COOLna

Bioložka Zuzana Musilová se „potopila“ do temných vod hlubokého oceánu, aby prozkoumala, jak v extrémních podmínkách žijí hlubokomořské ryby. A narazila na objev, jenž vyvolal mezi vědci pozdvižení. U ryb žijících tisíc a více metrů pod hladinou odhalila jedinečné změny v genech, díky nimž vidí svět kolem sebe v pestrých barvách i v téměř naprosté tmě.

V jakých hloubkách ryby, které zkoumáte, žijí?
Většina hlubokomořských ryb žije v pásmu od 200 do 1 000 metrů. Jedná se o prostředí, v němž je sice světla málo, ale ještě tam nějaké zbytkové sluneční záření dopadá. Rybám se proto vyplatí mít zrakové adaptace na co nejúčinnější zachycení světla, například veliké oči nebo citlivou sítnici. Pod tisíc metrů už sluneční záření nepronikne a tam žijí ryby, u nichž začínají dominovat jiné smysly, hlavně čich a mechanoreceptory čili hmat.

Co je na beztrnovce stříbřité, jejíž zrak jste prozkoumala, tak unikátního?
Jednak má obrovské oko, v poměru k tělu dokonce jedno z největších u všech obratlovců, a jednak má nejtlustší sítnici, tedy orgán, kterým světlo vnímáme. Čím je sítnice tlustší, tím je větší šance, že světelné signály, jež k ní přicházejí, budou zachyceny a poslány dále do mozku– což znamená, že ryba uvidí i za nižší intenzity světla. My jsme navíc u ní objevili také extrémní adaptace na molekulární úrovni, a to v podobě velkého množství genů zodpovědných za světločivný protein.

Co si pod tím mám představit?
My lidé máme v oku červený, modrý a zelený čípek, které jsou kódovány třemi různými geny. U této ryby jsme ale našli 38 různých barevných proteinů, které jsou potenciálně schopné dělat barevný kanál, což je u obratlovců naprostý unikát. Kromě toho, že má beztrnovka těch kanálů tolik, je ještě zajímavé to, že nejsou tvořeny čípky jako u nás, ale tyčinkami. Což jsou buňky, které máme v oku i my a kterými vidíme v noci. My ovšem máme pouze jeden typ, a proto za tmy vidíme černobíle. Kdybychom jich měli více, mohli bychom i v noci vidět barevně. Mezi obratlovci obecně platí, že mají jeden, maximálně dva typy tyčinek a několik barevných čípků.

Jenže tahle ryba čípky nemá, a tyčinky má naopak extrémně pomnožené, protože žije právě v prostředí s extrémně nízkou intenzitou světla. Podle našich měření je tak pravděpodobně schopna od sebe odlišit i takové odstíny modré a zelené, jaké by nám připadaly stejné. Na rozdíl od nás by ale neměla vidět červenou barvu, protože nemá žádný protein, který by to uměl. To však platí pro naprostou většinu hlubokomořských ryb, protože červená barva se s vodním sloupcem ztrácí, což ostatně znají i potápěči, kteří už v nějakých deseti metrech pod vodou vidí úbytek červené barvy. Modrozelená naopak proniká nejhlouběji, což je fyzikální vlastnost světla a vody.

Ví se, jak veliké jsou populace hlubokomořských ryb?
Na výzkum se používají sonary schopné detekovat hejna ryb, takže nějaké hrubé odhady máme. Dokonce umíme někdy rozlišit i jednotlivé druhy či rody ryb, protože odraz zvukových vln na sonaru vydává specifické signály. Odhadnout ale globální populace není tak jednoduché, neboť mnohé druhy jsou například v tropickém a subtropickém pásu rozmístěny v podstatě po celém světě. A o propojenosti jednotlivých populací nevíme téměř nic. Z toho, co víme, to ale nevypadá, že by hlubokomořské ryby byly na pokraji vyhynutí. Dokonce existují dva rody, které patří k nejpočetnějším obratlovcům na světě a jejich populace se odhadují na stovky bilionů jedinců (bilion je milion milionů). I když určitě existují i vzácnější druhy.

Jak jsou hlubokomořské ryby uzpůsobené k tomu, aby vydržely tlak, jaký na ně voda vyvíjí?
Na rozdíl od vzduchu je voda skoro nestlačitelná, a toho hlubokomořské organismy využívají. Proto u nich došlo k omezení tvrdých struktur, takže tyto ryby jsou v podstatě takové pytlíky vody. Organismy žijící v extrémních hloubkách několika tisíc metrů mají přizpůsobení tlaku dokonce i na molekulární úrovni. Jejich proteiny mají pevnější strukturu a jsou tlakuvzdorné.

Jak dobrý mají ryby čich?
Velmi dobrý. A často ho mají propojený s chutí. Tu nevnímají pouze kanály okolo tlamy, ale například sumci mají chuťové receptory i na břišních ploutvích, kterými si osahávají něco k snědku. Obecně jsou chemoreceptory pro ryby neskutečně důležité, protože kromě potravy jim přinášejí informace také o vodě samotné a zároveň je informují o přítomnosti jiných ryb, a to jak o predátorech, tak o příslušnících stejného druhu vhodných k páření.

Například někteří již zmínění hlubokomořští ďasové hledají partnery pomocí feromonů. Samička, která se chce pářit, vypouští feromony, aby přilákala samečka, a zůstává v jedné hloubkové hladině. Sameček naopak migruje ve vodě nahoru a dolů a snaží se její signál zachytit. (Feromony jsou chemické signály, jež vytváří tělo. Na rozdíl od běžných vůní a pachů je nelze vnímat čichovými žlázami v nose, ale řada živočichů má tzv. Jacobsonův orgán na patře u nosní a ústní dutiny. U lidí je už zakrnělý, u plazů a hlodavců jde ale o hlavní orgán čichu. A třeba u hmyzu jsou feromony hlavním kanálem komunikace.)

Čím vnímají feromony ďasové?
V nozdrách mají takové čichové jamky. U samečků jsou neskutečně zvětšené, což opět ilustruje, jak těžké je najít si v tom velikém prostoru partnera. Sameček ďasa je oproti samičce maličký, měří asi dva centimetry, zatímco samička přes dvacet. Když sameček samičku skutečně najde, zakousne se do ní a v podstatě k ní přiroste, protože se jim propojí jejich cévní systém. On už nemusí shánět potravu a ona má k dispozici sperma, kdykoliv se potřebuje rozmnožit. A takhle může mít samička na těle samečků i víc. Spousta samečků a samiček ovšem partnera v té obrovské mase vody nikdy nenajde.

Partnera najde ta, která lépe voní?
Bohužel nevíme, zda je úspěšnější ta, která vylučuje silnější feromon, nebo třeba ta, jež je schopna udržet stejnou hladinu hloubky, díky čemuž ji sameček snáz najde.

Udržet stejnou hladinu je složité?
Ryby udržují hloubkovou hladinu pomocí plynového měchýře. Téměř všechny ryby, které plavou, ale nežijí u dna, mají plynový měchýř naplněný vzduchem nebo metabolicky vyloučeným plynem a umějí aktivně měnit množství plynu uvnitř měchýře. Tím se ryba stává buď těžší, nebo lehčí než voda, a podle toho tedy buď klesá, nebo stoupá k hladině. Orientovat se v otevřené vodě bez „záchytných“ bodů je ovšem velmi náročné.

U mnohých druhů vůbec netušíme, jak to vlastně dělají. U jiných víme, že mají schopnost vnímání magnetického pole Země, jako třeba úhoři, kteří táhnou z evropských řek až do Sargasového moře, aby se tam vytřeli.

(Jde o jediné místo na světě, kde se úhoř říční rozmnožuje. Někteří kvůli tomu musejí absolvovat cestu dlouhou až 7 tisíc km. Proč tenhle dávný pud stále mají, není jasné. Když se v Sargasovém moři vytřou, krátce nato uhynou.)

Dalším důležitým smyslem je hmat. Čím jej ryby vnímají?
Samotný hmat u ryb existuje, ale mnohem důležitějším smyslem je u nich postranní čára nebo tzv. proudový orgán, kde mají malé jamky s mechanoreceptory, jimiž detekují pohyb vody, a jsou tak schopny rozpoznat překážku nebo predátora až na několik metrů. Některé ryby pak mají i extrémně prodloužené paprsky ploutví nebo speciální mechanoreceptorové výběžky, kterými jsou schopny zaznamenat kořist.

Říká se, že ryby jsou němé. Je to pravda?
Vůbec ne. Sluch a vydávání zvuku jsou u ryb prozatím málo prozkoumané, ale v posledních letech se ukazuje, že některé ryby, včetně našich sladkovodních druhů, zvuky vydávají. Například naše plotice dělá zvláštní kručivý zvuk.

Čím jej vydávají?
Některé ryby pomocí kostěných struktur, například třením či skřípáním požerákových zubů. Jiné umějí rytmicky stlačovat plynový měchýř pomocí svalů a napodobit tak zvuk bubínku. Většinu těchto zvukových projevů neslyšíme, ale když komunikaci jednotlivých druhů ryb nahrajeme a pak ji převedeme do námi slyšitelného spektra, zjistíme, že více než polovina zkoumaných ryb nějaké zvukové projevy má.

Některé ryby jsme ale schopni slyšet i my. Například mnozí afričtí sumečci po vyndání z vody slyšitelně kvičí a piští. Nejhlasitějšími rybami jsou pak žabohlavci–samečci v období rozmnožování vydávají silný monotónní dunivý zvuk podobný siréně, a u některých lidí v Kalifornii to způsobuje až bolesti hlavy. Takže ryby němé nejsou.

Jak jsou na tom ryby s inteligencí?
Některé skupiny ryb jsou schopny naučit se a vyřešit i docela složité úkoly, obvykle dostat se pro potravu přes překážky a do různých sklenic. Některé korálové ryby mají také velmi dlouhou paměť, pamatují si klidně v řádu let. Hodně inteligentních ryb může být mezi velkými pelagickými predátory (tuňáci, žraloci, makrely nebo mečouni, pozn. red.), u nichž je těžké provést experimenty, protože nejsme schopni držet je v zajetí, jež by simulovalo jejich přirozené prostředí.

V afrických řekách žijí rypouni, využívající další smysl–elektrorecepci. Vydávají slabý elektrický proud, jeho pomocí komunikují a zároveň jej používají jako radar, jenž je informuje o překážkách v okolí. V poměru k tělu mají rypouni největší mozek ze všech ryb, a porovnáme-li ho k velikosti těla, jsou na úrovni primátů. Rypouni dokážou kreativně překonávat překážky, řešit různé úlohy a rozeznávat symboly.

Když se vrátíme k vašemu výzkumu, může být nějak prospěšný lidem?
Nerada bych zde dávala falešné naděje, protože děláme základní výzkum, jehož cílem je hlavně poznání, a ne tedy primárně následná aplikace poznatků. Přesto občas narazíme na něco, u čeho nás potenciální využití ihned napadne. Například když jsme zkoumali geny zodpovědné za adaptace ryb na život v hloubce, našli jsme signály ve stejných genech, které jsou pozměněny i u člověka se zeleným zákalem. A zejména s nástupem genových terapií očekávám postupné využívání poznatků z výzkumu u ostatních obratlovců. Víceproteinový zrakový systém by mohl být využit ve studiu barvosleposti, kdy jeden nebo více barevných kanálů chybí.

bioložka Zuzana Musilová