Hledání elixíru mládí

V první části tohoto dvoudílného článku (Vesmír 103, 38, 2024/1) jsme si přiblížili tradiční pohled na evoluci stárnutí a délky života spolu s příklady, které klasickým teoriím nasvědčují. V druhé části projdeme okruh problémů, s nimiž se současné poznání evoluce stárnutí pokouší vyrovnat. Jak uvidíme, někdy se to daří lépe, jindy hůře.

V jádru všech tradičních evolučních teorií stárnutí leží jedno zjednodušení. Mortalita ovlivněná externími faktory, tedy ta, která nesouvisí se stárnutím, je náhodná – nezávisí na kondici jedince. To však odporuje evolučnímu přesvědčení o přežívání nejzdatnějších. Predátorovi spíš podlehne nejslabší kus ve stádě. Stejně tak epidemie častěji přežívají jedinci s vhodnou imunitní výbavou a dobrou kondicí, ne náhodný vzorek populace. Přestože mortalitu (a také plodnost) závislou na kondici jedinců zahrnuli do modelů evoluce stárnutí badatelé několikrát, hlavní proud současného výzkumu dostihla teprve nedávno. Snad je to dáno faktem, že výstupy složitějších modelů nedávaly jasné a jednoduché vodítko empirickému poznávání. I drobné změny v parametrech modelů výrazně ovlivňovaly předpověď síly a směru evoluce délky života. Toto přehlížení změnila až přesvědčivá studie populací živorodek duhových (Poecilia reticulata, obr. 2). [1]

Dobrá kondice přispívá k přežití

Trinidad je malý ostrov na severu jihoamerického kontinentu. Jeho početné toky bývají často rozděleny vodopády, přičemž kolonizace úseků nad těmito vodopády není pro ryby snadnou záležitostí. Jako pozůstatek nedávného spojení s jihoamerickou pevninou jsou dolní toky osídleny pestrým společenstvem ryb, a to včetně mnoha predátorů. Nad vodopády tito predátoři chybějí. Populace živorodek duhových (tj. gupek, pavích oček) v dolních tocích proto mají až třicetkrát nižší šanci dožít se dospělosti ve srovnání s populacemi nad vodopády. Zbarvení samců v dolních tocích je kryptické. Maskují se, protože sebemenší barevný vzor by spíše přilákal predátora než samičku. Nad vodopády jsou naopak živorodky zbarvené pestře a mají mnohem lepší vyhlídky na dlouhý život.

Les v americkém Utahu o rozloze přes 40 hektarů tvoří téměř 50 000 klonů topolu osikovitého. Jedná se tedy o jediného geneticky vymezeného jedince, jehož stáří se odhaduje na 10 000 let (jednotlivé kmeny, ramety, jsou pochopitelně mladší).

Snímek John Zapell, Intermountain Forest Service, volné dílo, CC0 1.0

V souladu s tradičními teoriemi bychom očekávali, že živorodky z dolních úseků řek budou mít kratší život – optimalizují své životní strategie na rychlý růst a reprodukci. A to i na úkor možnosti se rozmnožit později. Žádné „později“ totiž u těchto populací nastat nemusí. Jaké tedy bylo překvapení, když biologové zjistili, že populace z dolních toků žijí v zajetí delší, nikoli kratší život! Vysvětlení je nasnadě. Predátoři vytvořili silný selekční tlak na výbornou tělesnou kondici živorodek – jen ti nejschopnější jedinci unikli predaci a dokázali se rozmnožit. Myšlenku jednoduché evoluce stárnutí to však přinejmenším komplikuje.

Letos dvacetiletá studie trinidadských živorodek inspirovala novou vlnu zaujetí pro studium evoluce stárnutí. Ta prozatím kulminovala výsledky experimentální evoluce háďátka Caenorhabditis remanei, blízkého příbuzného laboratorního C. elegans. Na jednoduchém půdorysu výzkumníci v laboratoři selektovali čtyři skupiny háďátek lišící se mírou mortality (nízkou či výraznou) a jejím zdrojem (náhodným či závislým na kondici – v tomto případě přežití teplotního šoku). Výsledky potvrdily a zároveň propojily dosavadní znalosti. Háďátka vystavená po dvacet generací náhodné vysoké mortalitě žila kratší životy. Naopak ta, jejichž vysoká mortalita byla selektována teplotním šokem, žila významně déle než původní populace [2].

Další studie následně potvrdily relativně běžný výskyt takzvané pozitivní pleiotropie, tedy pozitivní souvislosti mezi úspěšností v mladém a starším věku. A to jak na úrovní genetické, tak individuální. Někteří jedinci jsou zkrátka celý život úspěšnější a plodnější než jiní. A to bez negativního dopadu na dobu dožití či kondici ve stáří, jak si představovaly některé klasické teorie. Důležité je, že ani ti méně úspěšní neskončí úplně katastrofálně, takže se těmi úspěšnými mohou v další generaci stát zase jejich potomci. K tomu může dojít třeba po změně životních podmínek – populaci zasáhne epidemie, ochladí se nebo je potřeba si partnera nejen najít, ale i vybojovat.

Rozšířením konceptu pozitivní pleiotropie na mezidruhovou úroveň bychom pak možná mohli vysvětlit i některé další trendy v délce života. Schopnost letu by například mohla souviset s delším životem ptáků a netopýrů i jinak než jen jako způsob úniku před predátory. Let je extrémně náročný na kvalitu individuálního vývoje a koordinaci. Když má třeba takový hlodavec jednu nohu kratší nebo reaguje ve srovnání s ostatními příslušníky druhu pomaleji, patrně se s větší pravděpodobností stane kořistí dravců. Dokáže ale po nějakou dobu přežívat a třeba se i rozmnožit. Umět „tak trochu“ létat však nestačí. Pokud má pták či netopýr i jen trochu deformované křídlo nebo suboptimální reakční dobu, umírá pravděpodobně velice rychle. Selekce na vysokou kondici tedy zřejmě bude u létajících organismů výrazně silnější než třeba u hrabošů.

Organismy s neukončeným růstem

Hlavní evoluční měnou je množství a přežití potomstva. Tato skutečnost představuje základní stavební kámen všech tradičních evolučních teorií stárnutí. Pokud jsou však starší jedinci výrazně plodnější než ti mladší, odpadá jedna z důležitých příčin stárnutí – selekční stín umožňující hromadění mutací snižujících životaschopnost ve vyšším věku. Starší jedinci bývají plodnější u většiny druhů, jejichž růst není ukončen dosažením dospělosti, ale pokračuje celý život. To se týká obrovského množství organismů – od ryb, měkkýšů a plazů až po mnoho rostlin či hub. K rostlinám a houbám se vrátíme později, nyní zůstaňme u živočichů.