Občas se hodí mít stresované rodiče

O zákonech dědičnosti toho víme poměrně dost a jejich řeč se zdá být neúprosná. Denně se s tím setkáváme nejen při pohledu do zrcadla, ale někteří z nás také při výchově svých milých robátek. Po kom jen mohou být, že? O tom, jak se daný organismus bude vyvíjet, prospívat a koneckonců i chovat, rozhoduje do značné míry sled bází nukleotidů v DNA, který jsme zdědili po předcích. Část z toho, jací jsme, však nemusí být podmíněna pouze zděděnou kombinací bází nukleotidů. Existuje alternativní typ přenosu informace mezi generacemi, zvaný efekt rodičů (parentální efekt). Pokusím se jej popsat na rostlinách.

Matka předává „zkušenost“

V Botanickém ústavu AV ČR, v. v. i., jsme se začali efektem rodičů, zejména efektem matky, intenzivněji zabývat zhruba před třemi lety. Hned v začátcích jsme byli překvapeni, jaký vliv na jedince může tento fenomén mít. Efektem matky rozumíme takový stav, kdy je „zkušenost“ matky (například v jakém prostředí roste) přenesena do jejích potomků. Pokud se potomci nedostanou od matky daleko, což je častý případ, je pravděpodobné, že se ocitnou ve stejném nebo velmi podobném prostředí. To jim samozřejmě poskytuje značnou výhodu. Podmínky prostředí „znají“ předem, tudíž je nemohou zaskočit. Pro toho, kdo se s tímto fenoménem dosud nesetkal, to může vzbuzovat jisté rozpaky. Pokud by tomu tak bylo, neplatilo by stokrát omílané pravidlo, že zkušenosti nabyté během života se nedědí. Zdá se, že některé zkušenosti se opravdu dědit mohou, a to i po vícero generací.

Jak je tento efekt zajištěn? Rostliny mají k dispozici několik možností. Nejčastěji matky své potomky předzásobí. Mohou jim poskytnout více zásob v semeni. Takto obdarovaní jedinci většinou dobře prospívají v „jinošských letech“, než své zásoby vyčerpají. Často to stačí k tomu, aby získali konkurenční výhodu oproti neobdarovaným souputníkům. Uchycování a dospívání je i pro rostliny jedním z nejkrušnějších životních období. Se zásobami často souvisí hormonální výbava semene či embrya. Pomocí hormonů a jejich poměrů mohou maminky poradit svým potomkům, aby se nejdříve vytáhli do výšky za světlem, na kořeny bude času dost. I celkem jednoduchou formou mohou matky své potomky významně ovlivnit. Z toho vyplývá, že i geneticky totožní jedinci se mohou chovat velmi odlišně.

Potomci stresovaných a nestresovaných matek

Zmíněné mechanismy ovšem blednou, jsou-li konfrontovány s epigenetikou. Tím rozumíme jev, kdy je změněna či ovlivněna exprese genů bez změny primární genetické informace. Jinými slovy ač se nemění sled bází v DNA, exprese genů se může značně lišit. Jde o zapínání a vypínání genů, tedy o dědičnost, která se neřídí mendelovskými pravidly. Jestliže je matka vystavena například stresu, začne „listovat“ ve své genetické výbavě a hledá, jestli v ní má gen, který by se jí hodil k překonání nepřízně osudu, a jestli má možnost zapnout jeho expresi.

To je ostatně běžné i u lidí. Donedávna se mělo za to, že sex je tu mimo jiné kvůli tomu, aby takto získané zkušenosti (seznam zapnutých či vypnutých genů) byly resetovány a nedostaly se do potomků. Už čtvrt století však víme, že tomu tak vždy není a že nějaká z takto získaných zkušeností se může do potomků propašovat. Pomineme-li epigeneticky podmíněné nemoci, jako je rakovina, může být zděděná epigenetická informace užitečná, a dokonce má pravděpodobně i vliv na evoluci populací.

Z našich dosavadních poznatků je zřejmé, že matky dokážou ovlivnit rychlost a účinnost fotosyntézy svých potomků. Je-li matka vystavena nedostatku živin, samozřejmě strádá. Musí proto mobilizovat svůj metabolismus a zvýšit účinnost svého fotosystému, změnit rozdělení limitních látek, zejména dusíku, ve prospěch fotosyntézy. A tuto vlastnost mohou zdědit i její potomci. Porovnáme- li pak potomky matek stresovaných a nestresovaných, zjistíme významnou růstovou i reprodukční převahu jedinců, jejichž matky ve svém životě strádaly.¹⁾

Další zvláštností je, že pokud matka zažije ve svém životě nějakou katastrofu, například ji vědec rozřeže na kousíčky a nechá ji regenerovat z kořene, její potomci si to pamatují a v závislosti na množství živin v prostředí podle toho reagují. Tento jev, zdá se, přispívá k stavu pozorovanému v přírodě, kdy v podmínkách chudších na živiny je preferována vegetativní regenerace, a ti, kteří vegetativně regenerovat neumějí a musejí se spoléhat pouze na semena, mají přednost v podmínkách bohatých živinami. Proč tomu tak je? Jedním z faktorů, které se na tom podílejí, je zřejmě právě efekt matky.

I strádání může být užitečné

Naznačil jsem také, že negenetická dědičnost dokáže pohnout i evolucí populací. Je to sice trochu odvážné tvrzení, ale věřím, že za jistých podmínek tomu tak skutečně může být. K vzniku lokálně adaptovaných populací je podle klasické představy nutné zajistit jejich izolaci, a zabránit tak toku genů mezi populacemi. Tuto izolaci poskytují například pohoří, vodní plochy apod. Ovšem efekt matky by také mohl působit jako bariéra a umožnit vytvoření lokálně adaptované populace, přestože tok genů by de facto byl možný. Potomci stresovaných matek měli rychlejší fotosyntézu, tudíž ve stresových podmínkách mají výhodu oproti jedincům přivandrovalým z okolí s vyšší úživností. Ve stresovém prostředí budou mít místní výhodu nezávisle na genotypu. Díky efektu matky může být zajištěna preference domácího genotypu oproti genotypům z okolí.

Budeme-li tvrdě zkoušeni životem, při konečném účtování by se to našim genům, a tedy i nám, mohlo vyplatit. Koneckonců výzkumy lidí, jejichž prarodiče zažili strádání, to potvrzují. Potomci hladovějících oproti těm, jejichž prarodiče žili v blahobytu, jsou mnohem odolnější vůči kardiovaskulárním chorobám či cukrovce.²⁾ Ale nebuďme cyničtí a radujme se z toho, co máme!