Rub chlupu

Určitě jste někdy zasadili semínko.

Možná jste i pozorovali, co se se semínkem děje, když klíčí, třeba jen tak na mokré vatě (protože v zemi toho moc vidět není). Semínka jsou různá; společné jim je, že po navlhčení trochu zbobtnají, někdy osliznou, probudí se v nich život, a ven se proklube podnikavá špička kořínku. Kořínek se honem hledí zavrtat směrem dolů, kde má naději najít půdu plnou vlhkosti a všemožných dobrot (hlavně minerálních solí), které mladá rostlinka potřebuje. Pokud nic netušícímu kořínku místo země nabídneme pouhou vodu, můžeme pozorovat, jak roste, veden zemskou tíží. A možná uvidíme, jak kousek nad rostoucí špičkou kořínek zchlupatí (obr. obrázek). Jeho pokožka se v širokém pruhu pokryje vlášením, dlouhým a jemným jako nejjemnější pavučinka a třpytivějším než hedvábí. Těžko najít v přírodě něco jemnějšího a třpytivějšího. Snad vlákna plísní dokážou vytvořit podobné nezemsky křehké struktury. Krása kořenového vlášení je však jaksi zdravě čistá, kdežto nádherné plísňové kolonie člověk zpravidla nachází za okolností, kterými estetický zážitek poněkud trpí (třeba ve sklenici s marmeládou).

Krása kořenového vlášení ale není určena pro ničí oči! Vlasaté kořínky se prodírají půdou, křiví se, aby se vyhnuly hrudkám a kamenům, vnikají do nejmenších skulinek a celým svým ohromným povrchem, za který vděčí právě vláskům, přijímají vodu a rozpuštěné neústrojné látky. Jejich vlásky jsou důmyslným nástrojem k co nejlepšímu využití zdrojů vody a živin v okolí kořene.

Z čeho vlastně kořenové vlásky jsou a jak vznikají? Každý vlásek je živá buňka, nesmírně protažená (tak, že je vidět pouhým okem), a koncem zakotvená v pokožce, ze které se zrodila. Vznik vlásku je malý biologický zázrak: mezi zdánlivě stejnými pokožkovými buňkami v příslušné oblasti kořene se jedna sebere a začne se vychlipovat a růst do délky. I vnucuje se otázka, jak příslušná buňka pozná, že se má stát „chlupem“.

Při zevrubnější mikroskopické prohlídce se ukazuje, že pokožkové buňky, ze kterých vznikají kořenové vlásky, se od svých sousedek přece jen liší. Aspoň u brukvovitých rostlin (kam patří i známý molekulárně biologický model – huseníček Thalův čili Arabidopsis thaliana) totiž „vlasaté“ bývají buňky, které spodní stranou přiléhají na rozhraní dvou buněk nižší vrstvy, kdežto obyčejné pokožkové buňky se celým „rubem“ dotýkají povrchu jedné buňky (obr. obrázek). Proč? Jedno z možných vysvětlení je, že mezibuněčným (stěnovým, apoplastickým) prostorem k pokožkovým buňkám z hloubi kořene přichází jakýsi signál, který je nutí k diferenciaci ve vlásky. Sloupneme-li ale opatrně pokožku kořene a podaří-li se nám ji udržet naživu, pokožka „zchlupatí“ celá. To znamená, že buď naše první vysvětlení neplatí (a buňky, které se nemají stát vlásky, musejí být „přemlouvány“ signály z buněk nižší vrstvy), anebo platí – ale předpokládaný „signál ke zchlupatění“ vzniká sám od sebe ve sloupnuté pokožce, která pod sebou žádné vnitřní struktury nemá. Takový signál na první pohled moc pravděpodobně nevypadá; víme však, že poraněná rostlinná pletiva produkují signální látky, z nichž některé jsou známé – a že by tudíž kandidátem na „signál ke zchlupatění“ mohlo být něco, co vzniká (také) v přímém důsledku sloupnutí pokožky v popsaném pokuse.

Jednou z nejdéle známých signálních molekul, zprostředkujících reakci rostliny na poranění, je etylen. (Kromě toho se etylen podílí i na dalších životních funkcích, jako je zrání plodů, čehož se využívá například k urychlení dozrávání banánů.) Mohl by se etylen účastnit určení osudu pokožkových buněk? Zdálo by se, že studium této otázky bude obtížné už pro plynnou povahu etylenu. Uvnitř rostlinného těla ale naštěstí jen málokdy putuje etylen jako takový – jeho transportní formou je kyselina 1aminocyklopropan-1-karboxylová (ACC), která je lépe rozpustná ve vodě než vlastní etylen (obr. obrázek). Etylen vzniká z ACC působením enzymu, který zřejmě mají všechny rostlinné buňky, takže si mohou při dodání ACC zvenčí vyrobit etylen pro vlastní potřebu. Mnoho buněk v rostlině totiž skutečně dostává ACC zvenčí: schopnost vyrábět ACC z aminokyseliny metioninu mají jen některá pletiva, k jiným ACC putuje mezibuněčnými prostory. V kořenech je zdrojem ACC dělivé pletivo na špičce a vodivá soustava uvnitř. Jediné pokožkové buňky, které si mohou „přičichnout“ k etylenu, jsou ty, které se nacházejí nad mezibuněčným prostorem o vrstvu níže – to jest buňky, které dávají vzniknout kořenovým vláskům (obr. obrázek)! Elegantní model, podle kterého tvorbu vlásků vyvolává působení etylenu, byl podpořen experimenty, v nichž namočení kořínků do roztoku ACC vyvolalo vznik vlásků na nepatřičných místech a naopak odstranění enzymu, který z ACC vyrábí etylen, mělo za následek potlačení tvorby vlásků. Existují i mutantní rostliny Arabidopsis, které se neustále chovají, jako by rostly v přítomnosti vysoké koncentrace etylenu – a mají kořenové vlásky i tam, kde je normální rostlina nemá.

Samozřejmě nevíme o nic líp, proč jsou kořenové vlásky krásné. Víme jenom něco o tom, jak se dělají. A ještě něco: zkoumání mutantů Arabidopsis odhalilo, že některé bílkoviny, které se účastní reakce na etylen, a tedy i tvorby kořenových vlásků, jsou nápadně podobné bílkovinám známým u živočichů a u kvasinek.

Podobně jako genetický kód – písmo, kterým je v molekulách nukleových kyselin zapsána struktura bílkovin a které sdílejí všechny žijící organizmy – se zřejmě zachovaly i osvědčené bílkovinné struktury: dědičná informace všeho živého je zapsána nejen stejným písmem, ale i „podobným jazykem“. K pochopení tohoto jazyka přispívá i studium něčeho zdánlivě tak malicherného, jako je „chlup“ na pokožkové buňce kořene.