21.9.2020 | Svátek má Matouš


VĚDA: Proč máme tak velký mozek?

8.8.2020

Jak se vyvíjel lidský mozek, dosud nevíme. Odpovědět na tuto otázku by mohli vědci, kteří experimentují s přenosem lidských genů do dědičné informace pokusných zvířat. Jenomže vznik živočichů s „polidštěným“ mozkem staví vědu před závažná etická dilemata.

Evoluční biologové přiznávají, že vývoj člověka umí bez problémů vysvětlit „od krku dolů“, nicméně procesy, které po miliony let formovaly lidský mozek a dovolily Homo sapiens vytvořit civilizaci, halí stále nejedno tajemství. Vědci nyní některé z těchto záhad odhalují s využitím metod genového inženýrství. Jenomže čím hlouběji do tajů evoluce lidského mozku pronikají, s tím větší naléhavostí před nimi vyvstávají znepokojivé etické otázky.

Lidský mozek má objem asi 1300 kubických centimetrů a váží v průměru kolem 1500 gramů. To nejsou nijak omračující parametry, třeba takoví vorvaní samci skrývají v obří hlavě mozek o hmotnosti osm kilogramů. Jenomže v porovnání s celkovou hmotností těla kolem čtyřiceti tun je mozek vorvaně titěrný. To už je na tom lépe kosatka dravá, která se pyšní druhým největším mozkem mezi savci, přesto je její sedmikilový mozek ve srovnání s šestitunovým tělem malý. Ovšem ani poměr hmotnosti mozku a těla však není spolehlivým měřítkem inteligence.

Co nás odlišuje od zvířat

Tělo člověka sice váží čtyřicetkrát víc než jeho mozek, ale podobný poměr hmotnosti mozku a těla má i americký rejsek Sorex fumeus. Tohle zvíře váží necelých osm gramů a v lebce nosí mozek o hmotnosti 0,176 gramu. Člověku se v poměru velikosti mozku a těla vyrovnají dokonce i ryby. Některé druhy rypounů z afrických řek mají poměr hmotnosti mozku a těla 1 : 32. U drobných zpěvných ptáků, jako je například hýlovec černý z Kuby, tvoří mozek dvanáctinu hmotnosti těla a u titěrných dělnic jihoamerického mravence Atta colombica vážících 0,0015 gramu připadá na hlavové nervové uzliny dokonce sedmina z celkové tělesné hmotnosti.

Lépe odráží výjimečné kvality lidského mozku tzv. encefalizační kvocient, který srovnává skutečnou velikost mozku živočicha s velikostí, jaká by mu teoreticky příslušela s ohledem na tělesné rozměry. V tomto ukazateli člověk vede, protože jeho mozek je sedmkrát větší, než lze očekávat u savce s hmotností kolem sedmdesáti kilogramů.

Daleko za námi je například delfínec velrybovitý žijící ve vodách severního Pacifiku. Tento kytovec váží zhruba tolik co dospělý člověk a má mozek o hmotnosti 1100 gramů. Jeho encefalizační kvocient dosahuje hodnoty 5,5. Šimpanz má mozek asi jen dvaapůlkrát větší, než by se dalo očekávat vzhledem k jeho tělesným rozměrům, svým encefalizačním kvocientem 3,15 ho ale trumfnou třeba makaci.

Velikost patří k významným přednostem lidského mozku. Inteligence člověka je však dána mnoha dalšími faktory, jako jsou struktura a funkce buněk mozku či složitá vnitřní organizace tohoto orgánu. Evolučně ale bylo zvětšení mozku našich dávných předků nepochybně jedním ze zlomových momentů, jež umožnily lidem jejich vzestup.

Nápadně rozsáhlou má člověk evolučně nejmladší část mozku, tzv. neokortex. Ve srovnání s šimpanzi totiž lidé mají neokortex třikrát rozlehlejší, a aby se nám vměstnal do omezeného prostoru v lebce, musel se postupem času zvrásnit do četných mozkových závitů. A právě tady, v neokortexu, sídlí centra důležitá pro řeč, logické uvažování a nalézání příčin a následků.

Vědci odhalili hned 56 genů, které pracují v lidském neokortexu na mnohem vyšší obrátky než v mozcích zvířat. Zcela zvláštní postavení mezi nimi pak zaujímá gen označovaný jako ARHGAP11B. Naši předkové ho sdíleli s vyhynulými pravěkými druhy člověka – s neandrtálci a denisovany. Žádný jiný živočich už tento gen ve své dědičné informaci nemá a nikdy neměl. ARHGAP11B vznikl přibližně před pěti miliony lety a zhruba před milionem roků prodělal významnou změnu, po níž získal svou dnešní podobu. Je ale lidský gen ARHGAP11B skutečně zodpovědný za zvětšení lidského mozku a jeho nejdůležitější části, neokortexu?

Pozor na etiku

Při hledání odpovědi na tuto otázku vnesli genoví inženýři gen ARHGAP11B do dědičné informace myší a u takto „polidštěných“ zvířat pak pozorovali nápadné zvětšení mozku, které bylo nejvíce patrné v neokortexu. Ve formujícím se mozku myších embryí poháněl lidský gen do vyšších obrátek množení buněk zajišťujících výstavbu mozkové kůry. Podobné výsledky přinesly rovněž pokusy na fretkách, nicméně ani hlodavci, ani šelmy však v živočišné říši velikostí mozku nijak zvlášť nevynikají. Zvětšit jejich miniaturní mozky se vědcům dařilo už dřív i jinými zásahy. Jak by ale zabíral lidský gen ARHGAP11B u primátů, které příroda obdařila nadprůměrně velkými mozky?

Tým vedený objevitelem genu ARHGAP11B Wielandem Huttnerem z drážďanského Ústavu Maxe Plancka pro molekulární, buněčnou biologii a genetiku se nyní pokusil otestovat účinky tohoto genu na vývoj mozku u drobných opic kosmanů, jejichž encefalizační kvocient dosahuje hodnoty 1,7. Výsledky experimentu, které zveřejnil přední vědecký časopis Science, skutečně potvrdily, že gen ARHGAP11B zabírá i u tvorů štědře obdařených mozkovou hmotou. Vědci mohli sledovat vývoj mozku embryí kosmanů a na základě toho zjistit, že gen ARHGAP11B u nich startuje stejné procesy, které vedou u lidského zárodku ke vzniku velkého mozku s enormně rozvinutým neokortexem.

Wieland Huttner a jeho spolupracovníci ale opicím nedovolili, aby mláďata s „polidštěnými“ mozky porodily.

„Vzhledem k potenciálně nedozírným následkům pro funkce mozku narozených zvířat jsme cítili z etického hlediska za svou povinnost omezit výzkum účinku genu ARHGAP11B pouze na mozek zárodků,“ ubezpečuje Huttner.

Bylo by nesmírně lákavé objasnit evoluci člověka „od krku nahoru“, a to nejen pro uspokojení čiré zvědavosti. Poznání procesů stojících v pozadí vzniku něčeho tak unikátního, jako je lidský intelekt, by nám pomohlo odhalit třeba příčiny závažných duševních a vývojových poruch a do budoucna otevřelo cestu k jejich předcházení nebo nápravě. Nicméně vědci, jako je právě Wieland Huttner, si ale uvědomují, že tady se pohybují na hodně tenkém ledě.

Lidstvo bylo po tisíciletí přesvědčeno, že člověka odděluje od zvířat jasně narýsovaná hranice. Její kontury se rozostřily, když Charles Darwin ukázal, jak se člověk vyvinul ze zvířecích předků. Další „rozmazání“ přinášela zjištění, že zvířatům nejsou cizí aktivity a schopnosti považované za výlučně lidskou záležitost. Když před půlstoletím přistihla primatoložka Jane Goodallová poprvé šimpanze při výrobě nástrojů, byl to pro tehdejší vědu těžký šok. Výzkum pozemské fauny nám od té doby připravil bezpočet podobných překvapení. Zvířata zvládají třeba velmi důkladné plánování, umějí se vcítit do pocitů příslušníků svého druhu a dokážou se pro ně obětovat. Navzdory tomu všemu zůstává člověk jediným tvorem, který doletěl na Měsíc a dal vzniknout takovým dílům jako Shakespearův Macbeth či Mozartovo Requiem.

S tím, jak pronikáme do biologické podstaty jedinečných lidských schopností, se nám otevírá možnost posunout zvířata blíže k hranici oddělující člověka od zvířat, anebo dokonce za ni. Jak kontroverzní by to byl počin, naznačil už v roce 1896 Herbert George Wells v románu Ostrov doktora Moreaua nebo Pierre Boulle v románu Planeta opic z roku 1963.

A současní vědci si rizika podobných experimentů jasně uvědomují. Už před devíti lety vydala britská Akademie lékařských věd publikaci „Zvířata obsahující lidskou hmotu“ a vytyčila v ní jasná pravidla pro experimenty, které mohou vést k „polidštění“ zvířat. Některé pokusy považují autoři manuálu za eticky bezproblémové. Do této kategorie řadí například přenos lidských rakovinných buněk do těla myší za účelem vývoje a testování nových postupů pro léčbu zhoubných nádorů.

Co už ne

Jiné pokusy považuje manuál Akademie lékařských věd za kontroverzní a nabádá k důkladné diskusi před jejich zahájením. Sem patří experimenty, při nichž jsou vnášeny lidské geny do dědičné informace primátů. Autoři manuálu uznávají, že výzkum na primátech je oprávněný tam, kde slibuje nové léčebné postupy závažných chorob a že v některých oblastech výzkumu je pravděpodobně nezbytný. Přesto jasně deklarují: „Takový výzkum by měl zůstat pod vysokým stupněm regulace a kontroly.“

Za zcela nepřípustný považuje manuál např. pokusy, při kterých by v těle zvířat vznikaly lidské pohlavní buňky, vajíčka nebo spermie, a tato zvířata by se pak vzájemně rozmnožovala. V těle zvířecí samice by tak mohla vznikat lidská embrya nebo i kříženci zvířat a lidí. Žádný ze stávajících experimentů zatím tento „etický Rubikon“ nepřekročil. To však není důvod, aby vědci a veřejnost pouštěli pokusy o polidštění zvířat ze zřetele, varovné příklady vědecké nezodpovědnosti máme po ruce. Koncem roku 2018 se narodily v Číně první děti s dědičnou informací cíleně „vylepšenou“ metodami genového inženýrství, i když se drtivá většina vědeckého světa shodovala v tom, že podobné experimenty jsou nezodpovědné a provádět se nesmí. K porušení obecného konsenzu široké vědecké obce tehdy stačilo několik ctižádostivců zaslepených touhou po slávě a po penězích.

Autor je biolog

LN, 1.8.2020








 Neviditelný pes
Toto je DENÍK: do sítě jde obvykle nejpozději do 8.00 hod. aktuálního dne. Pokud zaspím, opiji se, zešílím nebo se zastřelím, patřičně na to upozorním - neboť jen v takovém případě vyjde Pes jindy, eventuálně nikdy.
Šéfredaktor Ondřej Neff (nickname Aston), příspěvky laskavě posílejte na adresu redakce Jiřímu Wagnerovi, redaktorovi NP (nickname JAG). Rubriku Zvířetník vede Lika.