Student World

Nedávno se zde objevil článek o podobnostech bakteriálních kolonií a mnohobuněčných organismů. Proč potom bakterie nevytvořily větší buňky ani nepostoupily dále na cestě k mnohobuněčnosti?

(viz článek zde)

Jak na otázku odpovídá Nick Lane ve své knize Síla, sexualita, sebevražda? Předně: Bakterie skutečně daly vzniknout eukaryotům a pak i mnohobuněčným organismům. Mnohobuněčnost se vyvinula určitě víckrát nezávisle na sobě. Jestliže k ní bakterie nedospěly, problém byl, že nejprve bylo třeba vytvořit složitější buňku a problematický krok byl zde. Lane pokládá symbiózu archeí s mitochondriemi za unikátní historickou náhodu. Předpovídá, že na cizích planetách bude život možná častý, ale pouze velmi jednoduchý. Vždyť eukaryota vznikla asi 2 miliardy let po vzniku samotného života. Zatímco sám život se objevil velmi rychle, pak se dlouho příliš nehýbal z místa. Eukaryotická buňka tedy podle něj asi vznikla pouze jednou a k téhle události vůbec dojít nemuselo.

Samozřejmě tím není řečeno, že bakterie se nemění: dokázaly si vyvíjet velmi složité biochemické mechanismy, s jejichž pomocí zvládají obývat prakticky libovolné prostředí. Je jen věcí názoru, zda je neprohlásit za skutečné vládce naší planety. Nicméně – jaký zásadní problém/omezení mají podle Lanea bakterie ve své evoluci? Proč bylo třeba oné hypotetické „historické náhody“?

Potíž je hlavně s tím, že bakterie skoro nemají úseky nekódující DNA, čímž se výrazně omezuje možnost vzniku nových genů. Naopak složitější organismy jsou díky tomuto mechanismu schopný obrovských skoků „napříč genetickým prostorem“.
Bakterie si nemohou dovolit mít složitější genom, protože by jim trvalo déle ho replikovat a konkurence by je přerostla. Jen ve velmi málo prostředích není rychlost replikace genomu/dělení buňky tak důležitá. Platí to třeba tam, kde jsou omezené, současně však různorodé zdroje potravy, a více genů umožňuje efektivnější využití zdrojů (konkurence s kratšími genomy pak nedokáže pro replikaci vytvořit dost ATP). Nejsložitější bakterie v takových ekosystémech pak mají až 9 milionů písmenek DNA/asi 9 000 genů. To je však zřejmě strop.

Bakterie jsou navíc motivovány k odhazování těch ne právě potřebných genů, protože je mohou kdyžtak získat z okolí při konjugaci i s jinými druhy (laterálním, horizontálním přenosem – známe třeba z šíření rezistence vůči antibiotikům).
„V posledních letech byly nalezeny bakterie s lineárními chromozomy, s jádrem, cytoskeletem a vnitřními membránami, což jsou všechno znaky, jež se kdysi považovaly za výsadu eukaryot. Jednou z mála odlišností, která i při podrobnějším studiu zůstává, je počet genů,“ praví Lane doslova.

Proč ale eukayota nejsou selekcí tlačena k redukci genomu, nebo alespoň ne tolik? Lane soudí, že hlavní důvod je v tom, že bakterie musejí dýchat přes membránu. Jak roste buňka, plocha membrány roste pouze s druhou mocninou. Naopak eukaryta si výrobu energie vtáhly dovnitř buňky, kde výkon odpovídá růstu objemu – stačí mít prostě víc mitochondrií.

Bakterie mají k dispozici různé triky, tyčinka má větší relativní povrch než koule, povrch lze také různě zprohýbat (zřasit), takové uspořádání je ale také možné jen do určité míry. Zřejmě je zranitelné a složité tvary je také obtížné replikovat.

Dýchat uvnitř buňky umožňuje také odhodit buněčnou stěnu – ta už není potřebná pro udržování protonového gradientu (na toto téma snad podrobnější výklad v nějakém příštím článku). Buňka pak může měnit tvar a stát se dravcem – provádět pravou fagocytózu, což bakterie neumějí. A v tu chvíli se už zase může vyplatit růst velikosti; konkurence se možná rychleji dělí, ale zase ji lze sežrat.

Zdroj: Nick Lane: Síla, sexualita, sebevražda, Academia 2013
O knize na stránkách vydavatele

autor Pavel Houser