Čínští vědci dešifrovali genom paprskoploutvé ryby obývající nejhlubší místo Světového oceánu, Mariánský příkop. Její organismus prošel několika podstatnými změnami na genové úrovni během dost krátké doby, aby dokázal odolat tlaku stonásobně převyšujícímu atmosférický a žít v naprosté tmě. (Foto: University of Washington)
Poslední výpravy ukázaly, že v těchto podmořských hlubinách žijí a dokonce prosperují četné organismy.
Mýtus o ploché rybě
Podmořské příkopy byly prozkoumány (četné také objeveny) na začátku padesátých let 20. století sovětskou lodí Viťaz a dánskou Galatheou. Nejhlubší místo na světě je Challengerova propast v Mariánském příkopu. Lví podíl informací o ní pochází od výpravy z doby staré více než půl století.
V roce 1960 se švýcarský batyskaf Trieste poprvé ponořil na dno Challengerovy propasti. „Přímo pod námi leželo dole něco jako plochá ryba připomínající platýse. (…) Nahoře měla dvě kulatá očka. (…) Pohybovala se po dně v slizu a vodě a zmizela ve tmě,“ takto poeticky vylíčil své dojmy oceánolog Jacques Piccard, pilot Triestu.
Vědci tento objev ihned zpochybnili, tím spíš, že na palubě neměli fotoaparáty ani kamery. Novinářům se ale postava „ploché ryby Trieste“ velmi zalíbila a po celá desetiletí tím bavili veřejnost. Dokonce I někteří profesoři se nechali zmást.
Mýtus o ploché rybě se objevil znovu v roce 2012 díky riskantnímu činu režiséra Jamese Camerona, třetího člověka na světě, který spatřil dno Challengerovy propasti z batyskafu. Samotný Cameron, stejně jako členové předcházejících výprav, si nevšiml žádných plochých ryb. Neviděli je ani Japonci, Američané a Číňané, kteří dali na dno Mariánského příkopu pasti. Ani druhý pilot Triestu, Don Walsh, o tom později nemluvil se stejnou jistotou.
Anglický oceánolog z Aberdeenské univerzity Alan Jamieson definitivně rozptýlil mýtus o „ploché rybě Trieste“ ve svém článku z roku 2012. Za prvé je dobře známo, že skutečné ploché ryby, jako je platýs nebo rejnok, žijí v mělkých vodách. Za druhé není moc pravděpodobné, že by se batyskaf ponořil přímo na rybu. Podle údajů z pastí se průměrný čas připlutí k nim první ryby zvyšuje spolu s hloubkou a v hloubce 11 km činí deset hodin. Trieste zůstal na dně 20 minut a neměl žádné pasti s návnadou.
Ale hlavním argumentem proti je příliš silný hydrostatický tlak. Díky němu je zřejmě život ryb v hloubce více než 8,5 km nemožný. Ale i pro existenci v této hloubce je třeba značně změnit organismus.
Pseudoliparis stanoví rekord
Dlouhou dobu byl za rybu žijící v největší hloubce považován jistý druh paprskoploutvých Holcomycteronus profundissimus, který se dal vylovit z šestimetrové hloubky. V sedmdesátých letech byl tento rekord překonán hrujovkou oceánskou (Abyssobrotula galatheae) patřící ke stejnému druhu, kterou vylovili v oceánském příkopu Portoriko v hloubce 8370 metrů.
Jamieson však zapochyboval i o tom. Věda zná 17 typů tohoto druhu hrujovky, z nichž pouze dva byly vyloveny z velké hloubky, takže může jít o omyl a máme objev hlubokovodního obratlovce teprve před sebou.
Zatím je za rekordmana považován mariánský mořský slimák Pseudoliparis swirei. V roce 2013 ho vylovili čínští badatelé při testovacím ponoření batyskafu do hloubky sedm kilometrů. V roce 2017 vytáhli Američané několik desítek těchto ryb z hloubky 8178 metrů.
Jsou to malé rybky o maximální délce 28 cm a hmotnosti 200 gramů. Mají průzračnou kůži pokrytou slizem, přes který prosvítají vnitřnosti, na hlavě mají dvě maličká černá očka. Jsou naprosto slepé a nereagují na světla pastí. Tento druh pseudoliparisů obsadil první stupínek potravinového řetězce nejhlubší části Mariánského příkopu, nemá nepřátele, zatímco potravy má habaděj, protože dno obývá velké množství drobných korýšů.
Společnost dělá pseudoliparisům v této hloubce několik dalších hlubinných druhů paprskoploutvých ryb.
Vědci objevili hlubinné mutace
Stále více údajů svědčí o tom, že se k životu ve velké hloubce, bez světla a v chladu, musí organismus zvláštním způsobem přizpůsobit. Nejnovější metody průzkumu genomu umožnily vědcům poodhalit závoj tajemství.
Ukázalo se například, že se spolu s hloubkou zvyšuje v tkáních kostnatých ryb množství trimethylamin-N-oxidu, prosté organické sloučeniny, která pomáhá buňce neztratit tvar a zvládnout tlak zvenčí. Tyto látky se nazývají osmolite.
Existují rovněž údaje, že buněčné bílkoviny ztrácejí tvar následkem velkého tlaku, což je smrtelně nebezpečné pro živé tvory. Znamená to, že musí existovat mechanismus, který tomu zabrání. Vznikla tak hypotéza o piezolitech, rozpustných látkách, které zachovávají tvar bílkovin nebo je dokonce dávají znovu dohromady, pokud byly zničeny. V nedávném článku v časopise Nature prezentovali čínští vědci výsledky rozluštění genomu mariánského pseudoliparisu a porovnali ho s genomem obyčejného liparisu Tanaka. Dva druhy se rozešly přibližně před 20 miliony let.
Ukázalo se, že genofond hlubinných ryb je rozmanitější, přičemž se jejich populace prudce zvýšila přibližně před 55 tisíci lety. Samotný genom je o 22 % větší než genom liparisu Tanaka a obsahuje méně mutací.
Jedna z hlavních zvláštností spočívá v malé rychlosti metabolismu pseudoliparisů, kteří doslova žijí pomalu. Jejich samice produkují méně jiker, zato ale větších.
Mariánský pseudoliparis nemá zkostnatělou celou kostru, tu tvoří většinou chrupavky. Je to zřejmě způsobeno mutací genu Gla, který předčasně zastavuje kalcinaci kostí.
Ukázalo se, že ryby ztratily několik důležitých fotoreceptorů. Nerozlišují barvy a nezachycují světlo. Ztratily gen pigmentace mc1r, proto jsou bezbarvé, barvu nyní vůbec nepotřebují.
Několik mutací jim pomohlo zlepšit metabolismus mastných kyselin. U pseudoliparisů objevili 15 kopií genu acaa1, který reguluje syntézu kyseliny docosahexaenové, jedné z omega-3 mastných kyselin. Existují mutace v genech tfa a slc29a3, které provádějí přenos iontů a roztoků z buňky. To vše má zjevně za cíl udělat lipidové membrány buněk elastičtějšími a propustnějšími.
Některé mutace pseudoliparisu možná zvyšují syntézu trimethylamin-N-oxidu v tkáních za účelem zachování tvaru bílkovin. Vědci objevili také další podivný rozdíl: v genu hsp90 došlo k nahradě aminokyselin, přičemž na velmi konzervativním úseku, který je neměnný u lidí, myší a dokonce i kvasnic. Tento gen uskutečňuje syntézu vysocemolekulárního chaperonu, který se účastní srážení více než 200 bílkovin důležitých pro buněčné procesy. Co dělá tato mutace, není zatím jasné.
Autoři výzkumu píší, že se mariánský pseudoliparis musel adaptovat k novým životním podmínkám během pouhých několika milionů let. Na evoluci obratlovců je to krátká doba.
Naše nové místo k životu?
Mariánský příkop je osídlen mnoha druhy bezobratlých živočichů, bakterií, hub, virů. Například v hloubce více než pět kilometrů žijí mořské hvězdice druhu Freyastera benthophila.
Čínští vědci rozluštili genom v jejich mitochondriích – je to DNA ve tvaru prstence, která se skládá pouze z několika desítek genů, ale v každé buňce organismu je mnoho jejích kopií. Celkově je podobný mitogenu jiných mořských hvězdic s některými výjimkami, které ještě čekají na své vysvětlení.
Byl prostudován také mitogenom různonožce – droboučkého korýše, který byl vytažen z hlubiny téměř 11 kilometrů. Tento druh se objevil před 109 miliony let a pomalu se vyvíjel. Během života v hlubině bylo v jeho mitochondriálním genu objeveno pouze několik zvláštností, stejných jako u jiných hlubokovodních druhů (především úplně jiné uspořádání genů v DNA).
Dalším objevem, na dně Challengerské prohlubně, byla kolonie bakterií, které se živí uhlovodíky, přičemž hustota jejich osídlení je tam větší než kdekoliv jinde na Zemi. Jsou to organismy druhů Oleibacter, Thalassolituus a Alcanivorax. Jsou i na povrchu a také se živí uhlovodíky. Otázkou je, odkud se bere organika v takové hloubce. Vědci se domnívají, že se tam nedostala z povrchu, ale vznikla z nějaké jiné skupiny hlubinných mikroorganismů, které věda ještě nezná.
Mariánský příkop vznikl následkem tektonických procesů. V tomto místě se velká Pacifická deska zemské kůry „potápí“ pod nevelkou Mariánskou deskou a vytváří tak prohlubeň dlouhou 2550 a širokou 70 kilometrů. Je zde velmi vysoká seismicita a zdroje potravy i životní podmínky se značně liší od méně hlubokých zón. Neví se ani, jestli jsou tam roční období.
Víme toho velmi málo o Světovém oceánu a jeho hloubkách, v podstatě jsme ho teprve začali zkoumat. Nastal však čas dělat to aktivněji, vzhledem k tomu, že v budoucnu hrozí globální oteplení a na povrchu může být za pár století příliš horko.
