Pavouci nepřestávají udivovat: Mají stovky genů pro hedvábí a toxiny si 'půjčili' od bakterií

- Příroda autor: Jan Toman

Leckdo s nimi nevydrží v jedné místnosti, ale to nic nemění na faktu, že pavouci se svými bezmála 50 tisíci druhy tvoří jednu z nejúspěšnějších skupin pozemských organismů. Není se čemu divit. Z biologického hlediska totiž představují jeden z vrcholů evoluce a svá přizpůsobení dotáhli k dokonalosti. 

Pavouci mají stovky genů pro tvorbu hedvábí. Ilustrační snímek

Pavouci mají stovky genů pro tvorbu hedvábí. Ilustrační snímek,zdroj: ThinkStock

Pavoučí hedvábí je v tahu pevnější než ocel, čehož dokáží osminozí členovci využít na desítky způsobů. Jejich jed dokáže stejně efektivně paralyzovat hmyz, jako malé obratlovce. A ty druhy, které zrovna nehodují číhání v podzemních sklípcích nebo uprostřed sítí, dokáží lovit s pomocí lepivých las nebo prostřednictvím vražedně přesných skoků.

Až donedávna se ale vědci museli při studiu pavouků spoléhat na klasické metody – průzkum jejich chování, vnějšího a vnitřního ustrojení či fungování orgánů, případně chemickou analýzu stavebních a vylučovaných látek. S molekulárně-biologickými metodami umožňujícími průzkum pavoučích genů naráželi na celou bažinu překážek.

V posledních letech se ale začíná blýskat na lepší časy a z moderních výzkumů se pavouci vynořují jako ještě podivnější tvorové, než jsme si mysleli.

Evoluční minulost pavouků

Jak shrnuje celý soubor nedávných výsledků souhrnný článek v žurnálu vědeckého časopisu Science, nejstarší pavouci by nás pravděpodobně mohli postrašit ve středním devonu před asi 380 miliony let. Tito "prapavouci" ještě v lecčems připomínali své štírovité předky. Měli například více nohou než dnešních osm a jejich zadeček vykazoval jasné známky článkování. S velkou pravděpodobností už ale vylučovali a také využívali hedvábná vlákna.

Na přelomu následujících dvou období, karbonu a permu, pavouci více méně dosáhli svého moderního vzhledu – ústní ústrojí, zadečky i snovací žlázy dobových pavouků zalitých v jantaru jsou velmi podobné jejich dnešním zástupcům. Někdy v této době se také pavouci rozdělili na linii sklípkanů (zahrnující mj. i tarantule), malou skupinu sklípkošů a dnes nejpočetnější linii pavouků zvanou dvouplicní.

Naposledy lovci ze zálohy

Poslední velkou evoluční explozí si pavouci prošli před asi 100 miliony let. V této době se, patrně v souvislosti s rozvojem nelétavého hmyzu, rozvinuly skákavky a další linie pavouků, které nestaví sítě a svou kořist loví přímo nebo ze zálohy.

Co se týče vnitřního členění tří velkých skupin pavouků, vědci dlouhou dobu tápali ve tmě. První analýzy konzervovaných úseků genomu do něj moc světla nevnesly. Extenzivnější srovnání stovek genů u více než čtyřiceti druhů pavouků proto přineslo velké překvapení.

Pavouci snovající klasické sítě podle něj nespadají do jedné skupiny, ale dvou nepříliš příbuzných linií, mezi kterými nalezneme druhy, které sítě nevytváří. "Vynalezli" snad pavouci sítě dvakrát nezávisle na sobě? Vyloučit to nelze, ale i vzhledem k fosilním nálezům se zdá pravděpodobnější, že alespoň jednoduchá vlákna vytvářel už společný předek všech dnešních pavouků.

Od obřích genomů k propracovaným sítím

Ještě více informací by vědci mohli vyčíst z kompletních pavoučích genomů. Jejich přečtení se ale naneštěstí ukazuje jako pořádně tvrdý oříšek. Pavoučí genomy dosahují obrovských velikostí a kvůli mnoha opakujícím se sekvencím jsou jen velmi těžko čitelné.

Do výzkumu pavouků navíc různé instituce příliš neinvestují, protože nepředstavují ani nebezpečné patogeny nebo parazity, ani hospodářsky zajímavé druhy.

I tak se ale nedávno podařilo přečíst kompletní genetickou informaci rovnou od tří druhů osminohých členovců – nefily Nephila clavipes, afrického stepníka Stegodyphus mimosarum a snovačky Parasteatoda tepidariorum. To mimo jiné umožnilo úplně nový pohled na pavoučí sítě a jedy.

Známý evoluční biolog Richard Dawkins napsal, že pavouci řeší všechny své evoluční problémy s pomocí sítí. A nebyl daleko od pravdy. Nalezneme druhy, které si staví podzemní "přepadové" úkryty, pavučinami vystýlají dutiny a vlákna používají jako dálkové senzory.

Pavoučí hedvábí "nadojené" kozami?

Dlouhá řada pavouků staví dvojdimenzionální či trojdimenzionální sítě, další budují z pavučin hnízda pro mláďata a třeba takoví "bolasoví pavouci" ze skupiny Mastophoreae loví své oběti házením lepivé kuličky na dlouhém vláknu.

Pavoučí hedvábí je navíc ve stejném objemu pevnější než nejpokročilejší kosmické materiály. Není proto divu, že se jej lidé mnohokrát pokoušeli sklízet či uměle napodobit. Proběhl dokonce i pokus přesunout příslušné geny do koz a unikátní látku "těžit" z jejich mléka. Až průzkum pavoučích genomů ale ukázal, jak byla celá tato představa naivní.

Výzkumníci už nějakou dobu tušili, že pavouci nenesou jen jeden gen pro vytváření bílkovinných stavebních kamenů svých sítí. Až nejnovější výsledky ale ukázaly, kolik rozličných genů pavouci při vytváření různých druhů vláken vlastně využívají.

Stepník Stegodyphus mimosarum užívá jen při snování stavebních látek hlavního osového vlákna celých deset genů. Dalších devět genů u něj potom kóduje bílkoviny ostatních typů vláken. Ani po kotníky ovšem nesahá nefile Nephila clavipes, která nese celých 28 genů pro vytváření různých stavebních bílkovin svého hedvábí. Ty se dále složitě mixují v různých typech jejích snovacích bradavek a celý "alchymistický" proces dolaďuje více než 200 přídatných genů.

Jen tak se pavoukovi, mimo jiné, daří udržovat směs v tekutém stavu, dokud ji nevyloučil ven z těla. Řada "hedvábných" bílkovin přitom má funkci i jinde v těle. Navíc se ukazuje, že jednotlivé geny pro bílkoviny pavoučího hedvábí nesou druhově specifické motivy určující sílu, pevnost, lepivost a další důležité vlastnosti vláken.

Toxiny, kam se podíváš

Po přečtení pavoučích genomů se badatelé podívali také na evoluční vztahy pavoučích jedů. Ty mohou obsahovat i více než 1000 toxinů. Třeba taková černá vdova ve svém jedu mísí latrotoxiny ovlivňující nerové buňky, latrodektiny s dosud neznámou funkcí a mnoho dalších, řídčeji zastoupených, látek.

Kdo by si ovšem myslel, že je pavoučí jedový mix stabilní a vyladěnou směsí, bližší pohled na genom pavouků jej vyvede z omylu. Černé vdově blízce příbuzná snovačka Parasteatoda tepidariorum nese úplně jinou sestavu toxinů, takže se zdá, že celý systém podléhá velmi rychlé evoluci.

Tomu naznačuje i fakt, že jsou některé latrotoxiny černé vdovy specializované na ochromení obratlovců. Na ty drobnější z nich si totiž černá vdova díky své značné velikosti může troufnout. Parasteatoda tepidariorum by naopak z takového souboje vyšla takřka jistě jako poražená.

Výpůjčka od parazitů?

Ani zde ovšem není překvapením konec. Ukázalo se totiž, že celá řada latrotoxinů je ze všech variant nejvíce podobná těm, které nalezneme u bakterií. Vůbec tak nemůžeme vyloučit možnost, že si snovačky vypůjčily celou řadu svých toxinů od vnitrobuněčných parazitů a dalších bakterií, se kterými se dostávaly do úzkého styku.

Další fascinující pavoučí adaptace zatím čekají na bližší probádání. Jak se například vyvinul unikátní hydraulický aparát skákavek, který jim umožňuje skoky dlouhé mnoho decimetrů? Jaké je složení hedvábných směsí, které někteří pavouci ze snovacích žláz na své oběti plivají? Jak se někteří bolasoví pavouci naučili napodobovat feromony svých obětí, aby je přilákali až do záhuby? Proč jsou některé druhy pavouků sociální? A jak dokáží někteří pavouci přežít rok bez jídla a bez vody? Na všechny tyto otázky snad nalezneme brzy jasné odpovědi.

Zdroj: http://www.sciencemag.org/news/2017/10/spider-genes-put-new-spin-arachnids-potent-venoms-stunning-silks-and-surprising-history

Tagy: pavouci zvířata a příroda

Zdroje: vlastní