Z icr.org přeložil Pavel Akrman – 10/2021. Na úvodním obrázku je řasa Heterosigma akashiwo.
Jak by se vám líbilo, kdyby s vámi po celý den každých pár sekund někdo házel do všech stran? Mořské řasy jsou u pobřeží opakovaně zmítány sem a tam a snáší to docela dobře. Vědci tedy chtěli přijít na to proč. Poslední experimenty u jednobuněčných organismů odhalily vnitřní ústrojí, které jim přitom pomáhá, takže to zvládají dobře i uprostřed takových turbulencí. Podíváme-li se na způsob fungování těchto buněčných systémů, vyvolává to velký otazník nad tím, jak se tam tyto systémy vůbec dostaly.
Mezinárodní výzkumný tým publikoval v časopise PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences)1 své výsledky experimentů na mikroskopickém druhu řas Heterosigma akashiwo, které jsou známé svým vytvářením toxického „vodního květu“, zabíjejícím ryby v pobřežních vodách po celém světě. Vědci už věděli, že jakmile se populace v klidovém stavu začne s určitou intenzitou zmítat, rozdělí se na dvě skupiny. Asi polovina buněk stále plave na hladině, zatímco druhá polovina zamíří dolů. Účelem tedy bylo zjistit, jak toto přepínání stavu u řas funguje.
Tým zjistil, že jakmile se jedna buňka otočí desetkrát po sobě, její malé nitro se začne měnit. Pozoruhodné je vůbec už to, že tak malá stvoření přesně vnímají své otáčení, natož aby poznala, v jakém okamžiku potřebují přestavět celou svou životní strategii. Ve volné přírodě dokáží klesající buňky dosáhnout bažinatého mořského dna a vstoupit do vegetativního stavu. Jakmile je dostatek tepla a světla, znovu se oživí a vyplavou opět k hladině.
Vnitřní přenastavení probíhá rychle díky ucelené řadě vstupů a výstupů. Předchozí výzkumná skupina se sídlem v Koreji v roce 2002 napsala: „S největší pravděpodobností jsou základní obvody přenosu signálu, ovlivňující danou odezvu pro přežití, zapojeny v síťovém systému, který přenáší informace z vícenásobných vstupních senzorů.“2 O jaké vstupy se jedná?
Každá z těchto buněk řas má senzory, které detekují gravitaci, aby věděly, kudy dolů. Jejich měřiče intenzity světla informují vnitřní logická centra, kdy mají přepnout zpět do režimu migrace vzhůru.1 A ano, tyto bakterie přicházejí s integrovanými teploměry. Mají detektory dusíku, fosforu a soli. Co by ale tyto mobilní mikroskopické laboratoře udělaly se všemi těmito daty, kdyby neměly také předem navržené plány odezvy?
Autoři studie z roku 2002 napsali: „Ten organismus musí vnímat vybrané podněty prostředí a tyto signály přenášet do metabolických programů. Ty poté určí, která fáze životního cyklu bude optimální pro přežití.“2 Programy řas obsahují změnu z plochých těl do hruškovitých těl. Mohou růst do velkých nebo malých forem. Umí využít skutečnost, že olej plave na vodě, aby řídily jeho obsah a kontrolovaly vztlak. A pokud jsou zmítány příliš nebo jsou zasaženy nadměrným množstvím světla, ihned začnou plavat dolů.
Biofyzikální laboratoř Anupana Sengupty na univerzitě v Lucembursku pomáhala vést autorskou skupinu PNAS při hledání odpovědí na otázky, jak se vnější faktory, jako je světlo a turbulence, promítají do konkrétních vnitřních změn u těchto řas. Zjistili, že buněčné reakce spustilo velké množství reaktivních forem kyslíku (ROS) v buňce. ROS jsou chemikálie, které poškozují proteiny a DNA. Buňky jsou obvykle vybaveny tak, aby tyto jinak smrtící jedy zvládly. Pokud však vnitřní systémy H. akashiwo nedokáží držet krok s produkcí ROS, senzory pak detekují chybné ROS. Jakmile pak úroveň dosáhne daného prahu, buňky přepnou taktiku a plavou dolů.
Veškeré to zmítání buňky tlačí a stresuje, čímž se tvoří ROS. Stejný účinek má i příliš mnoho světla. Tým PNAS naměřil práh ROS, který způsobuje změnu životního režimu. Jakmile úroveň ROS dosáhne 2,3násobku úrovně standardních řas na hladině, zhruba polovina buněk se začne vypínat a plavou dolů.1 Kdo nastavil tento a další vnitřní prahové hodnoty?
V online videu, v němž Dr. Gupta vysvětluje své výsledky, řekl:
„Modifikace jedné nebo kombinované úrovně světla, dostupnosti živin nebo podmínek plavání – což jsou klíčové determinanty mikrobiálního zdraví – odhalily, že mikrobi mají ohromující mechanismy, jak se přizpůsobit změnám v jejich přirozeném prostředí, a to vše při zachování jejich základní způsobilosti plnit svou evoluční funkci ochrany životního prostředí.“3
Pomineme-li ta prázdná slova o evoluci, můžeme se zaměřit na důležitější otázku: Kde se vzaly ty „ohromující mechanismy“? Který vědec kdy pozoroval, že přírodní procesy generují vůbec nějaký mechanismus od nuly, natož takovéto úchvatné – dokonce tak miniaturizované a přesto vynikající? Perfektní mechanismy pocházejí vždy jen z dokonalého naplánování. A to vyžaduje mysl, kterou příroda nemá.
Odkazy a poznámky
- Carrara, R. et al. 2021. Bistability in oxidative stress response determines the migration behavior of phytoplankton in turbulence. Proceedings of the National Academy of Sciences. 118 (5): e2005944118.
- Han, M-S., Y-P Kim, and R.A. Cattolico. 2002. Heterosigmaakashiow (Raphidophyceae) Resting Cell Formation in Batch Culture: Strain Identity Versus Physiological Response. Journal of Phycology. 38: 304-317.
- Microbes are crucial in tackling the climate crisis | Anupam Sengupta | TEDxUniversityofLuxembourg. Posted on youtube.com November 18, 2020, accessed February 3, 2021.
Bezva článek. Děkuji.