Ed Yong

OBSAHUJI DAVY

O mikrobech v nás, kolem nás a o jejich fascinujícím vlivu na náš život

Copyright © Ed Yong 2016

All rights reserved, including the right to reproduce this book or portions thereof in any form whatsoever.

Podle anglického originálu I Contain Multitudes: The Microbes Within Us and a Grander View of Life vydalo v edici Pod povrchem nakladatelství Jan Melvil Publishing v Brně roku 2017. Žádná část této knihy nesmí být nijak použita či reprodukována bez písemného svolení, s výjimkou případů krátkých citací jako součásti kritických článků a recenzí.

Překlad Filip Drlík

Odpovědná redaktorka Vladimíra Válková

Redakční spolupráce Vít Šebor, Tomáš Baránek, Michaela Němcová

Grafická úprava David Dvořák

Sazba Petr Klíma

Obálka Sara Woodová, Pavel Junk

Jazyková korektura Vilém Kmuníček

Ekniha Roman Kříž

Jan Melvil Publishing, s. r. o.

Melvil.cz | Mít vše hotovo.cz

[Ohodnoťte knihu prosím zde: www.melvil.cz/kniha-obsahuji-davy]

[Pochvaly pište na libisemi@melvil.cz]

[Errata hlaste na melvil.cz/erratum]

Sdílejte s hashtagem #obsahujidavy

© Jan Melvil Publishing, 2017

ISBN 978-80-7555-029-3

Mamince

PROLOG: VÝLET DO ZOO

Baba nehne ani brvou. Nic si nedělá z davu nadšených dětí shluknutých kolem něj. Nijak ho netrápí žár kalifornského léta. Nevšímá si vatových tamponů, které mu přejíždějí po tváři, těle a tlapkách. Jeho nonšalantnost je na místě, protože má bezpečný a pohodlný život. Žije v zoologické zahradě v San Diegu, nosí neproniknutelnou zbroj a právě teď je omotaný kolem pasu ošetřovatele. Baba je luskoun bělobřichý – neskutečně roztomilý živočich, který vypadá jako kříženec mravenečníka a borové šišky. Velikostí odpovídá menší kočce. Má posmutnělé oči a srst po stranách jeho tváře připomíná rozcuchané kotlety. Jeho růžový obličej se táhne a zužuje do bezzubého čumáku přizpůsobeného k nasávání mravenců a termitů. Silné přední nohy má zakončené dlouhými zahnutými drápy uzpůsobenými k zachycování se na kmenech stromů a rozbíjení hmyzích hnízd. Má také dlouhý ocas, kterým se věší na větve (nebo na přátelské ošetřovatele).

Jeho nejvýraznějším rysem jsou však bez jakýchkoli pochyb šupiny. Pokrývají luskounovu hlavu, tělo, končetiny i ocas. Tyto světle oranžové, vzájemně se překrývající šupiny vytvářejí extrémně tvrdý ochranný krunýř. Jsou ze stejného materiálu jako vaše nehty – z keratinu. Dokonce i na pohled a omak působí jako nehty (větší, nalakované a škaredě okousané). Každá ze šupin je pružně, ale napevno připojená k jeho tělu, a když ho hladím po zádech, prohýbají se a zase se zvedají. Kdybych ho pohladil proti šupinám, pravděpodobně bych se pořezal – mnoho z nich má ostré hrany. Nechráněná je pouze Babova tvář, břicho a tlapky. Kdyby je chtěl chránit, stočil by se do klubíčka. Díky této schopnosti si také získal své anglické označení – pangolin pochází z malajského slova pengguling, „něco, co se stáčí do klubíčka“.

Baba je jedním ze „zvířecích vyslanců“ zoo – neobyčejně krotkých a dobře vycvičených jedinců, kteří se účastní veřejných akcí. Ošetřovatelé ho často berou do domovů pro seniory a dětských nemocnic, aby rozjasnili dny nemocných lidí a naučili je něco o neobvyklých zvířatech. Dnes má však volno. Jen si tak visí kolem ošetřovatelova pasu jako ta nejpodivnější šerpa na světě a Rob Knight mu mezitím jemně přejíždí vatovým tamponem po obličeji. „Tohle je jeden z druhů, který mě uchvátil už v dětství – už jen proto, že něco takového existuje,“ říká Rob.

Knight, vytáhlý Novozélanďan s vojenským sestřihem, je průzkumníkem mikroskopického života, znalcem neviditelného. Studuje bakterie a další mikroskopické organismy – mikroby – a nejvíce ho fascinují ti, již žijí uvnitř živočichů a na povrchu jejich těl. Chce-li je studovat, musí je nejprve chytit. Lovci motýlů používají síťky a sklenice; Knightovým nástrojem je vatový tampon. Na pár vteřin k Babově nosu přiloží vatovou kuličku, dost dlouho na to, aby se do jejího konce vsákly luskounovy bakterie. Do bílé vaty se teď zamotaly tisíce a možná i miliony mikroskopických buněk. Knight postupuje velice opatrně, aby luskouna nerozrušil. Baba se však rozhodně nijak neznepokojuje. Mám pocit, že kdyby vedle něj vybuchla bomba, jen by se nepatrně ošil.

Baba není pouze luskoun. Kromě toho je i přetékající masou mikrobů. Někteří z nich žijí v něm, většina ve střevech. Jiní žijí na povrchu – na jeho obličeji, břiše, tlapkách, drápech a šupinách. Knight postupně odebere vzorky ze všech zmíněných míst. Ze svého těla už vzorky pořídil nejednou, protože i on je hostitelem vlastní komunity mikrobů. Já také. I každý živočich v zoologické zahradě. A také každé stvoření na planetě, s výjimkou několika laboratorních zvířat, která vědci záměrně vyšlechtili ve sterilním prostředí.

Všichni máme vlastní bujný mikroskopický zvěřinec, který se souhrnně označuje slovem mikrobiota nebo mikrobiom.[1] Žijí na naší pokožce, uvnitř našeho těla a občas i přímo v našich buňkách. Převážnou většinu z nich tvoří bakterie, ale jsou tu i další drobné organismy včetně plísní (například kvasinek) a archea, záhadná skupina, se kterou se seznámíme později. Je mezi nimi i závratné množství virů – virom, který infikuje všechny ostatní mikroby a příležitostně i buňky hostitele. Žádné z těchto miniaturních smítek nemůžeme vidět. Kdyby však zničehonic zmizely všechny naše vlastní buňky, na místě zmizelého torza by se pravděpodobně vznášel přízračný mikrobiální opar.[2]

V některých případech by se chybějící buňky téměř nedaly zaregistrovat. Mořské houby patří k nejjednodušším živočichům, mají statická těla o maximální šířce několika buněk a kromě toho také hostí bujný mikrobiom.[3] Občas se stává, že se podíváte na houbu pod mikroskopem a přes vrstvu mikrobů téměř nenajdete samotného živočicha. Ještě jednodušší organismy, vločkovci, nejsou víc než rozteklé placky z buněk; vypadají jako améby, ale jsou to živočichové stejně jako my a také mají své mikrobiální partnery. Mravenci žijí v milionových koloniích, ale jeden každý z nich je zároveň sám o sobě kolonií. Polární medvěd žijící na Arktidě, kde mu ve všech směrech dělá společnost pouze led, je také zcela obklíčený. Husy indické přenášejí mikroby přes Himálaj a rypouši je mezitím berou do nejhlubších oceánů. Když Neil Armstrong a Buzz Aldrin stanuli na Měsíci, učinili také obrovský krok pro „mikrobstvo“.

Když Orson Welles řekl: „Rodíme se sami, žijeme sami, umíráme sami,“ mýlil se. I když jsme sami, sami vlastně nikdy nejsme. Existujeme v symbióze – což je překrásný pojem označující soužití různých organismů. Někteří živočichové jsou kolonizováni mikroby již ve stadiu neoplodněných vajíček; jiní si své první partnery vyberou při narození. Dál již žijeme neustále v jejich přítomnosti. Když jíme, jedí také. Když cestujeme, jedou s námi. Když zemřeme, tak nás pozřou. Každý z nás je svým způsobem zoo – kolonie uzavřená v jednom těle. Společenství mnoha druhů. Celý svět.

Tyto myšlenky možná nelze uchopit tak snadno, přinejmenším proto, že my lidé jsme globálně rozšířeným druhem. Náš dosah nezná hranic. Rozšířili jsme se do všech koutů modré planety a někteří z nás ji dokonce i opustili. Je možná zvláštní uvažovat nad existencí organismů ve střevech nebo jediné buňce a přemýšlet o svých částech těla jako širých krajinách. Přesně tím však nesporně jsou. Země obsahuje mnoho různých ekosystémů – dešťové pralesy, louky, korálové útesy, pouště, solné bažiny – a každý z nich má své vlastní konkrétní společenství druhů. Jeden jediný živočich je však také plný ekosystémů. Kůže, ústa, střeva, genitálie a jakékoli orgány, které ho spojují s vnějším světem – každý z nich má vlastní charakteristické společenství mikrobů.[4] Všechny pojmy užívané ekology k popisu ekosystémů na úrovni kontinentů, které vidíme ze satelitů, platí i pro ekosystémy v našem těle, na něž se díváme pomocí mikroskopů. Můžeme mluvit o rozmanitosti mikrobiálních druhů. Můžeme kreslit potravní sítě znázorňující, jak se různé organismy navzájem požírají. Můžeme vybrat klíčové mikroby, kteří mají nepřiměřený vliv na své prostředí – ekvivalenty mořských vyder nebo vlků. Můžeme ošetřit mikroby způsobující nemoci – patogeny – jako invazivní tvory, například jako ropuchy nebo mravence. Můžeme přirovnat střeva člověka se zánětlivým onemocněním k umírajícímu korálovému útesu nebo k půdě ležící ladem – k poničenému ekosystému s narušenou rovnováhou organismů.

Z těchto podobností vyplývá, že když pozorujeme termita, mořskou houbu nebo myš, pozorujeme také sami sebe. Jejich mikrobi se od těch našich mohou lišit, ale naše spojenectví s nimi se řídí stejnými principy. Oliheň se světélkujícími bakteriemi, které září pouze v noci, nám může něco prozradit o každodenních pochodech bakterií v našich střevech. Mikrobi na korálovém útesu běsnící kvůli znečištění nebo nadměrnému rybolovu poukazují na nepokoje v našich vlastních střevech, kdykoli pozřeme nezdravé jídlo nebo antibiotika. Myš, jejíž chování se mění podle rozpoložení jejích střevních mikrobů, nám může prozradit něco o úponcích vlivu, které nám společníci protlačili do mysli. Prostřednictvím mikrobů nacházíme jednotu s ostatními stvořeními navzdory tomu, jak neskutečně se naše životy liší. Žádný z těchto životů však neprobíhá izolovaně; vždy existují v kontextu mikrobů a zahrnují neustálé vyjednávání mezi velkými i malými druhy. Mikrobi se také přesouvají mezi živočichy, mezi našimi těly a půdou, vodou, vzduchem, budovami a dalšími prostředími, která nás obklopují. Spojují nás jednoho s druhým a s okolním světem.

Veškerá zoologie je ve skutečnosti ekologie. Nemůžeme plně pochopit životy zvířat, aniž bychom chápali své mikroby a symbiózy, v nichž s nimi žijeme. Zároveň nelze plně zhodnotit vlastní mikrobiom bez zhodnocení způsobu, jakým mikrobi ostatních zvířecích druhů obohacují a ovlivňují jejich život. Potřebujeme nahlížet zdálky na celou živočišnou říši a přitom se zaměřit na skryté ekosystémy existující v každém tvorovi. Když se podíváme na brouky a slony, mořské ježky a žížaly, rodiče a přátele, vidíme jedince, kteří procházejí životem jako hromada buněk v jednom těle řízeném jedním mozkem a fungujícím s jedním jediným genomem. Takový pohled je příjemný. Ve skutečnosti je však každý z nás legie. Vždy jsme to „my“, nikdy pouze „já“. Zapomeňte na Orsona Wellese a mějte na zřeteli Walta Whitmana: „Vždyť jsem veliký, obsahuji davy.“[5]

1

OSTROVY ŽIVOTA

Země je stará zhruba 4,54 miliardy let. Takové časové rozpětí je příliš obrovské na pochopení, a proto si celou historii planety rozložíme do jednoho kalendářního roku.[1] Když si teď čtete tuto stránku, je právě 31. prosince, těsně před úderem půlnoci. (Ohňostroje díky bohu vynalezli před devíti vteřinami.) Lidé existují teprve necelých 30 minut. Až do 26. prosince světu vládli dinosauři, dokud nepřiletěl asteroid a nevyhubil je (s výjimkou ptáků). Květiny a savci se vyvinuli někdy na začátku prosince. V listopadu zem začaly zabírat rostliny a v mořích se objevila většina hlavních skupin zvířat. Rostliny i živočichové se skládají z mnoha buněk a podobné mnohobuněčné organismy se s jistotou vyvinuly někdy na začátku října. Možná se objevily už předtím – fosilie jsou nejednoznačné a dají se vykládat různými způsoby – ale i tak by se vyskytovaly pouze vzácně. Do října byly téměř všechny živé organismy jednobuněčné. Pro pouhé oko (kdyby tehdy nějaké oči existovaly) by byly neviditelné. Takové byly už od okamžiku, kdy se objevil život, což bylo někdy v březnu.

Rád bych zdůraznil jednu věc: všechny viditelné organismy, které známe, vše, co nás napadne, když se řekne „příroda“, se vyskytly v příběhu života pozdě. Jsou součástí závěrečné pasáže. Po většinu příběhu tvořily veškerý život na Zemi mikrobi. Od března do října v našem imaginárním kalendáři vládli planetě sami.

Během této doby se nevratně změnili. Bakterie obohacují půdu a rozkládají znečišťující látky. Řídí koloběhy uhlíku, dusíku, síry a fosforu tím, že tyto prvky přeměňují na sloučeniny zužitkovatelné zvířaty a rostlinami a potom je navracejí světu rozkladem organických těl. Šlo o první organismy, které si samy vyráběly potravu, když začaly využívat sluneční energii při procesu zvaném fotosyntéza. Jako vedlejší produkt vylučovaly kyslík a vypouštěly ho tolik, že trvale změnily atmosféru naší planety. Právě díky nim dnes žijeme ve světě s dostatkem kyslíku. Dokonce i dnes produkují fotosyntetické bakterie v oceánu kyslík pro polovinu našich nádechů a zároveň spotřebují stejné množství oxidu uhličitého.[2] Říká se, že právě žijeme v antropocénu – nové geologické éře určené obrovským vlivem člověka na planetu. Stejně tak byste mohli namítnout, že stále žijeme k mikrobiocénu – éře, která začala na samém počátku života a bude pokračovat až do jeho zániku.

Mikrobi jsou skutečně všude. Žijí v nejhlubších oceánských příkopech a v kamenné vrstvě pod nimi. Přebývají v hydrotermálních průduších, horkých pramenech a v antarktickém ledovém příkrovu. Nacházejí se dokonce i v mracích, kde fungují jako semena deště a sněhu. Jejich počty dosahují astronomických hodnot. Ve skutečnosti astronomické hodnoty dalekosáhle přesahují – ve vašem tlustém střevě je víc bakterií, než je hvězd v naší galaxii.[3]

Tak vypadá svět, na němž se zrodili živočichové; je pokrytý a přetvářený mikroby. Jak jednou prohlásil paleontolog Andrew Knoll: „Živočichové jsou možná evoluční poleva, ale celý dort tvoří bakterie.“[4] Jsou součástí naší ekologie odjakživa. Vyvinuli jsme se mezi nimi. Také jsme se vyvinuli z nich. Živočichové patří do skupiny organismů zvaných eukaryota, která zahrnuje také všechny rostliny, houby a řasy. Navzdory naší očividné rozdílnosti jsou všechna eukaryota postavená z buněk sdílejících stejnou architekturu, což je odlišuje od ostatních forem života. Téměř veškerou svou DNA umisťují do buněčného jádra, což je struktura, která skupině dala název – slovo „eukaryote“ pochází z řečtiny a znamená „pravý ořech“. Mají také vnitřní „kostru“, která zajišťuje oporu a přepravuje molekuly z místa na místo. Také mají mitochondrie – elektrárny fazolovitého tvaru, které dodávají buňkám energii.

Všechna eukaryota sdílejí tyto vlastnosti, protože jsme se před zhruba dvěma miliardami let vyvinuli ze společného předka. Před tímto bodem se dal život na Zemi rozdělit do dvou táborů nebo domén: bakterie, které už známe, a archea, která nejsou tak povědomá a mají zálibu v kolonizování nehostinných a extrémních prostředí. Obě skupiny se skládaly z jedné buňky nevybavené důmyslnostmi eukaryot. Nemají žádnou vnitřní kostru. Postrádaly jádro. Neměly žádné mitochondrie (z důvodů, které si velice brzy osvětlíme). Byly si podobné i při povrchním zkoumání, a proto vědci původně věřili, že archea jsou bakterie. Vzhled však klame. Archea se od bakterií z biochemického hlediska liší stejně jako PC od MacBooků, co se operačního systému týká.

Po zhruba první 2,5 miliardy let života na Zemi se bakterie a archea řídily velice rozdílnými kurzy. Potom při jedné osudové příležitosti se bakterie jaksi sloučila s archeonem, přišla tak o svou samostatnost a zůstala navždy uvězněna ve svém novém hostiteli. Takto podle názoru mnoha vědců vznikla eukaryota. Jde o příběh našeho stvoření – dvě velké domény života se sloučily a vytvořily třetí při největší symbióze v dějinách. Archeon poskytlo šasi eukaryotické buňky a bakterie se nakonec přeměnila na mitochondrie.[5]

Z tohoto osudového spojení pocházejí všechna eukaryota. Proto naše genomy obsahují mnoho genů archeálního charakteru a jiné zase připomínají spíše geny bakterií. Právě proto naše buňky také obsahují mitochondrie. Tyto domestikované bakterie změnily úplně všechno. Staly se dalším zdrojem energie, díky čemuž se eukaryotické buňky rozrostly, nashromáždily více genů a staly se složitějšími. Tato skutečnost vysvětluje i pojem, který biochemik Nick Lane nazývá „černou dírou v srdci biologie“. Mezi jednoduššími buňkami bakterií a archeí a složitějšími buňkami eukaryot se nachází obrovská propast a životu se ji podařilo překlenout přesně jednou za čtyři miliardy let. Od té doby se nespočet bakterií a archeí stále vyvíjí závratnou rychlostí, ale ani jednou se jim znovu nepodařilo vytvořit eukaryotu. Jak to je možné? Jiné komplexní struktury od očí přes krunýře po mnohobuněčná těla se vyvinuly při mnoha nezávislých příležitostech, ale eukaryotická buňka zůstává jednorázovou inovací. Jak podotýká Lane a další, je to tím, že sloučení, které stálo za jejím vznikem – mezi archeonem a bakterií – bylo tak neskutečně nepravděpodobné, že se ho nikdy nepodařilo zopakovat, přinejmenším ne úspěšně. Tito dva mikrobové uzavřeli spojenectví, podařilo se jim téměř nemožné a ve výsledku zapříčinili vznik rostlin, živočichů a všeho, co je viditelné pouhým okem – nebo také všeho, co má oči. Díky nim existuji já i vy a píšu tuto knihu a vy si ji právě čtete. Podle našeho imaginárního kalendáře k jejich sloučení došlo někdy v polovině července. Tato kniha se zabývá tím, co následovalo.

Když se eukaryotické buňky vyvinuly, některé z nich začaly spolupracovat a shlukovat se a tím zapříčinily vznik mnohobuněčných stvoření, například živočichů a rostlin. Živé organismy se poprvé staly velkými – tak velkými, že jejich těla mohla obsadit obrovská společenství mikrobů.[6] Tito mikrobi se dají spočítat obtížně. Obvykle se říká, že průměrný jedinec obsahuje na každou lidskou buňku deset mikrobiálních, což z nás činí zaokrouhlovací nepřesnosti ve vlastním těle. Tento poměr 10:1 se objevuje v knihách, časopisech, přednáškách na TEDu a téměř ve všech vědeckých pracích na uvedené téma. Jde však o pouhý odhad od boku založený na provizorním výpočtu, ze kterého se bohužel stal pevný fakt.[7]

Podle nejnovějších odhadů obsahujeme zhruba 30 bilionů lidských buněk a 39 bilionů mikrobiálních buněk – což je zhruba půl na půl. Ani tato čísla však nejsou přesná, což ale není podstatné – tak či tak obsahujeme davy.

Kdybychom si přiblížili vlastní kůži, viděli bychom je: kulaté korálky, párkovité tyčinky a fazolky ve tvaru čárky. Každý z nich měří na délku pouze pár miliontin metru. Jsou tak malé, že navzdory svému počtu všechny dohromady váží pouze pár kilogramů. Tucet mikrobů by se mohl pohodlně postavit do řady o šířce lidského vlasu. Milion by mohl tančit na hlavičce špendlíku.

Bez přístupu k mikroskopu většina z nás tyto miniaturní organismy nikdy nespatří. Všímáme si pouze následků jejich činnosti, převážně těch negativních. Cítíme bolestivé křeče v zanícených střevech a slyšíme zvuky neovladatelného kýchání. Bakterii Mycobacterium tuberculosis nespatříme pouhým okem, ale dokážeme vidět krev vykašlanou pacientem v pokročilém stadiu tuberkulózy. Další bakterie, Yersinia pestis, je pro nás podobně neviditelná, ale následky morových epidemií, které způsobuje, jsou viditelné až příliš. Tito infekční mikrobi – patogeny – v průběhu dějin sužovali lidstvo a zanechali na něm hlubokou kulturní jizvu. Většina z nás vnímá mikroby jako choroboplodné zárodky – nechtěné nositele nákazy, kterým se musíme za každou cenu vyhnout. V novinách se pravidelně objevují poplašné zprávy, podle nichž jsou všechny předměty kolem nás, od klávesnic po mobilní telefony a kliky – panebože! – pokryté bakteriemi. Je na nich dokonce víc bakterií než na záchodovém prkénku! Následkem toho lidé vnímají mikroby jako kontaminanty a jejich přítomnost jako známku špíny, bídy a bezprostředně hrozící nákazy. Tento předsudek je velice nespravedlivý. Většina mikrobů nejsou patogeny. Nezpůsobují nám nemoci. Infekční nemoci u lidí způsobuje méně než 100 druhů bakterií.[8] Oproti tomu máme v tlustém střevě tisíce dalších druhů, které jsou vesměs neškodné. Ty se chovají přinejhorším jako pasažéři nebo stopaři. V nejlepších případech však tvoří nedílnou součást našeho těla – nepřipravují nás o život, ale stráží ho. Fungují jako skrytý orgán, který je stejně důležitý jako žaludek nebo oko, ale neskládá se z jednotné masy, ale spíše z bilionů hemžících se jednotlivých buněk.

Mikrobiom je rozhodně všestrannější než jakákoli z částí našeho těla. Vaše buňky nesou něco mezi 20 a 25 tisíci geny, ale podle různých odhadů mikrobi v nás disponují 500krát větším množstvím.[9] Toto genetické bohatství v kombinaci s překotnou evolucí z mikrobů činí biochemické virtuosy schopné přizpůsobit se jakýmkoli představitelným výzvám. Pomáhají nám trávit potravu a přitom vylučují živiny, k nimž bychom se jinak nedostali. Produkují vitaminy a minerály, které nejsou obsaženy v naší stravě. Rozkládají toxiny a nebezpečné chemické látky. Chrání nás před onemocněním tak, že vytlačují nebezpečnější mikroby, nebo je přímo zabíjejí antimikrobiálními chemikáliemi. Produkují látky, které ovlivňují náš čich. Jejich přítomnost je nevyhnutelná – přesunuli jsme na ně zodpovědnost za překvapivé aspekty našeho života. Řídí stavbu našeho těla, vypouštějí molekuly a signály upravující růst našich orgánů. Trénují náš imunitní systém a učí ho rozpoznávat přátele od nepřátel. Ovlivňují rozvoj našeho nervového systému a pravděpodobně i naše chování. Přispívají k našemu životu významnými a širokosáhlými způsoby; sahají do všech zákoutí naší biologie. Ignorujeme-li je, nahlížíme na vlastní život skrz klíčovou dírku.

Tato kniha je zkoumá ze dveří otevřených dokořán. Zahledíme se do neuvěřitelného vesmíru, který existuje v našem vlastním těle. Dozvíme se víc o svém spojenectví s mikroby, nečekaných způsobech, kterými formují naše tělo a každodenní život, a o tricích, jejichž prostřednictvím je držíme na uzdě a zajišťujeme vzájemný přátelský vztah. Zjistíme, jakými způsoby nevratně tyto vztahy ničíme a škodíme tak vlastnímu zdraví. Povíme si, jak tyto problémy můžeme zvrátit úpravou mikrobiomu v náš prospěch. Vyslechneme si příběhy nadšených, nápaditých a odhodlaných vědců, kteří své životy zasvětili zkoumání světa mikrobů často i navzdory posměchu, odmítnutí a neúspěchu.

Nezaměříme se pouze na člověka.[10] Povíme si, jakými neobyčejnými schopnostmi, evolučními příležitostmi, a dokonce i vlastními geny obdařili mikrobi různé živočichy. Dudek chocholatý, pták s čírem a tygřím zbarvením, své vejce natírá kapalinou bohatou na bakterie, již vylučuje ze žlázy pod chvostem; bakterie uvolňují antibiotika, která zabraňují nebezpečnějším mikrobům před napadením vajec a újmou mláďat. Mravenci rodů Atta a Acromyrmex na svém těle také nesou mikroby produkující antibiotika. Slouží jim k dezinfekci plísní, které si pěstují ve svých podzemních zahradách. Ostnatá, roztažitelná ryba fugu využívá bakterie k výrobě tetrodotoxinu – neobyčejně smrtící látky, která otráví jakéhokoli predátora, jenž se ji pokusí sníst. Proslulý a nebezpečný škůdce mandelinka bramborová používá bakterie ve svých slinách k oslabení obranyschopnosti rostlin, které požírá. Parmovec skvělý je hostitelem luminiscenčních bakterií, kterými láká kořist. Mravkolev, dravý hmyz s hrozivými kusadly, paralyzuje své oběti pomocí toxinů produkovaných bakteriemi v jeho slinách. Některé hlístice zabíjejí hmyz tím, že do jeho těla vyzvracejí toxické zářící bakterie;[11] jiné se prodírají rostlinnými buňkami a působí obrovské zemědělské škody pomocí genů ukradených od mikrobů.

Naše spojenectví s mikroby opakovaně změnilo vývoj evoluce živočichů a přeměnilo svět kolem nás. Nejsnadnějším způsobem, jak docenit význam těchto partnerství, je zvážit, co by se stalo, kdyby se přerušila. Představte si, že všichni mikrobi na planetě najednou zmizí. Infekční choroby by se staly minulostí a mnoho hmyzích škůdců by začalo živořit. To jsou však jediné představitelné výhody. Pasoucí se savci, jako jsou krávy, ovce, antilopy a jeleni, by zemřeli hlady, protože jsou zcela závislí na svých střevních mikrobech, kteří rozkládají tuhou vlákninu v rostlinách pozřených těmito savci. Veliká stáda afrických savan by zmizela. Termiti jsou na zažívacích službách mikrobů podobně závislí, a proto by také zmizeli, stejně jako větší zvířata, která se jimi živí nebo s nimi sdílejí obydlí. Mšice, cikády a další hmyz sající mízu by také vyhynul bez bakterií, které jim dodávají chybějící živiny. Mnoho červů, měkkýšů a dalších živočichů v hlubokých oceánech spoléhá na bakterie jako na zdroj veškeré energie. Bez mikrobů by také zemřeli a celé potravní sítě toho temného propastného světa by se zhroutily. V mělčích vodách by situace nevypadala o mnoho lépe. Koráli jsou závislí na mikroskopických řasách a překvapivě rozmanité skupině bakterií, a proto by byli slabí a zranitelní. Majestátní útesy by vybledly a rozdrolily se a další život s nimi spojený by trpěl.

Podivné je, že lidé by zase takový problém neměli. Na rozdíl od ostatních živočichů, pro něž by sterilita znamenala rychlou smrt, bychom přežili týdny, měsíce, a dokonce i roky. Naše zdraví by nakonec utrpělo, ale trápily by nás mnohem naléhavější záležitosti. Odpad se by se začal rychle vršit všude kolem nás, protože mikrobi jsou přeborníky v rozkladu. Společně s dalšími přežvýkavci by vyhynul veškerý dobytek. Stejně tak naše úroda – bez mikrobů poskytujících dusík by Země zažila katastrofický úbytek zeleně. (Jelikož je tato kniha zaměřená čistě na živočichy, hluboce se omlouvám všem příznivcům botaniky.) „Předpovídáme úplný rozpad společnosti během pouhého roku, spojený s katastrofickým selháním potravinového řetězce,“ napsali mikrobiologové Jack Gilbert a Josh Neufeld po dokončení výše popsaného myšlenkového experimentu.[12] „Většina druhů na Zemi by vymřela a populace přeživších druhů by se drasticky snížila.“

Mikrobi jsou důležití. Přehlíželi jsme je. Báli jsme se jich a nenáviděli jsme je. Nyní však nastal čas docenit jejich zásluhy. Kdybychom to neudělali, naše chápání vlastní biologie by bylo značně ochuzené. V této knize bych vám rád ukázal, jak vypadá zvířecí říše ve skutečnosti a jak úchvatná je, když se na ni díváte jako na svět partnerských vztahů, kterým opravdu je. Jde o verzi přírodní historie, která prohlubuje povědomější verzi sestavenou největšími přírodovědci minulosti.

V březnu roku 1854 započal jednatřicetiletý Brit jménem Alfred Russel Wallace grandiózní osmiletou výpravu po malajských a indonéských ostrovech.[13] Pozoroval orangutany s plamenně zbarvenou srstí, klokany poskakující v korunách stromů, oslnivé rajky, obří motýly, divoké prase babirusa s kly prorůstajícími rypákem směrem vzhůru a žábu, která plachtí ze stromu na strom pomocí nohou připomínajících padák. Wallace chytal a střílel všechny ty divy, které viděl, a nakonec shromáždil ohromnou sbírku 125 000 exemplářů: mušle; rostliny; tisíce druhů hmyzu připíchaných na platech; ptáci a savci, stažení z kůže, vycpaní nebo naložení v lihu. Wallace však na rozdíl od mnoha svých současníků vše pečlivě dokumentoval a zaznamenával místo, kde daný exemplář našel.

Šlo o velice důležitý krok. Z těchto podrobností Wallace odvozoval vzory. U zvířat žijících na určitém místě si všiml mnoha proměnlivých znaků dokonce i v rámci stejného druhu. Zjistil, že některé ostrovy jsou domovem jedinečných druhů. Když se plavil na východ z Bali do Lomboku – pouhých 35 km, uvědomil si, že australasijská fauna se výrazně liší od asijských živočichů, jako kdyby zmíněné ostrovy dělila neviditelná bariéra (které se později začalo říkat Wallaceova linie). Wallace je dnes oprávněně prohlašován za otce biogeografie – vědy, která zkoumá, kde se které organismy vyskytují a kde ne. Ale jak uvádí David Quammen ve své knize The Song of the Dodo (Píseň blbouna nejapného): „V podání hloubavých vědců se biogeografie neptá pouze na otázky Které druhy? a Kde?, ale také se ptá Proč? Někdy také i na mnohem důležitější otázku Proč ne?“[14]

Studium mikrobiomů začíná stejně: katalogizací těch, které se nalézají na různých zvířatech nebo na různých částech těla jednoho konkrétního živočicha. Kde žijí jaké druhy? Proč? Proč ne? Než blíže pochopíme jejich přínos, musíme poznat jejich biogeografii. Exempláře a další zjištění navedly badatele k zásadnímu biologickému poznatku – druhy se mění. „Každý druh vznikl současně v prostoru i čase s již existujícími blízce spřízněnými druhy,“ napsal opakovaně a občas i kurzivou.[15] Při konkurenčním boji živočichů přežívají nejsilnější jedinci, kteří se dále rozmnožují a předávají své výhodné vlastnosti svým potomkům. K jejich evoluci tedy dochází prostřednictvím přirozeného výběru. Byl to jeden z nejdůležitějších objevů ve světě vědy a zrodil se díky neúnavné zvídavosti, touze prozkoumat svět a schopnosti zpozorovat, co kde žije.

Wallace byl pouze jedním z mnoha přírodovědců a průzkumníků, kteří se plahočili po celém světě a katalogizovali jeho bohatství. Charles Darwin přestál pětiletou výpravu kolem světa na palubě HMS Beagle, během níž objevil zkamenělé kosti obřích pozemních lenochodů a pásovců v Argentině a narazil na želvy obrovské, leguány mořské a rozmanité druhy drozdcovitých ptáků na Galapágách. Jeho zkušenosti a sbírky zasely intelektuální semena stejné myšlenky, která se zrodila ve Wallaceově hlavě – evoluční teorie, později neodmyslitelně spojená s Darwinovým jménem. Thomas Henry Huxley se proslavil jako „Darwinův buldok“, protože sveřepě zastával přirozený výběr. Plavil se do Austrálie a na Novou Guineu, kde studoval tamější mořské obratlovce. Botanik Joseph Hooker doplul k Antarktidě a po cestě sbíral exempláře rostlin. V poměrně nedávné době sepsal E. O. Wilson učebnici biogeografie; předtím zkoumal melanéské mravence.

Lidé často mají za to, že tito legendární vědci se zaměřovali čistě na viditelný svět živočichů a rostlin a opomíjeli skryté světy mikrobů. Ve skutečnosti je to však malinko jinak. Darwin rozhodně pořizoval vzorky mikrobů – říkal jim „infusoria“ –, které vítr zavál na palubu Beagle. Zároveň udržoval korespondenci s tehdejšími předními mikrobiology.[16] V té době měl však k dispozici pouze velice omezené nástroje.

Dnešní vědci oproti tomu mohou pořídit vzorky mikrobů, rozdělit je, extrahovat jejich DNA a identifikovat je pomocí sekvenování. Tímto způsobem mohou postupovat stejně jako Darwin a Wallace – pořídit vzorky z různých míst, identifikovat je a položit si základní otázku: „Co zde žije?“ Provozují tedy biogeografii – v odlišném měřítku. Jemné stěry na vatových tamponech dnes nahrazují mávnutí síťkou na motýly. „Čtení“ genů je srovnatelné s nahlédnutím do atlasu. Odpoledne strávené v zoologické zahradě přecházením od jedné klece k druhé můžeme zase vnímat jako plavbu lodi Beagle od ostrova k ostrovu.

Darwina, Wallacea a jejich současníky fascinovaly zejména ostrovy, a to z velice dobrého důvodu. Chcete-li najít život v jeho nejexotičtější, nejnápadnější a obecně „nej“ podobě, vydáte se na ostrovy. Díky jejich izolovanosti, vytyčeným hranicím a omezené velikosti dokáže evoluce pracovat velice efektivně. Biologické vzory jsou mnohem zjevnější než na rozsáhlé souvislé pevnině. Ostrov však nemusí nutně být pouze pevnina obklopená vodou. Pro mikroby je každý hostitel technicky vzato ostrovem – světem plovoucím prázdnotou. Ruka, kterou hladím Babu v sandiegské zoo, je jako vor přenášející druhy z ostrova ve tvaru člověka na ostrov ve tvaru luskouna. Dospělý člověk sužovaný cholerou připomíná ostrov Guam pod náporem invaze cizokrajných hadů. Že žádný člověk není ostrov sám o sobě? Tak to není – z pohledu bakterie představujeme ostrovy všichni.[17]

Každý z nás má vlastní jedinečný mikrobiom, jehož podoba se odvíjí od zděděných genů, míst pobytu, užívaných léků, přijímané potravy, odžitých let a také počtu rukou, s nimiž jsme si potřásli. Po mikrobiální stránce jsme podobní, ale odlišní. Když mikrobiologové začali mapovat kompletní lidský mikrobiom, doufali, že objeví „centrální“ mikrobiom – skupinu druhů, které sdílíme všichni. Dnes je však sporné, zda takové jádro mikrobiomu existuje.[18] Některé druhy jsou společné, ale žádný z nich se nevyskytuje úplně všude. Existuje-li nějaké jádro, pak se nenachází na úrovni organismů, ale funkcí. Jisté úlohy, například strávení určité živiny nebo různé metabolické triky, má vždy na starost některý z mikrobů – jen to pokaždé nemusí být stejný mikrob. Tentýž trend můžete pozorovat i ve větším měřítku. Ptáci kiwi na se na Novém Zélandu prohrabují spadaným listím a hledají žížaly. Něco podobného dělá i jezevec v Anglii. Tygři a levharti obláčkoví se plíží po pralesích na Sumatře, ale na Madagaskaru žádné kočkovité šelmy nejsou, a tuto niku tedy vyplňuje vražedná šelma zvaná fosa. Na ostrově Komodo se zase role nejvyššího predátora ujal velký ještěr, varan komodský. Různé ostrovy, různé druhy, stejné úlohy. Těmito ostrovy mohou být obrovské kusy pevniny, nebo také konkrétní jedinci.

Každý člověk je ve skutečnosti spíše souostrovím. Jednotlivé části těla mají vlastní mikrobiální faunu podobně, jako mají různé galapágské ostrovy jedinečné druhy želv a pěnkav. Mikrobiom na lidské kůži je říší Propionobacteria, Corynebacteria a Staphylococca, přičemž tlustému střevu vládnou Bacteroides, pochvě Lactobacillus a ústům Streptococcus. Každý orgán je také proměnlivý sám o sobě. Mikrobi žijící na začátku tenkého střeva se výrazně liší od mikrobů v konečníku. Druhy, které se vyskytují v zubním plaku, jsou různé v úrovních nad a pod dásněmi. Co se kůže týká, mikrobi v mastných jezírkách na obličeji a hrudníku se liší od mikrobů v horkých a vlhkých pralesích v rozkroku a podpaží a také od těch, kteří kolonizují vyprahlé pouště předloktí a dlaní. Když už mluvíme o dlaních – vaše pravá ruka sdílí s levou rukou pouze šestinu jejích mikrobiálních druhů.[19] Variace mezi částmi těla jsou mnohonásobně vyšší než mezi jednotlivými lidmi. Jednoduše řečeno, bakterie na vašem předloktí se podobají více mikrobům na mém předloktí než těm, kteří žijí ve vašich ústech.

Table of Contents

Prolog: Výlet do zoo

1 Ostrovy života