Sciencemag.cz
Doporučujeme
Lidé se již celá staletí ženou za lékem, který by jim umožnil žít věčně. Nebo jim alespoň prodloužil život do sta nebo sto padesáti let a zachoval přitom jeho rozumnou kvalitu. Zdravotní péče 21. století, nové léky na dříve smrtelná onemocnění nebo dostupnost hodnotné stravy již nyní umožňují lidem žít déle než před sto lety. Pořád to ale není nic ve srovnání s rekordmany v rostlinné říši, kteří mají potenciál dožít se stovek nebo dokonce tisíců let. Proč rostliny mohou a my ne? O tom jsme si povídali s Karlem Říhou a Daryou Volkavou z výzkumného institutu CEITEC Masarykovy univerzity, kteří se snaží pochopit rostliny do poslední molekuly.
Biblický Metuzalém se údajně dožil 969 let. Žralok grónský si mořských proudů může užívat 400 až 500 let a po plážích ostrova Svatá Helena v jižním Atlantiku se prochází téměř dvousetletá želví celebrita Jonathan. Jak je to s dlouhověkostí u rostlin?
Karel Říha (KŘ): Rostlinným Metuzalémem, nejstarším žijícím stromem a zároveň nejstarším jedincem na Zemi, je borovice štětinatá, která začala klíčit pravděpodobně někdy v době bronzové ve třetím tisíciletí před naším letopočtem, tedy pár set let před vztyčením kamenného kruhu Stonehenge. Mohlo by se zdát, že jde o ojedinělý úkaz, že na ni příroda „zapomněla“. Pravdou však je, že podobných případů by mohlo být klidně i víc, kdyby nebylo zásahů člověka, boj rostlin o světlo a živiny, útoků škůdců nebo fyzického poškození rostlin při živelních katastrofách.
Mají tedy rostliny na rozdíl od živočichů v sobě zakódovanou nějakou speciální životní strategii, jak překonat nepřízeň osudu a dosáhnout vysokého věku?
Darya Volkava (DV): Předně si musíme uvědomit, že rostliny a živočichové využívají k udržení života zcela odlišné mechanismy. Tělesná forma je u živočichů předem naplánovaná a vzniká již během embryonálního vývoje. Tyto „naprogramované“ struktury jako například hlava, končetiny, vnitřní orgány a podobně se pak už jen v průběhu času zvětšují, ale jen zřídka jsou živočichové schopni je nově zregenerovat. Oproti tomu rostliny se narodí jako velice jednoduché struktury a takoví novorozenci mají pouze embryonální kořen a embryonální výhonek, kde se ukrývají zvláštní shluky kmenových buněk nazývané meristémy. Dělením těchto buněk vznikají nové orgány v průběhu celého života rostliny, což jim umožňuje růst bez toho, aby měly předem přesně danou formu.
KŘ: Další strategií rostlin, jak přežít, je modulární růst. Rostlinné tělo se skládá z opakujících se jednotek neboli modulů, jako jsou například větve, listy nebo květy, a tyto jednotky jsou na sobě do určité míry funkčně nezávislé. Můžete například uříznout větev stromu, aniž byste stromu výrazně ublížili, protože další větve tuto funkci nahradí, popřípadě naroste větev nová. Schopnost vytvářet nové orgány po celý život a obětovat jednotlivé orgány bez škodlivého vlivu na celý organismus pomáhá rostlinám přizpůsobit svůj růst okolním podmínkám.
A některé druhy dlouhověkých rostlin šly v tomto směru ještě dál. Například strategie přežití takzvaných klonálních rostlin spočívá ve vytváření společenství geneticky identických klonů, takzvaných ramet, spojených kořenovým systémem do jednoho superorganismu. Pokud jeden klon odumře, může ho nahradit jiný a celá klonální kolonie může přetrvat mnoho tisíciletí – dobrým příkladem je třeba Pando Forest v Utahu, který sestává z 47 000 klonů osiky třeslicovité, a jehož stáří se odhaduje na 14 000 až 40 000 let.
Člověk by řekl, že bude mít oproti rostlinám výhodu v tom, že nemá kořenový systém a může se přemisťovat z místa na místo a unikat tak život ohrožujícím situacím. Jak to, že rostliny mohou prospívat na jednom místě třeba i stovky let?
DV: Paradoxně právě to, že se rostliny nemohou přemisťovat a drží kořeny na jednom místě, přispívá k trénování jejich dlouhověkosti – jsou nuceny se přizpůsobovat místním podmínkám prostředí a obnovovat nebo regenerovat své struktury v reakci na poškození způsobené vlivy prostředí, škůdci nebo chorobami. Ne všechny však dokážou překonat ničivé vnější vlivy – proto se s prastarými rostlinami, jejichž život trvá přes tisíciletí, setkáváme tak vzácně.
Co se chorob týče, ty se nevyhýbají ani živočichům, ani rostlinám. Mohou mít ale rostliny rakovinu?
KŘ: Rostliny netrpí zhoubnými nádory. Abychom pochopili, proč tomu tak je, musíme si uvědomit, že živočichové i rostliny jsou mnohobuněčné organismy, jejich buňky rostou a dále se dělí, což jim umožňuje obnovovat tkáně a regenerovat organismus. Poruchy této regulace mohou vést k různým onemocněním, včetně nádorů, kdy dochází k nekontrolovatelnému růstu a dělení buněk. U živočichů se nádorové buňky mohou rozšířit do celého těla, a v tom tkví jejich nebezpečí. K tomuto jevu u rostlin nedochází, jejich buňky jsou „zabetonovány“ svoji buněčnou stěnou na stejném místě a nemohou migrovat. Nekontrolované buněčné dělení tedy pro rostliny nepředstavuje žádnou výraznou hrozbu.
Toto vede v přírodě k zajímavému kompromisu. Živočišné buňky jsou naprogramovány tak, aby byly schopny jenom určitého počtu dělení, což na jednu stranu minimalizuje vznik nádorů, ale na druhou stranu to omezuje regenerační schopnost orgánů. Naproti tomu u rostlin nehrozí riziko vzniku nádorů, což jejich buňkám umožňuje podstoupit mnohem více dělení a to jim dává obrovský růstový potenciál.
Rakoviny se rostliny tedy bát nemusí, ale ohrožuje jejich život například každoroční podzimní chřadnutí? Je to projev stárnutí?
DV: Rostliny disponují mechanismy, které jim umožňují nepřetržitý růst a regeneraci po celý život. Změny, které v přírodě pozorujeme na rostlinách například na podzim, nesouvisí se stárnutím, ale jsou součástí přirozeného cyklu, který zahrnuje jak senescenci – tedy jak odumírání starých orgánů a tkání, tak i regeneraci a růst nových struktur. Jde o řízený biologický proces, který má za účel zpracovat živiny z listů produkovaných během vegetativního období, a mobilizovat je pro tvorbu semen nebo je uložit do kmene a větví. Takto uložené živiny následně usnadňují opětovný růst listů a květů v následující sezóně. Senescence u rostlin tedy není projevem stárnutí, ale cyklu obnovy.
Mohou tedy rostliny žít věčně?
KŘ: Stromy mají předpoklady k neomezené délce života, jejich životní a vývojové strategie tomu rozhodně nasvědčují. Dokud budou schopny řídit souhru mezi odumíráním a opětovným růstem, reagovat procesem regenerace na různá poškození způsobená přírodními katastrofami, škůdci nebo chorobami, tak by mohly být teoreticky nesmrtelné. Nicméně s prodlužující se délkou života také roste pravděpodobnost, že podlehnou vnějším vlivům, proto jsou dlouhověké stromy vzácné. Ale kdo ví, pokud bychom stromům dali maximální péči a ochránili je před vnějšími vlivy, možná by mohly žít věčně. Ostatně, lidé takto s nesmrtelností rostlin již dávno experimentují – dokladem toho jsou výpěstky bonsají, z nichž některé jsou údajně staré kolem 1 000 let. Vezmeme-li v úvahu předpoklady rostlin k dlouhověkosti, tak tento experiment má před sebou ještě dlouhou cestu.
Karel Říha vede ve výzkumném ústavu CEITEC Masarykovy univerzity výzkumnou skupinu, která se zabývá biologií rostlin, zejména pak procesy, které regulují reprodukci a jejich adaptaci na stres.
Darya Volkava je doktorandkou ve výzkumné skupině Karla Říhy a zabývá se tím, jak rostliny koordinují reprodukci s vegetativním růstem, což má dopad nejen na délku života rostlin, ale i na produkci semen a plodů, a tedy i na výnos některých zemědělských plodin.
Autorka: Halina Jílková
