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 Johna Archibalda 1+1=1. Rovnice života a symbiotická ®evoluce zve čtenáře – neodborníky na fascinující cestu stoletím biotechnologií.
Povoláním kanadského vědce Johna Archibalda je odkrývat tajemství buněk, tajemství života. Činí tak z první linie světového odborníka, je v neustálém kontaktu s tím, co v současnosti o buňkách víme. Jeho kniha 1+1=1. Rovnice života a symbiotická ®evoluce vypráví jeden z nejdůležitějších detektivních příběhů vědy, o němž naprostá většina lidí nikdy nic neslyšela. Je určena všem čtenářům, kterým není lhostejná povaha světa, jehož jsou součástí – a to, skrze své buňky, již čtyři miliardy let. V překladu a s doslovem Josefa Lhotského vydává nakladatelství Vyšehrad v edici Spektrum.
„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…
Je přirozené hledět na biotechnologie 21. století se směsicí údivu a strachu. Biotechnologie nicméně nejsou až tak nepřirozené, jak bychom si mohli myslet. Všechny živé bytosti využívají k udržení a replikaci svého genetického materiálu tytéž základní molekulární procesy. Vše živé si je na úrovni DNA podobné.
A právě v tom je úžasné kouzlo: evoluce si s molekulárními kostičkami života hrála jako nezbedný stavitel už od samého počátku, tvoříc stále nové a nové organismy s novými biochemickými vlastnostmi. Hrála – a hraje si dosud. Důkazy jsou všude kolem nás. Ve skutečnosti jsme my sami takovým důkazem.
Molekulární biologie nám dovolila ohlédnout se zpět, do více než tři miliardy let vzdálených počátků buněčného života. S její pomocí jsme odhalili, jak z jednoduchých předchůdců dokázaly vzniknout komplexní formy života. Kniha Kanaďana Johna Archibalda vypráví příběh o tom, jak jsme si začali uvědomovat, že naše buňky jsou přirozenými chimérami; stejně jako o tom, jaký význam to pro nás mělo jako pro živé bytosti.
John Archibald: 1+1=1. Rovnice života a symbiotická ®evoluce
Kniha 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.
Z anglického originálu One Plus One Equals One. Symbiosis and the evolution of complex life, vydaného nakladatelstvím Oxford University Press roku 2016, přeložil a doslov napsal Josef Lhotský
Rejstřík připravil Dan Török
Odpovědný redaktor Martin Žemla
stran 240
Cena: 318,- Kč
O autorech:
Prof. 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.
RNDr. Josef Lhotský, Ph.D., vystudoval teoretickou a evoluční biologii
na Přírodovědecké fakultě UK v Praze, kde se zabýval fenoménem symbiózy v evoluci, teorií symbiogeneze a dějinami evolučního myšlení. Během let 2010-15 pravidelně přednášel na PřF UK v Praze, FSS MU v Brně a FF UP v Olomouci. Jako lektor, metodik, odborný garant a porotce se účastnil řady celonárodních vzdělávacích projektů Střediska společných činností AV ČR. V letech 2014-15 byl členem redakční rady časopisu Vesmír. Příležitostně překládá zajímavé knihy
o evoluci.
Autorova poznámka k českému překladu:
Je pro mě velkým potěšením, že tato kniha vychází v češtině. Semínka symbiotického myšlení byla v Evropě zaseta dávno předtím, než kdo kdy slyšel
o sekvenování DNA či zázracích dnešní mikroskopie. Těchto pár vět bych rád věnoval památce evropských průkopníků symbiózy, žijících v devatenáctém
a na počátku dvacátého století. Zvláštní díky bych ale chtěl vyjádřit také svým českým kolegům, s nimiž mě v uplynulých letech spojila práce i přátelství.
S radostí musím vyzdvihnout sílu nastupující generace českých vědců pracujících v našem oboru – vždyť i v této knize zdůrazňuji nové, vzrušující objevy biologů
z Karlovy univerzity v Praze!
Velmi bych si přál, aby si překlad této knihy našel svou cestu k srdcím českých čtenářů, těch starších stejně jako těch mladých. Tímto též děkuji Josefu Lhotskému za to, že knihu přeložil.
John Archibald, březen 2017
Ukázka:
Kapitola 1
Život, jak ho neznáme
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 fotosyntetická 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.
Foto: Nakladatelství Vyšehrad
