Čemu by se Darwin divil

Ceny potravin na světových trzích stouply od října 2007 do března 2008 v průměru o 40 %. Mnoho lidí se tak během několika měsíců ocitlo v bezprostředním ohrožení podvýživou a hladem.¹⁾ OSN vyhlásila „krizový stav“ v 36 zemích, z nichž 21 leží v Africe. Hladové nepokoje propukly i v Egyptě, Mauretánii, Mozambiku, Senegalu, na Pobřeží slonoviny, v Kamerunu, Peru, Bolívii, Indii, Indonésii a dalších zemích. Situace je vážná. Světu se nedaří pokrýt spotřebu rýže a pšenice aktuální sklizní; lidstvo čerpá z rezerv, jež se rychle ztenčují. Řešením může být pouze zvýšení zemědělské produkce. Jen v Číně stoupne do roku 2020 počet obyvatel z dnešních 1,3 na 1,45 miliardy. Pokud se mají nasytit aspoň tak jako dnešní Číňané, musí Čína do roku 2020 zvýšit dnešní produkci rýže o čtvrtinu.

Z této strohé přehlídky čísel je jasně patrné, že pěstitele, chovatele a šlechtitele čeká náročný úkol, s kterým se jejich předci tu více, tu méně zdařile potýkali po dlouhá tisíciletí. Na jedné straně mají dnešní zemědělci k dispozici nejnovější výsledky vědeckého bádání, jako jsou rozsáhlé informace o genomech zemědělských plodin (např. rýže, sóji) či hospodářských zvířat (včely, kura, prasete, skotu), nebo možnosti cílených zásahů do dědičné informace metodami genového inženýrství, tedy genetické modifikace. Na druhé straně ale stále ještě využívají staré dobré selekční postupy, jejichž základy popsal už Charles Darwin ve svém dvousvazkovém, bezmála tisícistránkovém díle „Proměnlivost zvířat a rostlin během domestikace“.²⁾

Darwin o domestikaci a šlechtění

Darwin vycházel z toho, že člověk ve všech koutech světa po velmi dlouhou dobu domestikoval zvířata a kultivoval zemědělské plodiny. Slavný britský přírodovědec byl přesvědčen, že není v moci člověka změnit základní podmínky pro život. Podle Darwina neumíme změnit klima určité země a nedokážeme přidat do půdy žádný prvek.³⁾

Co však dokážeme, je přemístit zvířata či rostliny na nové lokality s odlišným klimatem a půdními podmínkami a nabídnout jim tam odlišné spektrum živin. Darwin zdůrazňoval, že je velká chyba, když domestikaci a šlechtění zvířat i rostlin považujeme za „pohrávání si s přírodou“ v tom smyslu, že by člověk vyvolával u těchto organismů proměnlivost.

„Kdyby organismy neměly vrozený sklon k variabilitě, člověk by nic nezmohl,“ píše Darwin.

Člověk zcela neúmyslně vystavoval zvířata a rostliny různým podmínkám a za těchto změněných podmínek se projevily vlastnosti, které rozhodně neměl pod kontrolou. Svou představu demonstruje Darwin na jednoduchém příkladě rostliny, která byla po dlouhou dobu pěstována na určité lokalitě, kde nedošlo k výraznější změně klimatu. Byla do určité míry chráněna před konkurencí jiných rostlinných druhů, pěstovala se na hnojených půdách a byla vystavena různým podmínkám tím, že se ve své původní domovině pěstovala v rozličných lokalitách. I když se pěstovala těmi nejprimitivnějšími postupy, vzniklo z ní obvykle hned několik odrůd.

Planeta Země procházela mnoha různými proměnami a rostliny přirozeně migrovaly na nové území nebo na ostrovy, kde byly vystaveny konkurenci jiných druhů než ve své původní domovině. V nových podmínkách se u rostlin projevily nové vlastnosti, podobné těm, které se objevovaly u rostlin, jež zanášel na nové lokality člověk. Tyto přirozeně vzniklé varianty rostlin člověk nacházel, vybíral si z nich nejvhodnější rostliny, sel je a sázel, a opět mezi nimi vybíral ty, které se mu nejvíce líbily a nejlépe vyhovovaly jeho nárokům. Ovšem původní varianta rostliny, bez které by neměl co dále šlechtit, se vyvinula v důsledku pozměněných přírodních podmínek.

„Člověk se pokouší domestikací, šlechtěním a zemědělstvím o jeden gigantický experiment. Ovšem je to typ experimentu, který příroda provádí už dávno,“ píše Darwin. „Člověk není příčinou různorodosti organismů, vždyť jí nedokáže ani zabránit. Může však vybírat, chránit a hromadit varianty organismů, jež mu nabízí příroda. Může to činit, jakkoli se mu zlíbí, a dosáhnout tak velkolepých výsledků.“

Darwina jako autora revolučního díla O původu druhů prostřednictvím přírodního výběru aneb záchrana preferovaných ras v existenčním boji⁴⁾ zajímalo, nakolik lze z poznatků o domestikaci a šlechtění zvířat čerpat argumenty pro teorii přírodního výběru. Například to, zda a nakolik vznik odrůd a plemen lidským přičiněním modeluje spontánní přírodní vznik poddruhů a samostatných druhů. Pro zemědělce však měl a má obrovský význam důraz, jaký Darwin kladl na přirozenou a z valné části dědičnou variabilitu.

Variabilita

Zřejmě ne náhodou věnoval Darwin první kapitolu svého díla o proměnlivosti domácích zvířat a kulturních plodin psovi. Pes je názornou ukázkou toho, co selekce dokáže. Spektrum psích plemen sahá od maličkých čivav po obří irské vlkodavy, od pokojových pekinézů po saňové psy Eskymáků uvyklé drsným podmínkám Arktidy, od štíhlých chrtů po robustní buldoky. Podobně jako Darwina uchvátila psí proměnlivost i moderní genetiky. Proto byl psí genom první kompletně přečtenou dědičnou informací domácího zvířete. Právě prostřednictvím psího genomu nahlížíme do dědičných základů variability živočišného druhu. Lidský genom seZřejmě ne náhodou věnoval Darwin první kapitolu svého díla o proměnlivosti domácích zvířat a kulturních plodin psovi. Pes je názornou ukázkou toho, co selekce dokáže. Spektrum psích plemen sahá od maličkých čivav po obří irské vlkodavy, od pokojových pekinézů po saňové psy Eskymáků uvyklé drsným podmínkám Arktidy, od štíhlých chrtů po robustní buldoky. Podobně jako Darwina uchvátila psí proměnlivost i moderní genetiky. Proto byl psí genom první kompletně přečtenou dědičnou informací domácího zvířete. Právě prostřednictvím psího genomu nahlížíme do dědičných základů variability pro tyto účely zoufale nehodí, neboť – aspoň ve srovnání se psy – jsme plémě zoufale fádní a jednotvárné. Psí genetická různorodost má pro studium i další výhodu a tou je až šokující genetická „jednobarevnost“ příslušníků jednotlivých psích plemen, která byla často vyšlechtěna z několika mála jedinců intenzivní příbuzenskou plemenitbou. Jestliže pes patří k nejvariabilnějším tvorům, pak jednotlivá plemena jsou naopak geneticky extrémně homogenní. Dokazuje to, že člověk dokáže vrozenou variabilitu nejen odhalit a využívat, ale u vybraných skupin organismů také drasticky redukovat. Jak to správně píše Darwin, bez variability jsme při selekci bezmocní. Není z čeho vybírat. Prostor pro výrazné změny jednotlivých psích plemen šlechtěním je proto dnes velice zúžen.

Jak variabilitu udržet

To, co vyhovuje spolkům chovatelů pekinézů, pudlů či boxerů – tedy fakt, že psi těchto plemen budou i v budoucnu „jeden jako druhý“ – by pro chovatele a šlechtitele skotu, prasat nebo ovcí představovalo hrob. Ti musí výkonnost svých stád neustále zvyšovat. Není to jednoduché.

Darwin správně psal, že nové odrůdy vznikaly prakticky spontánně tím, že byla zvířata chována v odlišných podmínkách a rostliny byly pěstovány na odlišných lokalitách. Během tisíciletí se tak vytvořila nepřeberná pokladnice odrůd a plemen. Cílenou i neuvědomělou činností člověka docházelo k ještě větší rozrůzněnosti. Nová plemena a odrůdy zdaleka jen nevznikaly, ale také zanikaly. Zatímco přírodní výběr dává přednost zdatnějším jedincům, kteří jsou lépe uzpůsobeni přírodním podmínkám, zemědělec si vybírá nositele vlastností, jež jsou žádoucí pro člověka. Nositelé nežádoucích vlastností mizejí v propadlišti dějin. Mezi domácími zvířaty a zemědělskými plodinami najdeme plemena a odrůdy, jež „vyhynuly“ podobně jako mamuti či dinosauři. Neobstály v konfrontaci s požadavky člověka. Byl to celkem přirozený proces, který probíhal víceméně lokálně. V dnešním světě ale nabývá „vymírání“ původních plemen a odrůd masových měřítek. Jestliže ochránci přírody bojují za udržení biodiverzity, zemědělci se rvou o udržení rozmanitosti plemen a odrůd. Mnohé odrůdy a plemena mizejí pod neúprosným ekonomickým diktátem. Kdo by ještě pěstoval jabloně našich dědů a pradědů, když v supermarketech najdou odbyt nejsnáze plody několika mála odrůd, jež dávají vysoký výnos, snadno se skladují a transportují a zákazník si na ně už zvykl? Kdo by choval stračenu „vícebojařku“ schopnou nadojit dížku mléka, tahat po poli pluh a na konci svých dnů ještě poskytnout hromadu hovězího, když tažnou sílu skotu nahradily traktory, v produkci mléka dominují moderní holštýnské dojnice s vemenem o objemu menší vany a hovězí roste na intenzivně krmených býčcích speciálních masných plemen?

Stará plemena a odrůdy mizejí v dnešním globalizovaném světě a s nimi mizí i variabilita zemědělských plodin a domácích zvířat. A jak Darwin mnohokrát zdůrazňoval, bez této variability jsme při selekci a šlechtění „nahraní“. Pod patronací UNESCO proto jednotlivé členské státy zahájily záchranné programy genových rezerv. Způsobů jak uchovat mizející odrůdy a plemena existuje řada a obvykle se pro jistotu kombinují. Můžeme chovat a pěstovat plemena a odrůdy v malé míře, a tím je držet při životě. Můžeme skladovat jejich semena nebo uchovávat pohlavní buňky a zárodky v zamraženém stavu. Uskladněny jsou i vzorky izolované DNA jednotlivých odrůd a plemen.

Mizející plemena a odrůdy jsou součástí kulturního dědictví. Takovým klenotem nemusí být jen hřebec starokladrubského koně, ale i slivoň rostoucí kdesi v Polabí v remízku uprostřed polí. Pro záchranu „genových rezerv“ hovoří i ryze zištné motivy. Příkladem může být šíření rzi travní kmene Ug99, který byl poprvé odhalen v roce 1999 v Ugandě a od té doby se rozšířil nejen po východě Afriky, ale přenesl se i na jihozápad Asie, do Iráku, Íránu a Pákistánu. Nový kmen rzi prolomil rezistenci současných odrůd pšenice a masově ničí úrodu obilí. Odolnost k rzi Ug99 lze do stávajících odrůd vnést jen křížením s „překonanými“ odrůdami, které bychom na základě ryze ekonomických kalkulací měli považovat za „pasé“.

Jak vybrat ty nejlepší

Drtivou většinu dědičných základů variability zvířat i rostlin neznáme, nebo o nich máme jen úlomkovité informace. Případy, kdy se pro člověka žádoucí vlastnost dědí jednoduše a je určena jedním nebo několika málo geny, jsou poměrně vzácné. Příkladem může být enormní růst svaloviny u skotu plemene belgické modré vyvolaný mutací (poškozením) genu kódujícího bílkovinu myostatin, jenž má za úkol bránit nadměrnému růstu svaloviny. Skot postižený spontánně vzniklým defektem genu pro myostatin upoutal už před několika staletími pozornost belgických chovatelů dobytka a ti z něj v intencích postupu popsaného Darwinem vytvořili samostatné plemeno, jež laik většinou spontánně označí za „hovězího Schwarzeneggera“.

Většina vlastností zemědělských plodin a hospodářských zvířat je výslednicí působení vnějších faktorů (například výživy u zvířat a počasí u rostlin) a velkého počtu dědičných vloh. Výsledný efekt je zjevný, protože víme, kolik která kráva nadojila mléka a jaký výnos dala ta či ona odrůda z hektaru. Vybrat pro další chov či pěstování zvířata nebo rostliny s nejlepšími genetickými předpoklady přesto není jednoduché. Kráva, která dává více mléka díky příkladné péči chovatele, nemusí být po genetické stránce lepší než dojnice, která dojí méně, protože se o ni ošetřovatel řádně nestará. Zatímco první kráva se výkonem pohybuje na hranici svých genetických možností, druhá „jede na půl plynu“ svých dědičných předpokladů. Cílem šlechtitele je najít zvířata s největším genetickým potenciálem. Dnes se pro tyto účely používají komplikované metody populační genetiky, při kterých jsou „výkony“ jednotlivých zvířat „korigovány“ – jsou od nich „odečítány“ efekty vnějších podmínek. Jestliže mají dcery jednoho a téhož býka tendenci dojit o něco více než dcery jiných býků – bez ohledu na to, zda jsou chovány v Horní Dolní nebo v Dolní Horní – a efekt byl patrný nejen letos, ale i vloni a předloni, na jaře i v zimě, můžeme vsadit na to, že tyto krávy zdědily po otci varianty genů, jež se nám z hlediska produkce mléka jeví jako výhodné.

Při těchto velice důmyslných postupech se zpracovávají pomocí speciálně vyvinutého softwaru na velice výkonných počítačích obrovské „balíky“ dat o velkém počtu zvířat. Přesto jde stále o odhad. Tipujeme si, jak vhodné varianty genů si zvíře nese podle toho, jak vypadá, jak se chová, jak reaguje na podmínky, v kterých žije.

Novější postupy selekce se snaží sestoupit až na úroveň dvojité šroubovice deoxyribonukleové kyseliny. Tento postup je obvykle označován jako marker assisted selection. Využívají se při ní známé sekvence DNA v dědičné informaci zvířat, markery. Výskyt jednotlivých markerů se může pojit s výskytem variant dědičné informace, jež mají žádoucí vliv na vlastnosti zvířat či rostlin. Nemusíme tedy vědět, které geny se podílejí na zvýšení odolnosti pšenice k suchu. Stačí, když víme, že se vyskytují společně s určitými markery. Pokud budeme vybírat rostliny se správnou kombinací markerů, máme docela slušnou šanci, že zároveň selektujeme rostliny nesoucí žádoucí dědičné vlohy, například pro odolnost k suchu.

Divil by se Darwin?

Zároveň začínáme odhalovat první varianty genů, které se podílejí na užitkových vlastnostech domácích zvířat i zemědělských plodin. Příkladem mohou být geny zvyšující odolnost rýže k zatopení. Pokud zůstanou rostliny rýže během monzunu dlouhé dny pod vodou, uhynou.
Každý rok způsobí „utopení“ rýže ztráty na sklizni kolem jedné miliardy dolarů. Řešení nabízí pěstování odrůd, které jsou k zatopení odolné. Například rýže FR 13A, pěstovaná v Indii, se vzpamatuje i po třítýdenních záplavách. Rolníci se však do jejího pěstování nehrnou, protože moderní odrůdy, které jsou citlivé na záplavy, dávají dvakrát vyšší výnosy. Už v sedmdesátých letech zkusili indičtí agronomové křížit odolnou odrůdu FR 13A s rýží, která dává vysoké výnosy. Lidem tahle rýže nechutnala a její pěstování se neujalo. Američtí genetici objevili gen Sub1A, který je za odolnost odrůdy FR 13A přímo odpovědný. Gen potlačuje růst stonků a listů potopených rostlin a chrání je před ztrátou chlorofylu. Rostliny se pod vodou nevyčerpávají a mají větší šanci na zotavení poté, co voda poklesne. Od roku 2003 pracují vědci usilovně na vnesení genu Sub1A do běžně pěstovaných odrůd rýže. V roce 2005 se podařilo vnést křížením gen Sub1A do odrůdy Swarna, jež se těší obrovské popularitě v Indii a Bangladéši. V roce 2008 byly získány další čtyři odolné odrůdy. Jejich testování zabere ještě dva roky. Vědci předpokládají, že se nové odrůdy rýže odolné k zaplavení začnou pěstovat po roce 2010.

Na závěr by se chtělo napsat, že by se Charles Darwin asi divil, jak dnešní šlechtění zvířat a rostlin probíhá. Jenže on by se asi moc nedivil, neboť z intencí jeho díla Proměnlivost zvířat a rostlin během domestikace jsme vlastně zase tak moc nevybočili.

S kompletním Darwinovým dílem se můžete seznámit na webové stránce http://darwin-online. org.uk.