Živočichové a fotosyntéza: Zelené pakty, výpůjčky a loupeže

Řada živočichů se s řasami spojila do vzájemně výhodného spojenectví. Některá soužití jsou nečekaná, jiná lze označit za přímo bizarní.

Oboustranně prospěšný pakt

Úžasný svět korálových útesů stojí pevně rozkročen mezi dvěma říšemi. Korál vzniká díky těsné spolupráci živočichů korálnatců (Anthozoa) s rostlinami reprezentovanými řasami rodu Symbiodinium. Tyto řasy žijící uvnitř organismu korálnatců se také někdy označují jako zooxanthely.

Symbióza jde oběma účastníkům k duhu. Řasa je uvnitř korálnatce v bezpečí a navíc má k dispozici oxid uhličitý, čpavek a další zplodiny látkové výměny svého hostitele. Za poskytnuté přístřeší a stravu platí nájem v podobě molekul bohatých na energii, které vyrábí fotosyntézou z vody a oxidu uhličitého. Syntézu cukrů pohání slunečním zářením.

Korálnatec sice sám loví drobné mořské organismy, ale zároveň dostává od řasy vydatné porce vysoce kalorických molekul. Nejčastěji jsou to cukry, jako je glukóza, nebo jejich metabolity, například glycerol. Hostitel a jeho podnájemník vzájemně recyklují své odpady. Drží se zásady: Než něco vyhodíš – tedy vyloučíš do okolní vody – nabídni to druhé straně.

Konec spolupráce, konec života

Spojenectví mezi řasou a jejím hostitelem ovšem netrvá věčně. Korálnatcovy potřeby se postupně mění, a tak si s ohledem na aktuální požadavky „najímá“ stále nové pomocníky. Například mladí korálnatci, kteří potřebují intenzivně růst, hostí jiné řasy než korálnatci staří. Pokud by měl mladý korálnatec nevhodnou skladbu zooxanthel, jeho růst by se dramaticky zpomalil či dokonce zastavil.

Pokud se zhorší celkové podmínky, začne souhra korálnatce a řasy váznout. V krajním případě se korálnatec řasy zbaví tím, že ji vypudí z organismu. Tímto nouzovým řešením si však může ulevit jen na přechodnou dobu, protože bez řasy nedokáže trvale žít. Zhruba třetinu svého organismu totiž korálnatci budují pomocí látek dodávaných řasou a zbývající dvě třetiny postaví z toho, co sami uloví. Není divu, že když se stresovanému korálnatci neuleví a nedokáže si polapit nové řasy, stále víc a víc chřadne, až nakonec uhyne.

Řasy dodávají korálnatci typické zbarvení, takže korál zbavený řas je vybledlý. V současné době je celá řada korálových útesů těžce poškozena celým komplexem nepříznivých vlivů, vzestupem teplot světových moří počínaje a znečištěním vody konče. Korálnatci jsou oslabení a masově se zbavují řas. To se projeví nápadnou změnou barvy útesu, pro kterou se ujal termín „vybělení korálů“. Změna barvy je jednou z předzvěstí masového úhynu armády drobných tvorečků, kteří drželi útes po tisíciletí při životě.

Zelený kleptoman

Mořský plž Elysia chlorotica neudiví velikostí. Obvykle je jeho listovité tělo dlouhé jen dva nebo tři centimetry a skutečně kapitální kusy mohou dorůst délky až šesti centimetrů. Na tomto obyvateli mělčin rozkládajících se při severoamerickém pobřeží Atlantiku je nápadná jeho barva. Mladí plži jsou zbarveni hnědě či načervenale, ale po první pastvě získají jasně zelený odstín. Elysia chlorotica se totiž živí mořskou řasou Vaucheria litorales. Plž nabodne řasu ostrým ústním ústrojím a pak z ní vysaje obsah buněk. Je to však velmi netypická hostina, protože plž obsah buňky nestráví. Naopak, postará se, aby zůstal netknutý, a zajistí si tak schopnost fotosyntézy.

Fotosyntéza probíhá v buňkách řasy – podobně jako u jiných rostlin – v mikroskopických tělíscích označovaných jako chloroplasty. Elysia si bere z řasy právě tato tělíska naplněná zeleným barvivem chlorofylem. Plž ukládá chloroplasty do buněk lemujících jeho střevo a průsvitné tělo tak získá zelenou barvu chlorofylu.

Sluneční svit dopadající na buňky s chloroplasty ukradenými řase pohání fotosyntézu a plž díky tomu dostává svou porci kalorických cukrů. Pokud se mladý plž vydrží cpát řasou po dva týdny, získá tolik chloroplastů, že mu to vystačí k pokrytí potřeby živin na zbytek jeho ročního života. Někteří odborníci razí pro tyto chloroplasty označení kleptoplasty – výraz odvozený z řeckého „kleptes“ čili „zloděj“.

Dílo genových pošťáků?

Vědci dlouho nechápali, jak plž udrží kleptoplasty v akci. Chloroplasty mají svou vlastní dědičnou informaci a vyrábějí si podle ní bílkoviny potřebné k fotosyntéze. Disponují však jen desetinou ze sady genů nutných pro jejich vlastní provoz. Zbývající geny potřebné pro bezchybný chod chloroplastů se nacházejí v jádru buněk řasy. Plž však krade z řasy jen chloroplasty a nikoli její buněčná jádra. Kde si tedy opatří geny pro plnohodnotný chod chloroplastů? Genetici našli tyto geny na krajně nepravděpodobném místě – v dědičné informaci plže.

„Nevíme, jak je to možné. Můžeme se jen dohadovat,“ přiznala vedoucí výzkumného týmu Mary Rumphová z University of Maine poté, co narazila na geny řasy v dědičné informaci plže.

Jedna z možností je, že spolu s chloroplasty putují do buněk na povrchu střeva i kusy dědičné informace řasy. Buňky plže si pak cizí zlomky DNA osvojí a využijí je k zajištění chodu chloroplastů. Nelze vyloučit, že geny uzme z dědičné informace řasy virus, kterým je plž nakažený. Viry jsou v tomto ohledu velmi výkonné. Působí jako „genoví pošťáci“ a umějí přenášet geny z jednoho organismu na druhý. V tomto případě by byla odesilatelem genů řasa a adresátem plž.

Řasa jako pohon pro embryo

Už v roce 1888 pozoroval americký biolog Henry Orr z Princetonské university ve vajíčcích axolotla skvrnitého (Ambystoma maculatum) jednobuněčné řasy druhu Oophila amblystomatis. Řasa kolonizuje vajíčka axolotla během několika hodin po nakladení do vody. Vědci byli dlouho přesvědčeni, že soužití zárodku obojživelníka a řasy je vzájemně výhodné pro oba organismy. Zárodky, které obsahovaly více řas, byly životaschopnější a rychleji se vyvíjely. Přímé důkazy o spojenectví mezi řasou a axolotlem však chyběly.

Novější bádání odhalilo, že některé řasy pronikají až do nitra buněk axolotlího zárodku. Ve studii publikované ve vědeckém časopise Journal of Experimental Biology přistihl tým amerických vědců vedený Robertem Sandersem z Temple University ve Filadelfii embrya axolotla přímo při činu – při využívání cukrů vyrobených řasou. Vědci přidali do vody s vajíčky axolotla oxid uhličitý obsahující mírně radioaktivní atom uhlíku. Následně zjistili, že se radioaktivita objevuje i ve vyvíjejících se embryích. K průniku radioaktivity do buněk embrya ale docházelo jen v případě, že zárodky pobývaly na světle.

TIP: Tajemná řeč zeleného světa: Věděli jste, že i rostliny spolu komunikují?

Ve tmě zůstávala radioaktivita mimo zárodek. To lze vysvětlit jen tak, že na světle čerpala řasa radioaktivní oxid uhličitý ze svého okolí a vyráběla z něj radioaktivní cukry, které pak používal hostitelský zárodek axolotla jako živinu. Ve tmě řasa žádné cukry nevyrábí, protože jí chybí sluneční energie. Zárodek axolotla pak vychází naprázdno. Axolotl skvrnitý je tak prvním obratlovcem usvědčeným z toho, že „jezdí“ na sluneční pohon.