Hlíst Caenorhabditis elegans. Délka 1 milimetr. (Foto: Shawn Xu)

Drobný hlíst Caenorhabditis elegans prozradil týmu vedenému genetikem Shawnem Xuem pozoruhodnou evoluční  peripetii zraku. Zprávu o jejich objevu zveřejnil prestižní vědecký časopis  Nature Neuroscience 6. července 2008. Shodou okolností vyšla tato studie přesně pět dní po stopadesátém výročí přelomové přednášky, v které byla na mimořádném zasedání britské Linnean Society představena světu evoluční teorie Charlese Darwina a Alfreda Russela Wallaceho.

Zvětšit obrázek

Shawn Xu, University of Michigan.

Charles Darwin si uvědomoval, že se evoluce tak dokonalého orgánu, jakým je oko, „se zdá být v nejvyšším stupni absurdní“. V knize „O původu druhů“ proto věnoval hypotézám o evoluci oka zvláštní oddíl.  Molekulární genetika mu s odstupem času dává zapravdu.

Orgány pro vnímání světla se vyvinuly do nejrůznějších podob. Od jednoduchých světločivných skvrn, přes složené oči hmyzu až po komorové oko savců vybavené čočkou. Všechny typy  oka jsou tvořeny dvěma základními komponentami. Nacházejí se v nich molekuly zachycující světlo, s jejichž pomocí mění zrakové buňky energii fotonů na biochemické signály. Další nedílnou součástí jsou pigmenty usměrňující dráhu světla. Oči obratlovců a bezobratlých živočichů se od sebe nápadně liší jak typem světločivných molekul, tak i typem očních pigmentů.

Shawn Xu a jeho kolegové se už delší dobu zabývají hlístem Caenorhabditis elegans, který žádné oči nemá. Náhodou však zjistili, že červ je světloplachý a pokud je vystaven náhle světlu, začne se pohybovat opačným směrem. Jednoduše řečeno „zařadí zpátečku“.  Pro hlísta není schopnost vnímat světlo zbytečným luxusem. Žije v půdě a na povrchu by byl vystaven nepříznivým účinkům ultrafialového záření. Zrak je pro něj životně důležitý. Ne náhodou je nejcitlivější na složku ultrafialového záření UV-A.

 

Cyklický guanosinmonofosfát (cGMP) hraje klíčovou roli ve vnímání světla ve světločivných buňkách hlístů i oka obratlovců..

Tento objev postavil vědce před řadu znepokojivých otázek. Jak hlíst vlastně vidí? Caenorhabditis elegans patří k primitivním bezobratlým živočichům a jeho nervový systém se skládá z pouhých 302 neuronů. Schopnost reagovat na světlo mají zřejmě na starosti čtyři páry neurony. Pokud jsou tyto senzorické nervové buňky zničeny, hlíst světloplachost ztrácí.

 

Charles Robert Darwin (12. února 1809 – 19. dubna 1882)

Série náročných experimentů prokázala, že záblesk světla vyvolává přinejlepším v jednom z klíčových senzorických neuronů tvorbu slabého elektrického proudu. Tento signál se generuje pouze v přítomnosti dvou komponent. Prvním je iontový kanál v membráně neuronů, který se otevírá po vazbě nukleotidu. Druhým nezbytným komponentem je nukleotid cyklický guanosinmonofosfát (cGMP), který slouží jako „klíč“ k výše zmíněnému  iontovému kanálu. Pozoruhodné je, že stejná cGMP-dependentní signální kaskáda zajišťuje vnímání světla i ve světločivných buňkách oka obratlovců.   

Co dokazuje podobnost v konstrukci oka obratlovců a světločivného smyslu hlísta Caenorhabditis elegans? Vyvinuly se snad podobným způsobem nezávisle na sobě? Xu a spol. upřednostňují jiné vysvětlení. Nabízejí řadu indicií, které dokazují, že obratlovci a hlísti zdědili světločivnou  cGMP-dependentní signální kaskádu od jakéhosi ještě primitivnějšího společného předka, který žil dávno před tím, než se na Zemi objevili první obratlovci. Plazil se bahnem zřejmě před více než 540 miliony roků.

Na časný vznik světločivné cGMP-dependentní signální kaskády poukazovaly již dříve některé další studie, ale toto je poprvé, kdy byla prokázána její funkčnost u tak vzdálených příbuzných současných obratlovců.  
Kdyby si mohl studii amerických vědců přečíst Charles Darwin, měl by z ní zcela jistě radost. Před sto padesáti lety neměl k dispozici ani základy genetiky, jejíž základy položil Johann Gregor Mendel až v roce 1865. Dnešní genetici dokazují, že se Darwinovy úvahy o evoluci oka přesto ubíraly správným směrem.

VIDEO: Hlíst Caenorhabditis elegans žije v půdě. Sluneční svit by jej mohl vysušit. I když hlíst nemá oči, světlo vnímá. Když na něj zasvítíte – „červík zařadí zpátečku“.  (Kredit: Shawn Xu, University of Michigan.)

Pramen: Nature Neuroscience
University of Michigan