22 ANATOMIE SOUVISLOSTI HLAVNÍ OSOBNOST Andreas Vesalius (1514–1564) POČÁTKY kolem r. 1600 Staroegyptský papyrus Edwina Smithe rozeznává řadu orgánů lidského těla. 2. století n. l. Galén pokládá základy anatomie díky provádění detailních pitev živočichů. POTÉ 1817 Francouzský přírodovědec Georges Cuvier zařazuje živočichy do skupin na základě struktury jejich těl. 70. léta 20. století Vynález přístrojů MRI (magnetické rezonance) a CAT (výpočetní tomografie) umožňuje detailní neinvazivní analýzu stavby těla živých lidí i živočichů.
Andreas Vesalius
ŽIVOT 23
L
idé pravděpodobně znali základní rysy svých těl i těl živočichů od prehistorických dob. Také mnoho lékařů ve starém Řecku a Římě si uvědomovalo, že znalost anatomie člověka může být zásadní pro účinnou léčbu. Teprve však v 16. století začalo být zjevné, že jediným způsobem, jak podrobně poznat anatomii člověka, bude studium lidského těla jako takového. Dnes se nám to zdá samo zřejmé, avšak když vlámský lékař Andreas Vesalius začal v 16. století tento přístup prosazovat tím, že pitval lidská těla, šlo o revoluční čin. Lékaři tehdy necítili potřebu pitev. Byli přesvědčeni, že vět šinu toho, co potřebují, se dozvědí z prací starořímského lékaře Ga léna. Vesalius však trval na tom, že důvěřovat lze pouze přesným pozorováním reálných věcí a jevů, což naprosto změnilo naše poznání lidského těla. Vesaliova detailní práce za čala také s přesným definováním rozdílů mezi anatomií člověka a jiných živočichů – i toho, co mají společného. Toto zaměření na de taily anatomických rozdílů mezi druhy vedlo ke vzniku vědního Vesalius se narodil jako Andries van Wesel v Bruselu, tehdy součásti Svaté říše římské, roku 1514. Jeho dědeček byl lékařem císaře Maximiliána. Vesalius studoval svobodná umění v Leuvenu (dnes v Belgii) a lékařství v Paříži a italské Padově. V roce 1537 v den své promoce tam byl ve věku pou hých 23 let ustanoven vedoucím katedry chirurgie a anatomie. Jeho brilantní anatomické přednášky se brzy staly natolik známými, že mu místní soudce začal dodávat těla zločinců, sejmutá ze šibenice. Vesalius
Viz také: Experimentální fyziologie 18–19 ■ Buněčná podstata života 28–31 ■ Krevní oběh 76–79 ■ Názvosloví a klasifikace organismů 250–253 ■ Vyhynulé druhy 254–255 ■ Přírodní výběr 258–263
Nic nebylo v našich dobách natolik degradováno a poté zcela rehabilitováno jako anatomie. Andreas Vesalius
oboru srovnávací anatomie, umož ňujícího klasifikaci živočichů do skupin tvořených příbuznými druhy.
Pitvy byly tabu
Jedním ze zásadních problémů prvních anatomů byla nepří pustnost pitvání lidských těl. V 5. století př. n. l. se ji pokusil obejít řecký anatom Alcmaeon tím, že pitval zvířata. O století později vznikla výjimka – v Alexandrii bylo anatomům povoleno pitvat lidská těla. Jednomu z nich, Herophilovi, se díky tomu podařil stěžejní objev. Správně prohlašoval, se spojil s nejlepšími italskými umělci a roku 1543 vydal své sedmidílné dílo o anatomii De Fabrica, bořící staleté mýty. Brzy nato se vzdal přednášení a stal se lékařem císaře Svaté říše římské Karla V. a poté španělského krále Filipa II. V roce 1564 zemřel na řeckém ostrově Zakynthos během návratu z cesty do Svaté země.
Hlavní dílo 1543 De Humani Corporis Fabrica (O struktuře lidského těla)
že mozek a nikoli srdce je sídlem lidské inteligence, a odhalil i úlohu nervů. Hierophilus však zašel i na alexandrijské poměry příliš daleko, když prováděl pitvy na živých zločincích.
Cesta poznání
Galén stavěl při psaní svých významných pojednání O anatomických postupech a O používání částí lidského těla na díle Hero phila, jehož učení doplnil i svými vlastními poznatky, získanými během pitev a vivisekcí živočichů. Jedním z jeho nejvýznamnějších objevů bylo to, že tepny jsou na plněny proudící krví, nikoli vzdu chem, jak se myslelo do té doby. Naučil se také mnohé během své funkce vrchního lékaře gladiátorů, což mu umožnilo zkoumat zblízka strašlivá zranění utržená při sou bojích. Jeho práce byly natolik podrobné a komplexní, že jeho reputace nebyla zpochybněna po následujících 1 400 let. Ještě ve Vesaliově době přednášející předčítali studentům z Galénových textů, zatímco v pozadí lazebník podle instrukcí rozřezával těla popravených zločinců a ukazoval
… konstruován nejdokonaleji ze všech živých tvorů. Andreas Vesalius
orgány, o nichž lektor hovořil. Předpokládalo se, že Galén měl vždy pravdu, a to i v případě, že text nekorespondoval s tím, co studenti v pitvaném těle skutečně viděli. Vesalius začal zpochybňovat Galéna již na začátku své kariéry. Lékařské vzdělávání zahájil na pařížské univerzitě pod vede ním anatomů zcela oddaných Galénovým závěrům; tam byl frustrován nedostatkem prak tických anatomických cvičení. Studium dokončil v Padově, kde začal pitvat lidská těla, takže se mohl učit anatomii v praxi a nemusel spoléhat na Galénovy texty. Měl dobrou pozorovací
Tento obraz ze 16. století zobrazuje Vesalia při pitvě ženského těla na padovské univerzitě. Jeho pitvy často přitahovaly zástupy studentů i dalších přihlížejících.
schopnost a vytvořil přesné ana tomické nákresy cévní a nervové soustavy. Jeho brožura z roku 1539, podrobně popisující cévní soustavu, se okamžitě stala prak tickým pomocníkem pro lékaře, kteří potřebovali vědět, odkud odebírat krev – v té době bylo pouštění žilou hlavní léčebnou metodou. Vesaliova pověst se rychle šířila; hned po ukončení studia byl jmenován profesorem chirurgie a anatomie. ❯❯
22 ANATOMIE SOUVISLOSTI HLAVNÍ OSOBNOST Andreas Vesalius (1514–1564) POČÁTKY kolem r. 1600 Staroegyptský papyrus Edwina Smithe rozeznává řadu orgánů lidského těla. 2. století n. l. Galén pokládá základy anatomie díky provádění detailních pitev živočichů. POTÉ 1817 Francouzský přírodovědec Georges Cuvier zařazuje živočichy do skupin na základě struktury jejich těl. 70. léta 20. století Vynález přístrojů MRI (magnetické rezonance) a CAT (výpočetní tomografie) umožňuje detailní neinvazivní analýzu stavby těla živých lidí i živočichů.
Andreas Vesalius
ŽIVOT 23
L
idé pravděpodobně znali základní rysy svých těl i těl živočichů od prehistorických dob. Také mnoho lékařů ve starém Řecku a Římě si uvědomovalo, že znalost anatomie člověka může být zásadní pro účinnou léčbu. Teprve však v 16. století začalo být zjevné, že jediným způsobem, jak podrobně poznat anatomii člověka, bude studium lidského těla jako takového. Dnes se nám to zdá samo zřejmé, avšak když vlámský lékař Andreas Vesalius začal v 16. století tento přístup prosazovat tím, že pitval lidská těla, šlo o revoluční čin. Lékaři tehdy necítili potřebu pitev. Byli přesvědčeni, že vět šinu toho, co potřebují, se dozvědí z prací starořímského lékaře Ga léna. Vesalius však trval na tom, že důvěřovat lze pouze přesným pozorováním reálných věcí a jevů, což naprosto změnilo naše poznání lidského těla. Vesaliova detailní práce za čala také s přesným definováním rozdílů mezi anatomií člověka a jiných živočichů – i toho, co mají společného. Toto zaměření na de taily anatomických rozdílů mezi druhy vedlo ke vzniku vědního Vesalius se narodil jako Andries van Wesel v Bruselu, tehdy součásti Svaté říše římské, roku 1514. Jeho dědeček byl lékařem císaře Maximiliána. Vesalius studoval svobodná umění v Leuvenu (dnes v Belgii) a lékařství v Paříži a italské Padově. V roce 1537 v den své promoce tam byl ve věku pou hých 23 let ustanoven vedoucím katedry chirurgie a anatomie. Jeho brilantní anatomické přednášky se brzy staly natolik známými, že mu místní soudce začal dodávat těla zločinců, sejmutá ze šibenice. Vesalius
Viz také: Experimentální fyziologie 18–19 ■ Buněčná podstata života 28–31 ■ Krevní oběh 76–79 ■ Názvosloví a klasifikace organismů 250–253 ■ Vyhynulé druhy 254–255 ■ Přírodní výběr 258–263
Nic nebylo v našich dobách natolik degradováno a poté zcela rehabilitováno jako anatomie. Andreas Vesalius
oboru srovnávací anatomie, umož ňujícího klasifikaci živočichů do skupin tvořených příbuznými druhy.
Pitvy byly tabu
Jedním ze zásadních problémů prvních anatomů byla nepří pustnost pitvání lidských těl. V 5. století př. n. l. se ji pokusil obejít řecký anatom Alcmaeon tím, že pitval zvířata. O století později vznikla výjimka – v Alexandrii bylo anatomům povoleno pitvat lidská těla. Jednomu z nich, Herophilovi, se díky tomu podařil stěžejní objev. Správně prohlašoval, se spojil s nejlepšími italskými umělci a roku 1543 vydal své sedmidílné dílo o anatomii De Fabrica, bořící staleté mýty. Brzy nato se vzdal přednášení a stal se lékařem císaře Svaté říše římské Karla V. a poté španělského krále Filipa II. V roce 1564 zemřel na řeckém ostrově Zakynthos během návratu z cesty do Svaté země.
Hlavní dílo 1543 De Humani Corporis Fabrica (O struktuře lidského těla)
že mozek a nikoli srdce je sídlem lidské inteligence, a odhalil i úlohu nervů. Hierophilus však zašel i na alexandrijské poměry příliš daleko, když prováděl pitvy na živých zločincích.
Cesta poznání
Galén stavěl při psaní svých významných pojednání O anatomických postupech a O používání částí lidského těla na díle Hero phila, jehož učení doplnil i svými vlastními poznatky, získanými během pitev a vivisekcí živočichů. Jedním z jeho nejvýznamnějších objevů bylo to, že tepny jsou na plněny proudící krví, nikoli vzdu chem, jak se myslelo do té doby. Naučil se také mnohé během své funkce vrchního lékaře gladiátorů, což mu umožnilo zkoumat zblízka strašlivá zranění utržená při sou bojích. Jeho práce byly natolik podrobné a komplexní, že jeho reputace nebyla zpochybněna po následujících 1 400 let. Ještě ve Vesaliově době přednášející předčítali studentům z Galénových textů, zatímco v pozadí lazebník podle instrukcí rozřezával těla popravených zločinců a ukazoval
… konstruován nejdokonaleji ze všech živých tvorů. Andreas Vesalius
orgány, o nichž lektor hovořil. Předpokládalo se, že Galén měl vždy pravdu, a to i v případě, že text nekorespondoval s tím, co studenti v pitvaném těle skutečně viděli. Vesalius začal zpochybňovat Galéna již na začátku své kariéry. Lékařské vzdělávání zahájil na pařížské univerzitě pod vede ním anatomů zcela oddaných Galénovým závěrům; tam byl frustrován nedostatkem prak tických anatomických cvičení. Studium dokončil v Padově, kde začal pitvat lidská těla, takže se mohl učit anatomii v praxi a nemusel spoléhat na Galénovy texty. Měl dobrou pozorovací
Tento obraz ze 16. století zobrazuje Vesalia při pitvě ženského těla na padovské univerzitě. Jeho pitvy často přitahovaly zástupy studentů i dalších přihlížejících.
schopnost a vytvořil přesné ana tomické nákresy cévní a nervové soustavy. Jeho brožura z roku 1539, podrobně popisující cévní soustavu, se okamžitě stala prak tickým pomocníkem pro lékaře, kteří potřebovali vědět, odkud odebírat krev – v té době bylo pouštění žilou hlavní léčebnou metodou. Vesaliova pověst se rychle šířila; hned po ukončení studia byl jmenován profesorem chirurgie a anatomie. ❯❯
POTRAVA A ENERGIE 49
48
ŽIVOT JE CHEMICKÝ PROCES METABOLISMUS
SOUVISLOSTI HLAVNÍ OSOBNOST Santorio Santorio (1561–1636) POČÁTKY 4. století př. n. l. Aristoteles popisuje, že při přijímání potravy živočichy se uvolňuje teplo. 13. století Ibn an-Nafís tvrdí, že tělo je ve stavu neustálých změn energie a živin. POTÉ 1784 Antoine Lavoisier stanoví, jaké množství kyslíku a oxidu uhličitého se spotřebovává během respirace u člověka. 1837 Německý fyziolog Heinrich Magnus prokazuje, že respirace se odehrává v celém těle. 1937 Britský biochemik německého původu Hans Krebs objevuje cyklus kyseliny citronové (dnes zvaný Krebsův cyklus).
M
etabolismus představuje chemické pochody udržující organismus naživu. Je to jednak celkový souhrn všech chemických reakcí v organismu, jednak způsob, jímž organismus přeměňuje potravu v energii a další látky a zbavuje se odpadních produktů. Statistické základy pro pochopení metabolismu položil na počátku 17. století italský lékař Santorio Santorio.
Vědecké měření
Jak Aristoteles, tak i arabský lékař 13. století Ibn an-Nafís potvrdili souvislost mezi příjmem potravy do těla, energií a produkcí tepla. Santorio si však uvědomil, že bez měření to byla jen vágní představa, a tak v 80. letech 16. století zahájil výzkum, v němž vytrval po více než 30 let. Sestavil křeslo, v němž se mohl vážit, a vážil i všechno, co jedl, pil a vyměšoval v podobě moči a stolice. Santorio vedl přesné záznamy o všech změnách své váhy. Zjistil, že na každou libru potravy, Santoriovo vážicí křeslo bylo zavěšeno na kratším rameni přezmenu – běhounových vah s dlouhým ramenem se stupnicí, po níž se posunuje závaží, dokud nenastane rovnováha.
Viz také: Experimentální fyziologie 18–19 ■ Buněčná podstata života 28–31 Životně důležité živiny 56–57 ■ Respirace 68–69 ■ Hemoglobin 90–91
Santorio se vážil bezprostředně před a ihned po jídle.
Vážil se před a po kálení i močení.
Rozdíl mezi těmito dvěma hodnotami je způsoben „nevědomým pocením“ z povrchu těla a při dýchání. kterou pozřel, vyloučil méně než půl libry, a vyvodil z toho, že rozdíl mělo na svědomí „nevědomé pocení“. Šlo tedy o „pocení“ nehmotné – o ztrátu hmotnosti v podobě tepla a vlhkosti z povrchu těla nebo ústy při dýchání. Zjistil, že tato hodnota se lišila podle podmínek prostředí i na základě jeho zdravotního stavu a podle toho, co jedl. Podobné výzkumy prováděl také na jiných osobách a výsledky
svého výzkumu shrnul roku 1614 v knize De Statica Medicina (O lékařském měření). Zdůraznil v něm potřebu rovnováhy mezi příjmem látek do těla a „nevědomým pocením“ pro zdraví. Šlo o první studii o metabolismu.
Chemické reakce
Francouzský chemik Antoine Lavoisier byl přesvědčen, že chemické procesy, stojící za hořením a dýcháním – spalování a respirace –, jsou v podstatě shodné. Pokusy jeho i dalších vědců ukázaly, že když živočich dýchá, spotřebovává kyslík a vytváří odpadní oxid uhličitý – stejně jako, jak správně předpokládal, když předměty hoří. K provedení ověřovacího pokusu sestrojil v roce 1784 přístroj zvaný ledový kalorimetr. Množství ledu, jenž se rozpustil v kalorimetru, odpovídalo množství tepla produkovaného během spalování a dýchání uvnitř uzavřené komory. Do komory umístil nejprve žhavé dřevěné uhlí, poté živé morče. Jak uhlí, tak i morče spotřebovávali kyslík a produkovali teplo. Žhavé uhlíky vytvářely teplo rychle, morče pomaleji – bylo však jasné,
■
Váha snědené potravy byla dvojnásobná než úbytek cestou vylučování a vyměšování.
že spalování i respirace vytvářejí teplo stejným způsobem. Lavoisiera zajímalo, zda se spotřeba kyslíku mění, a požádal proto svého asistenta, aby si vzal masku umožňující řídit přísun kyslíku a měřil množství vdechovaných plynů. Zjistil, že tělo využívá větší množství kyslíku při cvičení než v klidu a také více při jídle a v chladu. Dnes víme, že když živočichové vdechují kyslík, v jejich těle se vytváří teplo během určité formy spalování, zvané buněčná respirace, pro niž energii poskytuje potrava. Kyslík se společně s glukózou z potravy dostává do tělních buněk. Buňky spalují glukózu a uvolňují její energii. Vodík, který z ní vzniká, se slučuje s kyslíkem a vytváří tak vodu, uhlík se pak slučuje s kyslíkem za vzniku toxického oxidu uhličitého – ten musí být vydechován. Vzájemně provázané chemické reakce jsou jádrem metabolismu a způsobem, jakým všechny živé organismy určité látky rozkládají a jiné vytvářejí za účelem udržení života. Metabolismus tak představuje rozdíl mezi životem a smrtí. ■
Santorio, narozený roku 1561, studoval lékařství na italské Padovské univerzitě, přední lékařské fakultě své doby. Po promoci v roce 1582 pracoval po několik let jako lékař. V Benátkách se setkal s Galileem a i později si s ním dopisoval. Santorio byl velmi nápaditý, sestrojil mimo jiné první klinický teploměr a pulsilogium, první přesný přístroj pro měření pulzu. Vynalezl také anemometr (měřič rychlosti větru) a měřidlo pro výpočet rychlosti vodních proudů. Santorio je známý díky svým průkopnickým výzkumům v oblasti experimentální fyziologie, především experimentům s vážicím křeslem vlastní konstrukce. V roce 1611 se stal v Padově profesorem teoretického lékařství, avšak funkce se vzdal poté, co studenti protestovali, že se přespříliš věnuje vý zkumu. Vrátil se k lékařské praxi v Benátkách, kde byl jmenován předsedou Benátské vysoké školy lékařské. Zemřel v roce 1636.
Hlavní dílo 1614 De Statica Medicina (O lékařských měřeních)
POTRAVA A ENERGIE 49
48
ŽIVOT JE CHEMICKÝ PROCES METABOLISMUS
SOUVISLOSTI HLAVNÍ OSOBNOST Santorio Santorio (1561–1636) POČÁTKY 4. století př. n. l. Aristoteles popisuje, že při přijímání potravy živočichy se uvolňuje teplo. 13. století Ibn an-Nafís tvrdí, že tělo je ve stavu neustálých změn energie a živin. POTÉ 1784 Antoine Lavoisier stanoví, jaké množství kyslíku a oxidu uhličitého se spotřebovává během respirace u člověka. 1837 Německý fyziolog Heinrich Magnus prokazuje, že respirace se odehrává v celém těle. 1937 Britský biochemik německého původu Hans Krebs objevuje cyklus kyseliny citronové (dnes zvaný Krebsův cyklus).
M
etabolismus představuje chemické pochody udržující organismus naživu. Je to jednak celkový souhrn všech chemických reakcí v organismu, jednak způsob, jímž organismus přeměňuje potravu v energii a další látky a zbavuje se odpadních produktů. Statistické základy pro pochopení metabolismu položil na počátku 17. století italský lékař Santorio Santorio.
Vědecké měření
Jak Aristoteles, tak i arabský lékař 13. století Ibn an-Nafís potvrdili souvislost mezi příjmem potravy do těla, energií a produkcí tepla. Santorio si však uvědomil, že bez měření to byla jen vágní představa, a tak v 80. letech 16. století zahájil výzkum, v němž vytrval po více než 30 let. Sestavil křeslo, v němž se mohl vážit, a vážil i všechno, co jedl, pil a vyměšoval v podobě moči a stolice. Santorio vedl přesné záznamy o všech změnách své váhy. Zjistil, že na každou libru potravy, Santoriovo vážicí křeslo bylo zavěšeno na kratším rameni přezmenu – běhounových vah s dlouhým ramenem se stupnicí, po níž se posunuje závaží, dokud nenastane rovnováha.
Viz také: Experimentální fyziologie 18–19 ■ Buněčná podstata života 28–31 Životně důležité živiny 56–57 ■ Respirace 68–69 ■ Hemoglobin 90–91
Santorio se vážil bezprostředně před a ihned po jídle.
Vážil se před a po kálení i močení.
Rozdíl mezi těmito dvěma hodnotami je způsoben „nevědomým pocením“ z povrchu těla a při dýchání. kterou pozřel, vyloučil méně než půl libry, a vyvodil z toho, že rozdíl mělo na svědomí „nevědomé pocení“. Šlo tedy o „pocení“ nehmotné – o ztrátu hmotnosti v podobě tepla a vlhkosti z povrchu těla nebo ústy při dýchání. Zjistil, že tato hodnota se lišila podle podmínek prostředí i na základě jeho zdravotního stavu a podle toho, co jedl. Podobné výzkumy prováděl také na jiných osobách a výsledky
svého výzkumu shrnul roku 1614 v knize De Statica Medicina (O lékařském měření). Zdůraznil v něm potřebu rovnováhy mezi příjmem látek do těla a „nevědomým pocením“ pro zdraví. Šlo o první studii o metabolismu.
Chemické reakce
Francouzský chemik Antoine Lavoisier byl přesvědčen, že chemické procesy, stojící za hořením a dýcháním – spalování a respirace –, jsou v podstatě shodné. Pokusy jeho i dalších vědců ukázaly, že když živočich dýchá, spotřebovává kyslík a vytváří odpadní oxid uhličitý – stejně jako, jak správně předpokládal, když předměty hoří. K provedení ověřovacího pokusu sestrojil v roce 1784 přístroj zvaný ledový kalorimetr. Množství ledu, jenž se rozpustil v kalorimetru, odpovídalo množství tepla produkovaného během spalování a dýchání uvnitř uzavřené komory. Do komory umístil nejprve žhavé dřevěné uhlí, poté živé morče. Jak uhlí, tak i morče spotřebovávali kyslík a produkovali teplo. Žhavé uhlíky vytvářely teplo rychle, morče pomaleji – bylo však jasné,
■
Váha snědené potravy byla dvojnásobná než úbytek cestou vylučování a vyměšování.
že spalování i respirace vytvářejí teplo stejným způsobem. Lavoisiera zajímalo, zda se spotřeba kyslíku mění, a požádal proto svého asistenta, aby si vzal masku umožňující řídit přísun kyslíku a měřil množství vdechovaných plynů. Zjistil, že tělo využívá větší množství kyslíku při cvičení než v klidu a také více při jídle a v chladu. Dnes víme, že když živočichové vdechují kyslík, v jejich těle se vytváří teplo během určité formy spalování, zvané buněčná respirace, pro niž energii poskytuje potrava. Kyslík se společně s glukózou z potravy dostává do tělních buněk. Buňky spalují glukózu a uvolňují její energii. Vodík, který z ní vzniká, se slučuje s kyslíkem a vytváří tak vodu, uhlík se pak slučuje s kyslíkem za vzniku toxického oxidu uhličitého – ten musí být vydechován. Vzájemně provázané chemické reakce jsou jádrem metabolismu a způsobem, jakým všechny živé organismy určité látky rozkládají a jiné vytvářejí za účelem udržení života. Metabolismus tak představuje rozdíl mezi životem a smrtí. ■
Santorio, narozený roku 1561, studoval lékařství na italské Padovské univerzitě, přední lékařské fakultě své doby. Po promoci v roce 1582 pracoval po několik let jako lékař. V Benátkách se setkal s Galileem a i později si s ním dopisoval. Santorio byl velmi nápaditý, sestrojil mimo jiné první klinický teploměr a pulsilogium, první přesný přístroj pro měření pulzu. Vynalezl také anemometr (měřič rychlosti větru) a měřidlo pro výpočet rychlosti vodních proudů. Santorio je známý díky svým průkopnickým výzkumům v oblasti experimentální fyziologie, především experimentům s vážicím křeslem vlastní konstrukce. V roce 1611 se stal v Padově profesorem teoretického lékařství, avšak funkce se vzdal poté, co studenti protestovali, že se přespříliš věnuje vý zkumu. Vrátil se k lékařské praxi v Benátkách, kde byl jmenován předsedou Benátské vysoké školy lékařské. Zemřel v roce 1636.
Hlavní dílo 1614 De Statica Medicina (O lékařských měřeních)
38
ŽIVOT 39 SOUVISLOSTI
MENŠÍ BUŇKY SE USÍDLUJÍ VE VĚTŠÍCH BUŇKÁCH SLOŽITÉ BUŇKY
HLAVNÍ OSOBNOST Lynn Margulisová (1938–2011) POČÁTKY 1665 Robert Hooke poprvé používá pojem „buňka“ k popisu mikroskopických útvarů v korkové kůře.
Viz také: Buněčná podstata života 28–31 ■ Jak vznikají buňky 32–33 ■ Buněčné membrány 42–43 ■ Respirace 68–69 ■ Potravní řetězce 284–285
Typická prokaryotická a eukaryotická buňka Nukleotid obsahuje DNA a vznáší se v cytoplazmě.
Jádro
Buněčná membrána
1838 Matthias Schleiden a Theodor Schwann tvrdí, že všechno živé je tvořeno buňkami. 1937 Francouzský biolog Edouard Chatton poprvé rozděluje živé organismy na základě buněčné struktury na prokaryota a eukaryota. POTÉ 1977 Američtí biologové Carl Woese a George Fox navrhují novou, třetí doménu živých organismů – archeje. 2015 Objevuje se důkaz, že předkové eukaryot se vyvinuli z archeí.
Ž
ivot, dokonce i v těch nejjednodušších formách, je mimořádně složitý, a od vzniku prvních buněk na Zemi se během nesčetných evolučních kroků tato složitost neustále zvyšovala. Před přibližně 4 miliardami let mohlo dojít k prvním krokům vedoucím ke vzniku života, když se jednoduché organické molekuly začaly spojovat a vytvářet makromolekuly s dlouhými řetězci. Primární charakteristikou živé hmoty je její schopnost reprodukce, a tyto první molekuly se musely reprodukovat replikací v řadě přirozeně probíhajících chemických reakcí. Ty molekuly, jež byly nejúčinnějšími replikátory, vytvářely větší počet svých
Cytoplazma – tekutina obsahující všechny buněčné útvary.
Mitochondrie vyrábí energii pro buňku.
Prokaryota jsou malé, jednobuněčné organismy, například bakterie. Jejich buňky nemají organely navázané na membránu. Namísto v jádru se DNA nachází v oblasti zvané nukleoid, která se volně vznáší v cytoplazmě.
Eukaryota zahrnují organismy typu živočichů, rostlin a hub. Eukaryotické buňky mají organely vázané na membránu, včetně jádra obsahujícího DNA. Jsou mnohem větší než prokaryotické buňky.
vlastních kopií a vytlačily méně účinné systémy. Značné výhody poskytl vývoj ochranné membrány obklopující genetický materiál, což umožnilo vznik prvních prokaryotických buněk (jednobuněčných organismů bez buněčných struktur neboli organel, navázaných na membránu), podobných moderním bakteriím. V té době obsahovala atmosféra Země jen málo kyslíku. Tyto první organismy byly nesmírně jednoduché, živily se množstvím organických molekul a energii vyráběly prostřednictvím fermentace, procesu, který nevyžaduje kyslík.
fotosyntetizujících bakterií (dříve zvaných modrozelené či sinné řasy). Během přibližně následující miliardy let tyto fotosyntetizující organismy začaly postupně převládat, uvolňujíce kyslík jako odpadní produkt. V zemské atmosféře a v prvních mělkých oceánech tak došlo k prudkému nárůstu hladiny kyslíku, což mělo dalekosáhlé důsledky. Kyslík je vysoce reaktivní a může zničit jemné biologické struktury. U některých prokaryot se postupně vyvinuly mechanismy, jak si s tímto problémem poradit, z nichž nejúspěšnější byla respirace – proces výroby energie při přeměně kyslíku na molekuly vody.
Prokaryota a kyslík
Rané prokaryotické buňky se vyvíjely ve dvou oddělených liniích, zvaných Eubacteria a Archaebacteria. Před asi 3,5 miliardy let se u některých eubakterií vyvinula schopnost přeměňovat sluneční záření v chemickou energii. To byli předci dnešních sinic, skupiny
Původ eukaryot
Evoluce respirace před asi 2,5 miliardami let mohla spustit rozvoj eukaryotických buněk. Všechny pokročilé formy života jsou tvořeny eukaryotickými buňkami se složitější vnitřní strukturou a přítomností organel, vázaných na membránu. ❯❯
Jádro Zásadní rozdíl mezi proka ryoty a eukaryoty spočívá v tom, že eukaryotické buňky mají organely včetně jádra navázané na membránu, zatímco prokaryotické buňky nikoli. Ve skutečnosti je ovšem hlavním definičním znakem eukaryotických buněk pří tomnost jádra – schránky pro všechny geny dané buňky, zakódované v mole kulách DNA. Původ jádra je dosud předmětem dohadů. Bio logové se neshodují v tom, co vzniklo dříve, zda jádro, nebo mitochondrie. Někteří vědci předpokládají, že získání mitochondrií, odpo vědných za výrobu energie, muselo být zásadním krokem v evoluci eukaryot. Lynn Margulisová přišla s teorií, podle níž se jádro v dnešní podobě vyvinulo až poté, kdy buňka získala ostatní organely. Jiné teorie tvrdí, že jádro se u proka ryot vyvinulo jako první, což umožnilo jejich fúze s předky bakterií, z nichž vznikly mitochondrie.
Život je bakteriálního původu a organismy, jež nejsou bakteriemi, se vyvinuly z organismů, které jimi byly. Lynn Margulisová
38
ŽIVOT 39 SOUVISLOSTI
MENŠÍ BUŇKY SE USÍDLUJÍ VE VĚTŠÍCH BUŇKÁCH SLOŽITÉ BUŇKY
HLAVNÍ OSOBNOST Lynn Margulisová (1938–2011) POČÁTKY 1665 Robert Hooke poprvé používá pojem „buňka“ k popisu mikroskopických útvarů v korkové kůře.
Viz také: Buněčná podstata života 28–31 ■ Jak vznikají buňky 32–33 ■ Buněčné membrány 42–43 ■ Respirace 68–69 ■ Potravní řetězce 284–285
Typická prokaryotická a eukaryotická buňka Nukleotid obsahuje DNA a vznáší se v cytoplazmě.
Jádro
Buněčná membrána
1838 Matthias Schleiden a Theodor Schwann tvrdí, že všechno živé je tvořeno buňkami. 1937 Francouzský biolog Edouard Chatton poprvé rozděluje živé organismy na základě buněčné struktury na prokaryota a eukaryota. POTÉ 1977 Američtí biologové Carl Woese a George Fox navrhují novou, třetí doménu živých organismů – archeje. 2015 Objevuje se důkaz, že předkové eukaryot se vyvinuli z archeí.
Ž
ivot, dokonce i v těch nejjednodušších formách, je mimořádně složitý, a od vzniku prvních buněk na Zemi se během nesčetných evolučních kroků tato složitost neustále zvyšovala. Před přibližně 4 miliardami let mohlo dojít k prvním krokům vedoucím ke vzniku života, když se jednoduché organické molekuly začaly spojovat a vytvářet makromolekuly s dlouhými řetězci. Primární charakteristikou živé hmoty je její schopnost reprodukce, a tyto první molekuly se musely reprodukovat replikací v řadě přirozeně probíhajících chemických reakcí. Ty molekuly, jež byly nejúčinnějšími replikátory, vytvářely větší počet svých
Cytoplazma – tekutina obsahující všechny buněčné útvary.
Mitochondrie vyrábí energii pro buňku.
Prokaryota jsou malé, jednobuněčné organismy, například bakterie. Jejich buňky nemají organely navázané na membránu. Namísto v jádru se DNA nachází v oblasti zvané nukleoid, která se volně vznáší v cytoplazmě.
Eukaryota zahrnují organismy typu živočichů, rostlin a hub. Eukaryotické buňky mají organely vázané na membránu, včetně jádra obsahujícího DNA. Jsou mnohem větší než prokaryotické buňky.
vlastních kopií a vytlačily méně účinné systémy. Značné výhody poskytl vývoj ochranné membrány obklopující genetický materiál, což umožnilo vznik prvních prokaryotických buněk (jednobuněčných organismů bez buněčných struktur neboli organel, navázaných na membránu), podobných moderním bakteriím. V té době obsahovala atmosféra Země jen málo kyslíku. Tyto první organismy byly nesmírně jednoduché, živily se množstvím organických molekul a energii vyráběly prostřednictvím fermentace, procesu, který nevyžaduje kyslík.
fotosyntetizujících bakterií (dříve zvaných modrozelené či sinné řasy). Během přibližně následující miliardy let tyto fotosyntetizující organismy začaly postupně převládat, uvolňujíce kyslík jako odpadní produkt. V zemské atmosféře a v prvních mělkých oceánech tak došlo k prudkému nárůstu hladiny kyslíku, což mělo dalekosáhlé důsledky. Kyslík je vysoce reaktivní a může zničit jemné biologické struktury. U některých prokaryot se postupně vyvinuly mechanismy, jak si s tímto problémem poradit, z nichž nejúspěšnější byla respirace – proces výroby energie při přeměně kyslíku na molekuly vody.
Prokaryota a kyslík
Rané prokaryotické buňky se vyvíjely ve dvou oddělených liniích, zvaných Eubacteria a Archaebacteria. Před asi 3,5 miliardy let se u některých eubakterií vyvinula schopnost přeměňovat sluneční záření v chemickou energii. To byli předci dnešních sinic, skupiny
Původ eukaryot
Evoluce respirace před asi 2,5 miliardami let mohla spustit rozvoj eukaryotických buněk. Všechny pokročilé formy života jsou tvořeny eukaryotickými buňkami se složitější vnitřní strukturou a přítomností organel, vázaných na membránu. ❯❯
Jádro Zásadní rozdíl mezi proka ryoty a eukaryoty spočívá v tom, že eukaryotické buňky mají organely včetně jádra navázané na membránu, zatímco prokaryotické buňky nikoli. Ve skutečnosti je ovšem hlavním definičním znakem eukaryotických buněk pří tomnost jádra – schránky pro všechny geny dané buňky, zakódované v mole kulách DNA. Původ jádra je dosud předmětem dohadů. Bio logové se neshodují v tom, co vzniklo dříve, zda jádro, nebo mitochondrie. Někteří vědci předpokládají, že získání mitochondrií, odpo vědných za výrobu energie, muselo být zásadním krokem v evoluci eukaryot. Lynn Margulisová přišla s teorií, podle níž se jádro v dnešní podobě vyvinulo až poté, kdy buňka získala ostatní organely. Jiné teorie tvrdí, že jádro se u proka ryot vyvinulo jako první, což umožnilo jejich fúze s předky bakterií, z nichž vznikly mitochondrie.
Život je bakteriálního původu a organismy, jež nejsou bakteriemi, se vyvinuly z organismů, které jimi byly. Lynn Margulisová
74 ÚVOD
TRANSPORT A REGULACE 75
William Harvey demonstruje, že v lidském těle obíhá pevně dané množství krve.
Demonstrace svalové podstaty srdce Nicolasem Stenem potvrzuje teorii, že srdce pohání krev v těle.
Po objevu Arnolda Bertholda, že chemická látka z varlat je zodpovědná za maskulinitu, se zjišťuje, že hormony vylučované jinými žlázami také vyvolávají specifické reakce.
1628
60. léta 17. století
1849
B
Během výzkumu, jak krev roznáší životně důležité živiny, identifikuje Felix Hoppe-Seyler hemoglobin jako klíčový faktor transportu kyslíku.
Arthur Cushny odhaluje úlohu ledvin při vylučování odpadních produktů metabolismu.
Ernst Münch objasňuje způsob, jakým jsou rozváděny stavební látky z míst svého vzniku při fotosyntéze do ostatních částí rostlin.
1871
1917
1930
1661
1727
50. léta 19. století
1910
20. léta 20. století
S pomocí mikroskopu pozoruje Marcello Malpighi rozvětvující se síť nepatrných krevních cév, vlásečnic.
Stephen Hales popisuje lineární průtok vody a živin v rostlinách, kdy voda proudí z kořenů do listů a poté do vzduchu.
Claude Bernard zjišťuje, že organismy regulují své vnitřní prostředí, aby tak kompenzovaly změny vnějších podmínek.
Edward Sharpey-Schafer objasňuje, že různé hormony pomáhají při regulaci specifických tělesných funkcí.
Frits Went identifikuje regulátor růstu u rostlin, analogický hormonům u živočichů.
ěhem vědecké revoluce v 17. a 18. století došlo k významnému pokroku v chápání toho, jak organismy zpracovávají živiny nezbytné pro život (viz str. 46–73). Ve stejné době vědci zkoumali způsoby, jakými jsou tyto živiny rozváděny do míst v organismu, kde jich je zapotřebí. Zřejmě nejznámějším takovým mechanismem je cévní soustava, rozvádějící krev v tělech živočichů. Obecně se tehdy předpokládalo, že jde o jednosměrný tok, kdy je nově vytvořená krev orgány zcela spotřebovávána. To však v roce 1628 zpochybnil William Harvey, který demonstroval, že ve skutečnosti v těle obíhá v uzavřeném systému fixní množství krve.
Objev mikroskopických krevních cév, vlásečnic, Marcellem Malpighim roku 1661 vedl k myšlence, že právě přes jejich tenké stěny mohou být životně důležité látky absorbovány sousedícími buňkami. V témže desetiletí demonstroval Nicolas Steno, že srdce je orgán tvořený svalovinou a že jeho funkcí je čerpání krve do celého těla.
Účel krve
Díky těmto výzkumům začalo být bráno jako fakt, že účelem krevního oběhu je dopravování esenciálních živin do všech částí těla. Otázkou, jež se nevyhnutelně nabízela, bylo to, jak přesně jsou tyto živiny krví rozváděny. Jedním z průlomových okamžiků v tomto směru výzkumu byl objev, že hemoglobin, nacházející
se v červených krvinkách, hraje zásadní úlohu při přenosu kyslíku z plic všude tam, kde jej tělo potřebuje. Výzkumy chemického složení hemoglobinu Felixe Hoppea-Seylera v 60. a na počátku 70. let 19. století odhalily, že obsahuje železo, které v procesu oxidace absorbuje kyslík. S výzkumem transportu živin byla úzce spojena otázka, jak jsou z těla odstraňovány odpadní produkty metabolismu. Až teprve v roce 1917 Arthur Cushny přesně popsal úlohu ledvin při filtraci odpadních látek, jež mohou být poté vyloučeny v podobě moči. Bylo však zjištěno, že živiny nejsou jedinými látkami přenášenými krví v těle lidí i živočichů. Určité orgány vylučují další látky,
které vyvolávají konkrétní chemické reakce. Jednou z prvních takových látek byl roku 1849 objevený testosteron – tvořící se ve varlatech –, u něhož Arnold Berthold zjistil, že odpovídá za maskulinní vzhled i chování. Tyto látky, zvané hormony, se vytvářejí v různých žlázách, a každá z nich má specifické chemické složení, jež vyvolává v těle určité reakce.
Vnitřní regulace
V 50. letech 19. století se objevila teorie, která s Bertholdovým výzkumem hormonů zdánlivě nesouvisela. Claude Bernard pozoroval, že tělo má tendenci udržovat si stabilní vnitřní prostředí (například teplotu) navzdory změnám v prostředí vnějším pomocí procesu, zvaného
homestaze. To potvrzovalo, že existuje nějaký mechanismus autoregulace, který zajišťuje optimální podmínky pro život. Trvalo však ještě 50 let, než roku 1910 Edward Sharpey-Schafer objasnil, že tato regulace je řízena hormony působícími jako chemické komunikátory, které spouštějí reakce orgánů nezbytné k udržování stability. V 18. století vědci uskutečnili podobné výzkumy transportních systémů v rostlinách, které odhalily zásadní odlišnosti ve srovnání s živočichy. Stephen Hales zjistil, že zatímco u živočichů krev cirkuluje, v rostlinách je analogický tok lineární – voda proudí rostlinou od kořenů do listů, kde se vypařuje. Přitom – podobně jako u živočichů – tento proud vody roznášející živiny zajišťuje transport
i dalších látek. Mezi takové patří sloučenina objevená ve 20. letech 20. století Fritsem Wentem. Právě ona má podobné funkce jako hormony u živočichů – spouštění chemických reakcí, regulujících růst rostliny. Tento tok vody a živin představuje v zásadě jednosměrný systém, což ovšem nevysvětluje, jak se zásobní látky, produkované při fotosyntéze, dostávají do ostatních částí rostliny, například do kořenů, kde fotosyntéza probíhat nemůže. Tuto hádanku nakonec vyřešil německý fyziolog Ernst Münch, jenž prokázal, že sacharidy a další produkty fotosyntézy jsou roznášeny mízou, která protéká soustavou floémových cév do těch částí rostliny, kde je těchto látek zapotřebí. ■
74 ÚVOD
TRANSPORT A REGULACE 75
William Harvey demonstruje, že v lidském těle obíhá pevně dané množství krve.
Demonstrace svalové podstaty srdce Nicolasem Stenem potvrzuje teorii, že srdce pohání krev v těle.
Po objevu Arnolda Bertholda, že chemická látka z varlat je zodpovědná za maskulinitu, se zjišťuje, že hormony vylučované jinými žlázami také vyvolávají specifické reakce.
1628
60. léta 17. století
1849
B
Během výzkumu, jak krev roznáší životně důležité živiny, identifikuje Felix Hoppe-Seyler hemoglobin jako klíčový faktor transportu kyslíku.
Arthur Cushny odhaluje úlohu ledvin při vylučování odpadních produktů metabolismu.
Ernst Münch objasňuje způsob, jakým jsou rozváděny stavební látky z míst svého vzniku při fotosyntéze do ostatních částí rostlin.
1871
1917
1930
1661
1727
50. léta 19. století
1910
20. léta 20. století
S pomocí mikroskopu pozoruje Marcello Malpighi rozvětvující se síť nepatrných krevních cév, vlásečnic.
Stephen Hales popisuje lineární průtok vody a živin v rostlinách, kdy voda proudí z kořenů do listů a poté do vzduchu.
Claude Bernard zjišťuje, že organismy regulují své vnitřní prostředí, aby tak kompenzovaly změny vnějších podmínek.
Edward Sharpey-Schafer objasňuje, že různé hormony pomáhají při regulaci specifických tělesných funkcí.
Frits Went identifikuje regulátor růstu u rostlin, analogický hormonům u živočichů.
ěhem vědecké revoluce v 17. a 18. století došlo k významnému pokroku v chápání toho, jak organismy zpracovávají živiny nezbytné pro život (viz str. 46–73). Ve stejné době vědci zkoumali způsoby, jakými jsou tyto živiny rozváděny do míst v organismu, kde jich je zapotřebí. Zřejmě nejznámějším takovým mechanismem je cévní soustava, rozvádějící krev v tělech živočichů. Obecně se tehdy předpokládalo, že jde o jednosměrný tok, kdy je nově vytvořená krev orgány zcela spotřebovávána. To však v roce 1628 zpochybnil William Harvey, který demonstroval, že ve skutečnosti v těle obíhá v uzavřeném systému fixní množství krve.
Objev mikroskopických krevních cév, vlásečnic, Marcellem Malpighim roku 1661 vedl k myšlence, že právě přes jejich tenké stěny mohou být životně důležité látky absorbovány sousedícími buňkami. V témže desetiletí demonstroval Nicolas Steno, že srdce je orgán tvořený svalovinou a že jeho funkcí je čerpání krve do celého těla.
Účel krve
Díky těmto výzkumům začalo být bráno jako fakt, že účelem krevního oběhu je dopravování esenciálních živin do všech částí těla. Otázkou, jež se nevyhnutelně nabízela, bylo to, jak přesně jsou tyto živiny krví rozváděny. Jedním z průlomových okamžiků v tomto směru výzkumu byl objev, že hemoglobin, nacházející
se v červených krvinkách, hraje zásadní úlohu při přenosu kyslíku z plic všude tam, kde jej tělo potřebuje. Výzkumy chemického složení hemoglobinu Felixe Hoppea-Seylera v 60. a na počátku 70. let 19. století odhalily, že obsahuje železo, které v procesu oxidace absorbuje kyslík. S výzkumem transportu živin byla úzce spojena otázka, jak jsou z těla odstraňovány odpadní produkty metabolismu. Až teprve v roce 1917 Arthur Cushny přesně popsal úlohu ledvin při filtraci odpadních látek, jež mohou být poté vyloučeny v podobě moči. Bylo však zjištěno, že živiny nejsou jedinými látkami přenášenými krví v těle lidí i živočichů. Určité orgány vylučují další látky,
které vyvolávají konkrétní chemické reakce. Jednou z prvních takových látek byl roku 1849 objevený testosteron – tvořící se ve varlatech –, u něhož Arnold Berthold zjistil, že odpovídá za maskulinní vzhled i chování. Tyto látky, zvané hormony, se vytvářejí v různých žlázách, a každá z nich má specifické chemické složení, jež vyvolává v těle určité reakce.
Vnitřní regulace
V 50. letech 19. století se objevila teorie, která s Bertholdovým výzkumem hormonů zdánlivě nesouvisela. Claude Bernard pozoroval, že tělo má tendenci udržovat si stabilní vnitřní prostředí (například teplotu) navzdory změnám v prostředí vnějším pomocí procesu, zvaného
homestaze. To potvrzovalo, že existuje nějaký mechanismus autoregulace, který zajišťuje optimální podmínky pro život. Trvalo však ještě 50 let, než roku 1910 Edward Sharpey-Schafer objasnil, že tato regulace je řízena hormony působícími jako chemické komunikátory, které spouštějí reakce orgánů nezbytné k udržování stability. V 18. století vědci uskutečnili podobné výzkumy transportních systémů v rostlinách, které odhalily zásadní odlišnosti ve srovnání s živočichy. Stephen Hales zjistil, že zatímco u živočichů krev cirkuluje, v rostlinách je analogický tok lineární – voda proudí rostlinou od kořenů do listů, kde se vypařuje. Přitom – podobně jako u živočichů – tento proud vody roznášející živiny zajišťuje transport
i dalších látek. Mezi takové patří sloučenina objevená ve 20. letech 20. století Fritsem Wentem. Právě ona má podobné funkce jako hormony u živočichů – spouštění chemických reakcí, regulujících růst rostliny. Tento tok vody a živin představuje v zásadě jednosměrný systém, což ovšem nevysvětluje, jak se zásobní látky, produkované při fotosyntéze, dostávají do ostatních částí rostliny, například do kořenů, kde fotosyntéza probíhat nemůže. Tuto hádanku nakonec vyřešil německý fyziolog Ernst Münch, jenž prokázal, že sacharidy a další produkty fotosyntézy jsou roznášeny mízou, která protéká soustavou floémových cév do těch částí rostliny, kde je těchto látek zapotřebí. ■