Metaorganismy tvoří hostitel s mnoha dalšími organismy a mikroorganismy, které sdílejí jeho prostor. Jsou tyto fascinující entity podobné sehranému orchestru, nebo spíš rušnému tržišti, kde se kříží společné zájmy s bezohledností?
Časopis The Economist nedávno upozornil na pozoruhodný koncept holobiontů, který by podle nich mohl být novým paradigmatem v biologii. Pokud by to tak bylo, znamenalo by to, že si všichni biologové vymění brýle, jimiž se dívají na svět kolem sebe.
Podle pojetí „vědeckého revolucionáře“ Thomase Samuela Kuhna je paradigma všudypřítomnou šablonou, kterou přikládáme na tvrdá data, abychom z nich vymáčkli interpretace. Změna paradigmatu není žádná legrace, je to jako restart příslušného vědeckého oboru. Jak to tedy s holobionty v biologii je?
Nikdo z nás není nikdy sám. I když okolo nejsou žádní lidé. Není to sice úplně dokonalá útěcha pro pocity samoty, ale každé lidské tělo je vlastně rozsáhlým společenstvím organismů, typicky velmi nepatrné velikosti.
Genom každičké buňky je doslova prolezlý směsicí genetických elementů, které tam přišly bůhvíodkud a sledují své vlastní cíle.
Je to ohromující pocit. V našem těle žije neuvěřitelné množství bakterií, které náležejí k mnoha druhům. Asi nejznámější je střevní mikroflóra, ale trávicí soustava je jenom jedním z míst, kde se v naší tělesné schránce bakterie vyskytují. A mají přitom velmi různé pohnutky, což se projevuje v jejich chování – od poměrně přátelského až po ryze sobecké. V řadě případů navíc dochází k tomu, že „změní stranu“, jak by řekl filmový superšpion Nick Fury.
Bakterie samozřejmě nejsou jediné. Pomineme-li rozličné parazity, kteří už dnes nejsou v našich organismech tak početní jako kdysi, a také houby, máme co do činění rovněž s viry. Vzhledem k nepatrné velikosti jich je v lidském těle ještě podstatně více než bakterií. A nemusí vždy jít o entity nepřátelské vůči nám – pro mnoho z nich jsou kořistí právě bakterie.
Čtěte také: Šeptání předků v sekvencích DNA. Rozsáhlá analýza genomů odkrývá počátky lidské evoluce
Když postoupíme ještě hlouběji do našich útrob, v každé lidské buňce jsou symbiotické (společně žijící) bakterie, které nám dodávají energii. Jde o mitochondrie. U fotosyntetických organismů se k nim přidávají ještě další energetické organely – plastidy. Symbiotický životní styl je sice změnil, ale stále je na nich jasně patrné, že to jsou bakterie, které se kdysi dávno staly našimi blízkými partnery.
A nakonec, genom každičké buňky je doslova prolezlý směsicí genetických elementů, které tam přišly bůhvíodkud a sledují své vlastní cíle.
Člověče, člověče, kdo v tobě přebývá?
Jak s mrazivě biblickým přídechem připomíná The Economist, každý z nás je „legie“. Zároveň upozorňuje na mediálně atraktivní pojem „holobiont,“ který společně označuje hostitele – v tomto případě člověka – a všechny organismy, které ho obývají. Holobiont je v takovém případě souhrnem „biontů“ čili jednotlivých druhů včetně hostitele, zatímco souhrn všech jejich genomů se v této souvislosti označuje jako „hologenom“.
O mraveništích a podobných koloniích, v nichž obvykle žijí navzájem blízce příbuzní jedinci jednoho druhu, se mluví jako o „superorganismu“. Holobiont se odlišuje tím, že jde o seskupení řady rozmanitých druhů, často navzájem evolučně velmi vzdálených.
O holobiontech se poprvé zmínil v roce 1943 německý biolog Adolf Meyer-Abich, který se svého času zapletl s nacismem, podobně jako celá řada jeho kolegů. Víceméně nezávisle se k holobiontům dostala v roce 1990 výstřední americká bioložka Lynn Margulis, jež si ke konci éry hippies vysloužila nehynoucí slávu svou endosymbiotickou teorií, podle níž jsou mitochondrie i plastidy domestikovanými bakteriemi. S holobionty, které později považovala za hybnou sílu evoluce, ale skórovala daleko méně.
Posun v biologickém paradigmatu
Ve větší míře se o holobiontech nebo též „metaorganismech“ začalo mluvit až v 21. století, kdy se tento pojem zalíbil odborníkům na biologii korálů. Podle nich by holobiontem mohly být polypy korálů, které obývají symbiotické obrněnky i další symbionti včetně řas, prvoků, hub, bakterií a virů.
Koncept holobiontů se posunul směrem k symbiózám a dnes se využívá nejen v biologii korálů, ale také v souvislosti s trávicí soustavou živočichů a jejich mikrobiomy. A rovněž s rostlinami, které spolupracují s houbami prostřednictvím mykorhiz či s hlízkovými bakteriemi kvůli „těžbě“ dusíku ze vzduchu.
Jelikož v hostiteli ne všechny mikroorganismy spolupracují, je také nereálné, že by existovaly hologenomy, které by se vyvíjely jako celek.
The Economist ve zmíněném článku představuje holobionty jako posun v biologickém paradigmatu. Je to ale spíše jen zbožné přání. Paradigmatu stále neochvějně vládne neodarwinismus se svým ústředním memem, kterým je sobecký gen. Pro dnešní neodarwinismus nejsou jednotkou přirozeného výběru nějaké organismy, natož jejich skupiny, ale mnohem jednodušší geny nebo přesněji řečeno alely genů čili jejich konkrétní varianty, jichž je často několik.
Sobecká evoluce
Z teorie sobeckého genu, kterou proslavil v roce 1976 Richard Dawkins, vyplývá, že historie života na Zemi je věčným soubojem bezcitných alel o to, která se prosadí v dalších generacích. My coby organismy jsme z tohoto úhlu pohledu pouhé vehikly, které si kolem sebe alely vystavěly, aby si usnadnily práci. Na první pohled nezištné projevy v přírodě i mezi lidmi, jako je například altruismus, lze velmi pěkně vysvětlit z pohledu zcela sobeckých alel.
Sobecký gen má pak leccos společného s obecnou relativitou. Je na trůnu již řadu desetiletí a nejeden vědec cítí potřebu ho vyzvat na souboj. To je zcela v pořádku. Vládnoucí vědecké teorie jsou ty, které doposud nebyly vyvráceny, a neustále musejí počítat s tím, že k tomu jednou dojde. Obecná relativita i sobecký gen již čelily celé řadě výzev konkurenčních teorií, ale zatím tvrdošíjně odolávají a zůstávají ve svém oboru mainstreamem.
Brokovnice na genom
Současný zájem o holobionty vyvěrá z prudkého rozvoje relativně levných, ale přitom velmi výkonných metod čtení genomů, jakou je třeba „whole–genome shotgun“. Ta spočívá v „rozštípání“ genomu na náhodné kousky, jako když do něj střelíte brokovnicí, následném přečtení těchto kousků a jejich seřazení pomocí důmyslného softwaru, přičemž se tento postup se stejným genomem opakuje několikrát.
Najednou máme k dispozici spoustu přečtených genomů, což vedlo k explozi zájmu o ekologii nejrůznějších mikroorganismů a evoluci jejich vztahů s hostiteli. Vynoření pozapomenutého konceptu holobiontů a jejich hologenomů, které mají hrát roli evolučních jednotek, na něž působí přirozený výběr, vedlo k řadě odmítavých reakcí. Jednou z nich byla práce amerických badatelů Angely Douglas z Cornell University a Johna Werrena z University of Rochester z roku 2016, jež měla příznačný název: Holes in the Hologenome: Why Host-Microbe Symbioses Are Not Holobionts (Díry v hologenomu: Proč symbiózy mezi hostitelem a mikroby nejsou holobionty?).
Čtěte také: Porodní bolesti umělých inteligencí: Mají problém s diverzitou
Douglas s Werrenem jsou přesvědčeni, že představa holobionta s hologenomem je založena na natolik přísných předpokladech, že má jen mizivou použitelnost ve výzkumu. Aby totiž hologenom fungoval jako ucelená evoluční jednotka, celá ta „sebranka“ mikrobů, jež tvoří holobionta, by musela být do značné míry „věrná“ hostiteli a musela by se přenášet v prakticky nezměněné podobě do dalších generací.
Taková míra vzájemné „věrnosti“ se sice může objevit ve vztazích mezi hostitelem a jedním konkrétním mikrobem, je ale velmi nepravděpodobné, že by tak vypadal vztah mezi hostitelem a celým mikrobiomem. Příkladem může být ten v lidských střevech, který může zahrnovat stovky, tisíce druhů mikroorganismů.
Vztahy v mikrobiomu odrážejí evoluci hostitele. Čím vzdálenější jsou příbuzné druhy, tím odlišnější je složení jejich příbuzných mikrobiomů. / Zdroj: Andrew Brooks, Bordenstein Lab. / Wikimedia Commons / CC BY-SA 4.0
Společenstvo v dobrém i zlém
V současné době máme k dispozici množství empirických důkazů pro to, že mikrobiomy nejsou sladěným orchestrem se stálým obsazením, ale spíše rušným tržištěm. V něm pak některé mikroorganismy spolupracují, ale jiné sledují tvrdě sobecké zájmy, či dokonce vystupují proti hostiteli. Je tudíž nereálné, že by existovaly hologenomy, které by se vyvíjely jako celek.
Koncept holobiontů svádí k idealizování interakcí mezi organismy, jež tak připomínají spíše obrázek z náboženské brožurky než reálnou situaci.
Z pohledu úřadujícího biologického paradigmatu dává větší smysl vnímat to, co se označuje jako holobiont, tedy ekologické společenstvo organismů. Se vším „dobrým“ i „špatným“, jež svému hostiteli přináší. Zahrnuje širokou škálu interakcí – od navzájem výhodného soužití „nájemníků“ po bezohledné vykořisťování. Dále pak i různé typy přenosu členů společenstva do příštích generací (horizontální či vertikální přenos) a odlišnosti co do specializace nebo věrnosti.
V biologii už mají za sebou podobný příběh jak jednotlivé organismy, tak i jejich skupiny, jež bývaly považovány za jednotky evoluce, na které působí přirozený výběr (v případě skupin organismů označovaný jako skupinový výběr). V obou případech jsou často více než prostým součtem částí a mívají zajímavé vlastnosti.
Čtěte také: Vědci chtějí oživit „mamuta“. Měl by lidem pomoct se zastavením oteplování Země
Zároveň se ale ukázalo, že takový přístup přináší nepříjemné výjimky a zvláštní situace, jež není možné vysvětlit – na rozdíl od přirozeného výběru na úrovni sobeckého genu. Podobně třeba klasická fyzika nedokázala najít odpověď na důvod odchylky stáčení perihelia Merkuru, dokud nepřišel Einstein s obecnou relativitou.
Co bude dál s holobionty? Nelze zapřít, že jde o nový a neotřelý pohled na vztahy mezi organismy. Živá příroda má očividně poněkud matrjoškovou povahu. Koncept holobiontů ale zároveň svádí k idealizování interakcí mezi organismy, které touto optikou připomínají spíše obrázek z náboženské brožurky než reálnou situaci.
V zásadě není vyloučeno, že se v budoucnu prosadí paradigma holobiontů, pokud biologové odkojení sobeckým genem vymřou, nebo je prostě přestane bavit vnímat přírodu jako bojiště egoistických alel. Aby k tomu ale mohlo dojít, musely by se objevit nové teorie, založené na mnoha odborných studiích, které prokážou smysluplnost holobiontů jako evolučních jednotek ve věčně se otáčejícím soukolí přirozeného výběru. Teď to není na pořadu dne, ale za pár let – kdo ví?
