Věděli jste, že každá ze zhruba deseti bilionů buněk vašeho
těla má ve svém jádře napěchovanou metr dlouhou dvoušroubovici? A že vaše DNA
by překlenula Atlantik a natáhla by se z New Yorku až do Londýna?
Kniha jednoho z nejlepších molekulárních biologů jednoduše,
stručně a především čtivě seznamuje čtenáře-neodborníka s tím, co to vlastně
znamená žít ve století biotechnologií a v čem spočívá ono „kouzlení“ vědců s
DNA. Vypráví příběh největšího, a přitom dosti nenápadného objevu biologie, že
buňka je vlastně konglomerátem mnoha různých „organismů“, které se v evoluci
naučily spolupracovat. Čtenář se dozví, co je v biologii dneška důležité a
proč, jak funguje symbióza, co si představit pod poněkud zprofanovaným pojmem
molekulární biologie, jak obrovský význam mají v evoluci bakterie nebo jak si
vlastně představit buňky, co jsou tyto entity zač a kde se v průběhu evoluce
vzaly. Závěr knihy patří úvahám nad smyslem tohoto progresivního odvětví biologie.
Nejde jen o hledání teoretické odpovědi na otázku, kdo jsme a kde jsme se tu
vzali, ale také o zcela praktické využití biotechnologií v oblasti medicíny,
průmyslu či kriminalistiky.
„Potřebujete určit a nalézt bakterii, která způsobila
epidemii? Žádný problém. Kompletní genetický profil drzého mikroba můžete mít
do čtyřiadvaceti hodin. Zajímá vás, jak se my lidé lišíme od svých nejbližších
příbuzných, dnes vyhynulých neandrtálců? Antropologové vám to povědí, stačilo
jim analyzovat DNA extrahovanou z fosilních kostí. S trochou vlastních slin a
stovkou dolarů se můžete prohrabovat historií vlastní rodiny způsobem, jaký vám
tradiční genealogie nikdy nemůže umožnit. Tatáž technologie vás může upozornit
na nebezpečí Alzheimerovy choroby či některých typů rakoviny. Můžete s její
pomocí vyřešit zločin…“ píše Archibald ve své knize. Nacházíme se uprostřed
revoluce. Je to revoluce vědecká, postavená na našem porozumění DNA, dědičnému
základu života. S využitím nástrojů molekulární biologie prozkoumáváme svět
kolem nás způsoby, jaké byly ještě před pár desítkami let zcela
nepředstavitelné. Žádný organismus už před námi neschová svá tajemství…
Profesor John Archibald přednáší na Katedře biochemie a
molekulární biologie
na Dalhousieově univerzitě v Halifaxu v Novém Skotsku. Je
členem Kanadského institutu pro pokročilý výzkum v rámci Programu integrované
mikrobiální biodiverzity. Působí také jako editor vědeckého časopisu Genome
Biology i v dalších vědeckých časopisech. Je autorem více než stovky vědeckých
článků a nositelem několika vědeckých ocenění.
Jeho knihu v překladu a s doslovem Josefa Lhotského vydává
nakladatelství Vyšehrad v populárně naučné edici Spektrum.
Ukázka z knihy:
Jin a jang života
Jaro, léto, podzim a zima – nám obyvatelům mírného pásu dobře
známá roční období. Čím dále jdeme od rovníku, tím jsou výraznější a tím více
ovlivňují naše životy. Zelenomodrý drahokam jménem Země obíhá Slunce impozantní
rychlostí třiceti kilometrů za sekundu. Tato cesta trvá naší planetě 365 a
jednu čtvrtinu dne a po celou tu dobu se Země točí kolem své osy jako nějaká
obrovská dětská káča. Osa rotace je však vůči rovině oběžné dráhy planety
skloněna o 23,5 stupně. To se na první pohled možná nezdá jako kdovíjaký úhel,
ale roční období se na severní a jižní polokouli střídají právě díky tomuto
sklonu. Proto máme v létě delší dny a je tepleji, neboť sluneční paprsky
dopadají na povrch pod menším úhlem a po delší dobu. Z pohledu fyziky se jedná
o triviální věc. Z pohledu biologie je to naopak jev, který předurčuje podobu
celé biosféry.
K úvahám o nádheře živé přírody nic neposlouží tak dobře
jako obyčejná procházka. Vyrazit na ni můžete kdykoli, nejkrásnější je to ale
ve sluncem prozářených dnech pozdního jara či brzkého léta. Jste-li trochu
hraví, sedněte si pod strom a předstírejte, že jste Isaac Newton. Nezáleží
přitom, zda si vyberete drobnou jabloň, nebo majestátní dub. Relaxujte. Opřete
se zády o kmen, podívejte se vzhůru a přemýšlejte o tom, co vidíte. Pokud jste
si vybrali opadavý listnáč, na pozadí azurově modré oblohy vám nyní šumí nad
hlavou oceán zelených listů, lístků a lístečků. Uvnitř nich dochází k jedněm z
nejdůležitějších biochemických reakcí na světě.
Za pomoci oxidu uhličitého, vody a trochy živin, které svými
kořeny vytáhne z půdy, dokáže strom spoutat energii světla. Toho světla, které
k nám ze Slunce putovalo dlouhých sto padesát milionů kilometrů. Jednotlivé
fotony projdou skrz vnější krycí pletivo listu do vrstvy palisádových buněk
těsně pod povrchem a skončí ve specializovaných buněčných organelách, zvaných
chloroplasty. V těchto buněčných „továrnách“ je zachytí chlorofyl, pigment,
který rostlinám dává jejich zelenou barvu. To spustí sérii reakcí, na jejímž
konci jsou organické látky a coby vedlejší produkt také kyslík. Tomuto procesu
říkáme fotosyntéza. S malými obměnami ji můžeme najít prakticky všude:
fotosyntézu využívají mečíky na vaší zahrádce, obří sekvoje, sliznaté
chuchvalce příbřežních chaluh i pouštní kaktusy. Fotosyntéza probíhá dokonce i
v jednobuněčných řasách, které se v podobě planktonu bezcílně potulují oceány.
Fotosyntéza je totiž alfou a omegou živého světa.
Společným úsilím všech fotosyntetických organismů, které
žily v průběhu uplynulých stovek milionů let, se utvořilo chemické složení
zemské atmosféry. Jejich vliv je přitom stále patrný. Během dne a noci se
například mění koncentrace oxidu uhličitého. Jak její jméno naznačuje,
fotosyntéza neprobíhá bez přítomnosti světla. Na jaře a v létě, kdy jsou stromy
obsypány listy a foto-syntetická aktivita jede na plné obrátky, průměrná
koncentrace oxidu uhličitého v atmosféře postupně klesá. Naopak s příchodem
podzimu, když listy zežloutnou a zčervenají, rychlost fotosyntézy zpomaluje a
oxid uhličitý se v atmosféře opět hromadí. Člověk by si myslel, že severní a
jižní polokoule se při střídání zimy a léta v tomto ohledu navzájem vyruší. Tak
tomu ale není. Na té severní je totiž mnohem více pevniny a tím i vegetace,
takže spotřeba oxidu uhličitého je zde výrazně vyšší. Následkem toho globální
koncentrace oxidu uhličitého kolísá s roční periodicitou – stoupá, když je
severní pól nakloněn ke Slunci, a klesá, když je od Slunce odvrácen. Podobně
jako my, i naše planeta dýchá.
Na rozdíl od makroskopických struktur, jakými jsou celá
rostlinná těla (třeba jabloň, borovice nebo chaluha) a na které si můžeme
ukázat nebo se jich dotknout, mikroskopické chloroplasty jsou pro naši
představivost větším oříškem. Aby ne. Na špičku špendlíku se jich vejde víc než
tisíc. Čím přesně jsou tyto maličké továrny na zpracování sluneční energie a
odkud se vzaly? Navzdory tomu, že dnes jde o neoddělitelné součásti buněk
rostlin a řas, kdysi dávno byly chloroplasty svými vlastními pány a žily
samostatným životem. Víme to, protože jejich volně žijící předci jsou stále
mezi námi. Tedy… skoro. Existuje totiž významná skupina bakterií, nazývaných
sinice, které také provádějí fotosyntézu a jsou v ní velmi dobré. Ve
skutečnosti to byly právě sinice, které před dvěma až třemi miliardami let
fotosyntézu „vynalezly“. A jakmile přišly na to, že k obživě stačí trocha
anorganických látek a slunečního svitu, odhodlaly se k dalšímu kroku. Byl to
krok neuvěřitelně významný a jeho důsledkem nebylo nic menšího než to, že se
naše planeta zazelenala. Před více než miliardou let se příbuzní dnešních volně
žijících jednobuněčných sinic zabydleli uvnitř daleko větší
a složitější buňky eukaryotické, která se jim od té doby
stala domovem. Chloroplasty rostlin a řas se z těchto sinic vyvinuly procesem,
který nazýváme endosymbióza a který označuje těsné spojení dvou původně
odlišných forem života, jež splynou do jediné.
Energie, kterou vydáváte na čtení této knihy, pochází taky
ze Slunce. Samozřejmě ne přímo, nýbrž jako důsledek procesu zvaného buněčná
respirace (a který je vlastně opakem fotosyntézy). Podstatou tohoto děje je
spalování organických látek získaných z potravy a ukládání získané energie do
sloučeniny zvané adenosintrifosfát (zkráceně ATP), který v buňkách slouží jako
univerzální energetické platidlo. Dochází k tomu v dalším druhu jakýchsi malých
buněčných továren – v organelách zvaných mitochondrie a spotřebovává se přitom
spousta kyslíku. Toho kyslíku, který vyrábějí fotosyntézou rostliny, řasy a
sinice a který dýcháme. Každý ví, že kyslík je pro nás nepostradatelný. Stejně
významná, ale méně známá je skutečnost, že i mitochondrie jsou vlastně
zdomácnělé bakterie, které se do dnešní podoby tak jako chloroplasty vyvinuly
endosymbiózou. První náznaky o významu tohoto procesu se poprvé objevily už v
polovině devatenáctého století. Trvalo ale dalších sto let, než se dokázalo, že
k endosymbióze v evoluci skutečně došlo a že jde o faktor, který je v evoluci
života nutné brát vážně.
Fotosyntéza, při níž organické látky vznikají, a buněčná
respirace, při níž se spalují za vzniku buňkou využitelné energie, jsou úzce
provázané procesy. Je to takový biochemický jin a jang života. Jakkoli obrovské
jsou rozdíly mezi autotrofními a heterotrofními organismy, průtok energie skrze
jejich chloroplasty a mitochondrie propojuje život i v těch nejzapadlejších
koutech biosféry. Abychom plně porozuměli tomu, jak významnou roli chloroplasty
a mitochondrie sehrály v evoluci komplexního buněčného života, musíme se
nejprve zamyslet nad rozmanitostí buněk v celé jejich drobné nádheře. A kde
jinde začít, než s chodícím a mluvícím inkubátorem pro mikroby, jakým je sám
Homo sapiens. Podívejme se tedy dovnitř.
Žádné komentáře:
Okomentovat