Svou přítomnost na daném místě ohlašujeme i tak malicherným počinem, jako je bezděčné poškrábání se na hlavě. Stačí totiž, aby někdo o pár dní později v blízkém okolí odebral vzorek vzduchu a provedl na něm genetické analýzy. V tu chvíli získá důkaz, že jsme dané místo navštívili.
Analýzy DNA, jež se vznáší ve vzduchu, však byly vyvinuty pro úplně jiné účely, než je šmírování lidí. Nejvíce se o nich ale mluví a píše právě v souvislosti s potřebou chránit práva těch, jejichž dědičná informace se připlete do vzorků, které vědci sbírají se zcela jiným záměrem.
Každý organismus uvolňuje svou dědičnou informaci do prostředí. U mikrobů k tomu dochází při zániku jejich buňky, z rostlin se kromě odloupaných buněk dostávají do okolí i pylová zrna, podobně je tomu s houbami a jejich výtrusy. DNA živočichů včetně člověka uniká do prostředí třeba i z poztrácených kožních buněk, chlupů či vlasů, ale také z moči, trusu, spermatu či krve.
Přítomnost tygra vědci prokázali analýzou vzorku vzduchu odebraného 200 metrů od výběhu šelmy. Odhalili však i zvířata, která v zoo žijí, i když je tam nechovají.
Vědci nejprve pátrali po DNA nejrůznějších organismů ve vodě a v půdě a dokázali tak zjistit, jaké organismy se vyskytují v řekách, jezerech i mořích. Třeba australští vědci pod vedením Zoe Richardsové z Curtin University v Bentley tímto způsobem nahlédli do podmořských kaňonů Cape Range a Cloates v Indickém oceánu: analýza vody vytažené z hloubky 4,5 kilometru jim umožnila provést inventuru tamějších živočichů. I kdyby stejná místa navštívili s vědeckou ponorkou, potřebovali by k zastižení aspoň některých tvorů obrovské štěstí.
DNA však prozradila, že v kaňonu žijí spolu s dalšími 225 živočichy také krakatice obrovské. Tito kolosální hlavonožci s tělem dlouhým kolem dvou metrů dorůstají hmotnosti až 300 kilogramů. Kořist uchvátí osmerem třímetrových ramen a dvojicí desetimetrových chapadel.
Exkurze do pravěku
DNA z půdy nabídla i pohledy do dávné minulosti. Když přišel dánský genetik Eske Willerslev během studií s nápadem pátrat ve starých usazeninách po vyhynulých tvorech, prohlásil jeho profesor, že větší blbost v životě neslyšel. Willerslev se ale nenechal odradit – a se svým „stupidním nápadem“ slavil úspěch.
V usazeninách ze dna novozélandské jeskyně starých šest století identifikoval DNA vyhubeného ptáka moa Euryapteryx curtus, z DNA izolované z permafrostu dal dohromady soupis sibiřské fauny a flóry z doby před 400 000 lety a usazeniny z Grónska mu umožnily rekonstruovat přírodu, jež zmizela před dvěma miliony roků.
Váš mozek v plastové krabici mezi životem a smrtí. Eticky pochybný pokus, či vědecká bomba? |
A analýzou 700 vzorků zeminy z Denisovy jeskyně na sibiřském Altaji také odhalil, že ji už před 250 000 lety osídlili tajemní pravěcí lidé, známí jako denisované, nedávno identifikovaní jako Homo longi, a před 170 000 roky v ní našli domov neandertálci. Nelze vyloučit, že se tu s denisovany setkali: svědčí o tom nález ostatků děvčete z doby před 90 000 lety, jež mělo za otce denisovana a za matku neandertálku. Pravěcí Homo sapiens se do Denisovy jeskyně poprvé uchýlili před 45 000 lety.
Úspěch šíleného nápadu
Analýza DNA ze vzduchu se jevila jako ještě šílenější nápad než Willerslevův záměr vykutat dědičnou informaci z dávných usazenin. Zdaleka nešlo jen o to, zda se DNA ve vzduchu vůbec nachází. Neméně důležité je, nakolik již podlehla rozkladu, a též je třeba počítat s tím, že stejně jako ve vodě nebo v půdě vědci narazí na pestrou směs fragmentů DNA nejrůznějších organismů, od mikrobů přes rostliny až po živočichy.
V roce 2013 se pokusili britští vědci Matt Clark a Richard Leggett izolovat DNA ze vzduchu odebraného ve skleníku a porovnat výsledky se vzduchem nabraným mimo skleník. „Byli jsme jen zvědaví, jestli něco najdeme. Odhalili jsme přítomnost stovek různých organismů,“ svěřil se nedávno Clark v rozhovoru pro časopis Nature.
Opravdový zájem ale vzbudila až studie, ve které se britští vědci pod vedením Joanne Littlefairové z londýnské University College pokusili na základě vzdušné DNA inventarizovat zvířata chovaná v zoo v hrabství Cambridgeshire. Pumpami nasávali vzduch přes filtry a zachycenou DNA pak podrobili analýzám. Soustředili se na krátké úseky DNA, které jsou typické pro daný druh a k určení jeho totožnosti poslouží podobně jako čárový kód k určení druhu zboží v obchodě.
Globálním oteplováním do doby ledové. Zdánlivý paradox dává až děsivě dobrý smysl |
Přítomnost tygra tak například prokázali i analýzou vzorku vzduchu odebraného 200 metrů od výběhu šelmy. Našli také DNA koní a prasat, jejichž masem zaměstnanci tygra krmili. Odhalili však i zvířata, která v zoo žijí, i když je tam nechovají, například veverky, ježky nebo netopýry. Celkem Littlefairová a spol. identifikovali 25 druhů savců a ptáků.
Ukázalo se, že ve vzduchu se nacházejí zlomky dědičné informace tvořené desetitisíci písmeny genetického kódu, což dostačuje pro identifikaci druhu i odlišení jedinců. Po uvolnění z organismu se tyto fragmenty udrží ve vzduchu i několik dní, přičemž se často vážou na mikroskopické částice prachu.
Skvělé výsledky
Genetici využívají skutečnosti, že meteorologové výskyt prachových částic systematicky sledují. Vědci v čele s Elizabeth Clareovou z York University v kanadském Torontu například analyzovali vzorky vzduchu odebírané v Británii pro monitorování výskytu těžkých kovů v ovzduší. Celkem pětadvacet pump nasává za tímto účelem vzduch ve velkých městech, na venkově i v průmyslových oblastech. Clareová si vybrala vzorky z patnácti míst a její tým tak postihl pestrost života na velkém území.
Výsledek? Vědci prokázali výskyt 1100 druhů organismů od prvoků po savce. Identifikovali nejen zástupce typické britské fauny, exotické domácí mazlíčky jako papoušky či tzv. invazní druhy, které byly do krajiny zavlečeny člověkem, ale ve vzorcích vzduchu vědci odhalili i např. DNA tolstolobika bílého. O výskytu této ryby v dané oblasti neměl do té doby nikdo nejmenší tušení.
Vědci získávají mnoho cenných informací o výskytu nejrůznějších organismů z hlášení amatérských přírodovědců zanesených do databáze iNaturalist. Clareová a spol. je proto porovnali s výsledky testů vzdušné DNA. Amatéři nereferovali asi o polovině druhů odhalených na základě DNA, naopak genetici nezaznamenali 43 % druhů uvedených pro danou oblast na iNaturalistu.
Amatérští přírodovědci z celkem pochopitelných důvodů opomenuli mnoho malých, nenápadných nebo nočních tvorů, např. houby, lišejníky, bezobratlé živočichy a byliny. Navrch měli naopak v identifikaci nápadných druhů ptáků žijících v blízkosti měst či přímo ve městech.
A teď ten problém: Co člověk?
Občas mají vědci z výsledků DNA testů zamotanou hlavu. Například ve Švédsku narazili ve vzduchu na dědičnou informaci tresky na místě vzdáleném od nejbližšího moře plných 160 kilometrů. V tomto případě vše vyjasnil silný vítr, který sebral z mořské hladiny kapky vody s tresčí DNA a zanesl ji daleko do vnitrozemí. Pro správnou interpretaci nálezů musejí vědci zohlednit celou řadu faktorů. Pak je možné odlišit, zda DNA potkana na farmě pochází od zvířat, která tam žijí, nebo zda se do vzduchu dostala z trusu hlodavců, kteří tu žili před dlouhými desetiletími.
Mnozí vědci by rádi sledovali prostřednictvím vzdušné DNA dění nejen v přírodě, ale i v lidských sídlech, a to kontinuálně. Chtějí tak například zjistit, jak reagují celé ekosystémy, od virů až po savce, na vlny veder. Průběžný monitoring by byl využitelný i pro sledování výskytu původců infekčních chorob, ať už při epidemii, nebo při bioteroristickém útoku.
Teroristé s umělou inteligencí. Zatím AI pomáhá, mohla by ale posloužit k výrobě ničivého viru |
Moderní technika takové sledování dovoluje. Dnes jsou k dispozici přístroje na čtení DNA, které vědcům umožňují identifikovat nejen jednotlivé druhy organismů podle „genetického čárového kódu“, ale mohou identifikovat i jednotlivce, a to vše prakticky v reálném čase. Analyzátor se bez problémů vejde do kapsy a lze ho připojit na laptop. Vědci už nemusí vzorky transportovat do laboratoře.
Přehled o spektru organismů získají ze vzdušné DNA během pouhých dvou dní. Jenomže jako obvykle: to, že něco umíme, neřeší ten hlavní problém. Genetiky to totiž staví před jinou, klasickou otázku etiky: Smíme dělat všechno, co umíme?
Ve vzduchu se vyskytuje zcela zákonitě i lidská DNA. Vždyť současné lidstvo tvoří více než třetinu biomasy všech savců žijících na naší planetě. Při sledování výskytu organismů se tak vědcům nabízí možnost sledovat jednotlivé lidi. Zcela jistě by to přivítali kriminalisté, protože by mohli rekonstruovat pohyb pachatele na základě stop DNA, které by po sobě na různých místech zanechal. Stejně tak by ale byli vysledovatelní i zcela bezúhonní lidé. Otevřela by se možnost analyzovat jejich DNA a identifikovat v ní nejrůznější dědičné vlohy – a to vše bez jejich vědomí a souhlasu.
Tým Davida Duffyho z University of Florida ověřil, že dokáže identifikovat jednotlivé živočichy pohybující se v lese i ve městě. Vědci zvládli například odlišit jednotlivé kusy amerického rysa červeného, ale z ryze etických důvodů neprovedli analýzy, které by umožnily identifikaci jednotlivých lidí. Spokojili se s tím, že určili na základě DNA jejich pravděpodobný etnický původ.
Věda odhalila, jak přesně nás rakovina zabíjí. Bude to znamenat průlom v boji se zákeřnou nemocí? |
Už v roce 2023 zveřejnili Hideyuki Doi z univerzity v Kjótu a Ryan Kelly z University of Washington v americkém Seattlu výzvu k moratoriu na výzkum lidské DNA ze vzduchu do doby, než se vědci dohodnou na globálně závazných pravidlech. Některé vědecké časopisy už odmítají studie, ve kterých by se objevily výsledky analýz lidské DNA ze vzduchu. Doi a Kelly upozorňují například na rizika provázející zachycení DNA původních obyvatel při výzkumu druhové pestrosti polárních krajů, pouštních oblastí nebo lokalit v tropech. Varují před zneužitím takových dat.
Obavy z biopirátství
Smutnou připomínkou podobných neetických praktik označovaných jako biopirátství je kauza novoguinejského kmene Hagahaiů. Ti vešli do kontaktu s okolním světem poprvé v roce 1984 a požádali úřady o lékaře. Americká antropoložka Carol Jenkinsová odebrala Hagahaiům krev s tím, že vzorky poslouží k identifikaci chorob a usnadní léčbu.
Vzorky však byly podrobeny mnohem důkladnějším analýzám, při kterých se ukázalo, že Hagahaiové jsou nakaženi virem schopným vyvolat leukemii. Onemocnění se u nich ale neprojevovalo. Vědci došli k závěru, že virus by mohl posloužit k vývoji vakcíny chránící před leukemií, a nechali si laboratorně pěstované buňky Hagahaiů patentovat. Ti však neměli nejmenší tušení o tom, že někdo chce na jejich krvi vydělávat. To byl také důvod, proč americké úřady patent nakonec zrušily.
Vědci tak v současnosti namáhavě hledají kompromis mezi ochranou práv lidí, jejichž dědičná informace může být získána při analýzách DNA ze vzduchu, a neomezováním výzkumu, který může přinést velmi důležité poznatky nejen o přírodě, ale i o blížících se epidemiích či pohybu pachatelů závažných trestných činů.
