Zvětšit obrázek

Seskupování hladových hlenek druhu Dictyostelium discoideum (levý obr.) a vyvinuté plodnice s hlavičkami plnými spórů (pravý obr.) Kredit: J. Kuzdzal-Fick/Rice University

Již samotný název kmenu Mycetozoa – česky hlenky, slovensky slizovky, německy Schleimpilze, anglicky slime mold – pravděpodobně jen u málokoho, kromě zainteresovaných biologů, vyvolá větší zájem, či dokonce nadšení. Zvláštní slizovité útvary, které tyto organizmy tvoří například na vlhkém rozkládajícím se dřevu nebo na povrchu humózní půdy, považují mnozí za odpudivé. Příroda ale naštěstí není antropocentrická a rozhodujícím je účel umožňující přežití a předání genů do další generace. (I když u mnohých vyšších organizmů, s člověkem na čele, je právě „krása“ jeden z nejdůležitějších faktorů pro úspěch nejen reprodukční.)

Zvětšit obrázek

Tři formy životního cyklu Dictyostelia.

Znalosti můžou změnit lhostejnost až odpor na zájem a když ne obdiv, tak alespoň údiv. Dokonce i ve vztahu k tak jednoduchým eukaryotickým organizmům, jako jsou hlenky. Podívejme se blíže na život akrázie (buněčné hlenky) druhu Dictyostelium discoideum (slovenský název: slizovníček obyčajný). Jde o mikroorganismus, který biologové zařadili mezi modelové druhy a tak je dobře prozkoumán. V roku 2005 byl zmapován celý jeho genom. Tato hlenka (a asi 100 dalších podobně žijících druhů řádu Dictyosteliales) žije ve fázi svého vegetativního života jako samostatná nezávislá buňka v půdách s rozkládajícím se organickým materiálem prakticky všude v příhodných klimatických zónách. Ve svém prostředí vyhledává a požírá zejména bakterie a mezi oblíbené pochoutky patří známá Escherichia coli. V laboratořích vědci zjistili, že na to, aby se jedna buňka hlenky rozdělila, musí pohltit asi 1000 buněk bakterií. No není hned sympatičtější?

Samozřejmě, že jednotlivé buňky v půdě žijících hlenek běžně nevidíme. Ta zvláštní slizovitá kupka, jež se vytvoří na povrchu, svědčí o vyčerpání zdrojů potravy na daném místě. A to je signál k přesunu na vhodnější a úživnější lokalitu. Jenže stěhujte se na větší vzdálenosti, když jste mikroskopickou buňkou. Evoluce si ale i u těchto „primitivních“ forem života vyhrála a našla vskutku fascinující řešení. Když hlenky začnou hladovět, spustí poplach a vysílají signály SOS v podobě molekul cyklického adenosinmonofosfátu (cAMP). Buňka, která signál zachytí, ho začne předávat dál a tak chemický vzruch tvoří doslova vlny šířící se prostředím. Signál by se dal do lidské řeči přeložit: Pojďme se spolu zachránit! Buňka nejen odkaz pošle dál, ale začne se přesouvat k místu odkud přichází a kde se sejde někdy až 100 tisíc jedinců:

Video zachycující signální vlny a jimi vyvolané shromažďování jednotlivých buněk do míst, odkud se zpráva šíří.

 

A tak se hlenky Dictyostelium discoideum seskupí do shluků tisíců, desetitisíců až jednoho statisíce buněk. Chemický signál SOS ale způsobí i výrazné proměny – hlenky své některé geny zapnou a jiné vypnou. Ve společenství původně autonomních buněk dojde k jakési dělbě práce umožňující koordinovanou činnost celku. To co hlenky předvedou je vskutku fascinující – vytvoří doslova mnohobuněčný organismus, jehož různé části mají různé funkce a navíc procházejí dalšími změnami. Zpočátku, ještě pod povrchem půdy, se vytvoří „slimák“, podobný tomu, kterého známe z lesů. Tento hlenčí slimák reaguje na teplo a světlo, jež ho vyvedou na povrch.

Video – shromážděné buňky vytvoří slimáka, jenž se jako jeden mnohobuněčný organismus vydává hledat vhodné místo pro rozsévání spór. Kredit: Princeton University

Když „slimák usoudí“, že se doplazil k povrchu a tedy je v cíli, nastává jeho další proměna – vytvoří plodnici v podobě stonku uchyceného k podkladu a zakončeného hlavičkou (kapslí) plnou nestravitelných spórů. Ty roznáší déšť, vítr a zvěř na vzdálenější, pro jednobuňěčný organismus vlastními silami nedosažitelná místa.

Video profesora Johna Bonnera z Princeton University, který ani po desetiletích výzkumu hlenek nepřestává žasnout nad mechanismy, které z tisíců buněk vytvoří mnohobuněčný organizmus s jediným úkolem – umožnit alespoň části z nich přežít.

U hlenek biologové hledají odpovědi na celou řadu otázek. Nakolik jsou ty tisíce buněk v slimákovi geneticky příbuzné, kterak mezi nimi probíhá selekce na ty, jež se „obětují“ v zájmu jiných a vytvoří obranný systém (článek "Hlenky – časný úsvit imunitního systému"), nebo nosný neplodný stonek pro ty, které se vznesou do výšky a změní ve spóry se šancí na další existenci a rozmnožování. Které buňky a proč se chovají altruisticky? I když je velká pravděpodobnost, že do slimáka se seskupí mnoho buněk se stejnou genetickou výbavou, byla prokázána spolupráce mezi různými genetickými klany i nekalý „protekcionizmus“ při pokusech se dvěma geneticky odlišnými skupinami. I když na začátku měly v laboratorní misce stejné zastoupení, v závěru pokusu jejich spóry již nebyly v poměru 50:50, ale například 80:20 ve prospěch jednoho z klanů.

Zvětšit obrázek

Joan E. Strassmann a Jennie J. Kuzdzal-Fick, Rice University

Zajímavý výsledek výzkumu hlenek Dictyostelium discoideum zveřejnil tým pod vedením Joan Strassmannové z Rice University v americkém Houstonu. Pracovat s organismy viditelnými jenom pod mikroskopem, porozumět jejich potřebám a reakcím, sledovat spolupráci i neférové chování těch kterých buněk z vícero geneticky odlišných klanů, je dlouhodobá mravenčí a technicky náročná práce. Podle Strassmanové se jí bravurně, téměř se schopností čarodějky zhostila její doktorandka Jennie Kuzdzal-Ficková, která se pak po zásluze stala i první autorkou článku "Pozvánka na smrt: z iniciátorů spolupráce u sociálních améb se stávají sobecké spóry", který zveřejnilo letošní květnové vydání odborného časopisu Biology Letters.

Vědci chtěli ověřit správnost předpokladu, že buňky, které začínají hladovět jako první a tedy mají nejméně energetických zásob, jsou ty, jež se obětují v zájmu přežití svých příbuzných a vytvoří neplodný stonek. Jsou to právě ty hlenky, které zahájí poplach a vyšlou první signál ke spolčování. Jejich soukmenovkyně, podřizující se volání na stavbu „Noemovy archy“ záchrany – tedy k vytvoření slimáka - v tom čase ještě hladovět nemusí (ale chemický signál je předzvěstí, že se hladomor blíží). Je vcelku logické očekávat, že dřive hladem trpící buňky altruisticky vytvoří spíše stonek, než spóry, protože takové řešení jim nabízí alespoň malou naději na únik před i tak jistou smrtí. Celá sada různých experimentů s koloniemi sestavenými z geneticky odlišných klanů hlenek, ve kterých měly mikroorganizmy předepsanou selektivní dietu, přinesla překvapení – opak je pravdou! Když hlenky vytvořily finální útvar se stonkem nesoucím spóry, fluorescenční značky odhalily, že první vyhladověné buňky vytvořily mnohem více spór, než by se podle logické úvahy „slabší ustoupí“ dalo očekávat. Strassmanová to přirovnala k bitevnímu poli, kde jedna armáda již zahlédla nepřítele, proto urychleně nabíjí a míří, zatímco jiní jenom leští zbraně. Jsou jimi změnou aktivované geny, některé z nich zajišťují obranu a útok.

Že hlenky jsou opravdu pozoruhodné jednobuněčné organismy dokládají i následující dvě videa. To první (2:31min) je technicky nejlepší dostupné zobrazení přerodu mnohých samostatně žijících buněk v mnohobuněčný organizmus. Původně anglický komentář (David Attenborough?) je ale namluvený v ruštině.

Druhé video je spíše umělecky, se známým hudebním doprovodem zpracovaný obraz ze života hlenek (9:22). V něm je zajímavá část, kde v laboratoři vědci řídí pomocí světelného zdroje pohyb hlenčích slimáků (začátek ve 2:51 minutě).

Odkaz na asi nejhezčí, doslova fotogenické snímky různých hlenek na internetu.

Zdroje: Biology Letters, Rice University News,   Mnohobuněčnost