Retro: Společně ale samostatně (CIV5)

15. 12. 2012

Přeložil Hamilbar, převzato odtud.

Poznámka překladatele: Na přání pracujících publikujeme další část seriálu o budoucnosti lidstva.

Umělec, básník nebo spisovatel, dokáže často vidět svět s daleko větším počtem podrobností a vazeb, nežli vědec. Úkolem vědce je totiž zcela opačný proces – z hromady zdánlivě nesouvisejících částí a dílů sestavit zjednodušený, ale adekvátní model nějakého jevu – teorii, klasifikaci, koncepci nebo, při nejhorším – alespoň hypotézu.

Kdežto umělec si často může dovolit zobrazit svět takový, jak ho vidí, v jeho přirozených barvách a se vší mnohotvárností faktů a vazeb. Něco jako, vyznejte se v tom vážení sami, já vás nijak neomezuji. Otázky jsou zformulovány, odpovědi hledejte sami.

společně1
“Člověk na rozcestí”, Diego Rivera, 1933

Osud tohoto díla je tragický a zároveň poučný. Rukopisy nehoří, ale často, jako například v případě Mozartova “Rekviem”, nebo portrétu Doriana Greye, objednatelé uměleckého díla ztrácejí o něj zájem, nebo dokonce vášnivě touží zničit jej vlastníma rukama.

Ve třicátých letech minulého století se za peníze Rockefellerů (tehdy nejbohatších lidí světa) stavěl v New Yorku Rockefeller Center. K výzdobě této budovy byla u Diega Rivery objednána tato monumentální freska. Ovšem později Rockefellerové, kteří stavbu financovali a řídili, nejen že odvolali Riveru z práce, ale i strhli téměř hotovou fresku ze zdi a místo ní nechali udělat jinou.

Jaký to mělo důvod? Rivera v pravé části fresky nakreslil portrét Lenina. Rockefellerové nebyli vůbec nadšeni z toho, že jimi navržené téma “Člověk na rozcestí” se u Rivery stalo konfrontací komunismu a kapitalismu (samozřejmě ve prospěch prvního) a Nelson Rockefeller skutečně požádal Riveru, aby portrét Lenina nahradil tváří “neznámého člověka”, což Rivera odmítl.

Je ovšem důvod předpokládat, že to byla pouze poslední kapka, po níž pohár trpělivosti Rockefellerů přetekl. Skutečným katalyzátorem konfliktu se stala do fresky zakomponovaná figura Johna Rockefellera mladšího. Byl vyobrazen v levé části fresky, kde bylo zobrazeno “zlo kapitalismu”, ve skupině bohatých mužů popíjejících koktejly ve společnosti pochybných ženštin. Připomenu, že se to událo v květnu 1933, kdy v Americe ještě vládla prohibice (zruší ji až v prosinci), a Rockefellerové, přesvědčení baptisté, byli mezi těmi, kdo se zasloužil o její zavedení. Nepožívali ani tabák, ani alkohol a finančně podporovali Anti-Saloon League která sehrála v přijetí zákona klíčovou roli. Zobrazit kohokoliv z Rockefellerů v atmosféře nočního podniku, navíc s jakýmisi podivnými mikroby poletujícími nad hosty (narážka na to, že představitelé této skupiny představují semeniště neřesti – sociální, morální?), – tak to už bylo moc…

Ovšem rukopisy přece jenom neshoří – a Diego fresku, o kterou přišel díky Rockefellerům, nakonec přeci jenom podle dochovaných černobílých fotografií zrekonstruoval při výzdobě Paláce umění v Mexico City. Ameriku potom navštíví již jenom jednou, tentokrát San Francisco, aby provedl objednávku na gigantickou fresku “Panamerická jednota” pro Mezinárodní výstavu. To bude v dnes již vzdáleném roce 1940.

Nás bude ale zajímat jiná, tentokrát ne lidskou rukou stvořená, freska, která se již miliardy let maluje sama. Její tahy neřídí žádná rozumná vyšší síla, štětec se jí často chvěje vnitřním napětím a má jenom málo barev. Jsme to my sami a náš bláznivě bohatý vnitřní svět. V dnes již vzdálených třicátých letech minulého století tu fresku mohli vidět pouze v hrubém náčrtu, ale za poslední půlstoletí si lidstvo toto monumentální umělecké dílo života dokázalo prohlédnout již v životní velikosti, a ne pomocí nevalné černobílé fotografie pořízené starým optickým mikroskopem…

Co je to za monumentální fresku, jež je ukryta v hlubinách našeho těla? Dodnes je uchovávána hluboko v našich buňkách – a v průběhu uplynulých miliard let její barvy, i když trochu vybledlé a popraskané časem, nám vypráví o událostech takového rozsahu, že současné problémy lidstva ve srovnání s nimi se mohou zdát pouhou dětskou hrou na pískovišti s rozšlápnutou bábovičkou.

Zde vidíme porovnání našeho erytrocytu (červené krvinky – což zdaleka není největší buňka v našem těle), obyčejného koka (bakterie střední velikosti, poskytující nám většinou “nudle zelené barvy”) a bakterie Mycoplasma (ta potvůrka žije také v nás, jenomže ne v nosu, ale o něco níže):

SPOLEČNĚ2

Je dobře vidět, že náš erytrocyt je rozměrově zhruba padesátkrát větší (a zhruba tisíckrát větší – co do objemu nebo hmotnosti). Proč takový rozdíl?

Je to velmi jednoduché.

Každá naše buňka – to je celé Impérium, přičemž zorganizované doslova “ohněm a mečem” z prehistorického symbiotického společenství. Podrobněji je možné si o tomto vůbec ne jednoduchém procesu přečíst zde nebo, chcete li populárněji a s obrázky zde, a já se pokusím o těch dávných událostech pojednat v následujícím textu.

V určitém okamžiku evoluce narazily bakterie na několik principiálních omezení svého dalšího vývoje. V podstatě bylo jejich hlavním neštěstím příliš dobré přizpůsobení se tvrdým, ale v podstatě neměnným podmínkám prahor (Archaika). Minimálně miliardu let byly sinice (Cyanobacteria) neomezenými vládci Země. Jejich modrozelené koberce pokrývaly mořské dno. V těchto kobercích, “cyanobakteriálních žíněnkách”, žily společně se zelenomodrými řasami i jiné bakterie. Všechny byly výtečně přizpůsobené jedna k druhé i k tvrdým podmínkám prvobytného oceánu. Byla to velmi rovnovážná společenství, fakticky uzavřená jak co se týče energie, tak co se týče organické hmoty.

V té době – v prahorách – bylo na Zemi celkem horko. Atmosféra nasycená kysličníkem uhličitým vytvářela silný skleníkový efekt. Díky tomu se na konci druhohor Světový oceán zahřál na teplotu přibližně 50-60 stupňů Celsia. Oxid uhličitý se rozpouštěl ve vodě a vytvářel kyselinu. Mělkými, horkými a kyselými vodami pronikalo ultrafialové záření (Země ještě neměla ozónový štít). A jako bonus bylo ve vodě rozpuštěno ohromné množství jedovatých solí těžkých kovů. Neustálé výbuchy vulkánů, emise popela a plynů, razantní kolísání parametrů okolního prostředí – to všechno nijak neulehčovalo prvním obyvatelům planety život. Zkrátka, rozhodně to nevypadalo jako v lázních.

Proto, jestliže na někoho udělalo dojem tisícileté utrpení polské améby z předchozího článku, zkuste si představit, jak se asi žilo těm prvobytným bakteriím. A netrvalo to pouhých tisíc let, jako v případě nějakého národního státu, ale celou miliardu let. Zkrátka jako vždycky – “Otec trpěl, i nám přikázal”.

Bakteriální společenství vyvíjející se v takovémto prostředí byla neuvěřitelně odolná. A proto probíhala jejich evoluce velice pomalu. Byla přizpůsobena téměř ke všemu, neměla žádný důvod se vyvíjet. K tomu, aby se život na Zemi začal vyvíjet směrem k větší složitosti, byla zapotřebí katastrofa. Bylo nezbytné zničit tento zdánlivě věčný, superstabilní bakteriální svět a osvobodit životní prostor pro něco nového.

Dlouho očekávaná revoluce, jež ukončila nekonečnou stagnaci a vyvedla život z bakteriální slepé uličky, proběhla někdy před 2,7-2,5 miliardami let, na samém konci prahor. Ruští geologové Sorochtin a Ušakov, autoři poslední fyzikální teorie zemského vývoje, vypočetli, že právě v této době naše planeta absolvovala největší a nejkatastrofičtější transformaci v celé své geologické historii.

A zase ta stará historie, jestli si někdo myslí, že konec laciné energie je nějaká hrůza, má možnost seznámit se dále s parametry té prehistorické katastrofy. Příčinou katastrofy byl vznik železného jádra naší planety. Od vzniku Země do konce prahor se ve vrchních vrstvách zemského pláště kumulovala roztavená směs železa a oxidu železnatého (FeO). Přibližně před 2,7 miliardami let hmotnost této taveniny překročila určitou mez, načež tato těžká, vazká, žhavá kapalina se doslova “provalila” ke středu Země a při tom vytěsnila původní lehčí jádro. No a dál proletěl výkal větrákem, situace se vymkla kontrole – už navždy. Tyto grandiózní přesuny ohromných hmot uvnitř planety roztrhaly a pomačkaly její tenkou povrchovou slupku – zemskou kůru. Všude začaly vulkány chrlit lávu, prastaré kontinenty se přiblížily, srazily se a spojily se v jediný kontinent Monogeu – právě nad tím místem, kde tekuté železo z pláště naráz “proteklo” do hlubin planety. Tento monumentální pohyb hornin nazvali superlavinou (superavalanche) – jeho rozměry daleko přesahují Deccanské trappy a dokonce i Sibiřské trappy pozdějších proryvů hornin pláštěm. Horniny, jež vystoupily na povrch, okamžitě zahájily chemickou reakci s kysličníkem uhličitým a v atmosféře Země velmi brzy nezůstal téměř žádný. Skleníkový efekt dramaticky poklesl, což vyvolalo razantní ochlazení: teplota oceánu poklesla z +60 na +6 stupňů Celsia. Stejně tak náhle a razantně poklesla i kyselost mořské vody.

Byla to ta největší ze všech katastrof. Ale ani ona nedokázala zničit sinice. Přežily, i když to měly skutečně těžké. Zmizení atmosféry tvořené oxidem uhličitým pro ně znamenalo krutý hlad, sinice stejně jako vyšší rostliny ho používají jako surovinu k syntéze organických látek. Bakteriálních žíněnek ubylo. Z modrých koberců bakteriálních žíněnek pokrývajících mořské dno zůstaly ubohé zbytky. Bakteriální svět nezahynul, byl ale silně poničen a objevily se v něm díry a trhliny. Právě v těchto trhlinách a mezerách starého světa se v té pradávné době zrodily první organizmy s principiálně novou strukturou – složitější a dokonalejší jednobuněčné organismy, které se měly stát novými pány planety.

společně3
Bakteriální buňka. Ještě neví, že měla velkou smůlu.

Bakteriální buňka – to je ve skutečnosti velice složitá živá struktura. Ale buňky vyšších organismů – rostlin, zvířat, hub i takzvaných “jednoduchých” organismů (améb, infusorií) – jsou uspořádány ještě o stupeň komplikovaněji. Bakteriální buňka nemá jádro, ani žádné jiné “vnitřní orgány” pokryté nějakou slupkou a izolované jeden od druhého a od vnitřního obsahu bakteriální buňky. Proto bakterie nazývají “prokarioty” (“předjadernými”). Buňka vyšších organizmů má jádro, obalené dvojitou blánou (odtud pochází název “eukaryota” – “mající jádro”), a také “vnitřní orgány”, z nichž nejdůležitější jsou mitochondrie – svého druhu buněčné elektrárny. Mitochondrie štěpí téměř jakoukoliv organickou hmotu na kysličník uhličitý a vodu, používajíce jako okysličovadlo kyslík. Jediný důvod, proč dýcháme, je zajištění kyslíku pro mitochondrie našich buněk. Kromě mitochondrií uvnitř nás nikdo jiný neumí dýchat kyslík – všechny ostatní části buňky využívají produkci mitochondrií a kromě toho za nimi uklízí různé škodlivé produkty metabolismu.

Dalšími důležitými orgány eukaryotických buněk jsou plastidy (chloroplasty), sloužící k fotosyntéze. Plastidy se vyskytují pouze u rostlin, díky nim jsou rostliny schopné fotosyntézy. Jinými slovy rostlinná buňka bez chloroplastů toho ví o fotosyntéze asi tolik, kolik toho ví živočišná buňka bez mitochondrií o dýchání.

společně4

Ovšem to podstatné v eukaryotické buňce je, samozřejmě, její jádro. V jádře je uchovávána dědičná informace zapsaná v molekulách DNA. Bakterie mají, pochopitelně, také DNA – jediná kruhová molekula, obsahující všechny geny daného druhu bakterií. Jenže bakteriální DNA “plave” přímo ve vnitřním tekutém prostředí buňky – v její cytoplazmě, ve kterém probíhá aktivní látková výměna. Což znamená, že nejbližší okolí drahocenné molekuly připomíná fungující chemičku nebo alchymistovu laboratoř, kde se každou sekundu objevují a mizí statisíce nejrůznějších látek. Kterákoliv z nich může mít eventuálně vliv na dědičnou informaci a též na ty molekulární mechanismy, které tu informaci čtou a “uvádějí do života”. V takovýchto nehygienických podmínkách je dosti obtížné vytvořit spolehlivý a efektivní systém obsluhy – skladování, čtení, reprodukce a oprav DNA. A ještě obtížnější je vytvořit molekulární mechanismus který by dokázal smysluplně (t.j. přizpůsobuje se prostředí)  řídit takovýto “obslužný systém”.

Zkrátka, pokud vás občas rozčiluje tupost a krátkozrakost chování vlády nějaké stepní země u teplého moře – uvědomte si, v jak nehygienických podmínkách se nachází kódy řídící její osudy. Vždyť každý takový pseudostát – to je cyanobakterie světa politiky. Bez ideje, bez cíle, bez místa v mezinárodní dělbě práce (jedno odvětví ekonomiky nepočítáme), bez civilizačního projektu.

Právě v tom spočíval obrovský význam vydělení buněčného jádra. Geny byly náhle spolehlivě izolovány od cytoplasmy s její kypící chemií. A nyní bylo možné v klidu naladit efektivní systém jejich regulace. A tu se ukázalo, že při naprosto stejné sadě genů se buňka může chovat naprosto rozdílně v různých podmínkách.

Tatáž kniha se dá číst různě (zvláště je-li to dobrá kniha). V závislosti od své průpravy, nálady a životní situace, najde čtenář v knize jedno a za rok něco úplně jiného.  Totéž platí pro genom eukaryot. V závislosti na okolnostech se “čte” různě a buňky, jež se vyvíjejí v závislosti na jeho “čtení”, se také liší. Tak vznikl mechanismus nedědičné adaptivní variability – vynález, jež řádově zvýšil odolnost a životaschopnost organismů.

A co námi zmiňované mitochondrie a plastidy?

Toho, že plastidy a mitochondrie podezřele připomínají bakterie, si vědci povšimli již na počátku XX. století. A téměř celé století padlo na shromažďování faktů a důkazů, ale dnes se dá říci, že vznik eukaryotické buňky jako výsledek soužití (symbiózy) několika různých bakteriálních buněk, je prokázaným faktem.

Upřímně řečeno s plasticidy a mitochondriemi bylo jasno už dávno. Tyto “orgány” eukaryotické buňky mají vlastní prstencovou DNA – přesně jako bakterie. Uvnitř mateřské buňky se samostatně množí tím, že se jednoduše rozdělí napůl jak je zvykem u prokaryotů. Žádným jiným způsobem nevznikají. Podle všech příznaků to jsou – ty nejopravdovější bakterie, jenom žijící “tak hluboko v nás, že hlouběji to už nejde”. Přitom můžeme dokonce přesně říci, které jsou to bakterie: není problém v mitochondriích rozeznat takzvané “alfaproteobakterie”, kdežto plastidy nejsou nikdo jiný, než nám již známé cyanobakterie (sinice).  Tito slavní vynálezci chlorofylu a fotosyntézy se dosud s nikým o své vynálezy nepodělili: až do dnes, jako plasticidy v buňkách rostlin, ovládají prakticky veškerou fotosyntézu na planetě (a tudíž i veškerou produkci organické hmoty a kyslíku!).

Takže přátelé – neberte kladivo Číňanům, lupu Švýcarům nebo lis na olivy Řekům – ti lidé dělají některé věci lépe než my. Využijte jejich možnosti a dovednosti ve prospěch, ne na škodu.

No a odkud se vzala sama mateřská buňka? Který mikrob byl jejím “předkem”? Mezi dnes žijícími bakteriemi nemohli dlouho najít kandidáta na tuto roli. Věc je v tom, že geny eukaryot nacházející se v buněčném jádru se silně liší od genů většiny bakterií: jsou složeny z mnoha samostatných kousků, pospojovaných dlouhými “nesmyslnými” úseky DNA. Aby se dal takovýto gen “přečíst”, je nutné napřed všechny jeho kousky pečlivě vyřezat a potom “slepit”. Nic takového nebylo u obyčejných bakterií pozorováno.

K překvapení vědců “eukaryotickou” stavbu genomu, a ještě další unikátní zvláštnosti eukaryot, nalezli u té nejpodivnější a nejzáhadnější skupiny prokaryotických organismů – u takzvaných archeobakterií. Tato stvoření se vyznačují neuvěřitelnou odolností: jsou schopna žít dokonce i ve vařící vodě geotermálních pramenů. Pro některé druhy archeobakterií je optimální teplotní rozmezí +90 – +110 stupňů Celsia, při +80 stupních zmrznou! Jiné archeobakterie jsou v pohodě dokonce i v ledničce – při teplotách pouze nepatrně vyšších než je teplota zamrzání vody.  Prostě jsou to takoví “silní, skromní kluci”, kteří si nikdy nežili nad poměry a vždy “za své”.

Dnes se většina vědců domnívá, že eukaryotická buňka vznikla tím, že nějaká archeobakterie si z ostatních “obyčejných” bakterií udělala vnitrobuněčné spolubydlící-symbionty.

Dlouho nemohli pochopit, jak se archeobakterii podařilo “spolknout” své budoucí nájemníky – prokaryonty přece neumí polykat velké částice. Ovšem nedávno byl u bakterií objeven vnitrobuněčný parazitismus. Ukázalo se, že některé mikroby dokážou prorazit otvor v buněčné stěně jiných bakterií a proniknout v jejich cytoplazmu. Je možné, že právě tak pronikly budoucí mitochondrie a plastidy dovnitř mateřské buňky.

Získání vnitrobuněčných nájemníků mělo za následek, že v jedné buňce se ocitlo několik různých genomů, které bylo nutné nějak usměrňovat. Vytvoření buněčného jádra – řídícího centra buňky – se stalo životní nezbytností. Jedna z hypotéz vysvětluje vznik jaderné membrány jako náhodný výsledek nekoordinované práce několika skupin genů, odpovědných za vytváření buněčných membrán právě se sloučivších bakterií.

Různorodí mikrobi stojící u zrodu eukaryotické buňky se nestali jednotným organismem naráz. Zpočátku spolu prostě žili v jednom bakteriálním společenství, postupně se přizpůsobujíce jeden druhému a učíce se, jak z takového soužití získávat nějaké výhody. Kyslík produkovaný cyanobakteriemi byl pro ně jedovatý. V průběhu evoluce “vymysleli” mnoho různých způsobů jak s tímto vedlejším produktem svých životních funkcí bojovat. Jedním z těchto způsobů bylo… dýchání. Nedávné výzkumy ukázaly, že komplex bílkovin-enzymů odpovědných za kyslíkové dýchání mitochondrií, vznikl jako důsledek nepatrné změny enzymů fotosyntézy. Neboť z pohledu chemie je fotosyntéza a dýchání – tatáž chemická reakce, pouze probíhající opačným směrem.

Tak se mohli v “kobercích” cyanobakterií objevit užiteční spolubydlící – mikrobi, kteří uměli dýchat a kteří nejen že odstraňovali přebytky kyslíku, ale navíc vyráběli obrovské množství energie – dost na to, aby zbylo i na sousedy. Třetí komponenta společenství – archeobakterie – byly schopné odebírat přebytky organických látek a pomocí kvašení je transformovat do podoby vhodnější pro “dýchající” bakterie.

Podobná společenství mikrobů lze najít na Zemi i dnes. Život bakterií ve společenství probíhá překvapivě družně a koordinovaně. Mikrobi se dokonce naučili vyměňovat si zvláštní chemické signály, aby mohli lépe koordinovat svou činnost. Kromě toho si aktivně vyměňují geny. Mimochodem, právě tato jejich schopnost tak vadí v boji s infekčními nemocemi: jakmile jedna bakterie získá, v důsledku náhodné mutace, gen odolnosti proti antibiotiku, jsou jiné druhy bakterií schopné rychle ho získat právě pomocí výměny genetického materiálu. Bakteriální společenství tak vykazují určité znaky jediného organismu.

Zdá se, že katastrofické události konce prahor přinutily společenstva mikrobů postoupit dále na cestě integrace. Buňky různých druhů bakterií, dávno již ohlazené a vzájemně přizpůsobené se začaly sdružovat pod společnou membránou. Bylo to nezbytné pro maximálně sladěnou, centralizovanou regulaci životních procesů v podmínkách krize.

Společenství se přeměnilo na organismus. Individua se spojila v jeden celek, vzdala se samostatnosti ve jménu vytvoření nové individuality vyššího řádu.

Soudružky bakterie! Připravte se! V brzké době budou bakteriální žíněnky po celém světě nemilosrdně vyklepány. Není vyloučeno, že mnohé bakterie neslavně zahynou. Byly jste varovány.

A ještě. Sledujte ty silné chlapce, kteří se naučili žít “za své” v tvrdých podmínkách krajního Severu, kde jsou dvě zimy: Jedna s trávou a druhá – s mrazy a sněhem po pás.

Tihle divní chlapci, zdá se, mají něco za lubem.

Převzato z ostrova Janiky

Přejít do diskuze k článku