Zálety pravěkých předků (1): Co lidem dala pravěká DNA

Hon na pravěkou DNA neuvedli v obecnou známost vědci, ale americký spisovatel Michael Crichton, když v roce 1990 vydal román Jurský park. Práva na zfilmování příběhu o oživlých dinosaurech koupil Steven Spielberg, ještě než se kniha dostala k čtenářům, a natočil podle ní kultovní kasovní trhák.

Crichton si hlavní zápletku svého románu, tedy izolaci pravěké dinosauří DNA ze zbytků krve v útrobách komára dochovaného v jantaru, tak úplně nevymyslel. Inspiroval se pokusy vědců, kteří se už v 80. letech pokoušeli získat dědičnou informaci z vyhynulých organismů a mnozí upřeli svou pozornost právě k DNA pravěkých tvorů.

Jako z Jurského parku

Poprvé získali „starou“ DNA američtí genetici pod vedením Allana Wilsona, kteří izolovali zlomky dědičné informace ze 150 let staré kůže muzejního exponátu vyhubené zebry kvagy. Následovaly experimenty s izolací DNA z ostatků organismů dochovaných v jantaru. Vědci předpokládali, že zkamenělá pravěká pryskyřice dědičnou informaci chrání před rozkladem a že její studium nabídne dosud netušené pohledy do evoluce pozemského života. První vlaštovky na sebe nenechaly dlouho čekat. Hned několik laboratoří hlásilo, že z fosilií dochovaných v jantaru získalo zlomky DNA pravěkého hmyzu. A když se podařilo izolovat zlomky DNA z dinosauřích kostí, mohlo se zdát, že Crichtonův Jurský park ožívá. 

Jenže jásot byl předčasný. Tehdejší metody molekulární genetiky nedokázaly rozlišit DNA pravěkého vzorku od náhodného znečištění a jako „pravěkou“ detekovaly DNA pocházející ze současnosti. Ta někdy pocházela z dědičné informace mikrobů, jindy z dědičné informace lidí, kteří se vzorky přišli do styku. Další experimenty odhalily, že se DNA ve fosiliích rychle rozkládá a ani za optimálních podmínek nepřežívá déle než milion roků. DNA z fosilií dinosaurů, kteří žili před více než 64 miliony roků, je tedy pro vědu nenávratně ztracená. 

Od snu k DNA mumií

Rozčarování z předčasného jásotu nad pravěkou DNA netrvalo dlouho. Vědci se soustředili na pátrání po dědičné informaci pravěkých lidí, protože ta má reálnou šanci na přežití. K průkopníkům na tomto poli, označovaném někdy jako paleogenetika, patří švédský genetik Svante Pääbo působící v Institutu Maxe Plancka v Lipsku. Syn estonské emigrantky a švédského laureáta Nobelovy ceny za fyziologii a medicínu se odmalička zajímal o historii a snil o dráze egyptologa. Nakonec ale následoval svého otce: Vystudoval medicínu a věnoval se molekulární biologii.

Dětský sen o výzkumu egyptských mumií však Pääba neopustil a mladý genetik vynaložil na jeho splnění obrovské úsilí. V rámci doktorátu sice studoval genetiku virů, ale po nocích pracoval na analýze DNA z mumie staré více než dvě tisíciletí. Vzorky tkáně z mumifikovaného dítěte mu opatřil jeden penzionovaný egyptolog ze sbírek muzea nacházejícího se za tehdejší železnou oponou ve východním Berlíně.

Mamutí genom

Výsledky Pääbových „nočních směn“ zveřejnil prestižní vědecký týdeník Nature a mladý genetik se stal přes noc světovou celebritou. Na tom se nic nezměnilo, ani když Pääbo později sám výsledky studie zpochybnil a připustil, že izolovaná DNA nemusí patřit staroegyptskému dítěti. Je docela pravděpodobné, že náleží někomu, kdo s mumií manipuloval v relativně nedávné době. Možná je to jeho vlastní DNA z buňky, která mu odpadla z kůže a nalepila se na vzorek tkáně z mumie. 

Aby se Svante Pääbo vyhnul dalším podobným omylům, rozhodl se přesedlat na výzkum DNA pravěkých zvířat. Izoloval úlomky dědičné informace z fosilie obřího lenochoda žijícího v Americe před 12 000 lety. Zkoumal dědičnou informaci z ostatků mamutů dochovaných ve věčně zmrzlé půdě. Studoval i DNA vyhubených tvorů, například novozélandských ptáků moa nebo australských vakovlků tasmánských. Snu o výzkumu staré lidské DNA se ale odmítal vzdát.

Špatné odhady genetiků

Šestadvacátého června 2000 bylo oznámeno hrubé přečtení lidského genomu. „Den G“, jak se tomuto milníku v historii genetiky někdy přezdívá, měl poněkud trpkou příchuť. Vědci si od přečtení lidského genomu slibovali, že z něj pochopí, čím se člověk Homo sapiens vydělil z živočišné říše, čemu vděčí za svou výjimečnou inteligenci, kulturu a civilizaci.

Ukázalo se, že ani molekulární genetici neměli o lidském genomu reálnou představu. Při uzavírání sázek na celkový počet genů obsažených v lidském genomu běžně tipovali kolem 80 000 genů a výjimkou nebyly ani tipy na 100 000 až 120 000 genů. Z prvního kompletně přečteného genomu ale na genetiky vykouklo necelých 23 000 genů. Lidské geny přitom nápadně připomínaly geny myší a od šimpanzích se lišily ještě méně. Co tedy dělá člověka člověkem? Zcela jistě to má vepsané v dědičné informaci. Jenže kde?

TIP: Tajemství čtyřlístku: Jeho DNA je složitější než ta lidská

Odpověď se rozhodla hledat i americká firma 454 Life Sciences, neboť v té době disponovala nejpokročilejší technologií na „čtení“ DNA. Její experti byli přesvědčeni, že firemní „čtečky DNA“ (DNA sekvenátory) jsou natolik výkonné a spolehlivé, že se s jejich pomocí dá rozlousknout i podstatně tvrdší oříšek, než jaký představuje čtení dokonale zachovaných molekul DNA izolovaných z buněk člověka.

Skládka starých genů

„Pokud bychom našli schopného genetika, vybavili bychom mu laboratoře tak, aby se mohl pokusit o přečtení kompletní dědičné informace neandertálců,“ spřádali plány šéfové 454 Life Sciences. V roce 2006 přešla firma od slov k činům a iniciovala spuštění projektu The Neanderthal Genome Project. Do čela postavili nejpovolanějšího z povolaných – Svanteho Pääba. Ten viděl v genetických odlišnostech člověka Homo sapiens a neandertálců klíč k pochopení výjimečného postavení lidstva v živočišné říši. 

Obtížnost úkolu se ukázala v plné síle, když se Pääbo a jeho tým pokusili izolovat DNA z kousku pažní kosti prvního vědecky popsaného neandertálce nalezeného v létě roku 1856 v Německu v Neanderově údolí. Z dvojité šroubovice DNA zůstal v kostech jen genetický šrot – zlomky, z nichž se kompletní genom poskládat nedal.

Mezidruhová bokovka

Naštěstí dostal Pääbo druhou šanci v podobě kousků kostí neandertálců objevených v chorvatské jeskyni Vindija. Z těch se podařilo izolovat DNA v přece jen lepším stavu. Ani pak ale nebyl trablům konec, protože většina – zhruba 80 % – této dědičné informace nepatřila neandertálcům, ale bakteriím namnoženým v rozkládající se neandertálské mrtvole. Vědci museli záplavu dat z DNA sekvenátorů očistit od tohoto bakteriálního balastu. Když jim zbývala jen DNA pocházející z lidské dědičné informace, vyvstal před nimi další problém: Některé úseky se až příliš podobaly částem DNA současných lidí.

Dokončení: Zálety pravěkých předků: Spletitá historie lidstva

Že by se do vzorků DNA přimíchala dědičná informace z buněk archeologů nebo genetiků? Při srovnávání s DNA současných lidí si však vědci všimli jedné zvláštnosti. DNA získaná z neandertálských kostí vykazovala částečnou shodu s dnešními lidmi z Evropy a Asie. Tyto shodné úseky ale zcela chyběly v DNA současných obyvatel subsaharské Afriky. Pääbo a jeho spolupracovníci provedli bezpočet ověřovacích experimentů a nakonec měli pro záhadnou shodu šokující vysvětlení. Usvědčili pravěké lidi Homo sapiens z křížení s neandertálci!