Schatz_prebal_Schatz_prebal 26.9.2014 13:14 Stránka 1
Dnes už nám svět nevysvětlují osobnosti formované filozofií a literaturou, nýbrž přírodovědci vyškolení vzorci a bádáním v laboratořích. Jedním z těchto moderních myslitelů je i světoznámý biochemik Gottfried Schatz, autor dvacítky esejů, které nyní vycházejí poprvé v češtině. Profesor Schatz vybízí čtenáře k objevitelským cestám až na nejzazší hranice vědy. Ve svých úvahách se zabývá existenciálními otázkami typu „Odkud přicházíme?“ a „Vidíme svět každý jinak?“, stejně jako vysvětlováním původu železa ve vesmíru nebo záhadou magnetických krystalů, kterým vděčí pstruh duhový
Gottfried Schatz
Profesor Gottfried Schatz (1936) je mezinárodně uznávaný rakouský biochemik. Po studiích ve Štýrském Hradci pracoval na univerzitách ve Vídni, v USA a nejdéle v Biocentru Basilejské univerzity. Zaměřil se na výzkum mitochondrií. V roce 1963 se podílel na objevu mitochondriální DNA, za nějž byl třikrát navržen na Nobelovu cenu. Je autorem více než dvou set vědeckých publikací a několika úspěšných esejistických knih, ve kterých citlivě projevuje svou fascinaci životem a uměním.
Za hranicemi genů
Gottfried Schatz
Za hranicemi genů Eseje o našem bytí, o našem světě, o našich snech
za to, že je schopen vnímat magnetické pole Země. V německy mluvících zemích se kniha stala bestsellerem, v nakladatelství Verlag Neue Zürcher Zeitung se dočkala již pěti vydání. Byla přeložena také do angličtiny, francouzštiny a řečtiny.
„Naše společnost pojímá umění a přírodní vědy jako dva oddělené, ba dokonce protichůdné světy. Umění je považováno za intuitivní, přírodní vědy za objektivní, umění hledá ve všeobecném individuální, přírodní vědy v individuálním všeobecné. Od přírodních věd očekáváme pravdu, která nám ukazuje lež. Ani my vědci nejsme na tomto náhledu bez viny. I když třeba máme srdce umělce, ukrýváme je za těžkopádné psaní a řeč, za suchopárné tabulky a grafy. A když už jednou mluvíme v obrazech, máme snahu v těchto obrazech nic nevynechat a také nic nepřehánět, abychom si uchovali věrohodnost. Při popisu komplexních systémů nás tento čestný kodex stále více brzdí. Výměna látek v živých buňkách, zemské ovzduší a konečně celé galaxie nám poskytují tolik informací, že už je obvyklým způsobem nedokážeme reprodukovat.“ Z eseje Portrét jedné bílkoviny
MASARYKOVA UNIVERZITA
Schatz_Sestava 1 24.9.2014 9:49 Stránka 4
Vydavatel děkuje nakladatelství Verlag Neue Zürcher Zeitung za poskytnutí grafického návrhu obálky pro české vydání.
© 2012 Gottfried Schatz © 2014 Překlad: Bohumila Ruth Finkelová, Alena Gremingerová © 2014 Masarykova univerzita Fota na obálce: Jelly fish © Chee-Onn Leong, Fotolia.com Sunrise behind the earth © Huebi, Fotolia.com ISBN 978-80-210-6985-5
Schatz_zacatek_Sestava 1 24.9.2014 9:48 Stránka 111
111
ZA
H RANICEM I GENŮ
Kdo jsem? Určují moje geny neúprosně, kým jsem – nebo kým bych mohl být? Jsem jedinečný, nebo jsem jedním ze šesti miliard identických biochemických strojů? Na tyto otázky mi v první polovině života mohlo dát odpověď jen umění. Filozofie a věda mě nechaly na holičkách, protože se tehdy ještě nevědělo, nebo nepřipouštělo, že klíč k pochopení živých bytostí spočívá v jejich chemickém složení. Toto poznání nám v druhé polovině mého života přinesla fyzika a biologie, které se po dlouhodobém vyhnanství staly opět pilíři filozofie. Odhalily nesmírnou složitost živé hmoty, společný původ všeho života na Zemi a jedinečnost každého z nás. Jednou nám snad dají poznat, že jsme i něco víc, než jen naprogramované biochemické stroje. Kdyby se jim to podařilo, zbavily by nás jedné z nejpalčivějších filozofických urážek. Tato urážka je nechtěným důsledkem vědeckého nazírání na svět a nebyla nikdy přesvědčivě vyvrácena. Naopak, objev genů a způsobu jejich fungování, jakož i objasnění chemické struktury celého genetického materiálu člověka (lidského genomu) utvrdily představu o tom, že zděděné geny neúprosně určují naše jednání a náš osud. Nemohlo by však bohatství informací v našem genomu popřít tyranii genů? Živé buňky jsou nejsložitější hmotou, kterou známe. Protože složitost objektu je mírou pro množství informací potřebných k jeho popisu,
Schatz_zacatek_Sestava 1 24.9.2014 9:48 Stránka 112
112
ZA
HRANI CE MI GE NŮ
znamená to, že živá buňka obsahuje mnohem větší dávku informací než například kámen. Tato dávka je uložena chemickými písmeny ve vláknitých obřích molekulách DNA v genomu každé buňky. Genom nejjednodušší nám známé bakterie Carsonella ruddii obsahuje 159 662 písmen, která popisují 213 genů. Protože většina těchto genů tvoří stavební plán určité bílkoviny, může Carsonella ruddii vytvořit 182 různých bílkovin. Tento počet zdaleka nestačí k tomu, aby bakterie mohla vést samostatný život, takže může existovat jen jako parazit ve hmyzu. Oněch 182 bílkovin stačí sotva k přežití, takže žádná z nich nesmí chybět. Všechny buňky v kolonii Carsonella jsou proto v podstatě identické, až na vzácné mutace. Náš genom je uložen v jádru každé buňky a obsahuje 3,2 miliard písmen. Přestože je skoro dvacetitisíckrát větší než genom Carsonella ruddii, má jen zhruba 130krát více genů (asi 27 000). A to proto, že více než 95 procent našeho genomu neobsahuje žádné pro nás rozpoznatelné geny. Skoro každý gen našich tělních buněk má jednu mateřskou a jednu otcovskou variantu, a mohou proto teoreticky vytvářet více než padesát tisíc různých bílkovin. Ve skutečnosti je tento počet ještě podstatně větší, neboť naše buňky umí číst geny různým způsobem: začínají číst na různých místech, mohou číst jen jednotlivé části nebo dodatečně měnit přečtenou informaci. Proto jsou schopny vykouzlit z jednoho genu až třicet tisíc různých bílkovin. Navíc mohou nově vytvořené bílkoviny dále pozměnit tím, že k nim připojí nebo od nich odpojí chemické skupiny. Vzhledem k tomu, že většinu těchto změn nemůžeme ze struktury našeho genomu jednoznačně přečíst, nevíme, kolik různých bílkovin naše tělo dokáže vytvořit. Jejich pravděpodobný počet je více než sto tisíc. Bohatství naší genetické vý-
Schatz_zacatek_Sestava 1 24.9.2014 9:48 Stránka 113
ZA
HRANICEMI GENŮ
bavy spočívá tedy nejen v jejím objemu, ale také v tom, jak mistrně s ní umíme zacházet. Bakterie svůj genom čtou, člověk svůj genom umí interpretovat. Jsme jako hudebníci ze 17. a 18. století, kteří dovedli různě interpretovat předepsaný generální bas. Zdá se, že naše mozkové buňky dovedou chemicky měnit některé své bílkoviny jako reakci na okolní podněty, takže počet variací našich buněčných bílkovin je prakticky nezměrný. Každý člověk je proto nezaměnitelným molekulárním jedincem. Platí to dokonce i pro geneticky totožná jednovaječná dvojčata. Jednovaječné dvojče Rogera Federera by sice bylo svému slavnému bratru podobné, ale bylo by nejspíš průměrným tenisovým hráčem. Bohatství informací v genomu poskytuje každému z nás jedinečnost. Množství informací v genomu a schopnost tyto informace různě interpretovat určuje postavení živých tvorů v hierarchii života. Ustrnulý a na informace chudý genom je úhlavním nepřítelem biologické svobody a osobitosti. Čím více informací genom obsahuje a čím svobodněji je možno jej číst, tím více volnosti poskytuje dospívajícímu organismu k rozvoji jeho jedinečnosti. Těch asi deset tisíc miliard vzájemně funkčně propojených buněk našeho těla obsahuje tolik informací, že je v podstatě nemožné řídit nebo předvídat jednání jednotlivého člověka. Pro pochopení tak složitých systémů je zřejmě zapotřebí uvažovat zcela nově. Naše přírodní zákony platí jen v určitých hranicích, které pramení z našich smyslových zkušeností, a tudíž selhávají u extrémně malých rozměrů nebo v extrémně vysokých rychlostech. Je možné, že by vysoce složité systémy také podléhaly vlastním pravidlům a zákonům? Kromě toho náš genom není přísným zákoníkem, ale souborem pružných návodů a receptů. Geny našeho
113
Schatz_zacatek_Sestava 1 24.9.2014 9:48 Stránka 114
114
ZA
HRANI CE MI GE NŮ
imunitního systému si spontánně vzájemně vyměňují některé části, a tím nám poskytují velkou různorodost ochranných bílkovin. V dozrávajícím myším mozku mění krátké části genů spontánně své místo v genomu, čímž možná ovlivňují vývoj nervových buněk. Také v genomu bakterií mohou části genů různě přeskakovat, když jsou buňky ohroženy vysokou teplotou nebo jedem. Znamená to, že prostředí s geny promlouvá a může je pozměňovat. Je tato souhra přesně řízená, nebo je to jen náhodná hra v kostky? A když už si prostředí s našimi geny zahrává, je možné, že to nevědomky děláme i my sami? Fyzik Erwin Schrödinger se jako první domníval, že hierarchická struktura živé hmoty by mohla přenášet náhodnost molekulární hry v kostky na celého živého tvora a činit ho tak nepředvídatelným. Na rozdíl od molekul v typickém krystalu nejsou si molekuly živých buněk rovny, ale tvoří články přísně uspořádaného řetězce povelů. Zdá se, že v některých buňkách se klíčové články těchto řetězců vyskytují v tak nepatrném počtu, že množství jejich reakcí s okolními molekulami statisticky kolísá a kvantitativně už není předvídatelné. Tato náhodná kolísání by mohla ovlivnit chování celého živého organismu a osvobodit jej aspoň částečně od jha genetického plánu. Je možné, že díky tomuto osvobození máme svobodnou vůli? Tato otázka zůstává bez odpovědi. Víme ještě příliš málo o našem mozku a o našem vědomí, než abychom mohli pochopit, co vlastně znamená svoboda vůle. Náhodná proměnlivost v reakcích řídicích molekul však možná vysvětluje, proč geneticky identičtí vláknití červi, chovaní za stejných podmínek, reagují odlišně na horko a různě dlouho žijí, proč jednotlivé buňky geneticky homogenních bakteriálních kolonií reagují na jedy
Schatz_zacatek_Sestava 1 24.9.2014 9:48 Stránka 115
ZA
HRANICEMI GENŮ
nebo na živiny jinak a proč geneticky identické bakteriální viry mohou napadat své oběti různým způsobem. Ve snaze o různorodost zřejmě život nevynechává žádnou příležitost, jak zamezit tyranii genů. Co ve mně znamená to gigantické molekulární šumění? Do jaké míry podkopává můj genetický program? Mnozí v tom šumění pociťují boží dech. Mně vypráví o zázraku mého bytí, které představuje nesmírně složitou hmotu v chemicky prapůvodním vesmíru.
115
Schatz_prebal_Schatz_prebal 26.9.2014 13:14 Stránka 1
Dnes už nám svět nevysvětlují osobnosti formované filozofií a literaturou, nýbrž přírodovědci vyškolení vzorci a bádáním v laboratořích. Jedním z těchto moderních myslitelů je i světoznámý biochemik Gottfried Schatz, autor dvacítky esejů, které nyní vycházejí poprvé v češtině. Profesor Schatz vybízí čtenáře k objevitelským cestám až na nejzazší hranice vědy. Ve svých úvahách se zabývá existenciálními otázkami typu „Odkud přicházíme?“ a „Vidíme svět každý jinak?“, stejně jako vysvětlováním původu železa ve vesmíru nebo záhadou magnetických krystalů, kterým vděčí pstruh duhový
Gottfried Schatz
Profesor Gottfried Schatz (1936) je mezinárodně uznávaný rakouský biochemik. Po studiích ve Štýrském Hradci pracoval na univerzitách ve Vídni, v USA a nejdéle v Biocentru Basilejské univerzity. Zaměřil se na výzkum mitochondrií. V roce 1963 se podílel na objevu mitochondriální DNA, za nějž byl třikrát navržen na Nobelovu cenu. Je autorem více než dvou set vědeckých publikací a několika úspěšných esejistických knih, ve kterých citlivě projevuje svou fascinaci životem a uměním.
Za hranicemi genů
Gottfried Schatz
Za hranicemi genů Eseje o našem bytí, o našem světě, o našich snech
za to, že je schopen vnímat magnetické pole Země. V německy mluvících zemích se kniha stala bestsellerem, v nakladatelství Verlag Neue Zürcher Zeitung se dočkala již pěti vydání. Byla přeložena také do angličtiny, francouzštiny a řečtiny.
„Naše společnost pojímá umění a přírodní vědy jako dva oddělené, ba dokonce protichůdné světy. Umění je považováno za intuitivní, přírodní vědy za objektivní, umění hledá ve všeobecném individuální, přírodní vědy v individuálním všeobecné. Od přírodních věd očekáváme pravdu, která nám ukazuje lež. Ani my vědci nejsme na tomto náhledu bez viny. I když třeba máme srdce umělce, ukrýváme je za těžkopádné psaní a řeč, za suchopárné tabulky a grafy. A když už jednou mluvíme v obrazech, máme snahu v těchto obrazech nic nevynechat a také nic nepřehánět, abychom si uchovali věrohodnost. Při popisu komplexních systémů nás tento čestný kodex stále více brzdí. Výměna látek v živých buňkách, zemské ovzduší a konečně celé galaxie nám poskytují tolik informací, že už je obvyklým způsobem nedokážeme reprodukovat.“ Z eseje Portrét jedné bílkoviny
MASARYKOVA UNIVERZITA