Podáno pro laiky: Obyčejné slepičí vejce a kámen mudrců

Na počátku Bůh stvořil nebe a zemi. Země pak byla pustá a prázdná, nad propastí byla tma a nad vodami se vznášel Boží Duch. Bůh řekl: „Ať je světlo!“ – a bylo světlo. Bůh viděl, že světlo je dobré, a Bůh oddělil světlo od tmy. Bůh nazval světlo „den“ a tmu nazval „noc“. Byl večer a bylo ráno, den první.

Úvah a teorií na téma geneze života bylo vysloveno asi nepočítaně, od starověkých filozofů, a možná už i od těch pravěkých, a konče současnou vědou. Tento můj článek na téma vzniku a vývoje života jsem uvedla pojetím pro nás snad tím nejznámějším, tedy příběhem stvoření dle knihy Genesis. V příběhu budu pokračovat, ovšem v reflexi moderní vědy, která díky mocným moderním technologiím umožňuje člověku pohlédnout tam, kam jeho oko dohlédnout nemůže a přinášet podrobná svědectví i o něčem tak vzdáleném, jako je prehistorie naší Země. Avšak chtěla bych zavčasu předeslat, že záměrem mého článku není se obšírně probírat dlouhou a spletitou historií naší Země, ale naopak co nejrychleji zakotvit v jednom jediném a obyčejném bodě, a tím je slepičí vejce.

Proč slepičí vejce? Slepičí vejce je totiž fascinující miniaturizací dějů, které se na Zemi odehrávaly po miliardy let, a odehrávaly se tak, aby se život mohl vyvinout do takové formy a krásy, jak ho známe dnes. Z mého pohledu je slepičí vejce hotový zázrak a kouzlo nade všemi kouzly. Ovšem nejen to. Slepičí vejce je i krásnou ukázkou toho, jak skutečný zázrak, přesto, že vykvétá a defiluje člověku přímo před očima, zůstává jím povětšinou nepovšimnut. A to snad pro plevel malicherných věcí okolo nás. A to je škoda. A tak proto chci psát o slepičím vejci.

Můj příběh „Vejce a já“ se odehrál onoho zvláštního lockdownového jara před čtyřmi lety, kdy místa, jindy lidmi přeplněná až k prasknutí, najednou zela prázdnotou a poskytovala kolemjdoucím zvláštní klid a prostor, a vůbec celá ta doba dopřávala člověku až neobyčejný prostor k jeho přemýšlení a dávala pohled na svět z úplně jiné perspektivy než předtím.

Proč o tom píšu? Protože já jsem tehdy, mnohem více než obvykle, trávila čas na své zahradě u své voliéry, pozorováním ptáčků, kteří mi tehdy umožnili si všimnout právě jedné fascinující věci, a to věci, kterou jsem celý život předtím míjela jen tak bez povšimnutí. Jako slepá. A tím můj článek začnu.

Známý český etolog Zdeněk Veselovský napsal kdysi knihu Chováme se jako zvířata. Nejenže jsem knihu četla, ale u prof. Veselovského jsem absolvovala na fakultě i jeho semestrální kurz etologie, a musím říci, že to byly ty nejzajímavější přednášky, jichž jsem se kdy účastnila. Často jsem na jeho přednášky vzpomínala i onoho jara, kdy jsem sedávala před svou voliérou.

Oproti ulicím měst byla tehdy má voliéra přeplněná životem. Někteří kanárci vyváděli své mladé, jiní krmili svá holátka či zatím jen seděli na vajíčcích. Věčně zamilovaný pár rýžovníků, které jsem si tehdy čerstvě pořídila, si navzájem čechral peříčka či se k sobě něžně tulil. Naproti tomu pár andulek, který už druhým rokem měl jen planá, neoplozená vajíčka, nevraživě pozoroval rodičovské snažení ostatních ptáků a svou lítost si vybíjel na nebohých japonských chůvičkách. Chůvičkám jejich vajíčka andulky v nestřeženém okamžiku vždy vyklovaly a z hnízdeček vyházely. Chůvičky, malí a milí ptáčci však s pokorou svá vajíčka ve svém hnízdečku snášely dál a dál. Měla jsem i jednoho hnědého kanárka. Toho jsem koupila náhodně ve Zverimexu, kam jsem chodila pro zrní a kde jsem si všimla, že hnědý kanárek, kterého tam tehdy měli, dlouhé týdny nešel na odbyt. Žádný ze zákazníků hnědého kanárka nechtěl. Kanárka jsem koupila, tolik se mi ho zželelo. Avšak kanárek byl otloukánkem i v mé ptačí komunitě. A to asi proto, že byl jiný, hnědý. Pohrdání mu dávali znát všichni. Vlastně jen chůvičky ho měly rády.

Dlouhým pozorováním jsem pochopila povahu jednotlivých ptáčků a často jsem v nich viděla podobnosti k lidem, které jsem znala ze svého okolí či doslechu.

Jednou odpoledne, kdy jsem pozorovala párek kanárků, jak krmí své čerstvě vylíhlé potomky, mi najednou zrak spočinul na zemi, kde v malinké loužičce žloutku a bílku leželo rozbité vajíčko chůviček. Při pohledu na rozbité vajíčko se hluboko ve mně něco pohnulo, ale vědomě jsem nezaregistrovala, co to bylo a vůbec, nepřikládala jsem tomu žádnou váhu. Připozdilo se však a já se rozhodla, že už půjdu domů a svým dětem upeču třenou bábovku.

A to jsem krátce nato stála u kuchyňského stolu a rozklepávala vajíčka, jedno po druhém, a oddělovala žloutky od bílků. A když jsem v rukou držela poslední, už rozklepnuté vajíčko, najednou se stalo něco velmi neočekávaného. Z vajíčka na mě vykouklo kuřátko. Vystrčilo hlavičku, udělalo píp, vyskočilo ze skořápky, a to přímo na kuchyňský stůl a kamsi běželo. Když se mi kuře ztratilo ze zorného pole a já se stále dívala na rozklepnuté vajíčko v mých rukou, na to žluto-bílé skoro nic, vytřeštila jsem oči a v duchu vykřikla: „Kde je to kuře?“

Kde by přeci bylo?! Přece uvnitř žloutku a bílku! Dívala jsem se do skořápky a v tom žluto-bílém skoro nic, skoro tak, jako když Návštěvníci vařili své amarouny, jsem chvilkama viděla zobák, pak křídla toho kuřátka, jeho kosti a peříčka. V jednu chvíli žloutek nebyl žlutý, ale celý rudý, protože se do něj vylila všechna krev toho kuřátka, a nakonec, když už žloutek byl zase žlutý, z jeho ticha se ozvalo píp. A pak už byl konec. Pak už to bylo zase úplně normální vajíčko, z něhož jsem téhož večera upekla dětem bábovku. Ale přesto, to, co jsem viděla, mě naprosto ohromilo a jako v ohromení mě poslouchala i většina z těch, kterým jsem o svém zážitku vyprávěla.

Člověk, aby můj zážitek pochopil, však musí mít v sobě určitou hloubku a nesmí být technokrat. A snad k takovým lidem patříte i vy. A věřím, že ano, protože mé články čtou jen ti, kteří mají touhu svět pochopit. A já se vám teď ptačí vajíčko, přerod žluto-bílého nic v dokonalého tvorečka, budu snažit krok po kroku vysvětlit.

Pro pochopení „mého slepičího vejce“, tedy, života na Zemi, je třeba si nejprve ujasnit definici samotného života, a to nejlépe srovnáním živé a neživé hmoty. A pokud toto srovnání uděláme, zjistíme, že pro živou hmotu jsou charakteristické tzv. biochemické procesy, tedy chemické procesy, které v živé hmotě udržují její vnitřní uspořádanost. Jinými slovy, jsou to biochemické procesy, co živou hmotu staví a udržují, a hlavně, a to je v neživé přírodě nevídané, dělají to poměrně aktivním a soběstačným způsobem. Tedy, biochemické procesy jsou tím, co život na Zemi definuje.

Druhou otázkou je, co je třeba biochemickým procesům dodat, aby mohly fungovat a život tím živit. A jsou to doslova tři základní věci, díky nimž naše Země ožila. Je to hmota, energie a informace. A jak za chvíli uvidíte, tyto tři pilíře života svou provázaností a vzájemnou závislostí vytvářejí naprosto dechberoucí puzzle. Alespoň mě to takto připadá a někdy, když se do toho ponořím hlouběji, až se mi z toho všeho točí hlava.

Ve světě, tedy alespoň v tom, který známe, aby něco mohlo být, musí být v prvé řadě hmota, a základem té živé hmoty jsou bílkoviny neboli proteiny. Slovo protein pochází z řeckého slova proteios, jako první, hlavní, což je pro tyto látky název vlastně velmi příznačný. Totiž, o bílkovinách se říká, že jsou základním stavebním kamenem živé hmoty, a říká se to i přes to, že z celkové živé hmoty tvoří bílkoviny jen pouhých 12 %. Když se podíváme na složení živé hmoty, zjistíme, že živá hmota je tvořena povětšinou vodou (65 %) a dále také cukry (9 %), tuky (8 %), nukleovými kyselinami (3 %) a minerálními látkami (3 %). A přesto, že bílkoviny v porovnání s ostatními komponentami tvoří vlastně jen více méně srovnatelný zlomek živé hmoty, i tak jsou základem všemu živému. A proč, to za chvíli vysvětlím. Avšak spíše než základní kámen bych, co se týče bílkovin, volila termín „kámen úhelný“, což je termín, jenž v přeneseném slova smyslu značí něco absolutně fundamentálního. Totiž, jako pravý kámen úhelný jsou bílkoviny pro život organismu jeho stmelovacím prvkem, zároveň pevným opěrným bodem, a co víc, dávají organismu jeho určení, identitu a směřování a životu jako celku jeho trvalost. V živé hmotě bílkoviny určují naprosto vše.

Bílkoviny nejsou jenom obyčejnou stavební komponentou živé hmoty, ony se na výrobě a výstavbě živé hmoty, a to je právě to podstatné, aktivně podílejí. Jen díky činnosti bílkovin mohou vznikat další komponenty živé hmoty, tedy, tuky, cukry a nukleové kyseliny. Bílkoviny totiž fungují jako enzymy a jako takové jsou aktivní složkou biochemických procesů. Jinými slovy, bílkoviny dávají životu jeho hmotu a té hmotě také její funkčnost a aktivitu.

Nicméně, bílkoviny neurčují jen to, že život je, nebo není, ale určují i to, jaký ten život je. Bílkoviny nejenže po miliardy let instruovaly evoluční proces, aby formoval život tak, jak jej zformoval, ale bílkoviny jsou dokonce i hmatatelnou podstatou identity a individuality každého z nás. My jednotlivci se lišíme právě v našich bílkovinách, tedy v jejich struktuře a množství. Totiž, to, jak vypadáme, jak fungujeme, dokonce i hodně to, jakým způsobem přemýšlíme, vnímáme svět, do jaké míry nás něco bolí nebo nebolí, za vše a mnoho dalšího jsou zodpovědné bílkoviny. Bílkoviny v našich životech určují vše podstatné. Bílkoviny jsme my.

A jak taková bílkovina vypadá? V základním tvaru je bílkovina řetízkem aminokyselin uspořádaných a spojených pěkně v řadě za sebou. Tento řetízek se pak různě stáčí a taky může nést i různé, dodatečně přidané, chemické struktury, jako jsou třeba kovy. A to, proč se mezi sebou jako jedinci lišíme, je dáno tím, že mezi sebou máme drobné odlišnosti v uspořádání aminokyselin v tom základním bílkovinném řetízku. A to je ten důvod, proč bílkoviny jednotlivcům dávají jejich individualitu.

A ještě je tady jedna podstatná věc ohledně bílkovin! Bílkoviny totiž životu obstarávají i energii, tedy, tu energii bez ní život by nemohl být životem.

Ve fyzice platí, že energie je vlastností hmoty. V biologii nadto platí, že energie je alfou a omegou života. Pokud nepočítáme specifické případy, jako je třeba existence bakteriálních spor, závislost mezi energií a životem je nekompromisní. Protože, pokud se organismu z nějakého důvodu energie přestane dostávat, organismus umírá. A to se netýká jen organismu jako celku, ale i každé, každičké buňky našeho těla. Totiž, i buňka umírá, pokud nemá energii.

Energii si buňky vyrábí samy, a to ve speciálních buněčných komplexech označovaných jako mitochondrie, v nichž se za účelem výroby energie spalují speciálně upravené živiny získané naší potravou. Ke spalování našich živin je přitom využíván kyslík, což je právě ten důvod, proč je většina organismů na kyslíku závislá. A samozřejmě pomíjím teď tzv. anaerobní respiraci, jako vedlejší mechanismus výroby energie, což dodávám pro ty, co se v problematice lépe vyznají, kdyby mě náhodou chtěli tahat za slovo.

Každopádně, jak je nejlépe vidět na mozkových buňkách, pokud není kyslík, není energie a nemůže být život. Totiž, bez energie se zastavují biochemické procesy a organismus umírá. A jak se říká, že pevnost řetězu se odvíjí od jeho nejslabšího článku, tak nejslabším článkem, co se týče naší závislosti na kyslíku, jsou naše mozkové buňky. A je to tím, že jsou to právě mozkové buňky, které jsou v celém našem těle na množství energie těmi nejnáročnějšími (podrobnější informace k této problematice můžete najít v mém předcházejícím článku).

Energie, která se v buňkách vyrábí, a která slouží jako pohon našim buněčným procesům, se jmenuje adenosin trifosfát (známá pod zkratkou ATP), přičemž průměrná lidská buňka za sekundu zkonzumuje zhruba 10 milionů těchto molekul! A je trochu svízel, že si buňka ATP nedokáže vyrobit do zásoby na horší časy, a tak ji musí vyrábět vlastně pořád. A pokud by se výroba energie v buňce zastavila, buňce by zbývaly pouhé dvě minuty života. A tak si organismus musí dělat své energetické zásoby ve formě tuku a cukru, a to proto, že tyto látky mohou našim buňkám kdykoliv posloužit k okamžité výrobě ATP. Protože spoléhat se jen na to, co se nám zrovna namane k snědku, by bylo vskutku životu nebezpečné.

Na počátku bylo Slovo, a to Slovo bylo u Boha, a to Slovo byl Bůh. To bylo na počátku u Boha. Všechno povstalo skrze ně a bez něho nepovstalo nic, co jest. …..A Slovo se stalo tělem a přebývalo mezi námi. Jan 1,1-18

Slovo informace pochází z latinského informatio, což v původním významu znamenalo otisk tvaru pomocí formy, což je s ohledem na genetickou informaci, jíž se teď budu chvilku zaobírat, až neskutečně trefné. Totiž, genetická informace se přenáší právě na způsob otisku tvaru z jedné molekuly do druhé, tedy konkrétně z molekuly DNA, do molekuly RNA a z té do molekuly bílkoviny.

Povětšinou se mezi lidmi ví, že genetická informace je ukryta v molekule DNA a že molekula DNA je dlouhé vlákno, přesněji dvojvlákno, točící se jako spirála. Někteří ale zase slyšeli, že genetická informace je ukryta v chromozómech, a pak jsou tací, kteří slyšeli, že genetická informace je v DNA, ale i v chromozómech, a navíc ještě v genech. A tak, lidé bývají, co se týče genetické informace, zmateni, navíc pro většinu je pojem genetická informace až strašidelně abstraktní.

Své další řádky bych chtěla předeslat tím, že genetická informace není nic jiného než instrukce o tom, jak mají vypadat naše bílkoviny, tedy instrukce o jejich aminokyselinovém složení, a dále instrukce o tom, v jakém množství, kdy a kde se jednotlivé bílkoviny mají v těle tvořit. A jestli je genetická informace pojem abstraktní? Řekla bych, že ani ne.

Průměrná lidská buňka má 50 µm, přičemž buněčné jádro, v němž se ukrývá ona „tajemná“ genetická informace v podobě vlákna DNA, má průměrnou velikost 5 µm. Dodávám, že mikrometr je miliontina metru. Vlákno DNA je podobně jako bílkovina řetízkem, ovšem zatímco bílkovina je řetízkem aminokyselin, DNA je řetízkem tzv. nukleotidů. Nukleotidy jsou celkem čtyři, ale tyto čtyři nukleotidy jsou ve vláknu DNA uspořádány za sebou v nejrůznějších kombinacích. A právě různorodost kombinací nukleotidů je principem různorodosti genetické informace, protože řetízek aminokyselin v bílkovině je vyráběn podle řetízku nukleotidů v DNA. Tedy, řetízek nukleotidů v DNA slouží buňce jako předloha pro výrobu bílkovin, přičemž každé bílkovině na molekule DNA odpovídá pro ni určený gen. Gen je tedy na molekule DNA ohraničený úsek, který řazením svých nukleotidů odpovídá řazení aminokyselin v bílkovině. Pro úplnost ještě dodávám, že přepis z DNA do bílkoviny jde přes meziprodukt, tzv. RNA. Molekula RNA putuje z jádra do ribozomů, v nichž molekula RNA slouží jako předloha pro řazení jednotlivých aminokyselin do řetízku, a tedy výrobě bílkoviny.

A pokud vás napadla otázka, kde organismus sežene aminokyseliny pro stavbu bílkoviny, tak je to k pochopení celé věci velmi dobrá otázka. Organismus si některé aminokyseliny dokáže vyrobit sám, jiné musí získat potravou, a to právě bohatou na bílkoviny, které si organismus na aminokyseliny pak rozloží.

V DNA jsou geny pro tzv. strukturní bílkoviny (ty, které slouží jako konstrukční materiál při stavbě živé hmoty), dále geny pro bílkoviny s funkcí enzymů (ty, které jsou staviteli a udržovateli živé hmoty jako aktivní složka biochemických a jiných buněčných procesů) a geny pro bílkoviny s mnoha dalšími funkcemi, jako jsou např. hormony, buněčné receptory či protilátky.

Čím je daná genetická rozdílnost mezi jedinci? V základu je to jednoduché, je to právě různou kombinací nukleotidů v jednotlivých genech, která pak vede k různé kombinaci aminokyselin v bílkovině a tím odlišnému fungování či charakteru bílkoviny.

Dobře, a co je to chromozóm? DNA je vlákno velmi dlouhé a pokud ho natáhneme, má, alespoň u člověka, délku dvou metrů. A aby se tato dvoumetrová molekula pohodlně a přehledně vešla do jádra, je nakouskovaná na 46 částí, které jsou navíc stočeny do balíčků, a to jsou právě chromozómy.

A ještě jedna věc. Pokud se má buňka množit, tedy rozdělit na dvě nové buňky, musí se předtím namnožit i naše DNA. Tedy z jednoho vlákna jsou rázem vlákna dvě, a při dělení buňky jde jedno vlákno „vlevo“ a druhé „vpravo,“ tedy, každé jde do své nové buňky. Dělením jedné buňky tím vznikají dvě geneticky stejné buňky.

Tehdy Bůh řekl: „Ať země zplodí zeleň: byliny nesoucí semeno a různé druhy plodných stromů nesoucích ovoce, v němž je jejich semeno na zemi!“ – a stalo se. Země vydala zeleň: různé druhy bylin nesoucích semeno a různé druhy stromů nesoucích ovoce, v němž je jejich semeno. A Bůh viděl, že je to dobré. Byl večer a bylo ráno, den třetí.

Díky biochemickým procesům má živá hmota oproti té neživé jeden významný atribut, a to, že se dokáže sama rozmnožovat. A rozmnožují se nejen organismy, ale i buňky samotné. A rozmnožovat se umí buňky i ve zkumavce, pokud jim k tomu dáme vhodné podmínky, např. dobře výživné médium a teplo Petriho misky.

A navíc, buňky se rozmnožovat umí docela rychle, protože s každým buněčným dělením se jejich množství vždycky zdvojnásobí: z jedné mateřské buňky vzniknou dvě buňky dceřinné. A i když to tak na první pohled nevypadá, číslo dvě je zde závratné číslo.

Mimochodem, znáte legendu o vynálezci šachů velkovezírovi Sissovi ben Dahirovi? Ten prý daroval šachy indickému králi, jenž pro samý vděk vybídl velkovezíra, aby si za šachy určil odměnu. Velkovezír odpověděl, že by rád rýži. Král se zeptal, že kolik rýže by tedy velkovezír chtěl. Ten odpověděl, že by si za první políčko šachovnice přál jedno zrnko rýže, za druhé dvě zrnka rýže, za třetí čtyři zrnka, a tedy, za každé políčko dvojnásobné množství rýže, než bylo v políčku předcházejícím. Král byl velkovezírovou skromností překvapen, říkal si „přece trocha rýže“. Pravděpodobně ovšem nevěděl nic o exponenciálním růstu, tedy, že když je počet políček šachovnice 64, a na každém políčku se počet z předcházejícího políčka zdvojnásobí, bude počet zrníček ve výsledku (podle výpočtu 2 na 64) osmnáct 18,4 trilionů! A když si k tomu ještě vynásobíte 18,4 trilionů hmotností jednoho zrnka, což je zhruba 0,0206666 gramu, celkové množství rýže bude 381 miliard tun rýže, což odpovídá objemu 411 km³ a 554 rokům celosvětové produkce rýže. Hezky je tento výpočet vysvětlen v tomto článku. https://vtm.zive.cz/clanky/pohadka-o-vzniku-sachu-kolik-bylo-vlastne-te-ryze-na-poslednim-policku/sc-870-a-206414/default.aspx.

A jak je to s rýží, tak je to i s buněčným dělením. Buněčné dělení postupuje přesně takto rychle, samozřejmě za předpokladu, že je pro buňku v jejím okolí dostatek potravy. A tak, když si představíte jednu jedinou baktérii a vezmete v potaz, že průměrná baktérie se množí každou půl hodinu, tak v ideálním případě (tj. při dostatku potravy a prostoru) z té jedné baktérie během jednoho dne vzniká 281 bilionů baktérií a pokud si navíc toto číslo vynásobíte průměrnou velikostí baktérie, což je jeden mikrometr (1 miliontina metru a zdánlivě je to opravdu nic), zjistíte, proč baktérie jsou zcela běžně všude kolem nás. Třeba na našich dlaních. A že je tam nevidíte? To nevadí. Ony tam skutečně jsou, a je jich tam tolik, že byste se hodně divili.

Najít kámen mudrců, tedy něco, co by v podobě elixíru života člověku zajistilo jeho nesmrtelnost, bylo hlavní metou Velkého díla (Opus Magnum) starověkých a středověkých alchymistů. Hledání kamene mudrců bylo principiálně založeno na transformaci nižšího do vyššího a vycházelo z jakési pralátky, nazývané také semenem, chaosem, univerzální substancí. Dle učení Velkého díla je pralátka substancí, z níž kdysi svět povstal, ale také něco, z čehož může i teď vzniknout celá nekonečná řada dalších látek i organismů, a to právě skrze jejich postupnou transformaci (proměňováním jejich formy).

Přerod genetické informace do živého organismu asi nebude tím pravým kamenem mudrců, přesto ho skutečně v mnohém připomíná. I když, říkám si, co že by v tomto případě bylo tou onou tajemnou univerzální pralátkou? Že by DNA? Trochu mi to tak, jak za chvíli vysvětlím, připadá.

Každopádně, teď bych vám chtěla DNA představit tak, jak si ji téměř nikdo z vás nepředstaví ani v tom nejdivočejším snu. Tedy, jako vznášející se, i když trochu zmuchlanou, jemňoučkou a éterickou pavučinku, posetou desítkami malinkých bublinek vzduchu, kterou, když byste chtěli, naberete svými prsty. Takto znám DNA já.

Totiž, extrahovat DNA, a to pěkně postaru, tedy klasickou fenol-chloroformovou metodou, je pro mě jedna z těch nejkrásnějších věcí, kterou jsem za svůj život, a nejen svou kariéru v laboratoři, poznala. A škoda jen, že následující postup nemůžu poradit některému z těch středověkých alchymistů v jeho hledání kamene mudrců.

Postup extrakce DNA fenol-chloroformovou metodou je poměrně jednoduchý. Kdo chce, ať si postup zapisuje (to byl vtip).

1. Vezmete trošku vody, nasypete tam miniaturní špetku solí (nikoliv soli, ale opravdu solí), přidáte miniaturní kapičku enzymu Proteinázy K, což je enzym, který umí krásně natrávit bílkoviny.

2. Do takto připraveného roztoku dáte jednu čerstvě mrtvou mouchu domácí a mouchu pořádně rozmačkáte a celé to dáte na několik hodin do tepla.

3. Po pár hodinách v teple je z mouchy, té, co si donedávna zvesela létala po světě, vidět už jen průhledná a lehce nažloutlá tekutina, a možná v ní uvidíte tak akorát zbytky křídel. Tekutina vypadá nevinně, jako by v ní skoro nic nebylo.

4. K této tekutině přidáte fenol-chloroform. To je organická kapalina, která, protože se nedokáže sloučit s vodou a je těžší než voda, spadne dolů na dno zkumavky a vytvoří tak ohraničenou spodní vrstvu. A teď nastává kouzlo č.1 („předkouzlo“). Totiž, protože ten fenol-chloroform na sebe naváže všechny přítomné bílkoviny, tak vy, všechny ty bílkoviny, co ta moucha měla v sobě, za chvíli uvidíte jako tlustou, bílou a nevzhlednou vrstvu pokrývající právě tu vrstvu fenol-chloroformu. A tím přichází údiv č. 1. Jaký? Totiž, díváte se na tu nehezkou a na pohled mazlavou vrstvu a říkáte si, jak mohlo být něco takového schováno v té průhledné a lehce nažloutlé tekutině, kterou jste si před chvílí ve zkumavce prohlíželi.

5. Co se týče DNA, tak tu zatím nevidíte, ale vězte, že tam je. DNA je totiž zcela neviditelně ukrytá v té horní, vodné a naprosto čiré fázi. A teď právě nastává to pravé kouzlo!

6. Do zkumavky s tou čirou tekutinou, v níž má být DNA, přikápnete kapku octanu sodného, zalijete to alkoholem a ….. A máte ji tam! DNA se vám zčista jasna zjeví před očima, a to přesně tak, jak jsem popsala. Je krásná. Jestli chcete, přijďte, já vám ji i to kouzlo ukážu. Říká se tomu precipitace DNA.

V laboratořích umíme dělat s DNA kouzla jinde nevídaná. Umíme DNA vyrobit, a to tak, že seřadíme a spojíme nukleotidy do řetízku. DNA umíme také množit, a to velmi jednoduše a rychle. Vybereme si úsek genu či celý gen, který chceme namnožit, a během cca hodiny a půl máme z jedné molekuly několik miliard molekul. DNA umíme také stříhat, krátit, prodlužovat. A také, v molekule DNA umíme zpřeházet nukleotidy, třeba tak, že daný gen pak kóduje bílkovinu s jinými aminokyselinami a bílkovina se pak v organismu chová úplně jinak. Bílkoviny umíme vyrábět, a to i ve velkém, tzv. průmyslově. Jak si myslíte, že se vyrábí třeba inzulin? Insulin jako léčivo se až do osmdesátých let 20. století izoloval z hovězích nebo vepřových slinivek. Ale protože lidský inzulin se od těchto inzulinů ve své aminokyselinové skladbě liší, byť jen trošku, u citlivých pacientů aplikace těchto inzulinů přinášela vedlejší zdravotní problémy. A nejen z toho důvodu se dnes inzulin vyrábí pomocí baktérie Escherichia coli, do jejíhož genomu se vložil náš lidský inzulinový gen a takto modifikované baktérie pro nás náš lidský inzulin jednoduše vyrábí.

Krom toho, že po svém umíme pozměnit genetickou informaci a uplácat si podle toho i bílkoviny, umíme dokonce i pozměnit genetickou informaci přímo v živých tvorech (mutovat je a tvořit tak mutanty) a dokonce umíme i živé tvory klonovat (tím, že nějaké zvířecí mamince vezmeme vajíčko, vyprázdníme jeho obsah a do toho prázdného vajíčka přeneseme chromozómy z jiného tvora a vajíčko pak dáme té mamince zpátky do bříška).

Takže, umíme toho relativně hodně! Ovšem, to, abychom hmotě vdechli život či dokonce z hmoty de novo (jako z gruntu) vytvořili organismus, tak to fakt neumíme. Naštěstí! To, totiž naštěstí umí jen náš Stvořitel!

Cože říkáte? Že Stvořitel taky na Zemi začínal od píky? A to jako fakt? Jako úplně od píky? A to i přes to, že je všemocný?! Tak, to se přiznám, že jsem teď úplně zmatená. Něco jako čára přes rozpočet!

Haló, mudrcové, jste tady? Jak to bylo tedy s tím stvořením přesně?

Co bylo dříve, vejce nebo slepice? Tak samozřejmě, že vejce! A konkrétně to, které v období pozdní jury nakladl dinosaurus a zrodil se z něj první Archeopteryx. Otázka je to na první pohled chytrá, ale celkově je špatně ložená. Správná otázka na toto téma by totiž měla znít úplně jinak. A to, co bylo dřív, bílkovina nebo DNA?

Totiž, bílkoviny nemohou vzniknout bez existence DNA. A taky, bílkoviny nemohou vzniknout bez existence bílkovin. A do třetice, i samotná DNA se pro svou propagaci bez bílkovin neobejde. A vůbec, co vyrobilo na počátku energii, když k tomu nebyly bílkoviny? A když nebyla energie, jak mohly vzniknout bílkoviny? (mimochodem, to mi připomnělo….. nepíše se náhodou někde, že na počátku byl Chaos a že… jo, to je pro změnu zase z řecké mytologie).

Každopádně, toto všechno jsou přesně ty důvody, proč i Stvořitel musel začít od píky, a trvalo mu to stovky milionů let, než se mu podařilo sestrojit první kloudný, leč pouze jednobuněčný, organismus. Předtím totiž, než mohl vzniknout opravdový život, bylo nutné obstarat ty tři zmiňované pilíře života: bílkoviny, genetickou informaci a energii.

Slavný Ureyův-Millerův experiment z roku 1952 simuloval podmínky, které na Zemi panovaly zhruba před 4 miliardami let, tedy v období, do něhož se právě datuje vznik života. V experimentu byla použita voda, metan, amoniak a vodík. Tyto látky byly uzavřeny do aparatury s řadou skleněných trubiček a baněk a pomocí dvojice elektrod byly v té experimentální soustavě indukovány elektrické výboje. Výboje totiž simulovaly blesky v pradávné atmosféře a mohly pro vznik života posloužit jako prvotní zdroj životodárné energie. Vědcům v průběhu experimentu stačilo vskutku několik dní, aby zjistili, že 10–15 % uhlíku z použitých látek v aparatuře bylo přeměněno v organické sloučeniny. A mimo jiné vznikly aminokyseliny, a to rovnou všech těch 20 nejběžnějších životodárných, z nichž se tvoří bílkoviny. A také, vznikly cukry! A cukry, znáte to, jsou zdrojem chemické energie nejen pro nás, ale i náš život. A nukleotidy? Tak ty pánové Urey s Millerem v aparatuře bohužel nenašli, ale to nevadí, nukleotidy vznikly asi jinak. A vůbec, třeba to bylo celé jinak.

Ke vzniku života na Zemi totiž existuje řada teorií, jako třeba teorie primordiální polévky, nebo koacervátů nebo to, že první život na Zemi nebyl založen na DNA, ale na její jednodušší sestře RNA, která by v počátcích života mohla být, trochu formou 2v1, jak nositelkou genetické informace, tak i vykonávat enzymatické funkce. Podle jiné teorie život na Zemi přicestoval z vesmíru.

Třetí životodárný řetízek? Prvním řetízkem jsou bílkoviny, druhým nukleové kyseliny (DNA a RNA). Ale ten třetí řetízek? Asi se podivíte. Třetím řetízkem je totiž život sám. Je to totiž život, co dává život, a ze života se rodí život. Bez života by nebyl život, a to platí minimálně 4,2 miliardy let, co tento řetízek existuje. A pokud by se tento řetízek přetrhl, cesta k návratu života by byla nemožná či alespoň obtížná.

Dlouhé dekády se věřilo, že život vznikl v Archaiku (v prahorách) zhruba před 3,8 miliardami let. Ale jak překvapivě ukazují zcela čerstvé výzkumy (publikované v Nature Ecology & Evolution, zrovna teď v červenci 2024, https://doi.org/10.1038/s41559-024-02461-1), bylo to mnohem dříve. Tedy, patrně už v Hadaiku, a to zhruba před 4,2 miliardami let, tedy jen 400 milionů let poté, co vznikla Země samotná. Hadaikum, nejstarší období Země, bylo příhodně pojmenováno po řeckém bohu podsvětí, tedy Hádesovi. Totiž, Hadaikum bylo taky takové podsvětí, strašidelné místo. Všude jen metan, amoniak, kyselina chlorovodíková, oxid siřičitý, proudy lávy, UV záření, síra, těžké, husté mraky, žár a dopadající meteority. A překvapivě také život. A jak uvidíte dál, život už dost sofistikovaný.

Předpokládá se, že současný život na Zemi vznikl z jednoho společného předka, toho z Hadaika. Nasvědčuje tomu jednak analýza nukleových kyselin, tak i shodnost všech žijících organismů v tom nejdůležitějším parametru, a tím jsou ony tři pilíře života. Tedy, všechny organismy mají identický princip uplatnění genetické informace, stejnou klíčovou roli bílkovin a energii využívají ve formě ATP. Náš společný předek, který byl pojmenován LUCA (last universal common ancestor, tedy poslední univerzální společný předek) byl anaerobní jednobuněčný organismus a jeho život je datován právě na konec Hadaika. Podle zmiňované studie dokonce vypadá, že LUCA ve svém genomu kódoval až 2600 bílkovin a byl tak relativně velmi podobný dnešním jednobuněčným organismům. A to je opravdu hodně velké překvapení! A já jsem opravdu velmi ráda, že jsem tuto čerstvě publikovanou informaci mohla díky psaní svého článku zachytit.

Tedy, po vzniku Země se LUCA objevil už tak záhy. Ovšem, neznamená to, že by společně se vznikem LUCY život na Zemi začal najednou bujet a vykvétat do roztodivných forem. Nic takového. Po několik dalších miliard let byl život patrně stále jen ve formě jednobuněčných organismů, tj. baktérií a sinic. K pravému rozkvětu života mohlo dojít až mnohem později, a to hlavně díky okysličení atmosféry v průběhu starších starohor (paleoproterozoikum, před 2,5 miliardami let) a postupnému přechodu organismů na aerobní (kyslíkatý) metabolismus, který organismům umožnil produkovat energii snadněji, a tím v mnohem větší množství.

Totiž, až díky snadnější výrobě energie si mohly organismy svůj život konečně začít opravdu užívat, tedy, žít si nad poměry, a to doslova pěkně „po pansku“. Už jim nestačilo mít jen jednu buňku, naopak, pohodlí mnohobuněčného života se jim stalo samozřejmostí.

Při vzniku mnohobuněčných organismů však vyvstala poměrně důležitá otázka, tedy jak smysluplně mnohobuněčný organismus vytvořit, a ne jenom přitom splácat několik buněk dohromady. Přece, ne každá živá hmota je organismem. A protože konstrukce mnohobuněčného života si vyžádala racionální plánování, se vznikem mnohobuněčných organismů se pojí i vznik tzv. tělních plánů. Tělní plán je systém, podle něhož se mnohobuněčný organismus formuje do předem definované podoby, přičemž se ustanovuje v průběhu embryonálního vývoje, a to díky tzv. Hox genům, které vývoj jedince podle tohoto předepsaného tělního plánu řídí.

Tělní plány definují charakteristické rysy morfologie a anatomie, které jsou typické pro určitou skupinu organismů a zohledňují aspekty, jako je symetrie těla, typ a uspořádání tělních dutin, počet a typ segmentů, přítomnost a uspořádání končetin a další klíčové anatomické rysy. V rámci evoluční biologie jsou tělní plány klíčovým konceptem, který nám pomáhá chápat složitost a rozmanitost života na Zemi. Studování tělních plánů nám poskytuje vhled do toho, jak se organismy vyvíjely a diverzifikovaly, a pomáhá nám pochopit evoluční vztahy mezi různými skupinami organismů.

Ačkoliv první mnohobuněčné organismy vznikly už dříve, hlavní rozvoj mnohobuněčného života nastal až v kambriu (označováno jako kambrická exploze před cca 550 miliony lety), kdy se objevila i většina moderních živočišných kmenů a s tím došlo i na vývoj hlavních tělních plánů, které, budete se divit, známe dodnes. Tělní plány, ač u různých skupin byly modifikovány a adaptovány ke specifickým podmínkám, jsou vlastně často variací na jedno téma. Proč? Protože Hox geny, které tělní plány řídí, původně vznikly z jednoho Hox genu, a to v našem mnohobuněčném předku, který žil před více než 550 miliony let. A tak, přesto, že pozdější evoluce Hox geny rozrůznila, tím, jak se evolučně rozrůzňovaly jednotlivé skupiny organismů, jsme si všichni napříč živočišnou říší v mnohém tolik podobní. A tak, i v tomto ohledu je život řetízkem, či přesněji, je mnoha podobnými řetízky. A všechny z těch řetízků začínají v jednom bodě.

S rozvojem mnohobuněčných organismů šel celkový vývoj života už ráz na ráz: rozvoj bezobratlých (cca před 550 miliony lety), první ryby (cca před 530 - 450 miliony lety), z ryb se vyvinuli první obojživelníci (před cca 360 miliony lety), z obojživelníků se vyvinuli první plazi (před cca 315 miliony lety). První savci se vyvinuli z plazů, a to před cca 220 miliony lety a jako poslední v řadě se vyvinuli první z ptáků (před 150 miliony lety), a to z dinosaurů.

Mnozí lidé se myslí, že vajíčko s kuřátkem, které je těsně před vylíhnutím, musí být váhově mnohem těžší než vajíčko, které slepička čerstvě snese. Říkají si, že kuřátko má přeci kosti, křídla, zobák, krev, tedy, přeci všechno, co má mít každé správné kuře.

„Ovšem, na druhou stranu,“ někdo si řekne, „je tady něco hodně podezřelého!“

Přece, jak by vajíčko s kuřetem mohlo být těžší než vajíčko bez kuřete, když to kuře už tam muselo být schované hned od začátku?! Protože přeci, jak by se tam jinak dostalo. Že jo, přeci?!

Tehdy, když na mě kuřátko z toho rozklepnutého vajíčka vykouklo, byla jsem překvapená. Ovšem ne z toho kuřete, ale z toho, že jsem si celou hloubku té věci nikdy předtím neuvědomila. Všechny zásadní molekulární a biochemické aspekty jsem přitom znala už dávno, jen mě nikdy nenapadlo si vše spojit dohromady a teprve tím věc pochopit.

-----------------

Na samém počátku je slepičí vajíčko, stejně jako jiné vajíčko, jednou jedinou buňkou. Buňka leží na povrchu žloutku a po oplození se začne rychle množit. Během prvních 24 hodin, než je vajíčko sneseno, je embryo tvořeno již asi 40 tisíci buňkami, které formují tzv. zárodečného terčík, malinkatý „flíček“ na povrchu žloutku. Později se začne embryo diferencovat v zárodky jednotlivých částí těla a orgánů. A je to právě vlivem působení Hox genů, jejichž bílkoviny vývoj embrya řídí podle předem definovaného tělního plánu. Tedy, v určitých částech vyvíjejícího se embrya Hox bílkoviny dávají pokyn k aktivitě určitých genů (a vzniku jejich bílkovin) a aktivitu jiných genů zase potlačují (a jejich bílkoviny tak nevznikají). Žloutek, a částečně i bílek, poskytuje vyvíjejícímu se organismu stavební kameny k jeho výstavbě (zejména se jedná o aminokyseliny). Spalováním živin, a to především tuků, které jsou ukryté ve žloutku, se vyrábí ATP, které všechny procesy pohání. Buňky se vesele množí, jiné však také zanikají. A zanikají proto, aby se vytvořila určitá tělní struktura či se udělal prostor buňkám s jinou specializací. Buňky se totiž diferencují a získávají tak specifické funkce. Vývojem vzniká jedinec tvořený několika miliardami buněk, přičemž každá z těchto buněk je svému organismu oddaná doslova na život a na smrt.

A protože život se zrodil ve vodě a vodu je třeba dopřát i vyvíjejícímu se zárodku, je ve vajíčku bílek, který je z 90 % tvořen právě vodou, a je tak vaječné buňce ochranou proti jejímu vyschnutí. Totiž, bílek ve vajíčku se vyvinul jako evoluční adaptace plazů (a s nimi i ptáků) k jejich plnému přechodu na souš, a to oproti vývojově starším obojživelníkům, kteří sice žijí na souši, ale vajíčka umí klást stále jen do vody. Celý vývoj kuřete trvá přibližně 21 dní, během nichž jedna jediná buňka dá vzniku dokonalému organismu. Ne nadarmo je vývoj jedince v ptačím vajíčku považován za největší přírodní zázrak.

Později, onoho nevšedního jara, když jsem jednou přišla ke své ptačí voliéře, nebylo tam ani ptačí radosti ani smutku ani ptačí zloby či lásky. Nebylo tam nic, jen ticho. Tělíčka ptáků ležela v tom zvláštním tichu nehybně na zemi. V noci se totiž dovnitř pletivem prokousala kuna a všechny ptáky, jen tak pro radost, pozabíjela. Jen jednoho, rýžovníka, si s sebou odnesla. Nikdy jsem už svou voliéru neobnovila.

Inu, co k tomu dodat? Ačkoliv je život tolik sofistikovaný a vlastně i robustní, hranice mezi ním a smrtí je až prapodivně tenká.

Není dne, kdy bych našemu Stvořiteli za zázrak života nepoděkovala. Je totiž krásné ten zázrak žít, i když to někdy bolí.

V příštím díle mého seriálu spolu půjdeme na exkurzi, a to přímo do nitra buňky. A nejenže vše budete moci vidět na vlastní oči, a dokonce si i osahat molekulu DNA a její chromozómy, průvodkyní nám bude někdo, kdo je opravdu z těch nejpovolanějších. Věřím, že to pro vás bude opravdový zážitek. Tak nezapomeňte - „Podáno pro laiky: Vzhůru do nitra genetické informace“. Už brzy! Tady.

Budu se na vás těšit.

Autorka článku, RNDr. Radmila Čapková Frydrychová, PhD. je vědeckou pracovnicí Akademie věd ČR a rovněž vysokoškolskou pedagožkou. Vystudovala obory molekulární genetika, buněčná biologie a genové inženýrství. Spolu se svým týmem se zabývá výzkumem mechanismů stárnutí, výzkumem telomer a genotoxikologií. Kontakt: radmila.frydrychova@seznam.cz

Všechny články autorky jsou dostupné na jejím autorském profilu.