Tisícileté topoly, mokří psi, stárnoucí kočky a ospalé octomilky – „jednohubky“ z výzkumu 2024/41

Kdo je tu nejstarší?

Analýza DNA odhalila stáří jedné z největších dosud žijících rostlin. Ve skutečnosti se jedná o celý les. Jmenuje se Pando (latinsky „Já se šířím“) a rozkládá se na ploše více než 40 hektarů u Rybího jezera v americkém státě Utah. Tvořen je přibližně 47 tisíci geneticky identických výmladků topolu osikového (Populus tremuloides). Pando je triploidní, každá z jeho buněk obsahuje 3 chromosomy namísto 2, což mu znemožňuje pohlavní rozmnožování. Šíří se tedy vegetativně a každá jeho odnož je genetickým klonem původního stromu.

V průběhu dělení se v původně geneticky identických buňkách pomalu šíří mutace, o něž se zajímají vědci, neboť z těchto variací mohou získat informace o změnách, kterými rostlina postupně prošla. Tým amerických biologů osekvenoval téměř dvě stovky vzorků z různých odnoží. Analýza genetických variant pak ukázala, že Pando je starý 16–80 tisíc let. Za jeho pozoruhodnou vytrvalost pravděpodobně může triploidie, která vede k produkci větších buněk a tím pádem i větších a odolnějších organismů.^{1, 2}

Pejsku, otřes se! Proč mokří psi cákají vodu všude kolem sebe?

Instinktivní reflex otřepat si vodu ze srsti sdílí mnoho chlupáčů – nejen psi, ale i myši, kočky, veverky, lvi, tygři nebo medvědi. Otřepávání zvířatům pomáhá dostat vodu, hmyz či jiné dráždivé prvky z míst, kam se jim špatně dosahuje. Pod tímto složitým pohybem se však skrývá komplexní a donedávna neznámý neurologický mechanismus.

Skupině neurovědců z Harvardovy univerzity se podařilo identifikovat mechanismus „otřepávání mokrého psa“ u myší. Zjistili, že zahrnuje specifickou třídu dotekových receptorů a také neurony propojující mozek s míchou. Osrstěná kůže savců je inervována více než 12 typy senzorických neuronů, z nichž každý detekuje a interpretuje jiné vjemy. Vědci se zaměřili na ultracitlivý dotekový mechanoreceptor C-LTMR, který obepíná vlasové kořínky. U lidí jsou tyto receptory spojeny s příjemnými vjemy, jako je něžné objetí nebo uklidňující pohlazení. U myší a dalších zvířat však mají ochrannou funkci – upozorňují zvíře na přítomnost něčeho cizího na kůži, ať už je to voda, špína nebo parazit. Když tento cizorodý prvek způsobí ohnutí chloupku, receptor se aktivuje. Neurovědci zjistili, že právě C-LTMR spouští „otřepávací“ odpověď. Nervová dráha těchto receptorů vede do parabrachiálního jádra – oblasti mozku, která se účastní zpracování vjemů bolesti, teploty a doteku. Tento objev otevírá cestu dalšímu výzkumu, například poruch vedoucích ke kožní hypersenzitivitě u lidí.^{3, 4}

Jak stárnou kočky? Podobně jako my!

Vědci, kteří se snaží odhalit tajemství lidského stárnutí, by zřejmě udělali lépe, kdyby svůj výzkum zaměřili na kočky než na jejich myší kořist. Podle výsledků rozsáhlého projektu Translating Time, který srovnává vývoj mozku u více než 150 druhů savců, vykazují mozky stárnoucích koček známky atrofie a kognitivního úpadku podobné těm, jež pozorujeme u stárnoucích lidí. Laboratorní myši, přes všechny nesporné výhody tohoto modelového organismu, nejsou ke zkoumání neurodegenerativních onemocnění souvisejících se stárnutím příliš vhodné. Nežijí totiž dostatečně dlouho na to, aby se v jejich mozcích stihlo nashromáždit dostatečné poškození. Navíc mají oproti lidem ochranné mechanismy, které jim umožňují odbourávat shluky špatně složených proteinů − tedy plaky, jež jsou typickým projevem Alzheimerovy choroby (AD).

Neurovědkyně Christine Charvetová z Auburnské univerzity v Alabamě se svým týmem shromažďuje data o stárnutí koček. Dosud se jim podařilo nasbírat zdravotní záznamy a vzorky krve tisíců zvířat a provést snímkování mozku u více než padesátky z nich. Na základě těchto dat vědci pomalu skládají mozaiku nelineárního vztahu mezi stárnutím lidí a koček. Roční kočka je například přibližně ekvivalentní čerstvě dospělému člověku, ve 2 letech pak její mozek odpovídá asi 22 lidským rokům a v 15 letech kočky už se jedná o zasloužilou babičku přesahující lidskou osmdesátku. U některých koček v tomto věku pozorujeme kognitivní úpadek a změny v objemu mozkové hmoty. V mozku koček se také mohou vyskytovat plaky složené z abnormálních proteinů, podobné nálezům u pacientů s AD. Vědci se však shodují, že pro výzkum mnoha aspektů procesu stárnutí mozku je třeba využívat široké spektrum modelových organismů, například primáty nebo rypoše lysé, kteří jsou nejdéle žijícími hlodavci.⁵

Proč potřebujeme spánek?

(Nejen) vědci jsou spánkem fascinováni po staletí. I přes obrovské množství provedených výzkumů přitom vlastně stále není jasné, proč živočichové (a to i ti, kteří nemají mozek) potřebují spát. Biologická podstata pocitu vyčerpání zůstává tajemstvím. Skupina neurovědců z Oxfordské univerzity nyní přišla s hypotézou, že spánek by mohl být nevyhnutelným následkem aerobního metabolismu, stejně jako je tomu u stárnutí.

Většina pozemských živých organismů přeměňuje energii získanou z potravy na chemickou energii skladovanou ve formě adenosintrifosfátu (ATP). Mitochondrie, buněčné organely, ve kterých energetická přeměna probíhá, využívají pro aerobní metabolismus přenos elektronů řadou chemických reakcí, na jejímž konci vzniká ATP a voda. Pokud má buňka dostatek kyslíku, může produkovat tím více ATP, čím více elektronů „pobíhá“ v transportním řetězci. Má to ale jeden háček – elektron občas z reakční kaskády unikne a najde si svůj kyslík sám. Tím vznikají reaktivní formy kyslíku (ROS), které potom poškozují ostatní molekuly v buňce.

Autoři studie publikované zatím jako nerecenzovaný preprint zkoumali jednotlivé buňky v mozku mušky octomilky a zjistili, že neurony regulující spánek jsou na hladinu volných elektronů obzvláště citlivé. Pokud tyto neurony geneticky upravili tak, aby byly schopné volné elektrony lépe absorbovat, snížila se u mušek potřeba spánku. Naopak úpravy, jež zvětšovaly nadbytek dostupných elektronů oproti potřebě ATP, potřebu spánku zvyšovaly. Autoři se domnívají, že prvotním účelem spánku je snížení mitochondriální diskrepance. Naše buňky si prostě potřebují odpočinout od nadbytku energie a tok elektronů v mozkových buňkách, které řídí spánek, slouží jako písek v přesýpacích hodinách.^{6, 7}

(este)

Zdroje:
1. Pineau R. M., Mock K. E., Morris J. et al. Mosaic of somatic mutattions in Earth’s oldest living organism, Pando. bioRxiv 2024.10.19.619233, doi: 10.1101/2024.10.19.619233.
2. Kudiabor H. The world's oldest tree? Genetic analysis traces evolution of iconic Pando forest. Nature 2024 Nov; 635 (8038): 267, doi: 10.1038/d41586-024-03570-4.
3. Zhang D., Tureček J., Choi S. et al. C-LTMRs evoke wet dog shakes via the spinoparabrachial pathway. Science 2024; 386 (6722): 686–692, doi: 10.1126/science.adq8834
4. Naddaf M. Why do wet dogs shake themselves dry? Neuroscience has an answer. Nature 2024 Nov 7, doi: 10.1038/d41586-024-03657-y [Epub ahead of print].
5. Ledford H. Cat brains age like ours – and could help scientists to understand cognitive decline. Nature 2024 Nov; 635 (8038): 266–267, doi: 10.1038/d41586-024-03492-1.
6. Sarnataro R., Velasco C. D., Monaco N. et al. Mitochondrial origins of the pressure to sleep. bioRxiv 2024.02.23.581770, doi: 10.1101/2024.02.23.581770.
7. Wilcox C. Overly energetic mitochondria: The evolutionary origin of sleep? ScienceAdviser, 2024 Nov 4. Dostupné na: www.science.org/content/article/scienceadviser-is-there-natural-law-evolution