Proč chobotnice nepotřebuje svetr

26. březen 2012
Malá chobotnice Octopus marginatus, schovaná mezi dvěma ulitami (Východní Timor)

Chobotnice se dokážou překvapivě dobře přizpůsobit velkému rozmezí teplot. Čím je to umožněno, zjistil výzkum amerických vědců Sandry Garrettové a Joshuy Rosenthala.

Chobotnice Octopus digueti si vysloužila název „pacifická trpasličí chobotnice“. Střetneme se s ní v tropických vodách Tichého oceánu. Jen si musíme dát při pátrání dobrý pozor. Často se schovává do prázdných lastur, a protože dělá čest svému přízvisku „trpasličí“, vejde se do nevelké lastury úplně celá. Pozoruhodná je její odolnost vůči horku. V Kalifornském zálivu jí nevadí ani voda vyhřátá slunečním úpalem na teploty přesahující 40°C.

Antarktické chobotnice rodu Paraledone jsou naopak zdatní otužilci. Nestrádají, ani když teplota slané mořské vody klesne ke dvěma stupňům pod nulou a přiblíží se bodu mrznutí. Teploty mírně pod nulou nevadí ani chobotnici arktické (Bathypolypus arcticus), žijící u severních břehů Špicberků.

Milovníci krajností díky genům

Velkému rozmezí teplot se dokážou přizpůsobit mnohé organismy. Přeborníky najdeme mezi mikroby označovanými jako extremofily. Tito „milovníci krajností“ mohou žít v třeskutých mrazech i žhavých peklech. Psychrofilní mikrobi, milující zimu, se mohou množit i při teplotách pod -10° C. Termofilní mikrobi, vyznavači horka, vzdorují i teplotám nad 100° C.

Chobotnice Bathypolypus arcticus

Aby mohl organismus fungovat v extrémních teplotách, musí v jeho buňkách plnit svou roli všechny důležité bílkoviny. V tom pomohla extremofilům evoluce. Geny, podle nichž se bílkoviny vyrábějí, se měnily, a pokud náhodou vznikla varianta genu, podle které buňky vyrobily odolnější bílkovinu, dostali se nositelé nových genů do výhody. Lépe se jim žilo, měli více potomků a jejich genetická inovace se šířila. Postupem času tak byly psychrofilní bakterie vybaveny mrazuvzdornými proteiny a jejich termofilní protějšky si vyvinuly naopak proteiny, které se jen tak neuvaří.

Lidé využívají tyto výdobytky evoluce mikrobů k vlastnímu prospěchu. Od termofilů jsme si například vypůjčili enzymy, které pohánějí biochemické reakce i v žáru, jenž jiné enzymy spolehlivě ničí. Od psychrofilů jsme zase získali enzymy čile pracující i v mrazech, v nichž se většina biochemických reakcí zastaví.

Jak to dělaj´ hlavonožci?

Dalo by se očekávat, že hlavonožci jsou na tom podobně a „pacifická trpasličí chobotnice“ má potřebné enzymy kódované jinými variantami genů než antarktické chobotnice Paraledone či jejich špicberské příbuzné. Čekali to i američtí vědci Sandra Garrettová a Joshua Rosenthal. Ale to se přepočítali. Tropické, antarktické a arktické chobotnice mají geny prakticky totožné. Přesto se jejich bílkoviny chovají zcela rozdílně. Bílkovina tropických druhů pracuje výborně ve vedru a stejná bílkovina polárních chobotnic zvládne i teploty pod nulou. Jak to ty chobotnice dělají?

Člověk si v chladnu zajistí potřebnou teplotu pro práci organismu tím, že se teple obleče. Polární chobotnice však svetr nenosí. Příroda ji vybavila jinou, snad ještě úžasnější vymožeností. Názorně si ji ukážeme na příkladu bílkovin potřebných k zajištění plně funkčního nervového systému.
Nervové vzruchy vznikají díky pohybu draslíkových iontů z nervové buňky ven a přílivu sodíkových iontů z vnějšího prostředí do buňky. Ionty putují z buňky i do buňky přes bílkovinou molekulu fungující na způsob jakýchsi vrátek. Vědci říkají takovým bílkovinným vrátkům iontové kanály. Rychlost, s jakou se vrátka pro ionty otevírají a zavírají, závisí na teplotě. Bílkovina, která dobře pracuje v tropech, by měla být v chladu polárních krajů příliš pomalá. Tropickým a polárním chobotnicím však fungují iontové kanály perfektně, i když geny pro jejich tvorbu se neliší. Jak je to možné?

Živočichové si podle genů nejdříve vyrobí molekuly kyseliny ribonukleové. Gen plní úlohu základního projektu. Ribonukleová kyselina sehrává roli dílenského výkresu. Na základě instrukcí uložených v ribonukleové kyselině buňka zhotoví konečný výrobek – molekulu bílkoviny. Při překreslování projektu na výkres i při výrobě bílkoviny se buňka nedopouští chyb. Z toho, jak vypadá gen, proto snadno určíme, jak bude vypadat podle něj vyrobená ribonukleová kyselina i bílkovina. Proto vždycky platilo, že se ze stejných genů tvoří stejné bílkoviny. U chobotnic toto elementární pravidlo neplatí.

Moře kolem Špicberk nevypadá jako domov hlavonožců. Místní teploty ale nevadí chobotnici arktické (Bathypolypus arcticus)

Vrátka na míru

Hlavonožci provádějí korekci ve výrobních výkresech. Polární a tropické chobotnice mají stejný základní projekt pro výrobu iontového kanálu. Při výrobě ribonukleové kyseliny se však instrukcemi genů stoprocentně neřídí. Například antarktické chobotnice poopraví ribonukleovou kyselinu na 18 místech a vzniklý iontový kanál je pozměněn na 9 místech. Tropické chobotnice mění „výkres“ kyseliny ribonukleové na 15 místech a to má za následek celkem deset změn v jejich iontovém kanálu. Výsledkem je vždy dokonalá funkce iontových vrátek a nervové buňky. U tropických chobotnic za vysokých teplot, u polárních chobotnic v mrazu.

Jde o první odhalený případ takového přizpůsobení odlišným podmínkám. Vědce teď zajímá, jestli by uměly polární chobotnice v teplé vodě upravit výrobní výkres pro iontový kanál tak, aby jim dobře sloužil za horka. A naopak, jestli by si tropické chobotnice upravily molekuly kyseliny ribonukleové tak, aby si podle nich pak mohly vyrobit iontový kanál vhodný do zimy. První pokusy už se rozběhly. Na jejich výsledky si ale musíme ještě počkat.

Spustit audio
autor: Jaroslav Petr