Květen 2004

Lidský mozek rostl díky chybě.

Jaroslav Petr

Nový objev naznačuje, že vývoj našich předků ovlivnila vada genu pro žvýkací svaly.

Vývoj člověka mohl začít o pět milionů let dříve. Už tehdy měli naši dávní předci ve své dědičné výbavě gen pro stavbu velkého mozku. Nyní vědci odhalili důvod tohoto zpoždění. Cesta k objevu začala v roce 2001 na baseballovém stadionu. Harvardský neurolog Christopher Walsh pozval britského kolegu Geoffreyho Woodse na zápas bostonských Red Sox. Vzácná návštěva ze země holdující kriketu a fotbalu ale projevovala jen malé nadšení.

Záhada přistěhovalců se zakrnělými mozky

Britský vědec se nudil a uprostřed fandícího davu začal svému hostiteli vyprávět o tom, co jej v poslední době nejvíc vzrušovalo. Mluvil o rodinách, které se přistěhovaly do Británie ze severního Pákistánu poté, co jim nově zbudovaná přehrada zatopila domovy. "Často se u nich vyskytuje těžká dědičná mikroencefalie. Sňatky mezi příbuznými jsou tam na denním pořádku, a tak si tohle postižení předávají z generace na generaci," překřikoval Woods bouřící tribuny. V té chvíli ztratil zájem o průběh zápasu i americký badatel Walsh. Mikroencefalie se projevuje dramatickým zmenšením mozku. A geny zodpovědné za tenhle defekt zajímaly Walshe už dlouhá léta. "Postižení lidé nemají ve srovnání se zdravou populací mozky ani třetinové," zaníceně vysvětloval Woods. "Mají mozky velké jako australopitéci, kteří žili před třemi miliony let. Už jsme zjistili, v kterém místě dědičné informace dochází u lidí s mikroencefalií k poruše. Ale gen pořád nemáme."

Než rozhodčí odpískali konec zápasu, dohodl se Walsh s Woodsem na společném pátrání po záhadném genu. V databázích s údaji o lidské dědičné informaci odhalili v oblasti svého zájmu geny hned čtyři. Který z nich je ten pravý? Walsh věřil v gen nesoucí označení ASPM. Woods dával přednost třem zbývajícím. Sázku o "basu piv" vyhrál Walsh. Pákistánští vystěhovalci mají poškozen gen ASPM. Právě tento gen tedy rozhoduje o tom, že člověku naroste velký mozek s mohutně vyvinutou mozkovou kůrou. Poškození genu zabrání růstu mozku a člověka odsoudí k mentální retardaci.

Zajímavě dopadlo srovnávání genu ASPM u různých živočichů. Čím větším mozkem se tvor pyšní, tím delší má gen ASPM, a tím delší je i bílkovina, která se podle tohoto genu vyrábí. Gen se prodlužuje o kopie úseku tvořeného 60 písmeny genetického kódu. Gen červů obsahuje jen dvě kopie. O poznání chytřejší mušce octomilce gen ASPM "nakynul" dvaceti čtyřmi kopiemi, myší gen jich obsahuje 61 a gen šimpanze a člověka dokonce 74.

Vývoj člověka mohl začít před sedmi miliony let

Walsh a Woods byli vzdálení tomu, aby připisovali vývoj mozku jedinému genu. "Velikost mozkové kůry u člověka a dalších živočichů je zřejmě dirigována mnoha různými geny," říká Christopher Walsh. "Některé z nich mohly vyvolat změny, které umožnily vznik a následný vývoj primátů. Jiné geny kdysi stály v pozadí změn, jež oddělily člověka od šimpanze." Už první analýzy naznačovaly, že gen ASPM prošel během vývoje člověka velice dramatickými proměnami, které jiné živočichy minuly. Stály právě tyto proměny genu ASPM u zrodu jedinečných schopností lidského mozku?

Člověk má tělo jen o pětinu těžší než jeho nejbližší zvířecí příbuzný šimpanz. Hmotností mozku jej ale překonává 2,5krát. Počátky této revoluční proměny spadají do období před 2,5 milionu let, kdy australopitéky s mozkovnou o objemu necelých 500 kubických centimetrů vystřídali první lidé s mozkovnami o objemu přesahujícím 700 kubíků. Co se asi v téhle klíčové době stalo s genem ASPM?

Nejnovější analýzy provedené Walshovými a Woodsovými spolupracovníky v National Cancer Institute v americké Bethesdě, v kalifornském Genetic Information Research Institute a v dalších ústavech a univerzitách umožnily zevrubné porovnání genu ASPM člověka, šimpanze, gorily, orangutana a makaka rhesuse. Výsledky zveřejněné ve vědeckém časopise PLoS Biology jsou skutečně překvapivé. Dokazují, že gen ASPM získal schopnost nastartovat vývoj velkého mozku s rozsáhlou mozkovou kůrou už v dobách, kdy Zemi obýval dávný společný předek člověka a dnešních lidoopů. Kdyby záleželo jen na genu ASPM, mohl se první člověk objevit už před sedmi až osmi miliony let.

Nově utvářený gen dovoloval našim dávným předkům namnožit v mozku obrovskou masu neuronů, a to bez velkých chyb. To je schopnost doslova revoluční. Gen ASPM ostatních živočichů nic podobného neovládá. Myší gen ASPM má při růstu mozku na starosti poměrně malé množství neuronů. Přesto se plná třetina množících se buněk nedělí v mozku myšího plodu spravedlivě o svou dědičnou informaci. Myš má proto v neuronech genetický nepořádek. Některé části dědičné informace v nich chybějí a jiné naopak přebývají.

Proč ale pravěcí lidoopi otáleli se zvětšením mozku pět milionů let? Na co čekali? Odpověď na tuto otázku nabízí v posledním březnovém čísle vědeckého časopisu Nature americký odborník na dědičné choroby svalů Hansell Stedman z Pennsylvania Muscle Institute ve Philadelphii. Jeho tým odhalil ve žvýkacích svalech opic novou bílkovinu, jež patří do početné rodiny tzv. těžkých myozinových řetězců. Podobně jako jiné myoziny vystupuje i tato bílkovina v roli "strojovny" pohánějící svalové vlákno při práci. Myozin vyráběný podle genu MYH16 dodává opičím čelistem sílu louskáčku na ořechy. Stejný gen má i člověk. V jednom místě z něj ale vypadla dvě písmena genetického kódu. Na první pohled zanedbatelná ztráta měla značné následky.

Písmena genetického kódu tvoří v dědičné informaci jakási "slova" složená ze tří písmen. Výpadek dvou písmen vede k posunu v následujících slovech, takže se stanou "genetickým blábolem". Podobně dopadne věta "Náš syn spí sám.", která se po ztrátě písmen "áš" změní na nesmyslné "Nsy nsp ísá m." Lidský gen v důsledku "posunu písmen" vyrábí ve žvýkacích svalech molekulu myozinu, která má ve srovnání s jejím opičím protějškem jen třetinovou velikost, a navíc je náchylná k rozpadu. Naše čelisti proto vládnou desetkrát menší silou, než jakou vyvine při drcení potravy gorila nebo šimpanz.

Stedmana zajímalo, kdy k tomuto genetickému oslabení žvýkacích svalů člověka došlo. Srovnáním nepoškozené části genu MYH16 u člověka a ostatních primátů došel k závěru, že lidé ztratili sílu čelistních svalů před 2,4 milionu let. To je v historii lidstva významný mezník, protože právě v té době se z australopiteků vyvinuli první lidé. Podle Stedmana to není náhoda. Mohutné žvýkací svaly australopiteků se upínaly na hřeben čelní kosti, který mají i dnešní gorily. Tah svalů na lebku byl tak obrovský, že to vedlo k rychlejšímu uzavírání lebečních švů. Lebka "ztvrdla" dřív, než stihl mozek pořádně narůst. První lidé ale měli žvýkací svaly slabé a jejich hlavy nebyly podobnému tlaku vystaveny. Díky tomu si jejich lebka udržovala určitou "volnost" a mohla spolu s mozkem růst mnohem déle. Dispozice získaná před sedmi či osmi miliony let změnami genu ASPM předurčujícího naše předky k růstu mozku se tak konečně uplatnila.

"Je to nádherná ukázka téměř detektivní práce, která je obrovským přínosem pro biologii, medicínu, evoluční biologii a molekulární genetiku," ocenil výsledky Stedmanova týmu Frederick S. Kaplan, profesor molekulární medicíny na University of Pennsylvania.

Nestravitelné sousto

Pro jiné vědce představuje Stedmanova "žvýkací teorie" nestravitelné sousto. Například Daniel Lieberman z Harvard University namítá, že kostní hřeben neomezuje růst lebky. Šimpanzům roste lebka do tří let věku, ale kostní hřeben se jim vytváří až o pět či šest let později. "Růst lebky určuje z valné části sám mozek," tvrdí Lieberman. Tento harvardský evoluční biolog také nevěří, že se mozek mohl zvětšit hned, jak se předkům člověka oslabily žvýkací svaly. Podle něj by zůstali tito tvorové mnoho tisíciletí napospas drsné přírodě s čelistmi, jež už ztratily sílu, a s mozkem, který ještě nenarostl. Proti bezprostřednímu prudkému nárůstu objemu mozku svědčí podle Liebermana i nálezy ostatků pravěkých lidí, kteří měli ještě před 1,8 milionu let poměrně malou mozkovnu.

Stedman ale tvrdí, že i malé zvětšení mozku mohlo přehodit vývoj předků člověka na novou evoluční kolej. Stedmanova kolegyně Nancy Minughová-Purvisová navíc dodává, že pro první lidi nemusely být oslabené žvýkací svaly příliš velkým handicapem, pokud změnili jídelníček a začali místo velkých kvant rostlinné potravy konzumovat menší, ale o to vydatnější porce masa.

(Lidové noviny, www.lidovky.cz)