Síla, sex a sebevražda

Jaké je tajemství života? Existuje mnoho způsobů, jak se s touto věčně aktuální otázkou vypořádat, a v závislosti na tom, co hledáte, vás odpovědi mohou uspokojit, potěšit, nebo naopak frustrovat. Pro některé existuje méně metaforická a více vědecká odpověď: mitochondrie.

Mitochondrie stojí v centru veškerého mnohobuněčného života a hrají zásadní roli při utváření naší existence. V tomto shrnutí se podíváme na naše nejdůležitější a nejkomplexnější biologické procesy a vysvětlíme, proč jsou mitochondrie klíčové pro každý z nich.

Dozvíte se také, kdo je Mitochondriální Eva a jak s ní souvisíte, kolik různých buněk se nachází v lidském těle a proč vůbec existují dvě pohlaví.

Před přibližně čtyřmi miliardami let, kdy na Zemi život teprve začínal, existovaly pouze řasy a jednobuněčné bakterie. Teprve před šesti sty miliony let – což je jen asi šestina doby, po kterou život na Zemi existuje – se začaly objevovat složitější formy života.

Tyto složitější formy se nazývají mnohobuněčné organismy – jsou to soubory mnoha buněk, z nichž každá plní jinou funkci. Nové mnohobuněčné organismy tedy neměly jen více buněk, ale také různé typy buněk určené k různým úkolům.

Tyto mnohobuněčné organismy jsou eukaryota a každá jejich buňka obsahuje jádro. Eukaryotické buňky tvoří základ lidí i zvířat. Jednodušší organismy, jako jsou bakterie, se nazývají prokaryota. Prokaryotické buňky jádro nemají.

Dlouho si biologové mysleli, že prokaryota se postupně vyvinula v eukaryota, která se pak změnila ve složité organismy, jako jsou lidé. Tak jednoduché to ale není. Tyto dva typy buněk se od sebe zásadně liší; například eukaryota jsou desetkrát až stokrát větší než prokaryota. Největší rozdíl však spočívá v tom, že složité mnohobuněčné organismy se skládají z eukaryotických buněk, které všechny mají – nebo kdysi měly – mitochondrie.

Mitochondrie žijí uvnitř buněk a produkují energii. Pokud tedy všechny složité formy života sestávají z eukaryot a eukaryotické buňky existují jen tehdy, když se setkaly s mitochondriemi, je zřejmé, že mitochondrie stojí v samém centru veškerého mnohobuněčného života.

Protože na počátku existovala pouze prokaryota, jako jsou řasy a bakterie, je pravděpodobné, že eukaryota vznikla spojením dvou prokaryot: jednou byla mitochondrie a druhou hostitelská buňka. K tomuto zásadnímu okamžiku se ještě vrátíme podrobněji.

Ještě před vznikem moderní vědy si švýcarský alchymista Paracelsus v šestnáctém století představoval naši existenci jako „plamen života“. Ačkoli to mělo být jen metaforou, ukazuje se, že Paracelsus byl vědecké pravdě překvapivě blízko.

Lidé sice nehoří jako svíčky, ale proces dýchání a spalování je v podstatě totéž. Dýcháním dodáváme našim buňkám kyslík, který používáme ke spalování glukózy. Tento proces se nazývá buněčné dýchání.

V eukaryotických buňkách se většina chemických reakcí potřebných pro buněčné dýchání odehrává uvnitř mitochondrií; díky tomu dokážeme vyrobit obrovské množství energie. Mitochondrie jsou neuvěřitelné energetické „továrny“.

Pro srovnání: lidé – jejichž buňky jsou plné mitochondrií – generují relativně asi 10 000krát více energie na gram hmotnosti než Slunce! Přesněji řečeno, Slunce vyprodukuje zhruba 0,2 mikrojoulu (0,0000002 joulu) energie na gram za sekundu. Lidé mezitím vyrobí asi 2 milijouly (0,002 joulu) na gram za sekundu – a to vše, aniž bychom se museli zvednout z pohovky.

Jak je to možné? Mitochondrie produkují energii tím, že přesouvají protony přes membrány uvnitř buňky, čímž vytvářejí elektrický náboj. Během buněčného dýchání fungují membrány jako přehrada: v buňce se hromadí rezervoár protonů a v této podobě se ukládá energie. Uložené protony pak mohou být postupně uvolňovány k výrobě adenosintrifosfátu (ATP), takzvané „energetické měny života“.

Tento proces nazval britský biochemik Peter Mitchell chemiosmotické spřažení. Za svou práci na tomto poli získal v roce 1978 Nobelovu cenu.