Miniaturní hmyz má bezjaderné neurony

Běžný hmyz se nám lidem zdá maličký, a to přitom většina lidí nezná skutečné trpaslíky, jejichž tělo v dospělosti nedosahuje ani jednoho milimetru. Podrobně je prozkoumána anatomie několika druhů brouků s velikostí těla okolo 0,7 mm, u nichž nervová soustava zaujímá velkou část těla, majíc asi 40 tisíc buněk. Miniaturizace postihuje většinu orgánů, takže jejich tvar i umístění v rámci těla je odlišné od větších příbuzných, snižuje se počet buněk tvořících jednotlivé orgány a do jisté míry se zmenšují i samy buňky.

Jsou ale hranice, za které to takhle dál nejde. Aby buňka mohla fungovat jako eukaryotní, musí obsahovat spoustu nezbytných součástí, zejména jádro s genetickou informací. Všechny buňky mnohobuněčného těla v sobě nesou tutéž genetickou informaci, i když konkrétní buňka ve svém životě využije třeba jen desetinu genů. Navíc jsou v genomu vmezeřené introny a různé parazitické nefunkční sekvence. Buněčné jádro je tedy často zbytečně velké a specializované buňky s krátkou životností se prostě zbaví celého jádra najednou, jak to činí naše (savčí) červené krvinky.

Opravdovými přeborníky v miniaturizaci jsou blanokřídlé chalcidky a mezi nimi pak čeleď Trichogrammatidae, drobněnkovití (krátká zmínka o nich viz Vesmír 91, 129, 2012/3). Jsou to parazitoidi a vyvíjejí se ve vajíčkách jiného hmyzu. Podle velikosti využitého vajíčka kolísá velikost těla dospělé samičky mezi 0,3 a 0,5 mm. Nejmenší druhy patřící do rodu Megaphragma dosahují sotva 0,2 mm. To je o dost méně, než mají běžné jednobuněčné organismy jako trepka (0,3 mm) nebo měňavka (0,5 mm). Zatímco u většího rodu Trichogramma nervová soustava obsahuje 37 tisíc neuronů, u rodu Megaphragma zjistili ruští vědci asi 300–400 neuronů s jádry. To se zdálo být nesmírně málo na to, aby taková chalcidka mohla vykazovat normální složité chování jako chůze, let, páření a vyhledání a parazitování hostitele.

Rekonstrukce drobněnčího těla z histologických řezů silných jeden mikrometr ukázala, že nervová soustava je soustředěna do pouhých tří zauzlin, jedné hlavové (u normálního hmyzu třídílný mozek a třídílná podjícnová zauzlina), jedné hrudní a jedné zadečkové. Mozek dospělé megafragmy zaujímá 3 % objemu těla (u člověka 2 %, u mravence 0,5 %). Překvapivý byl pohled na mozek kukly megafragmy – zaujímá 11 % objemu těla a obsahuje 4600 buněk (celá nervová soustava 7500 buněk). Během vývoje kukly se většina buněčných těl těchto neuronů rozpustí, jádra jsou použita jako materiál na stavbu jiných orgánů dospělce a nervová soustava je tvořena převážně úspornou bezjadernou sítí výběžků neuronů. Dospělci se dokonce zmenší objem hlavy na polovinu objemu u kukly, kutikula se zdrcne na temeni do záhybů připomínajících paruku.

Zatímco u jiných miniaturních druhů hmyzu zůstává v dospělosti relativně velký mozek s buňkami obsahujícími (zbytečné) jádro, přičemž tento veliký mozek je zatažen do hrudi až do zadečku, u blanokřídlých s uzoučkými, velmi pohyblivými stopkami mezi hlavou a hrudí a mezi hrudí a zadečkem by to nešlo. Megafragma nalezla jinou cestu. Výsledek je překvapující – hmyz se složitým chováním produkovaným pětkrát menším počtem buněk, než jsme doposud znali u jiných hmyzích trpaslíků. Uměli bychom naprogramovat počítačovou simulaci s použitím tak malého počtu jednotek? (Arthropod Structure & Development 41, 29–34, 2012/1)