Mšice a fotosyntéza
Mšice druhu kyjatka hrachová si dokáží samy syntetizovat karoteny. Jak k této v živočišné říši unikátní schopnosti přišly a k čemu je jim dobrá, to zkoumali francouzští vědci pod vedením Alaina Robichona.
Karoten dostal své jméno už v roce 1831. Tuto přírodní organickou sloučeninu pokřtil profesor chemie na universitě v Jeně Heinrich Wilhelm Ferdinand Wackenroder. Její jméno odvodil od latinského názvu mrkve „carota“. Však právě tahle kořenová zelenina posloužila německému chemikovi jako zdroj pro izolaci.
Karoten – nezbytnost ve zvířecím jídelníčku
Pozemské organismy vyrábějí karotenoidy poměrně složitým způsobem. Nejprve sloučí dva krátké řetězce v jednu dlouhou molekulu lykopenu. Na její konce pak přidávají molekuly s kostrou tvořenou uhlíkatým kruhem. Známý beta-karoten nese cyklické molekuly na obou koncích. Jeho příbuzný gama-karoten jen na jednom. Základní barva karotenů je žlutá či oranžová – tak jak je typické pro mrkev. Po dalších chemických modifikacích nebo po vazbě na bílkoviny však mohou nabývat také odstínů zelené i hnědé.
Syntézu karotenoidů ovládají bakterie, houby a rostliny. Využívají tyto látky například k zachycení sluneční energie, kterou pak pomocí fotosyntézy ukládají do energeticky bohatých sloučenin cukrů. Živočichové karotenoidy syntetizovat neumějí a musejí je získávat s potravou. Karotenům z potravy vděčí za svou sytě oranžovou barvu například žloutek ptačích vajec. Nedostatek karotenu má pro živočichy drastické následky. Rozkladem karotenu si například vyrábějí molekuly retinalu, jenž je nezbytný pro vidění. Při konzumaci potravy chudé na karoten hrozí člověku i zvířatům slepota.
Výjimka, která potvrzuje pravidlo
Ze všech pravidel existují zajímavé výjimky. Pokud jde o karoteny a živočichy, pak je takovou výjimkou mšice kyjatka hrachová (Acyrthosiphon pisum). Ta si karoteny vyrábí sama. Má k tomu v dědičné informaci všechny potřebné geny. Už tohle zjištění bylo pro vědce velkým překvapením. Ještě více se podivovali, když se ukázalo, že mšice si tyto geny kdysi dávno půjčila od některé houby. K téhle „genové krádeži“ zřejmě využili dávní předci kyjatky příležitostí, kdy se houba stala jejich sousedkou na hostitelské rostlině. Úsloví o „příležitosti, která dělá zloděje“ tedy neplatí jen ve společenství lidí.
Proč si nepořídil podobný způsobem geny pro výrobu karotenů i jiný hmyz? Mšice získaly krádeží genů od houby nejvíce. Ostatní hmyz se živí částmi rostlin obsahujícími karoteny a má jich dostatek. Mšice však sají z rostlin šťávy, které jsou na karoteny velmi chudé. Vlastní produkcí tenhle výpadek elegantně zlikvidují.
K napínavému příběhu o uzmutých genech a samovýrobě karotenu mšicemi napsali na stránkách vědeckého časopisu Scientific Reports zajímavé pokračování francouzští vědci pod vedením Alaina Robichona z Institut Sophia Agrobiotech. Zjistili, že kyjatka hrachová využívá své karoteny k velmi neobvyklému účelu.
Od jara do léta najdeme na rostlinách jen samičky kyjatky hrachové. Každá z nich přivádí na svět pouze dcery, které se vyvíjejí z neoplozených vajíček. Nové pokolení samiček nese kompletní dědičnou informaci matky. Jsou to tedy její klony. Teprve na podzim se objeví mezi mšicemi také samečci. Ti zplodí se samičkami generaci, jež stráví drsnou zimu v klidovém stádiu oplozeného vajíčka. Z něj pak na jaře povstanou samičky, které se budou opět množit zběsilým klonováním. Početné generace mšic nepolevují v masivní syntéze karotenů. Tělíčka jimi mají doslova nabitá. A tak se nabízí otázka: K čemu jsou karoteny mšicím vlastně dobré?
K čemu tolik karotenu?
Karoteny jsou známé jako antioxidanty. Vychytávají volné radikály, jež jsou s to poškodit nejrůznější molekuly živočichova těla. Narušují například membrány buněk a dovedou nabourat i dědičnou informaci. Mšice ale nejsou vystaveny větší zátěži volnými radikály než jiný hmyz. K likvidaci radikálů jim výpůjčka od hub zjevně neslouží. Robichon a jeho spolupracovníci proto pátrali po dalších možných funkcích karotenů. Překvapivě se ukázalo, že i v tomto ohledu následují mšice své rostlinné hostitele.
Karoteny pohlcují světelnou energii, aktivují se a následně dokážou dopravit tuto energii do mitochondrií, jež působí v buňkách jako mikroskopické elektrárny. Karoteny si proto můžeme představit jako nákladní vlaky, kterými je do mitochondriálních elektráren dopravováno palivo. Celý proces můžeme považovat za velmi primitivní formu fotosyntézy, jakou snad byly vybaveny dávné jednoduché formy pozemského života.
Z přírody známe živočichy, kteří v těle hostí fotosyntetizující řasy a využívají jimi vyrobené vysokoenergetické molekuly pro vlastní účely. Mšice jsou výjimečné v tom, že si vypůjčily potřebné geny a s nimi zároveň i vlastní primitivní náhražku fotosyntézy. Ani tímto objevem vědci zřejmě nevyčerpali všechna tajemství a překvapení spojená s životem mšic. Tento hmyz si podle vlastních genů vyrábí zvláštní žluto-červené pigmenty označované jako aphiny. Jejich účel neznáme. Ledacos však naznačuje, že i tahle zvláštní barviva mohou sloužit k přísunu paliva do mitochondrií a k výrobě vysokoenergetických molekul.
E-shop Českého rozhlasu
Vždycky jsem si přál ocitnout se v románu Julese Verna. Teď se mi to splnilo.
Václav Žmolík, moderátor
Tajuplný ostrov
Lincolnův ostrov nikdo nikdy na mapě nenašel, a přece ho znají lidé na celém světě. Už déle než sto třicet let na něm prožívají dobrodružství s pěticí trosečníků, kteří na něm našli útočiště, a hlavně nejedno tajemství.
