Aktuální číslo:

2017/12

Téma měsíce:

Kontakty

Jak nás formuje prostředí a jak my formujeme je[1]

Gilbert S. F. & Epel D.: Ecological developmental biology. Integrating epigenetics, medicine, and evolution. Sinauer Associates, Sunderland, Ma. 2009
 |  9. 12. 2010
 |  Vesmír 89, 781, 2010/12

Skoro každý má pocit, že právě teď se v jeho oboru děje něco podstatného, převratného. Nevím, kde to platí a kde ne, ale myslím, že pro evoluční biologii to pravda je. Není to tak dávno, co jsme se učili o „novém“ pohledu genocentrické evoluční biologie jako o tom jediném správném a věřilo se, že evoluční změny probíhají pěkně pomaloučku gradualisticky a že se konečně našel a demaskoval základ evoluce ve změně frekvence alel uvnitř populací. Ostatní úrovně se bagatelizovaly (organismy jsou jen dočasné vehikly) či přenechaly jiným oborům (mezidruhová kompetice je pro ekology, pro evoluci je velmi slabá, vše podstatné se děje uvnitř populací). Za největší a nezpochybnitelné otce moderní evoluční biologie byli považováni populační genetici (Fisher, Haldane, Wright). Nic proti těmto géniům, ale jejich zbožštění a příklon k populační genetice jako základu evoluční biologie mělo za následek nesmírné zploštění pohledu na evoluci a živé tvory vůbec. O vztahu mezi genotypem, dnes zpravidla chápaném jako sekvence DNA, a fenotypem, souborem všech vlastností organismu, se moc nevědělo a byl považován za dosti jednoduchý. Tiše se přepokládalo, že když bude nějaká vlastnost výhodná, ono už se to nějak na úrovni genů zařídí – prostě se pro ni vytvoří nový gen.

A ejhle, do toho přišel před pár lety nový obor (evo-devo, evoluční vývojová biologie), který mnohé „pravdy“ zpochybnil, zejména zcela nečekaným objevem, že genů kódujících proteiny je i u složitých organismů relativně málo (nebo aspoň mnohem míň, než se všeobecně očekávalo) a že je máme – třeba my všichni obratlovci – dosti podobné. Hodně tedy záleží na tom, jak se s takovou v podstatě stabilní výbavou pracuje, tj. kdy a kde vyrábět daný protein. Evo-devo také ukázala, že za mnohé podstatné změny v morfologii (třeba ztrátu končetin, vznik plovací blány apod.) mohou jednoduché změny genotypu, a evoluce tedy aspoň někdy a i v důležitých změnách přece jen dělá skoky. Evo-devo byla důležitou syntézou evoluční a vývojové biologie. Něco ale v jejím hlavním proudu chybělo: jedna z populárních učebnic evo-devo od Carrola a spol. se jmenuje From DNA to Diversity[2]. Už z názvu je patrné, že autoři zužují evoluci fenotypových proměn na úroveň molekulární genetiky – všechno důležité je v DNA. Zapomínají, jak s nadsázkou poznamenali Jack Cohen a Ian Stewart ve své vizionářské knize The Collapse of Chaos[3], že DNA je jen taková chemikálie, která ovlivňuje ontogenezi.

Kniha Scotta Gilberta a Davida Epela míněná jako učebnice má ambici dovršit košatění evoluční biologie její syntézou s vývojovou biologií a ekologií. Autoři jednoznačně dokládají, co každý tuší, ale co tradiční přístupy ignorovaly či stále ignorují: vývin v laboratoři je něco jiného než vývin v přírodě. Prostředí není jen filtrem určujícím, kdo přežije a rozmnoží se, ale vždy se přímo podílí na fenotypu organismu. Fenotypová plasticita, tj. schopnost organismu vytvářet různý fenotyp v závislosti na vnějších podmínkách,není jen nějaký šum komplikující odhalení „důležitých“ evolučních změn, tj. takových, které se projeví na změně frekvence alel, ale základní vlastností všeho živého. Fyzikální, chemické i biologické podněty (sociální, z potravy, od predátorů či symbiontů...) z prostředí i z ostatních částí vlastního těla formují fenotypy nás i našich potomků více, než jsme si připouštěli. Proč se něco tak zjevného ignorovalo? Gilbert a Epel nabízejí historické vysvětlení – přizpůsobování se prostředí zavánělo levičáctvím a komunismem natolik, že se mu až na výjimky západní věda druhé poloviny 20. století raději vyhnula. Svou úlohu měl jistě i výběr modelových organismů – dvoukřídlý hmyz (tedy i octomilka) umí během vývinu vybalancovat změny v podmínkách, proměnlivost prostředí tak jeho vývin do značné míry neovlivňuje. Savci jsou zase živorodí, a proto není divu, že ve stabilním prostředí dělohy se zásobováním přes placentu, která slouží zároveň jako bariéra, lze mnohé vlivy prostředí zkoumat hůře. Samozřejmě ani my nejsme žádní roboti poskládaní podle návodu napsaného v genomu. Stačí si vzpomenout na neuvěřitelnou plasticitu našeho mozku a imunitního systému, vývin trávicí soustavy a její fungování, o svalstvu přebujelém po pravidelných návštěvách fitcenter nemluvě.

Ekologická vývojová biologie tak není jen náročnou disciplínou vyžadující orientaci aspoň v základech genetiky, epigenetiky, vývojové biologie, ekologie, fyziologie či evoluční biologie. Kromě úžasného teoretického poznání je i zdrojem ryze praktických zjištění s dopady na zdravotní stav lidstva (proto ta medicína v názvu knihy) a budoucnost biosféry jako celku. Organismy včetně člověka se totiž svému prostředí nejen přizpůsobují, ale zároveň je i vytvářejí. A změněné podmínky se jako bumerang odrážejí na nich samých a po přerušení působení podnětu se často přenášejí ještě po několik generací. Člověk není výjimečný. Jen pro představu pár ukázek (některé jsou z knihy, jiné ne), o jaké podněty jde, jak na nás působí a jaká zdravotní rizika může mít jejich ignorování. Tak třeba teplota. Je známo, že zvýšená teplota může mít v senzitivní fázi organogeneze zcela zničující účinky, ale už méně se ví, že schopnost vyrovnat se v dospělosti s vysokou teplotou prostředí závisí na množství potních žláz. Počet žláz je zpočátku vysoký, v dospělosti je určen jejich přežíváním v mládí, které je závislé na teplotě prostředí. Lidé, kteří vyrostli v mírném pásmu, mají méně potních žláz a pobyt v tropech mohou špatně snášet. Kdysi lidé necestovali a nestěhovali se na velké vzdálenosti, nastavení termoregulace na typické podmínky, se kterými se setkali v mládí, má tedy smysl. Při dnešní vysoké mobilitě to může představovat vážné problémy. Podobně se během embryonálního vývoje nastavuje i citlivost na nutriční podmínky (viz rámeček Savci na s. 780). Je jasné, že nás hodně ovlivňuje, co jíme, a trh se zdravou výživou se zdárně rozvíjí. S globalizací se k nám dostávají i exotické potraviny a programy zdravé tradiční čínské, indické či japonské stravy. Jejich přijetí pro Středoevropana však může být problematické – co je zdravé a výživné v jednom prostředí, může působit u lidí žijících v jiných podmínkách a s jinou tradicí nečekaně jinak. Nedávno se třeba ukázalo, proč se mohou Japonci najíst pokrmů z mořských řas, jako je třeba sushi. Jejich střevní bakterie si vypůjčily gen z mořské bakterie, která je umí rozkládat[4]. Že sociální prostředí působí na naše zdraví a chování (činnost mozku), asi není třeba zdůrazňovat, zmíním jen, že je škoda, že si celoživotní negativní vliv rané sociální deprivace neuvědomují zastánci jeslí a školek od nejútlejšího věku. Byl jsem v šoku, když jsem zjistil během svého pobytu v USA, že je tam pro pracující matky normální zůstávat s dítětem zhruba šest týdnů po porodu! Padesát let po drsném, ale přesvědčivém dokladu devastujícího vlivu separace od matky na kognitivní a sociální vlastnosti mláděte provedeném Harlowem právě v této zemi. Gilbert a Epel věnují dvě kapitoly dokladům vlivů teratogenů včetně alkoholu a endokrinních disruptorů, třeba těch používaných při výrobě plastů. Upozorňují, že v dnešním světě promořeném plasty, hnojivy či léčivy se jejich potenciálně teratogenním účinkům nikdo nevyhne. Přes pečlivé zkoumání je složité odhadnout negativní vliv teratogenů. V laboratoři se zpravidla testuje jen jedna látka za standardních podmínek, ale její interakce s ostatními látkami a v jiném prostředí mohou vést k úplně jiným výsledkům. V přirozenějších podmínkách, kde se organismus denně setkává a vypořádává s nejrůznějšími jinými stresory, může k vyvolání stejného teratogenního účinku stačit zlomek účinné dávky odhadnuté v laboratoři. Při závěrech je tedy třeba být značně obezřetný a při posuzování antropogenních vlivů zachovávat princip předběžné opatrnosti. Věřím, že budoucí západní medicína se bude – alespoň v zemích, kde není potřeba aktuálně vymýtit malárii a podobné metly – zabývat více a vážněji zdravým životním stylem, psychosomatikou a prevencí než hašením požárů medikamenty či operacemi. Je do značné míry na nás, konstruktérech vlastního prostředí, a tím i osudu, jak budeme žít a s jakými nemocemi (viz rámeček na s. 782).

Gilbert a Epel se na rozdíl od některých svých předchůdců píšících knihy na podobná témata příliš nezdržují s precizní definicí pojmů a konceptů (srv. např. s knihou West- -Eberhardové [5]). Budiž jim odpuštěno. I proto je jejich kniha neuvěřitelně čtivým souhrnem případových studií zařazených do jednotného rámce integrující vědy s velkým společenským potenciálem (považuji ji za tak významnou, že se v závěru svého sdělení neubráním patosu). Nevím, jestli se pro „nový“ obor uchytí autory navrhovaný termín „ekologická vývojová biologie“. Ani nevím – a je to celkem jedno –, jestli se obor stane samostatným předmětem (o což se snažím v přednášce nazvané Evoluce fenotypu, jakémsi pokusu – aspoň do vyjití knihy jsem měl ten pocit – o alternativní pohled na evoluční biologii), nebo budou jeho závěry a východiska přirozeně adoptovány ostatními obory. Každopádně je pro nás všechny docenění důležitosti prostředí velkou výzvou s teoretickými, praktickými i mravními dopady.

Literatura

[1] Gilbert S. F., Epel D.: Ecological Developmental Biology. Integrating Epigenetics, Medicine, and evolution, Sinauer Associates 2009

[2] Carroll S. B., Grenier J. K., Weatherbee S. D.: From DNA to Diversity: Molecular Genetics and the Evolution of Animal Design, Blackwell Publishing 2005

[3] Cohen J., Stewart I.: The Collapse of Chaos: Discovering Simplicity in a Complex World, Penguin Press Science 1994

[4] Hehemann J., Correc G., Barbeyron T., Helbert W., Czjzek M., Michel G.: Transfer of Carbohydrate-active Enzymes from Marine Bacteria to Japanese Gut Microbiota Nature, 464, 908–912, 2010

[5] West-Eberhard M. J.: Developmental Plasticity and Evolution, Oxford University Press 2003

[6] Stevens R. G., Rea M. S.: Light in the Built Environment: Potential Role of Circadian Disruption in Endocrine Disruption and Breast Cancer, Cancer Causes and Control 12, 279–287, 2001

[7] Schernhammer E. S., Schulmeister K.: Melatonin and Cancer Risk: does Light at Night Compromise Physiologic Cancer Protection by Lowering Serum Melatonin Levels?, British Journal of Cancer 90, 2004, 941–943

[8] Vriend J.: The pineal and melatonin in the regulation of pituitary-thyroid axis, Life Sciences 29, 1929–1936, 1981

[9] Andersen L. F., Walter S., Agner T., Hansen J. M.: Micturition Pattern in Hyperthyroidism and Hypothyroidism, Urology 29, 223–224, 1987

(Ne)intimní osvětlení

Je všeobecně známo, že lidský organismus v části noci vytváří hormon melatonin, jehož tvorba se snižuje až zastavuje po vystavení světlu. Melatonin má mimo jiné výrazné antioxidační účinky. Epidemiologické studie potvrzují, že lidé ve vyspělých zemích trpí mnohem vyšším rizikem vzniku rakoviny, například u žen je prý až několikanásobně větší riziko onemocněním rakovinou prsu než v rozvojových zemích [6]. Podezřelý je právě vliv nočního osvětlení, které nám nejen zabraňuje dívat se ve městech na hvězdy, ale ovlivňuje i naši fyziologii, třeba snižuje ochranné účinky melatoninu. Tomu by nasvědčovalo i výrazně vyšší riziko onemocnění rakovinou prsu u žen pracujících v nočních provozech [7]. Vliv osvětlení na nižší odolnost vůči rakovině byl prokázán i experimentálně u laboratorních hlodavců. Drobné změny v prostředí, například snadná dostupnost nočního osvětlení či jiné civilizační vymoženosti, ale mohou mít i subtilnější účinky, které se hůře studují. Představme si třeba člověka, který chodí v noci na záchod a pokaždé si při tom rozsvítí intenzivní zářivku či žárovku. Pravděpodobně u něj dojde k poklesu hladin melatoninu. Přestože interakce melatoninu s ostatními hormony ještě úplně neznáme, snížení hladin melatoninu vede k zvýšení hladin tyroidních hormonů [8]. A ty mimo jiné mohou zvyšovat četnost močení [9]. Kruh se uzavírá... Jen tak mimochodem, tyroidní hormony ovlivňují lidské chování či třeba interagují s pohlavními hormony a stresovými hormony, kdo ví, jestli světlo v noci a ponocování obecně nemůže souviset s nárůstem duševních nemocí či poruchami reprodukce. Náš příklad s nočním močením je hypotetický (přestože jednotlivé kroky jsou podle nás docela dobře podpořeny a logicky provázány) a zjednodušený. V knize Gilberta a Epela jej nenajdeme. Ale dobře ilustruje způsob myšlení propagovaný v knize – každá, byť zdánlivě drobná změna v prostředí, kterou provedeme, může mít dalekosáhlé důsledky pro naše zdraví a vynálezy usnadňující život nám ho nakonec mohou pěkně znepříjemnit. Přemýšlejme víc o tom, co nám vlastně nepřirozený způsob života přináší.

Lukáš Kratochvíl

Ke stažení

OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Evoluční biologie
RUBRIKA: Nad knihou

O autorovi

Lukáš Kratochvíl

Mgr. Lukáš Kratochvíl, Ph.D., (*1975) vystudoval zoologii na Přírodovědecké fakultě Univerzity Karlovy. Na katedře ekologie téže fakulty se zabývá evoluční ekologií a ekologií živočichů.
Kratochvíl Lukáš

Doporučujeme

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...
Hranice svobody

Hranice svobody uzamčeno

Stefan Segi  |  4. 12. 2017
Podle listiny základních práv a svobod, která je integrovaná i v Ústavě ČR, jsou „svoboda projevu a právo na informace zaručeny“ a „cenzura je...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

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

 

Objednat předplatné