Aktuální číslo:

2017/12

Téma měsíce:

Kontakty

Faktografie a ideologie

E. H. DAVIDSON: Genomic regulatory systems. Development and evolution Academic Press, San Diego 2001 S.B.Carroll, J.K.GRENIER, S.D.WEATHERBEE: From DNA to diversity. Molecular genetics and the evolution of animal design Blackwell Science, Malden 2001
 |  5. 5. 2002
 |  Vesmír 81, 291, 2002/5

Konečně! Téměř zároveň se na trhu objevily dvě vynikající učebnice, které mapují vývojovou biologii (živočichů, jak jinak; v jistých kruzích "vývojová biologie" znamená vývojovou zoologii) a dávají ji do souvislosti s evolucí. Učebnice jsou to náročné. Čtenář by měl předem znát nejen molekulární biologii, ale něco málo z morfologie, měl by být informován o "stavebních plánech" živočišných kmenů a o taxonomii, která s tím souvisí, o anatomii embryonálního vývoje, evoluci ad. Zejména Davidson čtenáře nešetří - jakmile se prokoušete jedním modelovým organizmem a celou tou svéráznou genetickou nomenklaturou, už přeskočí k modelu jinému, s novou džunglí názvů. Chvilku vám pak trvá, než pochopíte, že jde o stejné geny a systémy, jenom se pokaždé jinak jmenují. Sjednocování molekulárně genetického názvosloví teprve započalo. (Abych vám to nějak přiblížil - představte si, že by kostra různých obratlovců byla dokonale známa, avšak jednotlivé popisy by se získávaly izolovaně, a tak by například kost ramenní u šimpanze, myši, slepice a ještěrky nesla pokaždé jiné, naprosto fantastické pojmenování.) Náročné - kdo nezná základy odjinud, těžko se bude knihou prokousávat, zato kdo zná, je nadšen. Obě knihy jsou vynikajícími odbornými pomůckami pro studenty biologie na magisterském a vyšším stupni vývoje (tedy i pro učitele všech druhů). Knihy ovšem mají tu zajímavou vlastnost, že nabízejí různé způsoby čtení, a já zde nabídnu dva z nich: nazval jsem je čtení faktografické a ideologické.

Čtení faktografické

K faktografii jen to nejlepší. I z pedagogického hlediska jsou knihy zdařilé, obsahují množství mikrofotografií a diagramů, podávají syntézu současných znalostí. Dostane se nám poučení, čím vším může být narušena původní symetrie při ustanovení tělních os, jak jsou zakládány segmenty, různá rozhraní apod. Dozvíme se, jak se dá tentýž genový aparát použít v nejrůznějších kontextech díky tomu, že příslušné geny jsou vybaveny plejádou regulačních spínačů pro různé příležitosti. Seznámíme se s genovými regulačními kaskádami, které se od podobných událostí odvíjejí. Postupně bude před námi vyrůstat obraz mnohobuněčných živočichů (přesněji jde o Bilateralia) s bohatostí forem a na různých stupních komplexnosti. A všichni tito živočichové používají ve své morfogenezi společný, v evoluci pochopitelně různě modifikovaný a degenerovaný (ve smyslu degenerace kódu), ale v podstatě velmi podobný soubor základních genetických nástrojů. Právě toto poznání umožnilo v posledním desetiletí zásadní přestavbu živočišného systému na úrovni nejvyšších taxonů. Získáme také představu o tom, jak se evoluce rekonstruuje skládáním mozaiky z poznatků taxonomie, molekulární biologie, vývojové biologie a paleontologie. Pochopíme, že velikost kufříku s genetickými nástroji možná nějak souvisí s morfologickou složitostí (komplexitou) organizmů, avšak neexistuje žádná korelace mezi rozsáhlostí genetických nástrojů a diverzitou příslušného taxonu.

Čtení ideologické

A teď k té ideologii, k níž mám zásadní výhrady v obou knihách. Stačí už název knihy S. B. Carrolla a jeho kolegů: Od DNA k diverzitě. Davidsonova kniha zase hned v první větě oznamuje: Už nějakých čtyřicet let se snažím dospět k pochopení, jak je vývoj zakódován do DNA, a tudíž jak došlo k  evoluci živočichů.

Co nám vlastně autoři chtějí sdělit? Jestliže někde uvidíme knihu nadepsanou třeba Od disidenta k prezidentovi, patrně se budeme (oprávněně) domnívat, že jde o (auto)biografii bývalého disidenta, který to dotáhl na prezidenta. Nejde tedy snad o naivňoučkou víru, že nejdřív tady byla sama DNA, která se postupně obalovala masem, až nakonec z toho povstalo všechno to hemžení? Jistěže ne. Koneckonců hned v preambuli u Carrolla stojí: Tato kniha si klade za cíl ukázat genetické mechanizmy, které stojí v pozadí stavby živočicha. Odhodíme podobné podezření jako neopodstatněné, začteme se - a ejhle, přece jen něco podobného v pozadí Carrollovy knihy je. Má to formu přesvědčení "Mírou všech živých bytostí je jejich DNA".

Ukažme si to na této pasáži: S tím, jak lépe pronikáme do povahy genů a genových regulací, nahlížíme vývoj stále více jako proces, který je koordinován produkty genů. A tak byly záhady embryologie, například jak mohou buňky znát svou polohu a identitu v rámci vyvíjejícího se organizmu, přeformulovány řečí genetickou. Pokud všechny buňky (či alespoň většina) sdílejí stejnou DNA, jak mohou různé buňky nabývat různých morfologií a funkčních vlastností v různých orgánech a tkáních? Dnes už víme, že se tak děje cestou výběrové exprese vybraných podmnožin z tisíců genů živočišného genomu - v různých typech buněk se aktivuje různá podmnožina. Toto zapínání a vypínání genů v různých buňkách během vývoje je skvěle seřízeno regulačním programem, a detaily tohoto programu už dnes začínáme odhalovat. Pokud je morfologická různorodost zcela záležitostí vývoje a pokud je vývoj výsledkem genetických regulačních programů, pak vyvstává otázka: Je evoluce této různorodosti přímo propojena s evolucí genetických regulačních programů? Odpověď je jednoduchá: Ano. Máme-li však pochopit, jak se různorodost vyvinula, musíme nejdřív pochopit genetické regulační mechanizmy, které ve vývoji působí. Jinými slovy jaký je soubor genetických nástrojů pro vývoj a jak fungují při výstavbě živočicha.

  • Zúžení záběru. Důkazy pro podobné přesvědčení by se daly hledat nejrůznějšími způsoby, a máme-li se vůbec něčeho dobrat, musíme své myšlení nějak ukáznit, kanalizovat, jinak bychom mohli skončit v bezbřehém plácání. Proto je zcela na místě zúžení záběru, a jedním (avšak nikoli jediným) přístupem je tento (rovněž z Carrolla): Živočichové se různým způsobem odlišili od společných předků cestou změny ve své DNA. Stěžejní otázkou pro nás proto je: Které změny v DNA odpovídají za morfologickou různorodost?

    Živočichové se tedy od sebe liší, protože se liší ve své DNA. To je velmi dobře postavená hypotéza, kterou by stálo za to buď verifikovat, nebo falzifikovat. V tom případě bych čekal rozvržení scény asi takto: Předpokládejme, že organizmy jsou různé jen a jen proto, že se liší svou DNA. Podobných příkladů jsou doloženy stovky u savců to platí třeba v případě albínů, nebo i v rozdílu pohlaví. Naše teorie chce toto poznání extrapolovat do oblasti vývojové biologie. První krok kupodivu teorii nepotvrdil. Ukázalo se, že živočichové sdílejí velmi konzervativní skupinu regulačních genů, univerzální soubor nástrojů. Z rozdílů v nástrojích proto různé morfologie vysvětlit nelze. Nejde tedy o geny o těch se už ví, že mutace obvykle ,nedělají fenotyp důležité jsou regulační cis úseky! Přesuňme proto pozornost k oné rozsáhlé a málo probádané oblasti regulačních úseků a hledejme, zda se rozdíly mezi morfologiemi nějak neodrážejí v ,zadrátování regulačních programů. Zatím máme drobné náznaky, že by tomu tak mohlo být. Například u tří druhů mouchy rodu Drosophila je tentýž regulační gen Ubx čten různě na různých místech končetiny, a to proto, že regulační oblasti jsou u každého druhu rozmístěny trochu jinak. S tím koreluje rozdílné rozložení chloupků na noze. Pokud získáme další dobré korelace, bude na místě se ptát, zda v jejich pozadí nestojí příčinné vztahy mezi oběma jevy. Přednost dáváme (jak řečeno výše) hypotéze, že se příčinný řetězec odvíjí od změn v DNA. To proto, že jsme zastánci neodarwinistického učení, a v jeho rámci je toto vysvětlení nejelegantnější a logické.

    Tak nějak by zněla poctivá řeč, ale nic podobného v našich učebnicích nenajdeme.

  • My přece víme. Oba texty znovu a znovu zdůrazňují: My přece víme, že se živočichové od sebe liší, protože se liší ve své DNA. Příčinný vztah mezi DNA a morfologií se nám předkládá jako objektivní pravda, jako ontologický předpoklad veškerého dalšího zkoumání. A to přesto, že s tou růzností DNA to zase až tak žhavé není (cituji z Carrolla): Základní (genetické) komponenty jsou široce sdíleny... a biochemické funkce jimi kódovaných proteinů jsou překvapujícím způsobem konzervovány po stovky milionů let. V čem tedy spočívá genetický podklad pro morfologickou rozrůzněnost živočišných forem? Vskutku, v čem?

    Takových vyznání nalezneme u Carrolla více. Například:

    • - Výzvou pro nás je pochopit, jak se aktivita těchto genů odvíjí v čase a prostoru, a tímto způsobem řídí tvorbu a rozrůzňování tělních plánů a tělních částí živočicha.
    • - Mezi jednotlivými liniemi živočichů musí existovat genetické rozdíly, které udávají směr vývoji různých živočišných morfologií. Jedním potenciálním zdrojem genetických rozdílů mezi živočichy je to, co je kódováno genomem (sic! je genom kódem?), včetně počtu a biochemických funkcí genů patřících do sady genů vývojových.

    Obdobné případy lze však najít i v Davidsonovi:

    • - V závěru 50. let bylo už jasné, že příčinné rozdíly mezi tělními plány ryby a mouchy či ježovky a myši jsou nějakým způsobem zakódovány v jejich DNA genomech (sic! opravdu tam stojí DNA genomes).
    • - U každého druhu nutno hledat hlavní dědičné rozdíly v sekvencích cis-regulačních cílových míst na DNA; tyto rozdíly určují formu (živočicha) od nejobecnějších morfologických rysů až po nejdrobnější zvláštnosti a titěrnosti.
    • - Už před 30 lety bylo možné dospět k dedukci, že regulační architektura genomu tvoří strukturní, genetický základ pro morfologické zvláštnosti živočichů; dnes to víme s jistotou.
    • - Vývoj je realizací genetického programu určeného ke konstrukci daného druhu organizmu. [...] Dnes už vlastníme algoritmus, kterým můžeme vystopovat genetický program pro výstavbu morfologií přímo až do jeho doupěte v genomu.

    Zastavme se u posledního citátu: Na jiném místě Davidson důrazně varuje před metaforami, zde však hravě použije metaforu programu. Mám podezření, že my biologové, ač počítačově dosti negramotní, jsme si z kybernetiky a počítačové vědy za ta léta přivlastnili jen toto jedno magické slovíčko, a jak šel čas, postupně jsme mu přisoudili spoustu atributů, které v jiných myšlenkových systémech má například člověk nebo bůh. Je už nejvyšší čas, abychom ve své gramotnosti trochu postoupili a vstřebali další pojmy - třeba operační systém, hardvér, nebo von Neumannova sonda. Zatím žijeme ve víře, že podstatou všeho je program. Pravda, ty ostatní věci tam také jsou - ostatně Davidson velmi často používá obrat genetické zadrátování, ale toto zapojení se opět omezuje jen a jen na DNA.

    (Podobně je to i s jinou známou metaforou, která přirovnává vývojový program k plánu - modráku. Davidson ho použije; hned v následující větě sice upřesní, že je to modrák zvláštní, neboť kdyby se takto stavěly budovy, musely by se strop a stěny navzájem domlouvat, kam přijde které okno. Poté přesto metaforu modráku používá dál jakoby nic.)

Kladivo a hřebík

Kladivo na stole a hřebík zatlučený ve zdi nad stolem spolu nějak souvisejí. Je však rozdíl v tom, jestli řeknu "Jestliže mám kladivo, pak nutně musím mít hřebík ve zdi", anebo "Jestliže potřebuji zatlouct hřebík, použiji kladivo". V obou případech je příčinnost jasná a "mutace" způsobující, že žádné kladivo není nebo je tam kladivo z plastelíny, bude mít za následek "fenotyp" prázdné zdi. Mám však pocit, jako by autoři rozdíl mezi oběma výroky neviděli nebo nechtěli vidět. A tak se ptám: Neměli bychom se zamyslet nad tím, že k programu patří také uživatel? Stačí si udělat malé cvičení: Zachováme faktografii, a ony artikuly víry nahradíme výrazivem jiným. Například místo "geny řídí morfogenezi orgánu" se dá docela rozumně říct, že "logika morfogeneze orgánu vyžaduje, aby buňky sáhly po těch a ne po jiných genetických nástrojích". Že to nevypadá příliš vědecky? Inu, s vědou nemá mnoho společného ani to blábolení o programu v DNA řídícím vývoj. Jediný rozdíl je v tom, že jsme si na něj za 50 let zvykli a myslíme si, že k němu neexistují žádné alternativy.

Ke stažení

RUBRIKA: Nad knihou

O autorovi

Anton Markoš

Doc. RNDr. Anton Markoš, CSc., (*1949) vystudoval Přírodovědeckou fakultu UK. Na katedře filozofie a dějin přírodních věd PřF UK se zabývá teoretickou biologií. Napsal knihy Povstávání živého tvaru (1997), Tajemství hladiny (2000), Berušky, andělé a stroje (spolu s J. Kelemenem, 2004), Život čmelákův (spolu s T. Daňkem, 2005), Staré pověsti (po)zemské (spolu s L. Hajnalem, 2007), Profil absolventa (2008), editoval sborníky Náhoda a nutnost (2008), monografii Markoš a spol.: Life as its own designer (Springer, 2009), Jazyková metafora živého (2010).
Markoš Anton

Doporučujeme

Přemýšlej, než začneš kreslit

Přemýšlej, než začneš kreslit

Ondřej Vrtiška  |  4. 12. 2017
Nástup počítačů, geografických informačních systémů a velkých dat proměnil tvorbu map k nepoznání. Přesto stále platí, že bez znalosti základů...
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...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

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

 

Objednat předplatné