Štěstí přeje připraveným. Nepochybně to platí pro výzkumný tým Nancy Moranové, profesorce ekologie a evoluční biologie na Universitě v Arizoně. V laboratoři, které šéfuje, již dlouhá léta chovají mšice, ty malé rostlinné upíry, jež napadají rostliny a píjí jejich životodární šťávu. Moranová na mšici druhu kyjatka hrachová (Acyrthosiphon pisum) studuje vztah mezi tímto drobným hmyzem a endosymbiotickou protobakterií Buchnera aphidicola, která žije přímo v jeho těle, v specializovaných buňkách - bakteriocytech. Výsledkem takové, dlouhou evolucí zpečetěné úzké spolupráce je absolutní vzájemná závislost – kyjatka by bez endosymbiotické bakterie nepřežila a platí to samozřejmě i opačně.
Kyjatky se v přírodě vyskytují ve dvou barevných variantách – zelené a červené. Rozdíl způsobuje červené barvivo – karotenoid torulen (uhlovodík 3",4"-Didehydro-β,γ-karoten). V zelené rostlinné šťávě, kterou mšice konzumují, jsou jiné typy karotenoidů, je tedy zřejmé, že si ho červeně zbavené jedinci dokážou zajistit jiným způsobem. Protože dosud není znám žádný mnohobuněčný živočich, který by si karotenoidy dokázal syntetizovat sám, podezření padlo na endobakterie. Jsou známy tři druhy, jež si kyjatky nosí v těle. Ale jenom Buchnera aphidicola je pro ně nezbytná. Ostatní dvě bakterie v ní žít mohou, ale také nemusí, což ale vliv na barvu mšice nemá. Ale ani jeden z těchto endosymbiontů torulen neprodukuje.
Mšice se po většinu svého života rozmnožují partenogeneticky – matky rodí živé klony bez přispění samečků. Vlastně je potřebují jenom pro překonání zimy, kdy není potrava a tak musí vyprodukovat vajíčka, z kterých se na jaře vylíhne další generace. Když laboratorním chovem vědci zruší hrozbu těžkých časů, mšice i na několik let zruší i tu občasnou produkci samečků a množí se nepohlavně.
Jedna, v pohodlí laboratoře Moranové chovaná červená mšice však začala v roce 2007 rodit zelené potomky, přesněji žlutozelené. Nebyl to následek nedostatku sexu, jak si teď samečci našeho druhu zlomyslně pomysleli, ale následek mutace. V podstatě by na tom nebylo nic překvapujícího, jenže... Když zkloubíme uvedená fakta zjistíme, že tato mutace nemohla poškodit endosymbiotickou bakterii B. aphidicolu, protože by mšice bez ní nepřežila. Pravděpodobnost, že jde o mutaci v buňkách samotné kyjatky tím pádem výrazně narostla. Navíc pokusy vědci zjistili, že barvy zelená, červená i mutantní žlutozelená vykazují typickou mendelistickou dědičnost. Ale to by znamenalo, že si karotenoid dokáže produkovat samotná mšice, čímž by se stala prvním známým živočichem s touto schopností.
Do děje se vpletla další šťastná náhoda – loni byl přečtený celý genom kyjatky. Dokonce právě té červené. To umožnilo týmu Moranové začít pátrat v dlouhých posloupnostech nukleotidů po genetickém kódu pro tvorbu červeného barviva torulenu. V jaderné DNA odhalili 30 tisíc bázových párů dlouhý úsek zajišťující produkci enzymů nevyhnutelných pro biosyntézu karotenoidů. Přesněji jde o tři geny pro karoten syntázy a tři pro karoten desaturázy – katalytické enzymy, které podporují tvorbu torulenu. Takže podezření se potvrdilo, kyjatka dokáže to, co zatím bylo prokázáno jenom u rostlin a skupiny fotosyntetizujících organizmů, jakou jsou řasy a některé bakterie a plísně – produkovat vlastní karotenoid.
Odkud se ale tyto geny u kyjatek vzaly a proč ho nemají všichni jedinci alespoň tohoto druhu mšic? Hledání v genomech mikroorganizmů, které torulen produkují, vědci s překvapením zjistili, že geny pochází z jednoho druhu běžné patogenní plísně. K přenosu na mšicí předky muselo dojít při napadení již za dávných dob, protože geny se stihly nejen rozšířit do populace, ale i duplikovat. Navzdory tomu je v přírodě více zelených, než červených kyjatek. Torulen tedy není pro ně nezbytný. Proč se geny získané z plísní uchovaly funkční? O tom se dá jenom spekulovat. Vědci jsou přesvědčeni, že hlavním důvodem jsou predátoři. Zelené variety jsou přitažlivé pro lumčíky, kteří do nich kladou vajíčka, zatímco na červené jedice více útočí berušky a jejich larvy.
Z biologického hlediska jde vskutku o zajímavé odhalení. Dokázaných přenosů funkčních genů mezi mikroorganizmy a živočichy není moc. A je málo pravděpodobné, že mšice jsou jedinou výjimkou potvrzující pravidlo, že všechna zvířena si nezbytné karoteny musí zaopatřit vhodnou stravou. Pro nás jsou 4 z nich, zejména beta karoten zdrojem pro tvorbu jednoho z důležitých antioxidantů - vitaminu A, který je nezbytný pro správnou funkci fotoreceptorů v našich očích. Což takhle dát si mrkev?
Lumčík kladoucí vajíčka do živých inkubátorů – zelených mšic:
Mravenci jsou ti nejstarší farmáři na světě. Beruška přilétla na hody, ale má smůlu.
Její nejoblíbenější potrava je pod neúprosnou ochranou. Mravenci mšice nejenom
brání a „dojí“, ale i přenášejí na dosud nenapadené rostliny.
Zdroje: University of Arizona , Science
Diskuze:
