WebZdarma.cz

1 Vznik života na Zemi

 

1.1 Vznik buněk


Podle nejnovějších studií se vznik života datuje zhruba do období před 3.85 miliardami lety a to na základě analýzy izotopu uhlíku, jehož nebiotický původ je vyloučen. V té době již musely existovat první jednoduché buňky s genetickou informací, se schopností se přesně rozmnožovat atd. Jejich vznik je nejčastěji vysvětlován takto: v oceánu plavalo velké množství nejrůznějších organických látek, které, když se setkaly, spojily se; takto se navazovalo stále více různých sloučenin, až vytvořily jakousi kupu nazvanou koacervát; když koacervát nabyl určitého rozměru, rozpadnul se na dvě, nebo více částí, které dále přijímaly organické látky, znovu nabývaly určitých rozměrů a rozpadaly se; uvnitř koacervátů údajně docházelo k chemickým reakcím, ke kterým by v normálním prostředí nedocházelo, vznikaly první bílkoviny, jejichž struktura se následně nějak zabudovala do nukleových kyselin, a došlo tak k vytvoření určitého řádu, buňka se obalila membránou, začala přesně kopírovat DNA a dělit se atd. Toto je názor, který je v souladu s neodarwinismem a neodarwinisté ho také používají. Ale je velmi jednoduchý a má mnoho nedostatků. Popisuje jen, jak by to mohlo všechno proběhnout, ale nikoliv důležité detaily, kterým se popis vyhýbá nebo u nich končí či je přerušen. Například paradox typu slepice a vejce, co bylo dříve - bílkoviny, nebo DNA není schopen darwinismus vysvětlit. Nejdříve prý byly proteiny a poté se jejich struktura přenesla do kódu DNA. Jak to všechno proběhlo, si už ale žádný darwinista netroufá vysvětlit. Že by se vše tohle zakládalo na náhodě? To je hodně nepravděpodobné. Stejné je to i s jinými základními biochemickými aktivitami, které musely vzniknout současně se životaschopnou buňkou. Ty jsou tak složité, že nemohly vzniknout na základě postupného náhodného vývoje (například metabolické dráhy se skládají z mnoha enzymů, které na sebe různě navazují, doplňují se a samy sebe regulují; taková metabolická dráha tak přece nemohla vzniknout postupným přidáváním jednotlivých částí, když jsou přitom všechny části na všech ostatních závislé a samy bez ostatních jsou k ničemu). Tam ale darwinismus není schopen co říct - končí u koacervátu a pak začíná až u složitějších organismů. Jak tedy vůbec vznikly první buňky, je v současné době absolutní záhadou, kterou zatím se současnými znalostmi není možné pochopit.
 

1.2 Vznik eukaryotických buněk

Všechny dnešní buňky měly patrně předka v původní buňce se zakládními biochemickými aktivitami a odtud se rozdělily do 3 linií: archaebakterie, eubakterie a eukaryotní organismy. Archaebakterie a eubakterie patří souhrnně mezi prokaryotické buňky. Jejich rozdíl s buňkami eukaryotickými spočívá v tom, že jsou zejména mnohem menší, mají jen jednu membránu (hlavní, cytoplazmatickou), tím pádem nemají žádné organely - jádro neexistuje, DNA je jako jeden chromozom nechráněn v cytoplazmě, všechny další části (ribozómy, speciální biochemické cykly) jsou také volné neohraničené a nemají cytoskelet - tvar buňky je určen buněčnou stěnou. Eukaryotické buňky jsou naproti tomu mnohem větší, vše je členěno do membránových kompartmentů a tvar buňky je určen zejména cytoskeletem. Na základě srovnání rRNA (ribozomální RNA) byl vytvořen

 strom života znázorňující vztahy mezi těmito buněčnými liniemi:  Vznik eukaryotických buněk je v současnosti stále předmětem zkoumání. Na základě studií metabolických drah eukaryotických buněk prý ony nejsou samostatnou buněčnou linií, rovnocennou s bakteriemi, ale spíše se právě z bakterií vyvinuly. V současnosti je nejznámější práce mikrobioložky Lynn Margulisové, která předpokládá, že eukaryotické buňky vznikly fúzí několika buněk bakteriálních. Eubakteriální a archaebakteriální - eubakteriální vytvořila tělo buňky a archaebakteriální vytvořila jádro (geny eubakterie se potom přenesly do jádra, a proto je mnoho metabolických drah eukaryotických buněk podobných s dráhami u buněk eubakteriálních; naopak zacházení s DNA v jádře je částečně podobné s buňkami archaebakteriálními). Podobných teorií je mnohem víc. Mnoho vědců se domnívá, že eukaryotní (vlastně urkaryotní, jako pravé euakaryotní buňky se označují až ty s mitochondriemi, které se připojily později) buňky vznikly spojením prokaryotických buněk. I zde se ale objevily některé problémy, které není možné zatím vyřešit. Eukaryotické buňky jsou mnohonásobně větší než jakékoliv buňky prokaryotické, není jasné, jestli došlo k růstu po spojení apod. Dále zůstává nevyřešena otázka cytoskeletu. Prokaryotické buňky mají tvar určený pevnou buněčnou stěnou, zatímco eukaryotické zejména cytoskeletem (rostlinné buňky mají také buněčnou stěnu, ale cytoskeletu je dále u všech eukaryotických buněk potřeba k pohybu všech membrán uvnitř buňky: odškrcování membrán z Golgiho komplexu, posouvání membránových váčků po buňce apod.). Proto jak vznikal cytoskelet? Musel vzniknout současně za přítomnosti buněčné stěny, protože buňka by bez obojího nepřežila, ale na druhou stranu - když buňky splývaly, jak mohly mít přitom buněčnou stěnu? Dokud se tyto otázky nepodaří vyřešit, není možné jednoznačně tvrdit, že eukaryotické buňky vznikly splynutím prokaryotických.
 

1.3 Vznik mnohobuněčných organismů

Prokaryotické buňky nikdy netvoří tělo mnohobuněčného organismu. Bakterie sice často vytvářejí kolonie, ale v tomto případě je to pouze nashromáždění jednotlivých buněk, kolonie sama o sobě není navzájem se udržujícím celkem. Všechny mnohobuněčné organismy na Zemi jsou tvořeny eukaryotickými buňkami. Ty mohou vytvářet stejně jako bakterie i kolonie (např. některé řasy). Základem pro vytvoření mnohobuněčného těla bylo zorganizování kupy buněk, které se jen volně připojují a odtrhávají. Musela vzniknout dokonalá komunikace mezi buňkami. Příkladem mohou být hypotetická morfogenetická pole u vyvíjejícího se mnohobuněčného organismu. Po několika děleních zygoty vzniká zatím jen nepříliš zorganizovaná kupa buněk, později ale vznikají morfogenetická pole, která pomáhají buňkám se zorganizovat a společně (buňky patřící do jednoho morfogenetického pole) vytvořit nějaký orgán. Podle této myšlenky se v centru pole vytváří molekula (morfogen), která se šíří do prostoru kolem. Okolní buňky se podle množství zachyceného morfogenu orientují a organizují se tak do určité jednotky, která se dále vyvíjí a vytváří společně nějaký orgán. Tak muselo nějak probíhat i vytváření mnohobuněčného těla. Buňky se nejdříve vzájemně zorientovaly v čase a prostoru, a staly vlastním celkem, který se dále vyvíjí sám o sobě samostatně.

 

2 Přehled evolučních teorií

 

2.1 Lamarckova teorie

V 18. století se začalo obecně přijímat vysvětlení, že všechny organismy jsou příbuzné, mají tedy společného předka. Vědci byli ochotni uznat, že biologické druhy nejsou neměnnými formami, ale něčím, co může vznikat v procesu speciace z jiných druhů, dát vznik druhům novým a také vymřít. Důkazy podala evoluční biologie a hlavně paleontologie. Bylo také známo, že většina druhů je dokonale adaptována na svoje prostředí, ale že je schopna přizpůsobit svoje chování i fyziologii okolí. Jednu z prvních evolučních teorií podal již na konci 18. století J. B. Lamarck. Tvrdil, že zkušenosti a vlastnosti organismů se přenesou na jejich potomky. Např. předkové žiraf natahovali své krky k větvím stromů a tato potřeba natáhnout svůj krk se v nových generacích projevovala stále delším krkem. Jeho teorie ovšem nikdy nebyla přijmuta. Důkaz, že se vlastnosti organismů získané během života přenášejí na potomky, bylo obtížné dokázat. Trochu zjednodušený přejatý příklad: děti dřevorubců se rodí bez mozolů. Spíše byla o něco později přijata Weissmannova teorie přímo vylučující teorii Lamarckovu, podle které se v raném stádiu vývoje oddělují buňky, ze kterých v dospělosti vzniknou buňky pohlavní. Organismus je tvořen buňkami, které s jedincem zahynou, je tak zabráněno přenosu nových vlastností na potomky.
 

2.2 Darwinova teorie

Zhruba v polovině 19. století přišel se svojí teorií Ch. Darwin. Tato teorie ovlivnila biologii až dodnes a je postavena na třech hlavních předpokladech: - jedinci i jejich potomci jsou variabilní - potomků je více než rodičů - prostředí ovlivňuje geometrický nárůst potomků a některé jejich neobvyklé varianty Tedy evoluce probíhá tak, že z množství narozených potomků, kteří mají částečně odlišné vlastnosti, přežijí jen ti, kteří jsou nejlépe přizpůsobeni svému prostředí. Tento výběr Darwin nazval přírodní(dá se přeložit i přirozený). Co má ale tento výběr společného přímo s evolucí? Podle této teorie se v prostředí může vyskytnout více vhodných vlastností umožňujících přežití, jejich postupné prohlubování a následně vznik dvou úplně nových druhů, neschopných se křížit. Tato speciace se nazývá sympatrická, kdy došlo ke vzniku druhů ve stejném prostředí. Častější je podle této teorie speciace alopatrická, kdy dojde ke vzniku nových druhů v odlišném prostředí. Populace jednoho druhu se dostane do odlišných prostředí a v každém z nich je výhodná jiná vlastnost, a tak vzniknou z jednoho druhu dva druhy odlišné, přizpůsobené jiným podmínkám.
 

2.3 Neodarwinizmus

Ve 30. letech 20. století se darwinizmus spolu se vznikající molekulární biologií a genetikou začal přetvářet do tzv. neodarwinizmu. Tato teorie je postavena na myšlence, že veškerá druhová různorodost na Zemi je způsobena náhodnými mutacemi v genomu živočichů. Tedy v genomu neustále vznikají mutace a záleží jen na přírodním výběru, zda se tato změna projeví v dalších generacích. Pokud tato změna je prospěšná, jedinci s touto vlastnosti snáze přežijí, budou mít více potomků a vlastnost se tak bude šířit dál. Pokud naopak tato změna bude jedince znevýhodňovat, zřejmě nepřežije, nebo bude mít jen velice málo potomků, kteří nejspíše také nepřežijí, nevýhodná vlastnost tak bude odstraněna. Podle Richarda Dawkinse (předního neodarwinisty, známého svou teorií sobeckého genu) jsou organismy pouze schránkami genů, které je využívají ke své replikaci na úkor ostatních ,,sobeckých" genů. Tím například vysvětluje neegoistické (altruistické) chování některých živočichů v určitých situacích. Např.: rodiče (u savců, ptáků a někdy i jiných živočichů) chrání své potomky a někdy jsou i ochotni obětovat za jejich záchranu život proto, že je pravděpodobné, že jsou nositeli stejných genů a budou je moci předat dál. Tedy egoismus ne na úrovni celých organismů, ale dokonce na úrovni genů.

 

3 Proměnlivost genomu


Podle pravidel neodarwinizmu jsou organismy v podstatě pouze stroje, řídící se podle programu zapsaného v DNA, kde je tedy zřejmě určen náš osud (James Watson, jeden z objevitelů struktury DNA, řekl, že dříve si lidé mysleli, že jejich osud je ve hvězdách, nyní už by ale měli vědět, že je spíše v jejich genech). DNA byla pokládána za poměrně stabilní stálou strukturu, která se mění jen velice výjimečně a právě tyto náhodné, velice občasné změny, jsou hnací silou celé evoluce života. Dnes již však bylo dokázáno, že DNA je velmi proměnlivá a ke změnám v ní dochází mnohem častěji, než se dříve předpokládalo.
 

3.1 Proměnlivý genom

Gabriel Dover a Richard Flawel byli jedni z prvních, co dokázali, že v genomu eukaryotických organismů neustále dochází k mobilitě, amplifikaci, deleci, inverzi a konverzi částí genových sekvencí. Byla tedy již vyvrácena domněnka, že informace ,,teče" pouze jedním směrem od DNA přes RNA k bílkovinám. Neexistuje sice mechanismus, který by z proteinů vytvářel zpět nukleovou kyselinu, ale to samozřejmě ani není zapotřebí. Protein se sám od sebe nezmění, ale proteiny mohou měnit DNA. A to ne náhodně, ale v závislosti na okolí. Jde o vzájemnou souhru. Ovšem jak vysvětlit proces nenáhodných adaptačních mutací i u mnohobuněčných živočichů? U jednobuněčných je situace jednodušší. V buňce proběhne změna (a ne pouze změna DNA čili změna genetická, ale také změna epigenetická - tedy celková změna v buňce, přizpůsobení se buňky novému kódu, viz možné problémy a neúspěchy u transgenních rostlin a živočichů, tam se změní pouze DNA), buňka se rozdělí na dvě dceřinné a obě budou mít nové vlastnosti. Ale co u mnohobuněčných, kde je tělo tvořeno obrovským množstvím buněk? Zdá se, že existuje mechanizmus, který dokáže zprostředkovat zpětnou vazbu mezi somatickými a pohlavními buňkami. Už v roce 1979 imunolog Ted Steele zjistil, že imunologická odolnost se dědí od otce, tzn. že musí docházet ke změnám v DNA pohlavních buněk. Dokázal, že nejpoužívanější mutované verze pro imunoglobulin (protilátky) od lymfocytů se následně vyskytnou v pohlavních buňkách. Nějakým způsobem se zřejmě přenese mRNA těchto genů, poté se zpětnou transkripcí převede opět do DNA a tato DNA je následně včleněna na místo odlišné formy stejného genu.
 

3.2 Adaptační mutace

Nejsnadněji a také nejčastěji byly adaptační mutace objeveny u jednoduchých organismů, jakými jsou bakterie. Při jednom z pokusů byl bakteriím Escherichia coli odebrán gen pro enzym (-galaktozidázu, který rozkládá laktózu. Tyto bakterie byly naočkovány do prostředí, kde téměř jediný zdroj energie byla právě laktóza. Když bakterie spotřebovaly drobné zásoby jiných zdrojů energie, objevily se kolonie mutantů, kteří dokázali štěpit laktózu. A to nikoliv působením enzymu (-galaktozidázy, ale úplně nově vzniklým enzymem se stejnou funkcí. Tento pokus byl zopakován mnoha světovými laboratořemi a celkem se podařilo izolovat 34 různých kmenů bakterií, schopných štěpit laktózu. U 31 z nich byla syntéza tohoto enzymu dokonce řízena (podmíněna jejím výskytem) laktózou, tzn. že došlo k mutaci minimálně ještě jednoho genu. Neodarwinisté výsledky zdůvodňovali tím, že docházelo k náhodným mutacím a bakterie, u které náhodnou mutací vznikl enzym schopný štěpit laktózu, jako jediná přežila a mohla se dále rozmnožovat, čímž se tak rozšířila. Bylo ale vypočítáno, že pravděpodobnost, aby došlo k takovým mutacím, je 10-18, tzn. taková bakterie by vznikla ve sto tisíci litrech bakteriální kultury a s tímto množstvím se určitě nepracovalo. Podle novějších výzkumů se ovšem zjistilo, že k podobným úkazům může docházet i u vyšších eukaryotických organismů. Byl prokázán i u kvasinek a dokonce i u ,,tak složitých" organismů jako jsou octomilky. Jak k takovým mutacím dochází ještě jisté není, ale je již téměř jisté, že se jedná o cílené zásahy do genomu a nejde tedy pouze o náhodu.
 

3.3 Horizontální přenos genů

Proměnlivost genomu je také zajištěna horizontálním přenosem genů. Evoluce organismů je často znázorňována jako jakýsi strom života. Od počátečního ,,kmene", který se dále rozvětvuje, což představuje vznik nových druhů z původního. Geny se nejčastěji předávají vertikálně, tedy od původního druhu, ze kterého nové vzniknou. Ty už si geny ,,normálně" předávat nemohou, protože už se mezi sebou nemohou křížit. Jenže přesto vědci občas nacházejí stejné geny u vzájemně nepříbuzných organismů. To způsobuje právě horizontální přenos. A jak tedy horizontální přenos genů probíhá? U bakterie je situace trochu odlišnější než u eukaryotních organismů. Bylo dokázáno, že se mohou můstky spojovat a vyměňovat si své plazmidy i vzájemně nepříbuzné druhy bakterií. Tak se například velice rychle šíří rezistence na antibiotika. Byly izolovány bakterie, které byly rezistentní na 31 druhů antibiotik včetně penicilinu, kanamycinu, neomycinu, streptomycinu, tetracyklinu, trimethoprimu atd. Těžko mohla tato bakterie získat tyto rezistence sama, nezávisle na ostatních. U eukaryotních organismů už to takto probíhat nemůže. Každý eukaryotní organismus se může křížit jen s jedincem stejného druhu opačného (většinou) pohlaví, aby se mohly spojit sobě homologické chromozomy. U eukaryotních organismů k šíření cizích genů dochází často prostřednictvím retrovirů, čehož se využívá v genetickém inženýrství. Jen málokdy se tyto geny stanou trvalou součástí místního genomu, ale stát se to může. Většinou jsou však tyto genové sekvence vystřiženy, metylovány (navazováním metylových zbytků na báze) či jinak odstraněny. Problém ovšem představuje zpětná rekombinace viru s některými proviry, kterým se podařilo se uchovat natrvalo v DNA. Snad každý vyšší organismus má ve svém DNA nějaké proviry, tj. části některých virů, zřejmě stopy po nějaké dávné infekci. Pokud se nakazí novým virem, tak se tento virus může rekombinovat s provirem již umístěným v DNA, nebo dokonce s jiným virem, který právě také napadl buňku, a získat tak nové vlastnosti. Slyšel jsem, že před několika lety někde v Japonsku získal lidský virus chřipky nebezpečné vlastnosti viru chřipky u kachen. Možná se mohl lidský virus dostat do těla kachny (nebo naopak), tam sice nezpůsobil žádné škody, ale mohl se rekombinovat s druhým virem chřipky a získat tak nové nebezpečné vlastnosti.
 

3.4 Absorpce volné DNA

Zdá se, že většina buněk dokáže účinně včleňovat cizí DNA do svého genomu. Paradoxní ale je, že se buňka většinou snaží cizí DNA zlikvidovat, inaktivovat. Buňky nejenže DNA přijímají, ale dokonce i DNA vylučují. Bylo zjištěno, že v prostředích s vysokým množstvím organismů a nejlépe ve vodě se může vyskytovat velké množství volné DNA, které vypouštějí místní organismy, nebo uniká při jejich rozpadu. Tato DNA může ve vnějším prostředí, přichycená na pevných částicích, vydržet neporušená několik hodin, ale někdy i několik dnů. Mohou ji pak přijmout některé ostatní organismy. Většinou tuto cizí DNA ,,umlčí", ale když DNA přijmou příliš mnoho, pak už ji nestačí inaktivovat a DNA může vytvářet bílkoviny. Dokonce i DNA, která patří organismu, který je součástí potravy nějakého živočicha, se může stát součástí DNA některých buněk. V trávicím ústrojí živočichů se sice nacházejí enzymy, které rozkládají DNA, ale to pouze v situaci, kdy je DNA součástí buněk potravy a je jí tedy relativně málo. Ale v jednom pokusu, kde byly myši ,,krmeny" pouze DNA, se zjistilo, že enzymů rozkládající DNA zřejmě není tolik, aby dokázaly rozložit takové množství DNA, a proto se DNA dostávala přes buňky zažívacího ústrojí do krve. Některá DNA zůstala v buňkách zažívacího ústrojí, jiná byla dokonce nalezena i v krevních buňkách a buňkách sleziny a jater. V některých případech obsahovala tuto DNA dokonce až jedna buňka z tisíce.
 

3.5 Závěr kapitoly

Nyní je již tedy jisté, že ke změnám v DNA a tím i k rozdílnosti organismů na Zemi pouze náhodnými mutacemi, které evoluci pomohly jen málo, ne-li vůbec. Ke změně genomu nemusí tedy dojít pouze v souvislosti s jeho náhodnou mutací, která je stejně většinou opravena, ale změnou manipulace s genomem, v důsledku (epigenetické) změny v ultrastruktuře buňky, která může být následně do genomu přenesena a stane se jeho součástí.

 

4 Zápis v DNA - organismus

 

Jsou životní projevy skutečně vytvořeny pouze informací v DNA? V současné době stále hojně rozšířený genetický determinismus předpokládá, že organismy a dokonce jejich chování lze popsat pouze pomocí genů a vytváří tak nové vědní obory (sociobiologie vytvořená E. O. Wilsonem předpokládá, že chování živočichů je určeno geny a může se změnit jen náhodně za předpokladu, že projde přírodním výběrem, a je tak vlastně součásti neodarwinismu, genetického determinismu a redukcionismu). A tak projekt mapování lidského genomu, který byl nedávno z velké části dokončen, rozhodně stále nezodpoví všechny otázky. Jeho cílem je zejména pokročit v medicíně a léčit některá genetická onemocnění. Ale většina nemocí je ovlivněna různými geny, které se vzájemně ovlivňují a i ,,monogenní" nemoci, které jsou způsobeny jen jedním genem, se nemusí projevit u každého stejně, protože se ocitnou v jiné síti proteinů, jak jsem popsal dále. Genetický determinismus dále předpokládá, že okolní prostředí se může měnit a formovat, ale organismy se nezmění do té doby, než se náhodou nevytvoří taková mutace, která bude přírodním výběrem prosazena. Dále předpokládá, že funkci genu je možno určit nezávisle na ostatních genech. Zkrátka jeden gen, jedna funkce. Gen je ve skutečnosti ovlivněn spoustou dalších genů. Funkci jednoho genu lze plně popsat pouze s ostatními přítomnými geny, které jsou také ovlivněny dalšími geny, ty zase dalšími, a tak popsat funkce všech genů je úkol takřka nemožný, nebo alespoň nesmírně složitý. Geny ale nemohou fungovat samostatně, těžko si lze představit, jak by takový organismus vznikal. Navíc by to připomínalo spíše stroj a organismy stroji, tak jak je bereme, nejsou.
 

4.1 Ultrastruktura buňky

Dlouho se předpokládalo, že buňka je vlastně jen váček, ve kterém je uložena DNA a plavou tam proteiny. Dnes již je tato jednoduchá teorie vyvrácena, ale bohužel se zdá, že neodarwinisté to vůbec neberou na vědomí. Jejich teorie sobeckého genu a náhodných mutací jsou jasně v rozporu. Bylo prokázáno, že v buňce se nachází nesmírně složité sítě navzájem komunikujících proteinů, jejichž komunikace probíhá tak rychle, že je normálně nezměřitelná a nelokalizovatelná a probíhá téměř okamžitě, tedy všechny části buňky vědí okamžitě o ostatních částech buňky. Buňka se dá vlastně považovat za pole, že jednotlivé části svojí změnou okamžitě ovlivní části ostatní. Zdaleka se tedy nejedná o váček, ve kterém různě plavou proteiny. Obsah buňky vůbec není homogenní, heterogenita je tak vysoká, že zde někdy nemá smysl měřit koncentraci něčeho, například měřit pH. Díky této různorodosti také v buňce nevzniká neužitečné teplo, ale naopak buňka využívá energii s téměř stoprocentní účinností a stejně tak přenos této energie probíhá vibračně přes buňku takřka bezztrátově. Tato zjištění se mohou zdát překvapivá, ale ve skutečnosti je to mnohem přirozenější, než jednoduchá myšlenka pasivní DNA, ze které je následně okopírován protein, který potom jen tak plave mezi ostatními proteiny a čeká, než nenarazí na látku, ke které se váže, a kterou většinou změní. V závěru této podkapitoly bych chtěl ještě upozornit na některé nové názory v souvislosti s významem struktury buňky. A to názory na vznik rakoviny. V současnosti se předpokládá, že za vznik rakoviny mohou mutace v DNA somatických buněk, které odstartují neregulované dělení, jsou tedy její příčinou. Některé nové názory ale přicházejí s domněnkou, že náhodné mutace, které byly v rakovinových buňkách prokázány, by nemusely být její příčinou, ale spíše jejím důsledkem. Příčinou by mohla být chyba v chování proteinových sítí v buňce, které se začnou chovat tak, jak nemají a mimo jiné způsobí i některé mutace.
 

4.2 Epigenetická dědičnost

Výše jsem napsal, že v buňce se nachází proteinová síť, kterou někteří biologové přirovnávají i k síti neuronové. D. Bray píše, že síť interagujících proteinů funguje podobně jako neurální sítě. Proteinová síť je podle něj ,,operační paměť" buňky. Je schopna učení, zapomínání, adaptace, vytváření paměťových stop, atd. Z tohoto důvodu není DNA postačující informací k ,,sestrojení" organismu. Ona sama je sítí proteinů řízena a ovládána, a proto je jen místem, ze kterého si proteiny získávají informace o své struktuře, a samy ji mění, proto je DNA nutnou, ale nikoliv postačující informací ke stavbě organismu. Nejdůležitější roli hraje právě stav sítě proteinů. Je to jako kdybychom viděli statický obrázek např. míče nad zemí. Nevěděli bychom, zda poletí přímo dolů, nebo zda mu někdo, nebo něco nedodalo energii a míč tak zrovna v tuto chvíli neletí vzhůru apod. Stejně tak záleží na síti proteinů, jak bude čtena informace v DNA. Pokud bychom znali DNA například dinosaura, jak je tomu ve filmu Jurský park, museli bychom mít k dispozici i příslušné dinosauří vajíčko, abychom dinosaura naklonovali a ne vajíčko pštrosa, jak je tomu ve filmu. To by se nám spíše skutečně vylíhnul pštros. Ovšem jen tak na doplnění, stejně i kdybychom měli vajíčko, bylo by obtížné najít vhodnou DNA, protože DNA somatických buněk je jiná než DNA vajíčka (kromě změn, které probíhají v každé buňce, a o kterých jsem psal ve 4. kapitole), jejich DNA je specializovaná pro určitý typ buňky a nemá ,,totipotenci (všeschopnost)" DNA vaječné buňky, ze které se mohou formovat všechny buňky ostatní. Existují sice již techniky, při kterých se odstraňují některé proteiny blokující části DNA, ale i tak je třeba mít štěstí na ,,správnou" DNA.
 

4.3 Koherentní organismus

V současné době je, jak jsem již napsal, stále rozšířený redukcionistický pohled v biologii, který je ovšem rozšířen i v mnoha dalších oborech. Poslední dobou se ale objevuje stále větší množství objevů zpochybňujících a vyvracejících tento postoj. Zdá se, že chování organismu nelze vysvětlit pouze popsáním funkcí jednotlivých částí, ale že tyto části fungují v celku úplně jinak. Což například popisuje teorie koherentního (recipročně kooperativního) organismu. Organismy aby prospívaly, musí účinně působit proti entropii, snažit se energii co nejlépe využít. Organismus se snaží energii co nejlépe uschovávat a včas využívat dříve, než se energie znehodnotí. V organismu jsou všechny biochemické aktivity rozděleny do mnoha cyklů, s vysokou časoprostorovou diferenciací, které jsou navíc vzájemně propojeny. To znamená, že některé cykly jsou velice rychlé, probíhající v nanosekundách. Jiné mají velice dlouhý průběh, trvají týdny, prý až měsíce. Stejně tak mohou být tyto cykly úplně lokální (10-10 m) až po globální (101 m). I přes své vysoké rozrůznění jsou tyto cykly vzájemně propojeny, a tak aktivity, při kterých se energie získává, jsou přímo napojeny na aktivity, při kterých se energie spotřebovává, čímž se udržuje rovnováha celého systému. Britská biochemička Mae-Wan Ho přirovnává dokonce organismy k živým fotonům a nazývá je makroskopickými kvantovými objekty s makroskopickou vlnovou funkcí, která se neustále mění v důsledku komunikace s prostředím.

 

5 Přírodní výběr

 

Celý darwinismus, jak ho uvedl Charles Darwin, je založen na zázračné moci přírodního výběru. Původní forma darwinismu v době, kdy ještě nebyly známy všechny buněčné molekulární detaily, již předpokládala, že potomci současných druhů nejsou neměnní, ale že zde existuje určitá variabilita, vznikají malé změny určitých znaků organismů a ty jsou dále přírodním výběrem tříbeny a vybírány jen ty nejvhodnější. Moderní forma darwinismu - neo-darwinismus - předpokládá, že ta určitá nízká variabilita je způsobena náhodnými mutacemi v genomu, čímž se dosahuje stále nových výhodnějších znaků, které v boji o přežití lépe obstojí (někteří Darwinovi současníci si stěžovali, že v dnešní době, kdy je medicína na vysoké úrovni, a kdy se o všechny lidi staráme, se už přírodní výběr mezi lidmi neuplatňuje, a počet nemocných lidí tak bude stále stoupat). Darwin předpokládal, že všechny tělesné znaky se vyvíjely postupně, neustálým plynulým vylaďováním a nemyslel si, že by v evoluci byly nějaké skoky. Sám přiznal, že pokud by se našel nějaký orgán, jehož evoluce by se nedala vysvětlit pomocí postupného vývoje, jeho teorie by celá selhala. Někteří vědci připouštějí možnost evolučních skoků, ale to už vůbec nelze spojit s neodarwinistickou představou náhodných mutací - velice nepravděpodobných mutací. Richard Dawkins, což je přední neodarwinista, se snaží u většiny znaků vymyslet příběh, jak by mohla vypadat jejich postupná evoluce. Ovšem jak může vůbec někdo v náhodný vývoj věřit? Průměrná bílkovina se skladá až z 500 aminokyselin, kterých se používá 20 druhů. Takovýchto bílkovin (a to množství aminokyselin u bílkovin je skutečně různé) může být 20500, toto číslo je už mimo lidské představy a zároveň důkaz pro nemožnost náhodných mutací. Pomocí přírodního výběru jsou ale vysvětlovány spíše pouze změny určitých znaků, ale nikoliv přímo jejich vznik. Přírodní výběr byl přijat jako jednoduché vysvětlení postupu evoluce, které uspokojovalo většinu biologů, ale při bližším zkoumání je již jasné, že přírodní výběr pro vysvětlení celé evoluce nestačí. V přibližně stejné době zveřejněný lamarckismus byl zesměšňován jako dědičnost znaků, které si organismy přejí. Ještě směšnější je ale darwinismus. Například vznik mongoloidní lidské rasy. Lidem zde foukal z rozsáhlých stepí do očí vítr plný prachu. Jednoho dne se ale čistě náhodou narodil člověk, který měl oči pro mžourení lépe přizpůsobené, což ho nesmírně zvýhodňovalo, měl velké množství potomků, kteří všichni měli tento znak, který se dále ještě náhodně vylepšoval, a tito obyvatelé byli tak zvýhodněni, že vymřelo veškeré obyvatelstvo s normálníma očima a nová rasa zcela převládla. Je to sice směšné a velice nepravděpodobné, ale teoreticky možná pro někoho možné. Ovšem postupný ,,přírodněvýběrovský" vývoj složitých biochemických mechanismů, které jsou všechny závislé na všech ostatních, je už nemožný i teoreticky. Jak jsem psal, všechny biochemické aktivity v buňce (i nad úroveň buňky) jsou složitě propojeny, a jejich postupný vývoj, zdokonalováním jednotlivých oddělených částí, je tak vyloučen. Jak bylo dokázáno, organismus žije jako celek a ne jako jeho oddělené součástí každá svým životem, proto se také jako celek musí vyvíjet, a tak se z nejjemnější úrovně popisu, z popisu genů, nemůže vyvíjet částečně, odděleně, samostatně po genech. Najednou se musí změnit více funkcí. Proto se dlouho uznávaná myšlenka darwinismu musí nahradit jinou. Neodarwinisté, místo aby se snažili popřít všechny ostatní evoluční teorie a pouze se pokoušeli všemožně (i nemožně) obhajovat staré dogma (takto jsou k ničemu), raději by měli hledat nové možnosti, jak evoluce funguje (i když s jejich přístupem a myšlením (bez souvislostí) to asi nepůjde - na druhou stranu většina už je ovlivněna neodarwinismem od počátku zájmu a později už raději obhajují než aby se snažili tvořit nové). Nových pohledů na evoluci je velice málo, a to zejména proto, že vše je daleko složitější, než jsme si původně mysleli, a ne vše půjde brzo s dosavadními znalostmi vysvětlit. Jedním z těch, kdo se také dívá na evoluci z odlišného pohledu je americký matematik a biolog Stuart Kauffman. Vytvořil matematické modely systémů, které se samy organizují, samy se uspořádají do určitých struktur. Systém, který chce konat práci, musí na to postavit strukturu ke konání práce, čímž dochází k cyklu respektive spirály (protože se nevrací na to samé místo), čímž se sám strukturuje. Takový systém nazývá autonomní agens a myslí si, že se dá použít na fylogenezi i ontogenezi. Evoluce tak prý neprobíhá díky přírodnímu výběru, ale jemu navzdory. Pravdivost jeho teorie (i když vypadá slibně) je ale velmi obtížné dokázat. Málokdo totiž věří, že jeho matematické modely fungují stejně i v reálném světě.

 

6 Geneticky modifikované organismy a klonování

 

6.1 Klonování

O využití klonování se začalo poprvé hodně mluvit v souvislosti s naklonováním ovce Dolly v roce 1997 Ianem Wilmutem z Roslinova institutu ve Skotsku. O tomto objevu se mluvilo jako o největším od dob rozbití atomu. Vyvolalo to otázky, zda je možné použít tuto techniku i na člověka. Krátce po tomto objevu bylo klonování lidí v mnoha zemích zakázáno, ale současně se objevily nápady, jak klonovat člověka a využívat klony jako ,,zdroje součástek pro člověka." Etiky byly tyto myšlenky zavrhnuty, ale někteří biologové je obhajovaly tím, že vývoj naklonovaného zárodku by se ukončil ve stádiu, kdy by se o něm nedalo hovořit jako o myslícím a trpícím. Ovšem je vůbec klonování, v tom smyslu slova v jakém se nejčastěji používá, vůbec možné? Někteří novináři, kteří popisovali naklonování ovce Dolly, říkali, že takto vzniklý jedinec nebude identickými se svým vzorem proto, že prožije odlišný život. Ovšem vědci mimo upadající biologický směr (neodarwinismus) se domnívají, že technika takzvaného klonování není možná, vlastně vůbec neexistuje. Za prvé jak jsem psal ve 4. kapitole, DNA všech buněk se různou měrou neustále (hlavně za přítomnosti různých ,,stresových" podmínek, ke kterým často dochází i ve zdravých buňkách) mění, a proto je DNA ve všech buňkách jiná, než bývala v původní zygotě a tomu se nelze nijak ubránit. (Jiná situace je u určitého druhu kvasinky, která vždy po rozdělení získává dvě molekuly DNA. Jedna DNA je využívána běžně - je transkribována do RNA, různě modifikována tak, jak je tomu běžné ve všech buňkách. Ale druhá DNA je pečlivě chráněna a naprosto izolována od zásahů v buňce, a proto je skutečně stále taková, jakou ji kvasinka získala. A tato DNA je pak při dělení buňky kopírována a rozeslána do dceřinných buněk, a tak snad jen v tomto případě (a vlastně i u jednovaječných dvojčat) je možné mluvit o klonech, i když se dále vyvíjejí odlišně.) Z čehož plyne, že takto vzniklí jedinci nejsou identičtí ani geneticky. Jak jsem ale psal v 5. kapitole, stále větší důraz se klade na epigenetickou dědičnost. Dědičnost nemající podklad v genetickém materiálu. Právě cytoplazma, což je hlavně ta epigenetická dědičnost, rozhoduje o tom, jak se bude genetický zápis číst. A struktura proteinových sítí v cytoplazmě může být vysoce časoprostorově rozvrstvena, i když je celá vzájemně propojena, což může vést k velice mnohostranné interpretaci genů, a proto je zygota celek tří struktur - kromě DNA samce a DNA samice ještě vaječnou buňkou (oocytem). Proto i kdyby Dolly měla ,,počáteční" DNA stejnou, jako měla ovce, ze které Dolly DNA získala, ve stádiu zygoty, nebyla by jejím klonem, protože by jí scházela ta poslední část - identická vaječná buňka. Dokumentuje to například pokus W. Reika. Prováděl pokusy se dvěma kmeny myší. Jeden kmen bude označen jako kmen A, druhý jako kmen B. Kříženci se dají zapisovat třípísmennou formou - kromě dvou haploidních jader se označí i vajíčko - tedy například zápis AAA znamená obě části jader i vajíčko od kmene A. Zkříží-li se myš z kmene A s myší z kmene B, zapíše se vzniklí jedinec buď ABB (spermie myši A, vajíčko myši B), nebo BAA (spermie myši B, vajíčko myší A) - podle toho, která myš poskytne vajíčko. Ovšem W. Reik to zkusil tak, že nechal oplodnit vajíčko myši A spermií myši A, ale pak splynuté jádro z vaječné buňky vyjmul a vložil ho do vaječné buňky myši B (v tomto případě třípísmenným zápisem AAB). Takto vzniklí jedinci byli ve svém vývoji postiženi mnoha různými chybami - jednak byli mnohem menší, ale z biochemických analýz vyplývá, že neexprimovali některé důležité geny. Mimo jiné to byly proteiny související s rozmnožováním (proteiny vážící se na feromony a proteiny, jako receptory buněk nosní sliznice na tyto feromony), takže tyto myši se odmítaly rozmnožovat. Ale protože produkovaly zdravé pohlavní buňky, bylo uskutečněno umělé oplození spermií těchto kříženců s vajíčky normálních myší. Zjistilo se, že takto hendikepováni v expresi některých proteinů byli i jejich potomci, což znamená, že se zablokování exprese těchto genů přeneslo i přes samčí linii (a protože cytoplazma se, jak jsem psal, získává jen od matky, muselo dojít i ke změně genetické). Jak tedy vyplývá, identické klony vytvářet prostě není možné, protože organismus není omezen jen na statickou molekulu DNA. Ale jak to ovlivní klonování lidí za účelem získání buněk k tvorbě orgánů? I když bude takový ,,klon" odlišný od původního jedince, jistě to nebude tolik vadit, jako orgán od úplně cizího člověka, lidské tělo je v tomto ohledu tolerantnější, neboť tato tolerance závisí na antigenech na povrchu všech buněk a ty by mohly být i z klonu alespoň podobné těm původním. Zdá se tedy, že klonování lidí za účelem zisku orgánů k transplantaci se již vyhnout nedá, jakkoliv to je nemorální a neetické a založené na strojové představě organismu, neboť cíli těchto pokusů je těžké něco vytknout. První krok v tomto směru udělala Británie, když v srpnu roku 2000 povolila klonování lidí (duben 2000 - prý to chce zase zakázat), zřejmě ve snaze být zde napřed před USA. Zda se tuto techniku podaří nakonec uskutečnit a zda vůbec nějak někomu pomůže, ukáže až budoucnost.
 

6.2 Geneticky modifikované organismy

Genetické inženýrství vzniklo na počátku 70. let s novými objevy v molekulární biologii, konkrétně pak s objevením funkce retrovirů a s využitím jejich možností. Bylo zjištěno, že retroviry, což jsou RNA-viry schopné přepsat svoji RNA do DNA a tu pak včlenit do DNA hostitelské buňky, se dají využívat k cíleným genetickým změnám. Přišlo se na to, jak zmrzačit virus, a sebrat mu tak jeho nebezpečné patogenní vlastnosti a naopak mu přidat geny, které se nakonec včlení do nějakého organismu. To už je jen krok od báječného nápadu jak vkládat geny od cizích organismů do organismů absolutně nepříbuzných, vytvořit tak organismy nové s vlastnostmi, které by mohl člověk nějak využít. Cílem genetického modifikování organismů je tedy najít a izolovat u nějakého organismu gen odpovídající za jednu určitou vlastnost a tento gen pak přenést do organismu nového, který pak bude požadovanou funkci plnit. To je plně v souladu s neodarwinistickým pohledem na organismus. Je tato myšlenka ale správná? Ve skutečnosti i když se genetickým inženýrům podaří izolovat nějaký gen z určitého organismu s nějakou konkrétní funkcí, je možné, že tento gen bude mít i funkce jiné, což je docela dobře možné, a že tato funkce bude ve skutečnosti uskutečnitelná v současné spolupráci s mnoha ostatními geny, které funkci genu ovlivňují. Gen sám o sobě většinou funkční nebývá, funkce se projeví teprve v kontextu s ostatními geny, a proto když je neznámý gen přenesen do neznámé skupiny genů, co se s ním nakonec stane? Cizí gen je většinou metylován (navazování metylových zbytků na dusíkaté báze), vystřižen či je jinak zabráněno jeho expresi. Zjistilo se, že i když transgen funguje a zdá se, že skutečně plní funkci, kterou má, v následujících generacích je už transgen umlčen, nebo dokonce úplně chybí. Stejně tak může jeho vložení vyvolat nestabilitu celého genomu (protože je cizí gen vkládán vlastně úplně náhodně!), odstartovat celou řadu mutací apod. Nejvíce se v současnosti modifikují zemědělské plodiny a to zejména za účelem odolnosti proti herbicidům, syntézy nějaké biologicky významné látky, či nějak zvýšení výnosnosti. V případě odolnosti proti herbicidům je ale možné, že tyto geny se budou horizontálně geneticky přenášet pomocí virů a mikrobů i na plevel a celý prospěch nakonec vymizí. Nejsměšněji se jeví snaha geneticky přenést do rostlin schopnost fixaci dusíku. Tuto schopnost má malá skupina bakterií - zvláště rodu Rhizobium, které žijí v symbiotickém vztahu s vyššími rostlinami, a které jsou schopné redukovat atmosférický dusík na amoniak, který pak mohou využít k syntéze aminokyselin a dále bílkovin. Tento proces probíhá pouze za nepřítomnosti kyslíku a je závislý nejméně na 17 genech bakterie a 30 genech rostliny. Představa že by se přenesly všechny potřebné geny, správně by se začlenily do kontextu celého genomu, aby byly ve správný čas a na správném místě použity a ještě jejich produkty dobře využity, dále aby se vytvořilo prostředí bez kyslíku... je skutečně směšná a žádný seriózní molekulární genetik to nemůže považovat za reálné. Nakonec bych se chtěl ještě zmínit o nebezpečí spojenému z horizontálního přenosu genů mezi viry zúčastňujících se přenosu transgenu. Jak jsem již napsal, geny se do organismů předávají pomocí retrovirů, RNA-virů, které převedou svoji RNA do DNA a ta je pak včleněna do DNA hostitelské buňky. Tento použitý retrovirus je sice zbavený všech genů, které by mohly škodit, ale může se rekombinovat s proviry hostitelského organismu a dát tak za vznik zcela novým virům. Závěrem lze říci, že genetické inženýrství není perspektivní a mnoho vědců (M.-W. Ho, Pusztai ad.) se domnívá, že genetičtí inženýři přehlížejí, nebo špatně interpretují mnoho nových objevů, a genetické inženýrství je tak z dlouhodobého hlediska velice riskantní. Už současné neúspěchy (a je jich minimálně stejné množství jako těch úspěšných) tomu nasvědčují a mnoho se jich může objevit právě mnohem později. Například u genové terapie lidí (léčení geneticky podmíněných onemocnění vpravením funkčního genu) podle mého zdroje (je dva a půl roku starý) zatím nebyl dokončen ani jeden úspěšný případ. Naopak mnoha lidem to přineslo ještě větší obtíže a vím i o takto léčenému člověku, který v důsledku léčby genovou terapií zemřel. Cílem genetické modifikace zemědělských plodin je zejména zvýšit výnosnost a kvalitu těchto rostlin a zajistit tak dostatek potravin pro celý svět. Ale geneticky modifikované plodiny tyto cíle zřejmě nikdy nesplní, protože jednak jejich úspěšnost je velice malá a také vlastnosti jako kvalita a výnosnost pochopitelně nejsou záležitostí jednoho či dvou genů, a tak získat takové vlastnosti je prakticky nemožné a čím více genů se přenese, tak jak jsem již napsal, tím se zvýší nestabilita genomu, může se tak i úplně narušit struktura příslušného chromozomu atd. A tak je nutné snažit se dosáhnout tohoto cíle jinými způsoby než pomocí genetického inženýrství. Skutečně existují a rozhodně jsou jistější.