Na první pohled by se mohlo zdát, že je evoluce mocný nástroj, který zajišťuje nejefektivnější možné řešení naší fyziologoie. Přesto v našich tělech ponechala řadu chyb a nedokonalostí, které by se daly vyřešit lépe.
1. Ptáci jsou na tom lépe
Omyl: Nedokonalé dýchání
Jak se projevuje: Nízkou efektivitou
Co by nám pomohlo: Ptačí plíce
V roce 1978 dosáhl první horolezec vrcholu Mount Everestu bez kyslíkové láhve. Lidské tím plíce prokázaly, že stačí na obdivuhodný výkon. Nicméně v porovnání s plícemi supa bělohlavého jsou hotovými outsidery. Ten je totiž od roku 1975 držitelem rekordu v nejvyšším dosaženém bodu za pomoci vlastních sil. Samozřejmě se počítají jen ty zdokumentované a v tomto případě je jeho přítomnost tak vysoko nad povrchem Země neoddiskutovatelná. Je totiž zanesena jako příčina poruchy motoru dopravního letounu, který supa nasál ve výšce 11 264 metrů.
Ptáci se do takových výšek mohou dostat právě díky fungování svých plic. Na rozdíl od savců mají totiž výměník plynů čistě průchozí. V důsledku toho se mohou vyvarovat naší relativně nízké efektivity, kdy se okysličený vzduch z vnějšího prostředí jen málokdy dostane až do nejhlubších částí plic (častěji je vytlačen zpět vydechovaným vzduchem). „U lidí vzduch končí v plicních sklípcích, odkud se vrací zpět stejnou cestou,“ říká fyziolog William Reece z Iowské státní univerzity v USA. „Ptáci namísto plicních sklípků mají plicní píšťaly, které ústí do vzdušných vaků. Vydechovaný a vdechovaný vzduch se v plicích nemísí.“ Savci musí mít na hromadění a „otáčení“ vzduchu poměrně prostorné plicní sklípky. V důsledku toho je styčná plocha mezi plicní tkání, protkanou vlásečnicemi a vzduchem menší než u kanálků ptáků, kteří mají „konečnou stanici“ až za plícemi v podobě vzdušných vaků.
„Pokud by lidé dýchali podobně jako ptáci, byli bychom rychlejší vytrvalejší a silnější,“ tvrdí Reece.
2. Továrna na mutace
Omyl: Nepřesná práce enzymů při kopírování DNA
Jak se projevuje: Dědičnými poruchami
Co by nám pomohlo: Přesné enzymy
DNA je naším nejcennějším vlastnictvím. Představuje plány na výstavbu celého světa a každá odchylka může mít vážné následky. Dalo by se tedy čekat, že při práci s takto vzácnou surovinou se budou příslušné enzymy chovat patřičně opatrně a k přepisům a kopírování bude docházet s maximální přesností. Občas to tak dokonce i probíhá. Nicméně ve většině případů je skutečností opak.
„Ze 14 DNA polymeráz (enzymů kopírujících DNA) jsou pouze 4 vysoce přesné a dopouštějí se pouze jedné chyby na milion písmen genetického kódu,“ říká Alan Lehmann ze Sussexské univerzity. „Ostatní si s tím příliš hlavu nelámou a dokáží vyrobit chybu každých sto písmen.“
Proč však máme nepřesné polymerázy, když příroda evidentně umí vyrobit přesné?
Chyby v řetězcích většinou znamenají, že celá molekula změní tvar a přesné enzymy už na ni „nepasují“. Celé kopírování DNA se tak úplně zastaví. Situaci pak musejí zachraňovat „tolerantní“ polymerázy, kterým podobná překážka v cestě příliš nevadí. Nevýhodou je, že samy vyrábějí mnoho „zmetků“ i z nepoškozených řetězců.
Ty však pro organismus přinášejí i značnou výhodu, zejména imunitní systém se díky tomu může učit vyrábět nové protilátky proti stále se vyvíjejícím patogenům. Přestože většina mutací je naprosto neškodná, občas se nedbalost polymeráz podepíše na vzniku zhoubného bujení. Genetici se proto snaží najít způsob, jak tyto enzymy omezit a dát větší prostor přesnému přepisování, aby snížili riziko vzniku rakoviny.
3. Krátká záruční lhůta lidských těl
Omyl: Nastavení buněčného metabolismu na rychlou práci bez oprav
Jak se projevuje: Rychlým stárnutím
Co by nám pomohlo: Více energie věnované na opravy DNA
Přestože nám pohodlné trávení času ve vyspělé civilizaci zaručuje delší životy, naše těla zůstávají bez pomoci moderní medicíny zdravá jen krátkou dobu. Po dosažení dvaceti let začínáme stárnout. Co je příčinou takto krátké trvanlivosti?
Může za to systém fungování evoluce. Geny, které opravují chyby na naší DNA v pozdějším věku, svému nositeli nijak nepřidají na schopnosti rozmnožovat se, tedy předat svoji genetickou výbavu dalším generacím. Studie z poslední doby napovídají, že relativně delší věk žen oproti mužům je dán jejich rolí při výchově vnoučat v pozdějším věku. Jejich „dlouhověké“ geny mají tedy větší vliv na přežívání jejich nových nositelů než u mužů. Ti naopak potřebují rychlý růst a produkci pohlavních buněk, aby se v mládí prosadili jako zdatní otcové. A to se zdá být v přímém rozporu s „opatrným režimem“ založeným na pečlivé kontrole řetězců DNA. „Statistiky z výzkumů prováděných na červech jsou neúprosné,“ říká Lehmann. „Čím delší dobu jedinec přežíval, tím méně v mládí produkoval pohlavních buněk.“ Přesto tomu tak není u všech živočišných druhů. Například plazi a některé druhy ryb se dožívají velmi vysokého věku, stárnou jen velmi pomalu a dokáží přivádět na svět mláďata ještě za požehnaného stáří.
Evoluce nás tedy někde zradila. Mohla nám propůjčit pomalý metabolismus a dlouholetou plodnost, na jejímž základě by byly dlouhověké geny upřednostňovány, ale raději se zachovala přesně opačně. Obdařila nás rychlým metabolismem a opečovávanými mláďaty, která mají velkou šanci na přežití, a vykoupila to časným stárnutím.
4. Nepřehledný guláš v genetických plánech
Omyl: Systém duplikace a míšení genů spojený s výskytem chyb
Jak se projevuje: Dědičnými poruchami
Co by nám pomohlo: Množení klonováním
Představte si, že napíšete plán výroby pro něco tak složitého, jako je lidské tělo. Pak přijde někdo a ten plán vám rozseká na kousky a namíchá ho s jiným plánem. Velké části původního návodu se ztratí a nahradí je úplně něco jiného. A pořád to musí fungovat. Přesně tohle se děje s lidskými geny. Aby mohl vzniknout nový jedinec, celý soubor našich genů (které máme ve dvou sadách) se rozdělí na dvě poloviny a každá polovina se pak spojí s polovinou jiného člověka.
Generaci po generaci nám tento systém přináší genetické poruchy a zbavuje nás odolnosti vůči chorobám. Na první pohled to může vypadat jako naprosto nesmyslný systém. Na druhou stranu je ovšem pravda, že geny ve dvou kopiích poskytují více prostoru pro vznik nových mutací, které nám mohou být nějakým způsobem užitečné, a výměna genetického materiálu znesnadňuje parazitům hromadné likvidace celých populací.
Problém je, že se proces zdvojování a následného přerozdělování genů neobejde bez chyb. Naše cenné plány sice máme přehledně uspořádané do chromozomů, takže k jejich špatnému spárování dochází jen zřídka, přesto ani tak to bez omylů nejde. Chybějící geny pak často mívají i fatální následky. Přebývající kopie však mohou být i cenným nástrojem evoluce. Jedinec bez problémů přežívá díky nedotčené „záloze“ a i zcela pozměněné geny může předávat dál. „Duplikace se v porovnání s ostatními savci u primátů vyskytují velmi často, přičemž nejvíce bychom jich nalezli u lidí a šimpanzů. A mnoho z těchto genů se vyvíjí velmi rychle,“ je uvedeno v článku čaopisu Nature Reviews Genetics číslo 7/2007.
5. Nedokonalý zrak
Omyl: Inervace a prokrvení sítnice z vnitřní strany
Jak se projevuje: Slepou skvrnou v oku, která nevnímá světlo
Co by nám pomohlo: Ptačí anatomie oka
Odpůrci evoluční teorie rádi argumentují okem. Něco tak složitého a dokonalého se podle nich nemohlo vyvinou jen tak samo časem, musel je tedy někdo vytvořit (tzv. inteligentní designer). Nicméně právě savčí oko obsahuje důkaz, že vzniklo postupným vývojem a že k dokonalosti má daleko. Obsahuje totiž slepou skvrnu – místo na sítnici, kde chybí světločivné buňky, a které tedy nemůže sloužit k vidění.
Jak k takovému pochybení mohlo dojít? Sítnice je poseta množstvím světločivných buněk, které svou reakcí na světlo zprostředkovávají zrakové vjemy. Mezi nimi se proplétají nervy a vlásečnice. A právě nervy a vlásečnice musejí ze sítnice také někudy odcházet. Děje se tak právě v místě slepé skvrny, kde sbíhající se nervy a cévy zabírají místo světločivným buňkám. Zvláštní je, že například hlavonožci si s problémem poradili lépe. Jejich oči žádnou skvrnu nemají, protože jejich světločivné buňky jsou zásobovány přímo z vnější strany.
Proč to tak nedopadlo i u savců? U současných obratlovců se oko vyvinulo z vychlípeniny rozvíjejícího se mozku. Buňky, ze kterých se mohly vyvinout tyčinky a čípky, zůstaly na vnitřní straně sítnice. „Jakmile se vývoj dostal do této fáze, už to prakticky nešlo vrátit,“ říká oční specialista Michael Land ze Sussexské univerzity. „Je to prostě chyba ve vývoji.“ Evoluce se však snaží všemožně svůj omyl napravit. Lidské oko je vybaveno také prohloubeninou ve žluté skvrně, ve které jsou světločivné buňky nahloučeny velmi hustě u sebe a umožňují tak ostré vidění. „Hlavonožci nic takového nemají, naše oči jsou prostě lepší,“ tvrdí Land. Naše oko přesto není tím nejdokonalejším kouskem svého druhu na Zemi. Předčili nás ptáci, kteří většinu cév ze sítnice přesunuli do zvláštního podpůrného orgánu. Slepou skvrnu proto nemají a navíc si mohou dovolit větší hustotu zrakových buněk. Z tohoto důvodu mají nejlepší zrak ze všech pozemských živočichů.
6. Hazard s důležitými plány
Omyl: Uložení důležité DNA v mitochondriích
Jak se projevuje: Degenerativními chorobami (cukrovka, Alzheimer)
Co by nám pomohlo: Přesun DNA z mitochondrií do jádra
Představme si, že by jediná existující kopie plánů na efektivní výrobu energie byla uložena v těsné blízkosti spalovací pece tepelné elektrárny. Riziko jejich zničení a ztráty možnosti spustit novou výrobu by bylo považováno za učiněný hazard. Nicméně pro naše tělo ani takový nesmysl není tabu.
Lidské buňky obsahují organely (buněčné součástky), ve kterých probíhá spalování cukrů za vzniku energie a jako vedlejší nežádoucí produkt se uvolňují nebezpečné volné radikály. Jedná se o agresivní látky poškozující většinu organických molekul. Mitochondrie vlastně funguje jako nezabezpečený jaderný reaktor. A tento reaktor pracuje podle přesných instrukcí zapsaných v DNA (geny pro 13 důležitých mitochondriálních bílkovin), jež je uložena přímo na místě výroby. Je tedy vystavena neustálým útokům volných radikálů a její opotřebení bývá příčinou rozvoje degenerativních chorob, jako jsou cukrovka nebo Alzheimerova choroba.
Velmi riziková situace má své kořeny v původu mitochondrií. Ty původně existovaly jako samostatné bakterie, jež se před dvěma miliardami let usídlily ve větších buňkách a začaly s nimi spolupracovat. Velký hostitel obstarával cukry, malé mitochondrie z nich vyráběly energii.
Většina původně mitochondriálních genů už se přestěhovala do jádra, ale ty důležité stále zůstávají na místě. „Ve světě už existují výzkumy, které se snaží i těch zbývajících 13 statečných genů dostat do bezpečí jádra,“ říká Land. „Není to však nijak jednoduché. Jejich činnost je velmi důležitá a mitochondrie je potřebují mít přímo na místě výroby. Molekulární biologové se proto snaží vyvinout RNA poslíčka, který by dovážel plány z jádra přímo do buněčných elektráren.“
7. Nepovedený nejdůležitější enzym na Zemi
Omyl: Nepřesná a pomalá práce enzymu zajišťujícího fotosyntézu
Jak se projevuje: Nízkou efektivitou
Co by nám pomohlo: Přesnější a rychlejší enzym
Říkat o nejrozšířenějším a nejdůležitějším enzymu na naší planetě, že je jedním z největších omylů evoluce, se může zdát jako krajně troufalé tvrzení. Nicméně vypadá to tak. Jedná se o bílkovinu RuBisCo, která zařizuje začleňování uhlíku ze vzdušného oxidu uhličitého do cukerných řetězců. Umožňuje tedy fotosyntézu a vznik organických látek.
Tento enzym je ovšem neuvěřitelně pomalý a navíc i dost nepřesný. Zatímco jiné enzymy dokáží katalyzovat reakce řádově pro desetitisíce molekul za sekundu, RuBisCo za stejnou dobu „dotlačí“ molekuly tři. K tomu si občas oxid uhličitý splete s kyslíkem, což vyvolá sérii rekcí znamenajících značnou ztrátu energie i stavebního uhlíku.
Fotosyntetický enzym omlouvá skutečnost, že se vyvinul v dobách, kdy se na Zemi kyslík vyskytoval v mnohem menší koncentraci než dnes, a tak pomýlení nepřicházela příliš často v úvahu. „Některé fyzikální parametry kyslíku a oxidu uhličitého jsou velmi podobné,“ obhajuje RuBisCo rostlinný fyziolog Howard Griffitths z britské Cambridgské univerzity. „Jakýkoli enzym může mít s jejich přesným rozpoznáním potíže. U některých rostlin to RuBisCo vyřešil tak, že pootáčí molekulou, se kterou má oxid reagovat. Notně to však zpomaluje celou reakci. I přesto je tento způsob efektivnější než fotosyntéza bez pootáčení molekulou, která probíhá ve většině rostlinných druzích.“
