z partnerů ... stejně by se popraly...“

„Třetí pohlaví by mohlo vzniknout pouze tak, že se jedinci jednoho původního pohlaví stanou navzájem kompatibilními,“ ovšem „spojením dvou samčích buněk by vznikla buňka bez organel – tedy mrtvá buňka. Spojením dvou samičích buněk by se do kontaktu dostaly nepříbuzné organely a následná bitka by neprospěla nikomu.“

Takže to bylo jasné (někomu).

V červencovém čísle Vesmíru (80, 366, 2001/7) je článek o léčbě neplodnosti přenosem ooplazmy zdravého vajíčka (včetně mitochondrií) „nemocnému vajíčku“. A kupodivu mitochondrie matky a dárkyně ooplazmy se mezi sebou snášejí podstaně lépe než lidé. V buňkách narozeného človíčka jsou přítomny ty i ony, a človíček netrpí žádnou chorobou. Takže bych chtěla zopakovat původní otázku: Proč existují právě dvě pohlaví? Původní odpověď se pro mě stala neuspokojivou.

RNDr. Jana Hejdánková

• Pokud můj článek o přenosu cytoplazmy (Vesmír 80, 366, 2001/7) vyzněl jako popření konfliktu mezi mitochondriemi různého původu, nebylo to jeho záměrem. Popisuje totiž uměle navozenou situaci, která v přírodě nenastává. Při oplození probíhajícím přirozeně jsme u savců, včetně člověka, svědky procesů, které lze považovat za projev „konfliktu mitochondrií“.

  Do vajíčka se při oplození dostávají i mitochondrie z báze bičíku spermie. Není jich mnoho, jen několik desítek ve srovnání se 100 000 mitochondrií vajíčka, ale jsou tam. Tyto „otcovské“ mitochondrie se ale na mitochondriální výbavě vzniklého zárodku nepodílejí, jsou ještě během embryonálního vývoje zničeny. Ortel k této „popravě“ si nesou „otcovské“ mitochondrie v podobě molekul ubiquitinu (viz Vesmír 74, 554, 1995/10), kterými jsou vybaveny už při průchodu spermie nadvarletem. Nás může v této souvislosti těšit, že významný objev učinil Peter Šutovský, bývalý pracovník ústavu AV ČR v Liběchově působící v Oregonu (Nature 402, 371–372, 1999).

  Důvod, proč vajíčko likviduje mitochondrie spermie, není úplně jasný. Předpokládalo se, že tyto mitochondrie mají těžce poškozenou DNA v důsledku velkého množství volných radikálů, které vznikají při výrobě energie pro intenzivní pohyb spermie. Vajíčko by tedy mělo likvidovat „otcovské“ mitochondrie, protože obsahují „genetický šrot“. Ukazuje se ale, že mitochondriální DNA savčí spermie není zdaleka tak zničená, jak se předpokládalo. Je tedy likvidace „otcovských“ mitochondrií v savčím vajíčku důkazem konfliktu mitochondrií různého původu? Určitě to nelze vyloučit a mně by se takové vysvětlení líbilo.

  Mimochodem, díky procesu likvidace mitochondrií spermie vajíčkem se mitochondrie savců dědí skutečně jen od matky, a je tedy možné z výsledků analýz mitochondriální DNA usuzovat na genetické osudy linie „po přeslici“ (hledat různé „mitochondriální Evy“ apod.; viz Vesmír 79, 523, 2000/9). Kdyby se do toho každou generaci zamíchalo byť jen pár mitochondrií děděných „po meči“, byla by situace o poznání komplikovanější.

  Vypadá to, že savčí vajíčko je „nabuzeno“ k tomu, aby si to s cizími mitochondriemi rázně vyřídilo. Nemusí se bát omylu, cizí mitochondrie (třeba ty ze spermie) snadno rozezná a útok na vlastní mitochondrie mu zřejmě nehrozí. Mitochondrie vajíčka pozná i badatel vybavený elektronovým mikroskopem. Řada savčích druhů má ve vajíčku mitochondrie, které se i morfologicky liší od mitochondrií jiných buněk téhož živočišného druhu. Např. u skotu nacházíme ve vajíčku mitochondrie se zvláštně „přeloženým“ koncem, označované jako „hooded“ čili „s kapucí“.

  O tom, že cytoplazma vajíčka nemusí mít mitochondriální „cizáky“ příliš v lásce, svědčí i výsledky klonování. Při něm je vajíčko zbavené vlastní jaderné DNA spojeno se somatickou buňkou. Dohromady se tak dostává 100 000 mitochondrií vajíčka a asi 3000 mitochondrií klonované buňky. V buňkách klonovaných zvířat ale velmi často nenalezneme ani stopy po mitochondriích pocházejících ze somatické buňky. Někde se ztratily. „Vyřídilo“ si to s nimi vajíčko, které je připraveno „zatočit“ s cizími mitochondriemi spermie? Nelze to vyloučit.

  Na druhé straně jsme ovšem svědky toho, že se rodí klonovaná zvířata s vysokým podílem (kolem 50 %) mitochondrií pocházejících ze somatické buňky. Tyto případy nám připomínají, že zdaleka ne všechny mitochondrie oplozeného zárodku se množí se stejnou intenzitou. Ze statisícového „hejna“ jich prodělá intenzivní dělení pro potřeby nového zárodku jen několik tisíc. Z genetického hlediska lze takové zúžení populace označit jako „bottleneck“ čili „průchod hrdlem láhve“ (viz Vesmír 73, 435, 1994/8). Zdá se, že se přednostně množí ty mitochondrie, které se nacházejí v okolí buněčného jádra.

  Je zřejmé, že díky „bottlenecku“ mohou některé mitochondrie (tedy i ty, které se do klonovaného zárodku dostaly ze somatické buňky) nadobro zmizet, nebo se naopak domoci podstatně vyššího podílu v celkové mitochondriální populaci. Tento jev se projevuje nejen při klonování, ale zřejmě i při léčebném přenosu cytoplazmy ze „zdravého“ vajíčka do nemocného. Při přenosu je dodáno do vajíčka asi 10 % celkového objemu cytoplazmy a tomu by měl odpovídat i podíl mitochondrií ve vzniklém zárodku. Faktem ale je, že Cohenův tým nenašel dárcovské mitochondrie zdaleka u všech dětí, které se z takto „léčeného“ vajíčka narodily. V některých případech tyto mitochondrie prostě zmizely. Zda je to důsledek „bottlenecku“, nebo konfliktu mitochondrií, není jasné. Můžeme se ale domnívat, že první z vysvětlení je pravděpodobnější a že „léčené“ vajíčko nedokáže rozeznat mitochondrie z cizího vajíčka jako cizorodé (proto také nelze považovat úspěšný přenos ooplazmy za popření konfliktu mitochondrií). Takové „vaječné“ mitochondrie pro ně proto mohou být podstatně přijatelnější než mitochondrie spermie nebo somatické buňky. Ale to už se začínáme pohybovat na poli spekulací.

  Jaroslav Petr

• Z toho, že se mitochondrie pocházející ze dvou různých vajíček navzájem v jedné buňce nevyhlazují, nemůžeme vůbec usuzovat, že konflikty mezi mitochondriemi různého původu neexistují. Za normálních okolností se totiž mitochondrie ze dvou různých vajíček (anebo mitochondrie vajíčka a somatické buňky) vůbec nepotkávají, a proto ani nejsou na takovýto střet připraveny. Zatím se nenaskytla příležitost k tomu, aby se vyselektovaly mitochondrie vajíčka, které by se chtěly množit na úkor mitochondrií pocházejících z jiného vajíčka (či somatické buňky), a nebyl proto ani důvod k zavedení nějakých protiopatření. Naopak mitochondrie vajíčka přichází odjakživa do styku s mitochondriemi spermií. V tomto případě bylo tedy dost času na to, aby se díky nějaké mutaci objevily zákeřné mitochondrie, které se dovedou množit na úkor cizích, prozatím nezákeřných (nemají zmíněnou mutaci) mitochondrií. Takové organely se ale díky své strategii záhy rozšíří, až se začnou střetávat mezi sebou, a potom je v zájmu embrya nutné jejich vzájemnému vyhlazování zabránit. Nejlépe tím, že se oplozené vajíčko zbaví mitochondrií jednoho z rodičů, nejčastěji samce. To se může zařídit buď tím, že se mitochondrie spermie do vajíčka vůbec nevpustí, anebo se mitochondrie ve spermii nějak označí, aby mohly být později rozpoznány a zničeny. Jelikož mitochondrie z cizího vajíčka či somatické buňky takto označeny nejsou, není se co divit, že je domácí vajíčko nechává na pokoji. A proč spolu mitochondrie ze dvou různých vajíček nesoupeří o to, které se více rozmnoží? Inu, nejspíš ani nepoznají, kdo je domácí a kdo cizí.

  Radka Aixnerová