Sítě, harpuny a rotační kulomety. 'Zbraně' prvoků si nezadají s lidskými vynálezy

- Příroda autor: Jan Toman

Mnohohlavňové zbraně schopné v jeden okamžik vystřelit celou salvu nábojů, které se začaly objevovat v evropském novověku, nezvratně předznamenaly moderní způsoby vedení války. Jejich přímé následovnice, rychlopalné zbraně, jsou jedněmi z nejúčinnějších nástrojů zabíjení. Jako příklad historické ironie proto působí slavný Gatlingův kulomet z 60. let 19. století, jehož autor ho údajně navrhl proto, aby se bojů mohlo účastnit co nejméně lidí a související válečné hrůzy se tak dotkly jen zlomku populace. 

Polykrikos kofoidii jako "balistická střela"

Polykrikos kofoidii jako "balistická střela",zdroj: Urban Tillmann

Novověké konstruktéry nicméně v čase i nápaditosti o mnoho koňských délek předstihly některé skupiny prvoků. V evoluci zlativek, skrytěnek, krásnooček, nálevníků a dalších skupin se vyvinuly až neuvěřitelné orgány útoku i obrany. Jednou z nejvíce fascinujících skupin jsou v tomto ohledu obrněnky, jejichž "zbraně" moderními technikami přezkoumal tým kanadských, japonských a německých vědců.

Plankton máme obvykle tendenci chápat jako pasivní zdroj potravy pro větší organismy, například ryby. Jakmile ale umístíme jeho vzorek pod sklíčko mikroskopu, poštěstí se nám nahlédnout do světa miniaturních útočníků a obránců, složitých interakcí, konfliktů i způsobů spolupráce – světa, jehož vztahy jsou přinejmenším stejně komplexní, jako vztahy našeho "makrosvěta".

Zvláště složité orgány sloužící k obranným i útočným účelům si vyvinuly obrněnky, prvoci, jejichž zástupce nalezneme takřka všude, včetně tropických korálů, jejichž jsou důležitými symbionty. Tyto buněčné orgány, které dokáží vypouštět slizovité, lepivé, či jedovaté látky, nebo přímo tuhé projektily, se nazývají extrusomy.

Existuje jich nepřeberné množství. Ty jednodušší jsou však velice podobné nematocystám, žahavým buňkám mnohobuněčných žahavců – medúz, mořských sasanek či korálů. Mají spolu něco společného, nebo jde jen o náhodnou podobnost? A jak vůbec evoluce extrusomů probíhala?

Výzkumníci se zaměřili na extrusomy obrněnek rodů Polykrikos a Nematodinium. "Zbraně" prvního jmenovaného rodu připomínají harpuny. Tělísko vystřeluje jeden projektil, který za sebou táhne bílkovinné vlákno a umožňuje tak přitáhnout si kořist. Svinutým vláknem, projektilem a záklopkovitým víčkem ze všech extrusomů asi nejvíc připomíná nematocysty žahavců.

Srovnání genů přepisovaných v extrusomech a nematocystách však ukázalo, že mají obě struktury nezávislé kořeny. Ba co víc, extrusomy obrněnek se ve svém genetickém základu odlišují také od ostatních srovnatelných orgánů jiných skupin prvoků.

Extrusomy a nematocysty se liší především v mechanismu, na jehož základě dochází k vystřelení projektilu. Musely se tak vyvinout nezávisle na sobě. Tyto závěry potvrdilo také srovnání obou orgánů trojdimenzionálně naskenovaných iontovým paprskem specializovaného elektronového mikroskopu a nahrávka extrusomálního "výstřelu".

Odlišně utvářené je zejména ústí obou "zbraní", přičemž extrusomy obrněnek jsou v tomto ohledu propracovanější. Obsahují totiž tři koncentrické kruhy usměrňující sílu jedním směrem podobně jako trysky letadel. Rovněž zahrnují spoustu přídatných struktur, z nichž jedna možná slouží k přichycení ke kořisti.

Celá tato propracovanost ale bledne ve srovnání se stavbou extrusomů u rodu Nematodinium. U jeho extrusomů sice schází většina přídatných struktur, ale zato je v nich základní strukturní jednotka mnohokrát zmnožena a uspořádána do kruhového tvaru podobně jako u rotačního kulometu.

Celá struktura je navíc překryta složitou bílkovinnou rosetou. Vystřeluje jakousi volnou síť a pravděpodobně slouží spíše k obraně než k útoku. Oba typy extrusomů jsou nicméně s největší pravděpodobností odvozené od jednodušší struktury, která se vyskytovala u společného předka obou rodů. Nasvědčují tomu detaily jejich stavby.

Jak se všechny ty "zbraně" vypouštějící sliz, lep, sítě a toxické látky, průrazné či injekční projektily a mnoho dalšího mohly vyvinout? Takřka jistě v reakci na vznik brnění, obranných extruzomů, mrštných způsobů pohybu a únikového chování u kořisti dravých obrněnek.

Takřka jistě jde o důsledek závodů ve zbrojení mezi dravci a kořistí. Tomu ostatně nasvědčuje i fakt, že řada dravých obrněnek ztratila schopnost fotosyntézy a specializovala se na predátorský způsob života.

Zdroj: Gavelis GS, Wakeman KC, Tillmann U, ... & Leander BS (2017): Microbial arms race: Ballistic "nematocysts" in dinoflagellates represent a new extreme in organelle complexity. Science Advances, 3(3).

Tagy: biologie věda a poznání mikrobiologie prvoci

Zdroje: Vlastní