Rybí nezmaři si zvykli na jedy

Drobná rybka se během pár desetiletí přizpůsobila smrtícím koncentracím toxických látek znečišťujících vody při východním pobřeží Severní Ameriky. Vědci pátrají po jejím receptu na odolnost.

Rybka fundul mumiový ( Fundulus heteroclitus) patří k nenápadným obyvatelům amerického pobřeží Atlantiku. Běžně dorůstá délky kolem osmi centimetrů. Domovem jí jsou ústí vodních toků nebo pobřežní slaniska, kde se mísí mořská voda se sladkou vodou řek. Fundul se dokáže vypořádat s překvapivě různorodými podmínkami. Nevadí mu teploty kolem 5 °C, ale stejně dobře si vede, i když se voda ohřeje na 35 °C.

Pro tuto odolnost padla na fundula mumiového volba při výběru živočichů, kteří by měli být zkoumáni v kosmu. Na oběžnou dráhu kolem Země se dostal jako vůbec první ryba už v roce 1973 v americké vesmírné laboratoři Skylab. Vědce však fundul udivuje i v pozemských podmínkách.

Ústí mnoha řek a rozsáhlé pobřežní oblasti čelí od padesátých let minulého století narůstajícímu zamoření toxickými látkami, jež přináší voda z lidských sídel, průmyslových oblastí nebo z míst, kde se těží nerosty a suroviny. Řada rybích druhů ze znečištěných vod rychle mizí. Fundulové přežívají.

Změny ve zběsilém tempu

Odolnost k jedům nedostaly tyto rybky od přírody do vínku. Když jsou fundulové z čistých oblastí vypuštěni do zamořených vod, hynou stejně jako zástupci citlivějších druhů ryb. Odolnost fundulů k nejrůznějším jedům je výsledkem evoluce, která proběhla zběsilým tempem v zamořených oblastech během několika desetiletí přímo před našima očima. Dnes odolávají tyto ryby tisíckrát vyšším koncentracím jedů než fundulové z míst, která se ještě nestačila lidskou činností proměnit na jedovaté stoky.

Tým vedený Andrewem Whiteheadem z Kalifornské univerzity v Davisu se nyní zevrubně podíval do dědičné informace fundulů a odhalil tajemství jejich vysoké přizpůsobivosti. Výsledky rozsáhlého výzkumu zveřejnil přední vědecký časopis Science.

Co prozradily genomy

Vědci porovnávali genomy fundulů z populací odolných k toxickým látkám s dědičnou informací ryb, které žily nedaleko a měly to štěstí, že jejich populace nebyly zkoušce jedy vystaveny. Whiteheada zajímalo, jestli se evoluce ubírá ve všech populacích stejnými cestičkami, anebo se každá populace snaží popasovat s jedy po svém. Proto se v rámci studie dočkali srovnání DNA fundulové, kteří se naučili vzdorovat jedům ve čtyřech různých lokalitách.

V dědičné informaci odolných fundulů našli genetici desítky změn, které pomáhají rybám přežít v zamořeném prostředí. Ústřední roli tu sehrávají geny řídící za normálních okolností imunitní obranu a hormonální změny.

Tyto geny se probouzejí k činnosti také v situacích, kdy se ryba dostane do kontaktu s jedovatými látkami, jako jsou dioxiny nebo polychlorované bifenyly. Pokud jsou těmto látkám i v nízkých kon- centracích vystaveny mladé rybky, nastává v jejich organismu hormonální zmatek a rozvráceny jsou i další významné životní funkce včetně imunity.

„Tyhle látky vyvolají v organismu opravdový chaos,“říká Andrew Whitehead.

Klíčem k vytvoření obrany fundulů proti jedům se ukazuje gen AHR. V organismu se podle jeho instrukcí vytváří protein vstupující do interakce s jedovatými chemikáliemi ze skupiny aromatických uhlovodíků. Tento gen je u odolných ryb většinou pozměněn tak, aby se jedy nemohly na protein vázat. V buňkách fundula s pozměněným genem AHR jsou pak například toxické polychlorované bifenyly bezzubé.

I evoluce má své limity

Evoluce odolnosti ryb k jedům produkovaným člověkem není výsadou fundulů. V letech 1947 až 1976 vypouštěly dvě chemičky do severoamerické řeky Hudson tuny a tuny polychlorovaných bifenylů. Některé druhy ryb této záplavě jedů odolaly a naučily se v zamořených vodách žít.

K těmto „nezmarům“patří treska tomkod ( Microgadus tomcod). Běžně dorůstá velikosti jen deseti centimetrů a ani kapitální kusy nejsou delší než 40 centimetrů. Když vědci vystavili v laboratoři trpasličí tresku z řeky Hudson vražedným dávkám dioxinů nebo polychlorovaných bifenylů, rybám to nijak neublížilo.

Tajemství adaptace na smrtící hrozby spočívá v tom, že se v početné populaci organismů nachází široké spektrum geneticky odlišných jedinců a ti disponují různými vlastnostmi. Tyto vlastnosti nemusí přinášet žádnou výhodu, dokud se nezmění podmínky. Pak se mohou nositelé určité genetické varianty dostávat do výhody, přežívají, plodí potomky a předávají své vlohy dál. Vědci dokážou do určité míry předvídat, jak bude adaptace probíhat. Ukazuje se, že na stejné výzvy odpovídá evoluce výběrem jedinců, kteří mají pozměněné funkce stejných genů.

Nevýhoda velkých

Na druhé straně ale zůstává adaptační proces i nadále zastřen tajemstvím, protože tytéž geny mohou být v reakci na stejné podně- ty pozměněny různým způsobem. Přitom výsledné vlastnosti organismu mohou být velmi podobné i u jedinců nesoucích různé modifikace jednoho a téhož genu.

Velcí živočichové žijí obvykle v menších populacích a jejich genetická rozmanitost bývá poměrně nízká. Tito tvorové mají v případě změny životního prostředí silně zúžený prostor pro evoluční adaptaci. S novou výzvou se často nedokážou vyrovnat a ocitají se v ohrožení.

Poškozených je víc

Člověk mění svět v rozsahu, jaký byl ještě nedávno nepředstavitelný. Pro zvířata představují rychlé a razantní změny těžkou zkoušku. Úspěšné adaptace, jaké byly pozorovány u fundula mumiového nebo tresky tomkoda, zdaleka nejsou pravidlem.

Ve znečištěných řekách živoří nebo vyhyne mnohem víc organismů, než kolik se jich dokáže adaptací zachránit. A stejně je tomu i v dalších ekosystémech poškozených člověkem.