Člověk a primát
Vypracoval: Martin Pavlun, MB
V čem je postata člověčenství? Proč se tolik lišíme od šimpanze, svého nejbližšího zvířecího příbuzného? Rozdíly v dědičné výbavě člověka a šimpanze jsou nepatrné. Přitom se inteligencí, podobou a chováním od lidoopů dost podstatně odlišujeme.
Naše geny a geny šimpanze se výrazně neliší
Ještě v roce 1991, kdy startovalo čtení lidské dědičné informace, byli mnozí profesionální genetici přesvědčeni o výlučnosti člověka. Odhadovali, že se v lidské DNA skrývá mnohem více genů, než mají ostatní savci a to asi 120 tisíc. Mnohé z těchto „extra“ genů nám měly zaručovat výsadní postavení mezi živými tvory. Záhy však museli genetici začít ze svých představ slevovat. Šéf projektu Human Genome Project Francis Collins odhadoval, že se v nahrubo přečtené lidské dědičné informaci najde více než 40 tisíc genů. Výsledek čtení lidského genomu jej zaskočil. Když 26. června 2000 oznamoval světu dokončení první verze čtení lidské DNA, ohlásil zároveň nález „jen“ 35 tisíc genů. Genetici ale věděli, že to není poslední redukce. Nejnovější analýzy ukazují, že to, jací jsme, má na svědomí asi 22 500 genů. Myš jich má skoro stejně, potkan, skot nebo pes jakbysmet. Mušce octomilce chybí ve srovnání s námi nejvýš nějakých 5000 genů. počátkem roku 2002 se vědci rozhodli přečíst kompletní DNA našeho nejbližšího příbuzného, šimpanze učenlivého. Vedla je k tomu jednoduchá úvaha. Šimpanz patří bez jakýchkoli diskusí mezi zvířata. Ty geny, které odlišují jeho a naši DNA, nás činí inteligentními a dovolují nám uvažovat abstraktně. Vědci už přečetli nejdůležitější pasáže genetického kódu šimpanze. Ukázalo se, že člověk má s tímto živočichem mnoho genů společných. Proč tedy šimpanz zůstává šimpanzem a člověk člověkem? To je jedna z nejzajímavějších otázek současné genetiky. Odborníci se snaží srovnat úplnou dědičnou informaci člověka, tedy druhu Homo sapiens, s dědičnou informací šimpanze. Podstatné části šimpanzího genomu jsou již veřejně přístupné v databázích. Vědci však zatím nenarazili na zásadní odlišnosti, které by vysvětlily rozdíl mezi člověkem a šimpanzem. Drobné rozdíly samozřejmě existují, ty však najdeme i při porovnání genetických informací jednotlivých lidí - zajišťují, že nevypadáme všichni stejně. Tento takzvaný polymorfismus je mezi jednotlivci v lidské populaci poměrně silný. Na druhou stranu však není o mnoho větší než mezi člověkem a šimpanzem. A přesto se lidem rodí děti, šimpanzům zase šimpanzi. V dědičné informaci lidí je tedy určitý rozdíl zakódován, odborníkům se ho však zatím nedaří objevit. Při jeho hledání se soustřeďují především na to, zda člověk v porovnání se šimpanzem nemá přece jenom o nějaký gen míň nebo víc. Ukazuje se však, že pro lidský genom je charakteristická jiná zvláštnost. Jeden gen totiž může
kódovat hned několik proteinů s odlišnými funkcemi. U lidí k tomu dochází mnohem častěji než u jiných organismů. Proto by se vědci v budoucnu měli zaměřit právě na vzájemné vztahy mezi jednotlivými geny. Síť těchto vazeb, které se dnes moderně říká networking, je u člověka mnohem komplexnější než u šimpanze. Aby se zmíněná síť přenášela z rodičů na jejich potomky, musí být určitým způsobem zakódována, tedy zapsána v genomu. Náznak vzájemného působení genů pozorují vědci už na nejnižších stupních života. Objevuje se například u bakterie Mycoplasma genitalium, která má vůbec nejmenší dosud poznaný genom - skládá se z pouhého půl milionu písmen dědičné abecedy. Genom člověka obsahuje tři miliardy písmen. Pokud by badatelé vyřadili z činnosti určitý gen, bakterii to výrazněji neovlivní. Ani "výpadek" jiného genového kolegy nemusí mít velký význam. Jestliže jsou ale vyřazeny dva geny současně, tak bakterie ztrácí schopnost množit se, a hyne.
Menší počet chromozomů
Lidská a šimpanzí dědičná informace je zhruba stejně velká. My i lidoopi máme v každé buňce vlákna DNA o celkové délce asi dvou metrů. Představuje to kolem 3 miliard písmen genetického kódu. Člověk má dědičnou informaci rozdělenu do 46 chromozomů. Lidoopi (šimpanzi, gorily i orangutani) mají 48 chromozomů. Je to důsledek slepení chromozomů, jež postihlo naše pravěké předky, zatímco lidoopům se podobná událost vyhnula. To ale není hlavní rozdíl. Znamená to, že máme DNA jen trochu jinak „přerovnanou“. Po rozdílech mezi šimpanzem a člověkem musíme pátrat na 35 milionech míst, kde se naše DNA liší jednotlivými písmeny genetického kódu, a na 5 milionech míst, kde se člověku nebo šimpanzi vložil nový úsek DNA či část DNA naopak vypadla. Přinejmenším 3 miliony z těchto změn nastaly v oblastech, kde je DNA plně funkční. To znamená, že tyto úseky DNA slouží jako instrukce pro výrobu bílkovin. Jejich změny proto mají za následek odlišnost ve složení bílkovin lidí a šimpanzů. Mnohé, i když zdaleka ne všechny, z těchto odlišností zodpovídají i za rozdílnou funkcí bílkovin. Pozměněné bílkoviny mohou lépe pracovat, zastávat nové funkce nebo působit na jiných místech těla.
FOXP2
Genetici zjistili, že některé úseky lidské DNA podléhaly v posledních 250 tisíciletích velice dramatickým změnám. To znamená, že se nositelé takto pozměněných genů dostávali do určité výhody, plodili více potomků a jejich nová varianta DNA se tak šířila na příští pokolení. Ke genům, které u člověka evolučně hodně „popoběhly“, patří například gen FOXP2. Ten je už nějakou dobu spojován se vznikem řeči. Na význam genu FOXP2 pro lidskou řeč vědce upozornily problémy, jež pronásledují příslušníky britské rodiny uváděné obvykle jen pod kódem KE. Mnozí členové rodiny KE mají poškozen gen FOXP2 a trpí závažnými poruchami řeči, pro něž jim skoro není rozumět. Gen FOXP2 je však zajímavý i z jiného hlediska. Ze všech lidoopů má svým genem FOXP2 k člověku nejblíže orangutan. Dokazuje to, že i když je šimpanz našim nejbližším zvířecím příbuzným, nemusí se nám nutně podobat ve všech úsecích své DNA. Gen FOXP2 patří mezi tzv. transkripční faktory. Tyto bílkovinné molekuly si můžeme představit jako klíče, jimiž si buňka „odemyká“ celou řadu dalších genů. Urychlená evoluce lidského genu FOXP2 zapadá do obecného trendu. U člověka se mnohé „klíče ke genům“ vyvíjely o poznání rychleji než transkripční faktory šimpanzů. Platí to především o mozku. Geny, které rozhodují o tom, jak nám funguje mozek, se u člověka měnily v nejširším sortimentu a nejrychlejším tempem. Geny důležité pro mozek máme my lidé „evolučně nejvybroušenější“.
Ohrožení mužů
Velkým překvapením skončilo srovnání pohlavního chromozomu Y u lidí a šimpanzů. Už dlouho považují někteří genetici 16 genů z lidského chromozomu Y za odsouzené k zániku v nejbližších 10 000 letech. To je také doba, během které mají podle těchto genetických „věštců“ vyhynout muži. Srovnání lidské a šimpanzí DNA ale ukázalo, že šestnáctka genů z lidského chromozomu Y ještě zdaleka není zralá do starého železa. Tyto geny se držely velmi dobře celých 6 milionů let, jež nás dělí od společného předka lidí a šimpanzů. Jestli někomu hrozí zánik genů na chromozomu Y, pak je to právě šimpanz. Pětici z „ohrožené“ šestnáctky genů už ztratil. Zřejmě však nečte učená genetická pojednání, a tak mu to příliš nevadí.
Myši a potkani
Zajímavé výsledky přineslo srovnání lidské a šimpanzí DNA s dědičnou informací myši a potkana. DNA člověka i šimpanze utrpěla během vývoje mnohem větší škody. Najdeme v ní více poškozených genů než v DNA obou „přečtených“ hlodavců. Genetici tím jen podtrhli známou schopnost myší i potkanů vypořádat se s nejrůznějšími nástrahami života. Zřejmě překonávají člověka a lidoopy i ve schopnosti vzdorovat neblahým vlivům životního prostředí, jež mají lví podíl na vzniku „děr“ v genech a jejich „vyřazení z provozu“.
Skákající geny
Důležité bylo studium změn lidské a šimpanzí dědičné informace, které nepostihují jen jednotlivá písmena genetického kódu, ale dochází při nich ke změnám delších úseků DNA. Tato srovnání jsou naprostou novinkou a umožnilo je teprve přečtení lidské a šimpanzí DNA. Pomohla poopravit stávající představy o tom, že DNA lidí a šimpanzů shodují z 98,8%. Takový rozdíl mají na svědomí jen změny v jednotlivých písmenech genetického kódu. Změny v delších úsecích, jejich zmizení nebo naopak zmnožení, přidávají k rozdílům v šimpanzí a lidské DNA dalších 2,7%. V některých místech lidské DNA tak došlo ke zmnožení genů. Jistě ne náhodou jsou tyto geny dávány do spojitosti s vnímavostí člověka k některým chorobám, vůči nimž jsou šimpanzi odolní. Lidská dědičná informace si na druhé straně uměla „uklidit“. Šimpanzi mají v DNA velké množství tzv. skákajících genů. Tyto úseky DNA často vznikaly jako následek virové infekce, při které se geny virů zabydlely v dědičné informace hostitele a pak se v ní dále množily, přesouvaly a „vmačkávaly“ na nová místa. Takové virové invaze postihly předky lidí i šimpanzů mnohokrát. V šimpanzí dědičné informaci namnožený genetický balast přetrvává, zatímco z té lidské během milionů let samostatného vývoje zčásti vymizel.
V čem se tedy lišíme?
Které z těchto rozdílů mají na svědomí zásadní rozdíly mezi člověkem a zvířaty? V tom vědci stále nemají jasno. Nevíme, které geny nás předurčují k chůzi po dvou, které mají na svědomí vyjímečně velký lidský mozek, dorozumívání komplikovanou řečí nebo abstraktní myšlení. Je stále jasnější, že „speciální extra geny“, které bychom měli oproti lidoopům navíc, za to určitě nemohou. Můžeme si být skoro jisti, že o našich jedinečných schopnostech rozhoduje způsob, jakým máme geny zapnuté či vypnuté, co dovedeme se zhruba stejným sortimentem genů díky jejich dokonalejší souhře. K odhalení tohoto „genetického souznění“ lidských genů vede trnitá cesta. Čeká nás komplikované zjišťování, které geny člověka a šimpanze v jednotlivých orgánech „spí“ či naopak „bdí“, v kterém období života a za jakých podmínek se tam „probouzejí“ a na jaké „obrátky“ pracují.
Šimpanzi osvětlují vznik člověka Východní Afrika je rájem paleontologů. Právě tady se podařilo najít fosilie nejstarších předků člověka i prvních lidí. Tři zuby staré půl miliony roků nevypadají na první pohled jako převratný nález. Přesto zatřásly stávajícími představami o evoluci lidoopů a vzniku člověka. Fosilie pravěkého člověka a jeho zvířecích předků jsou relativně hojné. Fosilie šimpanzů až do nálezu amerických antropoložek nikdo neznal. Vlhký svět západoafrických pralesů oddělovala od východoafrických suchých plání Velká příkopová propadlina - dlouhé údolí, které stále klesá a jednou promění dnešní Somálsko v ostrov v Indickém oceánu. Právě tento maxipříkop měl před sedmi miliony roků sehrát klíčovou roli v oddělení lidské vývojové větve od větve vedoucí k dnešním šimpanzům. Předci lidí se ocitli na východ od propadliny v suchých savanách a museli se začít ohánět, aby přežili. Poradili si. V boji o život vyzkoušeli nové, do té doby nevídané evoluční triky - začali chodit po dvou, zvětšil se jim mozek, jejich ruka získala na zručnosti a mohli vyrábět nástroje. Stali se lidmi. Předci šimpanzů obývající západoafrický pralesní ráj, kde nebyla o potravu nikdy nouze, podobnému tlaku nečelili a zůstali zvířaty. Tři zuby objevené u jezera Baringo tyto představy vážně nabouraly. Dokládají, že před půl milionem roků žili předkové šimpanze v oblasti Velké příkopové propadliny, tedy v nehostinných končinách, jež jim měly být zapovězeny. "To je to poslední místo, kde bych nález šimpanzů očekával," přiznal antropolog Jay Kelley z University of Illinois v Chicagu. Zuby byly navíc nalezeny jen kilometr od místa, kde se našly zhruba stejně staré ostatky pravěkého člověka vzpřímeného. Lidé a šimpanzi nežili odděleně, ale prospívali vedle sebe. Je možné, že dávný obraz Afriky rozdělený Velkou příkopovou propadlinou na západní doménu šimpanzů a východní "království" lidí je zcela mylný.
Blízcí i vzdálení příbuzní
Na prvním místě figuruje v sérii „čtených“ primátů makak rhesus. Ten byl jednu chvíli dokonce favoritem na přednostní „přečtení“ ještě před šimpanzem. Důvod je zřejmý. Na makacích bylo provedeno obrovské množství medicínských experimentů a jejich výsledky by získaly stonásobně na ceně, kdybychom je mohli podložit i znalostmi o genech těchto opic. Přínos pro medicínu by byl obrovský. Proto šel projekt čtení DNA makaka v patách čtení šimpanzího genomu. První hrubá verze už byla zveřejněna počátkem roku 2005 a dokonalejší verze se objevila ve veřejně dostupných databázích koncem téhož roku. Vědce silně vzrušuje i vyhlídka na přečtení DNA orangutana. Srovnání jeho genomu s DNA makaka a šimpanze pomůže definovat genetické změny, které jsou zodpovědné za vznik lidoopů. Poněkud v pozadí se ocitl náš druhý nejbližší zvířecí příbuzný – gorila. Čtení její DNA začalo až na sklonku roku 2005, ale bude pokračovat velmi rychle i proto, že vědci využijí zkušeností získaných při luštění genomů člověka a šimpanze.
Lze člověka zkřížit se šimpanzem?
Mezidruhový kříženec člověka a šimpanze se nazývá humanzee. Světem kolují zprávy, že v Číně a v USA proběhly ilegální pokusy o vytvoření těchto kříženců. V obou případech měla být samice šimpanze oplodněna spermatem muže. Čínská samice údajně zabřezla, ale byla zabita při lidových nepokojích. Ve Spojených státech se měl humanzee dokonce narodit, ale byl prý hned zabit v obavách, že jeho existenci nepodaří utajit a vypukne skandál. Přesto se o možnosti křížení člověka se šimpanzem nepřestává spekulovat. Máme sice velmi podobnou genetickou výbavu, ale ani geny, které máme společné a jsou úplně totožné nemusí pracovat stejně. To všechno vytváří mezi šimpanzem a člověkem bariéru, která by zřejmě případnému mezidruhovému křížení stačila zabránit. Někteří vědci spekulují o zkřížení člověka s jiným druhem rodu Homo. Některé druhy totiž v minulosti žili na kontinentě současně. Převládá však názor, že DNA se tak výrazně liší, že to křížení dvou druhů lidí prakticky vylučuje.
Pořadí příbuznosti primátů ke člověku 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Šimpanz Gorila Orangutan Gibbon Makak Kosman Lemur
Stručná historie výzkumu šimpanzů
Před 5 až 7 miliony roků žil poslední společný předek člověka a šimpanze. Nálezy fosílií naznačují spíše 7 milionů let. Výsledky porovnání DNA svědčí pro 5 milionů Před 1 až 2 miliony roky se oddělil šimpanz bonobo od šimpanze učenlivého 1641 – nizozemský anatom Nicolaas Tulp popsal prvního lidoopa. Z jeho zápisu není jasné, zda to byl šimpanz učenlivý, šimpanz bonobo nebo orangutan 1775 – šimpanzi dostal druhové latinské jméno Troglodytes podle bájných afrických obyvatel jeskyní Troglodytů 1964 – anglická přírodovědkyně Jane Goodallová prokázala, že šimpanzi umějí vyrábět nástroje 1970 – šimpanzi poznávají sami sebe v zrcadle 1984 – hrubé testy odhalily vysokou podobnost lidské a šimpanzí DNA – 98,4% 1998 – prokázán první konkrétní genetický rozdíl mezi šimpanzem a člověkem. Člověku chybí enzym pro chemickou proměnu některých cukrů na povrchu buněk. 2002 – ukazuje se, že šimpanz a člověk sdílejí jen 95% dědičné informace
Zdroje:
21. století – revue objevů, vědy, techniky a lidí Lidové noviny
www.dnatest.cz
internet
