Komerční prezentace
Registrace uživatele

Přihlašte se k odběru informací, novinek, získejte přístup do diskuzního fóra.

Vesmír č. 10
Vesmír č. 10
Toto číslo vychází
2. 10. 2017
Novinky
Zdarma jedno celé číslo Vesmíru v pdf.
• Říjnové číslo Vesmíru
reklama

Evoluce a chiméry

Sobecké buněčné linie

Publikováno: Vesmír 88, 456, 2009/7

Když přišel Darwin se svou skandální teorií, trvalo kupodivu dosti krátce a tato teorie se stala hlavním proudem biologického myšlení. Překonala i mendelovskou krizi („kde se bere evoluce, když se jenom míchají hotové a neměnné geny?“), úspěšně začlenila populační genetiku, víceméně úspěšně i teorii her a v posledních čtyřiceti letech se naučila vidět v organismech spíše dočasné parlamenty genů s rozdílnými zájmy než vnitřně homogenní jednotky, jakými se na první pohled jeví.

Pořád ale vycházíme z představy, že mnohobuněčné zvíře či rostlina vzniká klonálním dělením jediné mateřské buňky (obvykle oplozeného vajíčka) a že všechny buňky mnohobuněčného těla jsou geneticky totožné, tudíž stejně příbuzné jak mezi sebou (100 %), tak s buňkami v příbuzných jedincích, takže vaše pokožková buňka je 50% genetickou kopií jaterní buňky vašeho rodiče či sourozence. Našly by se výjimky, např. některé buňky (třeba červené krvinky savců) během života ztrácejí DNA úplně, takže nemají vůbec žádné geny a žádnou příbuznost s kýmkoli, ale obecně to takhle nějak platí.

Problém je, že ne každý mnohobuněčný organismus je skutečná kolonie geneticky totožných buněk. Sejdou-li se v děloze dvě embrya, mohou v raných fázích vývoje splynout, takže vznikne jedinec, jehož jednotlivé buňky si nejsou příbuzné víc než na 50 %. Takovému jedinci říkáme chiméra. Co to může dělat s testy otcovství, ať si každý spočítá sám – vaše spermie, milý čtenáři, mohou být ve skutečnosti spermie vašeho bratra, který mohl mít ještě ke všemu jiného otce než vy, takže váš syn může být ve skutečnosti váš nevlastní synovec, což vám vaše manželka, obávám se, bude těžko vysvětlovat (dobře vám tak, neměl jste ho sníst). Zvláště krevní buňky mají navíc sklony přecházet přes placentu a pobývat v jiném, a to i geneticky jiném jedinci, než je ten, v němž vznikly. Dnes postupně přestáváme v míchání buněk mezi matkou, plodem a jeho sourozenci vidět pouhou výjimečnou anomálii a objevují se pokusy vysvětlovat chimérismem významné biologické fenomény včetně autoimunitních chorob. Už nedaleko od nás, u jihoamerických drápkatých opiček (Callitrichinae), které obvykle rodí dvojčata, se krevní chimérismus vyskytuje obecně a člověka napadá, co to asi dělá s příbuzenskými vztahy a rodinným altruismem. Což ovšem zdaleka není všechno.

Červci (Coccomorpha) jsou podivní hmyzové blízce příbuzní mšicím. Jak mšice, tak i červci sají šťávu z cévních svazků rostlin,1) a tak mají zásadní problém: výživu plnou vody a cukrů, ale málo bílkovin. Tento problém je vyřešen pomocí bakteriálních symbiontů obývajících buňky, které tvoří v těle červce zvláštní orgán bakteriom, a dodávajících svým hostitelům nezbytné molekuly.

Buňky bakteriomu ovšem nejsou geneticky totožné s ostatními buňkami červcova těla. To je tak (viz schéma na s. 458): Průběh vzniku vajíček je u všech živočichů, tedy i u lidí a červců, v zásadě totožný. Z jediné diploidní mateřské buňky (oocytu) vznikají čtyři haploidní buňky, vajíčko schopné oplození plus tři malé pólové buňky, které obvykle záhy zanikají. Důvod je jasný: produkce velkého vajíčka, plného živin, je drahá a vyprodukovat čtyři plnohodnotná vajíčka z každého oocytu si zkrátka živočichové nemohou dovolit. V některých případech ale pólové buňky nezanikají a plní různé pomocné funkce. Právě u některých červců (např. u štítenek, Diaspididae) všechny tři pólové buňky splývají a vytvářejí buňku triploidní, tedy s třemi kopiemi každého chromozomu své matky (tedy MMM). Protože matka byla diploidní (měla od každého chromozomu dvě kopie: MM), můžeme zjednodušeně shrnout, že v této triploidní buňce je geneticky obsažena matka celá a ještě půl, zatímco ve vajíčku je pouze „půl matky“ (M). Triploidní buňka vleze do vyvíjejícího se embrya, v němž se sešly geny pocházející od matky (M) a od otce (O), a tam splyne s jednou z jeho buněk. Vzniká tak pentaploidní buňka, a právě tato buňka se dělí a vytváří bakteriom, osidlovaný symbiotickými bakteriemi. Bakteriom (MMMMO) je tedy ostatním tělním buňkám červce, v jehož břiše bydlí (MO), míň příbuzný než buňkám jeho matky (MM).

Co tohle proboha znamená? Pochopitelně nevíme, štítenky dosud nikdo kloudně nezkoumal, takže můžeme jen spekulovat.

Že současná existence geneticky odlišných buněk v jednom těle nemusí dělat dobrotu, dobře víme, a nemusí jít o tasemnici nebo toxoplazmu. Stačí se podívat na dlouhodobé soužití matky a embrya u savců či živorodých ryb, tedy na jev, jemuž se trefně říká „matrotrofie“ (požírání matky). Oba zúčastnění mají pochopitelně jakési společné zájmy, ale pouze v určitých mezích. Chemické signály uvolňované embryem do mateřského těla jsou tu od toho, aby matkou co nejúspěšněji manipulovaly a nutily ji dodávat embryu co nejvíc živin. Není pak divu, že hormony vylučované placentou (což je výběžek embrya) brání matce, aby svůj krevní cukr zabudovala do glykogenu pro vlastní využití v budoucnu. A naopak: matka rozděluje živiny co nejrovnoměrněji, neboť všechna embrya jsou jí stejně příbuzná, což ovšem nemusí být v zájmu jednotlivých embryí.

U červců je to vlastně obráceně: Zatímco savčí placenta je chapadlo, jímž embryo vysává svou matku, bakteriom červců je supermateřská tkáň v těle potomka, která ovládá jeho výživu. Kdyby tedy chtěl vzpurný mladý červec nějak ohrožovat zájmy své matky, bakteriom by mu to mohl rázně zatrhnout. Samice červců jsou přisedlé, ani larvy toho moc nenaběhají, dokud nepřisednou (pouze krátce žijící samci létají), a navíc tato zvířata obývají vytrvalé rostliny, obvykle dřeviny. Matka tedy se svým potomstvem dlouhodobě existuje společně a opravdu vůči němu může mít nějaké zájmy. Červci jsou známí tím, že si dokážou pečlivě vybírat, kde se usadí – zdá se, že vyhledávají spíš místa, kde sedí nepříbuzní jedinci, jako by chtěli omezit konkurenci s příbuzenstvem (přikazuje jim to bakteriom?). A právě štítenky, u nichž tato genetická podivnost existuje, patří k těm červcům, kteří začali druhotně vysávat obsah rostlinných buněk, nikoli šťávu z cévních svazků; jsou to tedy zrovna ti červci, kteří si opravdu mohou efektivně konkurovat, když je někdo nehlídá.

Anebo jde o něco jiného? Nezapomínejme, že bakteriální symbionti se do další generace přenášejí výhradně mateřskou linií, ačkoliv se polovina z nich posléze ocitne v potomcích samčího pohlaví, kde jejich pouť tímto slzavým údolím definitivně skončí. Symbionti dělají kdeco, aby se nedostali do samců,2) a když se do nich dostanou, mají sklony se k nim chovat krutě, počínaje vraždou (aby syn nekonkuroval svým sestrám, v nichž dobře prospívají příbuzní vraždícího symbionta) a konče indukovanou transsexualitou. To je ale pochopitelně v rozporu se zájmy genů hostitele, které rozhodně nestojí o padesátiprocentní úmrtnost svých potomků ani o absurdně vychýlené poměry pohlaví. Těžko odhadnout, kolik druhů už vymřelo kvůli nezvládnutému boji mezi jadernými a cytoplazmatickými geny (či symbionty). Co když je celé to genetické šílenství kolem bakteriomu prostě jenom způsob jak znemožnit symbiontům, aby poznali, v jakém pohlaví se ocitli? Samci se geneticky liší od samic,3) ale to symbionti, žijíce oslepeni v bizarním pentaploidním bakteriomu, nevědí.

Červci jsou divní a je jich pár druhů. Obdobnou situaci však nacházíme i u mnohem rozsáhlejší a významnější skupiny organismů, totiž u mnoha krytosemenných (kvetoucích) rostlin. Podíváme-li se na rostlinné semeno, tedy tu fázi vývoje, kde výživa potomka bezprostředně závisí na živinách dodávaných matkou, najdeme tu tři různé typy tkání.4) Uvnitř je embryo, tedy normální diploidní tkáň nové generace (MO). Na povrchu semene je osemení, diploidní obal pocházející přímo z mateřského těla a geneticky totožný s matčinými tkáněmi (MM). A to mezi nimi, ta hlavní část semene, kterou jíme v banánech či kukuřici, meleme ji na mouku a necháváme zkvasit na pivo, je endosperm, někdy diploidní nebo polyploidní, ale obvykle triploidní, vznikající „dvojitým oplozením“. U rostlin je totiž všechno poněkud jinak než u nás, především proto, že když vzniknou haploidní buňky, začnou se zase dělit a vytvoří několikabuněčný haploidní organismus (gametofyt), který trvale žije uvnitř svého mateřského diploidního organismu. Teprve uvnitř gametofytu vznikají pohlavní buňky. Spermie krytosemenných rostlin nemají bičíky a dovnitř tkání gametofytu je dostává pylová láčka, a to po dvou. Jedna spermie oplodní vajíčko (vznikne diploidní embryo), druhá splyne s dvěma buňkami gametofytu, a tak vzniká triploidní mateřská buňka endospermu. Endosperm tedy obsahuje dvě kopie mateřských chromozomů a jednu otcovskou k tomu (MMO), a je tudíž opět geneticky příbuznější matce než embryu.

Vzhledem k enormní ekonomické důležitosti rostlinných semen o dějích, které v nich probíhají, už leccos víme. Stejně jako u savců i u kvetoucích rostlin je aktivita některých genů závislá na tom, z kterého rodiče pocházejí (tzv. genomový imprinting). Obávám se, že zcela zásadní důsledky tohoto zjištění pro evoluční biologii dosud nejsou docela domyšlené. V novém organismu se schází víceméně náhodná kombinace genů jeho rodičů, ale některé z nich si pamatují, odkud pocházejí, a mohou tedy kopat za zájmy konkrétního rodiče. Nosíme v sobě špehy svých rodičů, kteří si na nás mohou dovolovat mnohem víc, než jsme si donedávna mysleli – a právě tam, kde rodiče a děti dlouhodobě existují pospolu a soupeří o omezené zdroje,5) můžeme předpokládat, že zvláště geny otcovského původu budou méně ochotné ustupovat obecným rodinným zájmům (neboť otec není nikdy jistý) než geny v žoldu matky. Tak například rostlinný gen MEDEA drží na uzdě růst embrya (MO) a posiluje rozvoj endospermu (MMO); není tedy příliš překvapivé zjištění, že jde o gen aktivní pouze v mateřské kopii.

Zvolna se ocitáme v novém, netušeném světě. Zvykli jsme si na „sobecké geny“ a jejich konflikty; je na čase si zvyknout také na sobecké buněčné linie žijící v našich tělech a prosazující zájmy bůhvíkoho. Nedávno jsme koneckonců s překvapením zjistili, že existují i nakažlivé linie rakovinných buněk, které neumírají se svým hostitelem – a v případě psího pohlavního tumoru to tak patrně dělají už tisíce let. Známe už i brouka, který klade vajíčka do muších larev, ale dává si pozor, aby neosídlil hostitele napadené blízce příbuznými jedinci, a to zvláště příbuznými z otcovy strany.

Co se dovíme příště, to aby se člověk až skoro bál.

Poznámky

1) Pouze některé druhy přešly druhotně i na obsah rostlinných buněk.

2) Především spouštějí partenogenetické rozmnožování svých hostitelů, takže samčí potomstvo vůbec nevzniká.

3) U štítenek ještě mnohem víc než třeba u nás, protože samci během svého života eliminují geny otcovského původu, takže samec = M, úplně stejně jako vajíčko, z něhož vznikl, jako by ani nedošlo k jeho oplození.

4) Oficiálně tedy „pletiv“, ale toto historické názvosloví jenom zamlžuje stejnou podstatu rostlinných a živočišných jevů.

5) Těhotenství, rostlinná semena, ale také trvalé soužití blízce příbuzných sociálních hmyzů v úlu či v termitišti.

Soubory

článek ve formátu pdf: 200907_456-459.pdf (674 kB)

Diskuse

Žádné příspěvky