mff2024mff2024mff2024mff2024mff2024mff2024
i

Aktuální číslo:

2024/2

Téma měsíce:

Faleš

Obálka čísla

Proč nemáme šest prstů

 |  6. 3. 2023
 |  Vesmír 102, 145, 2023/3
 |  Téma: Růst

Vznik a vývoj končetiny u obratlovců je fascinující proces. Nebojím se označit jej za vysloveně tajemný. Ne snad proto, že bychom neměli ani potuchu, co se při něm odehrává, ale paradoxně díky šifrovacímu stroji Enigma z období druhé světové války, jehož dešifrování spojencům pomohlo rozluštit tajné kódované depeše německého velitelství a urychlit totální porážku třetí říše.

Jak možná víte, o prolomení kódu Enigmy se významně zasloužil britský matematik Alan Turing, kterého i díky tomu považujeme za jednoho ze zakladatelů informatiky a obecného konceptu výpočetního stroje. Po skončení války Turing působil na Manchesterské univerzitě, kde se začal věnovat zpětnovazebným interakcím, které z počátečního homogenního stavu dokážou vytvářet gradienty a vzory (anglicky patterns), jako například barevné ornamenty na motýlích křídlech nebo pruhy na srsti zebry. Jde o model založený na teorii reakce a šíření (difuze) a počítající se dvěma substancemi. První z nich je aktivátor (P), který pozitivně ovlivňuje svou vlastní produkci a zároveň aktivuje druhou substanci – svůj blokátor (S).

Aby byl tento systém schopný vytvářet pravidelné vzory, potřebuje splnění další podmínky – blokátor S se musí šířit rychleji než aktivátor P. Na první pohled se to zdá poměrně složité a netvrdím, že skutečné biologické interakce vytvářející složité obrazce nejsou komplikované. Vezmeme-li ale v potaz pouze dva výše uvedené hráče P a S, kteří jsou postačující pro vznik jednodušších struktur, pak je situace relativně přehledná. Díky pozitivní zpětné vazbě roste koncentrace aktivátoru P velmi rychle. Zároveň se pomalu šíří všemi směry. V místě své produkce začne aktivovat svůj blokátor S, který se šíří rychleji než P, proto aktivátor P vytvoří oblast s vyšší koncentrací, které říkejme vrchol. Vyšší rychlost šíření blokátoru S zajistí jeho nízkou koncentraci v určité vzdálenosti od místa produkce obou substancí a umožní znovu „rozjet“ pozitivně zpětnovazebný „kolotoč“. Vznikne tak druhý vrchol, druhé centrum (obr. 1). Vzdálenost mezi těmito vrcholy (například mezi černými pruhy u zebry) bude dána mimo jiné rychlostí šíření blokátoru S. Čím vyšší tato rychlost bude, tím blíže budou pruhy u sebe a obráceně (podrobněji viz Vesmír 75, 137, 1996/3). Při pohledu na svou ruku máte „vrcholy“ přímo před sebou. Ano, jsou to vaše prsty, které – jak si ukážeme dále – jsou taktéž produktem Turingova modelu reakce a difuze.

Vznik a vývoj končetin u obratlovců lze velmi dobře pozorovat například u kuřete nebo u pulců obojživelníků, jmenovitě drápatky vodní (Xenopus laevis) či drápatky tropické (Xenopus tropicalis). Zde se jako první objevují základy zadních končetin a teprve později těch předních. Jak ale vyvíjející se zárodek „ví“, kde má končetinu vytvořit? Odpověď na tuto otázku prochází žaludkem, resp. za vznikem končetin musíme pátrat po vnitřním zárodečném listu, entodermu, který je základem pro trávicí a dýchací systém. Entoderm kromě jiných bílkovin produkuje důležitou signální molekulu – fibroblastový růstový faktor osm (FGF8). Ten patří mezi tzv. parakrinní molekuly, což znamená, že se od buněk, které ho produkují, šíří difuzí a vytváří gradient. Vysoká koncentrace FGF8 je důležitá například pro vznik srdečního základu, ale také pro vývoj obličeje nebo pravo-levou symetrii. Naopak jeho nízká až téměř nulová hladina je nezbytná právě pro vznik předních a zadních končetin, resp. jejich pupenů, jak říkáme končetinovým základům. Tento mechanismus zajišťuje, že končetinové pupeny nevzniknou třeba v místě budoucího srdce, ale dále směrem k ocasní části těla. Co ale zabrání šíření faktoru FGF8 do oblastí budoucích končetinových pupenů? Touto molekulou je retinová kyselina, metabolit vitaminu A (retinolu). Vitamin A je důležitý pro správně fungující zrak a jeho nedostatek může vést k šerosleposti, poruchám imunitního systému či kožním problémům. Jeho předávkování je ale také velmi nebezpečné, a to hlavně v těhotenství, kdy vysoká hladina retinolu může „rozhodit“ přesně vyváženou koncentraci kyseliny retinové a způsobit u plodu rozličná vrozená postižení včetně vad končetin.

Nyní vidíte 32 % článku. Co dál:

Jsem předplatitel, mám plný přístup
Jsem návštěvník
Chci si přečíst celé číslo
Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru. Více o předplatném
TÉMA MĚSÍCE: Růst
OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Embryologie, Biologie

O autorovi

Vladimír Krylov

Doc. RNDr. Ing. Vladimír Krylov, Ph.D., (*1976) vystudoval Českou zemědělskou univerzitu v Praze a vývojovou biologii na PřF UK v Praze, kde přednáší a pracuje jako proděkan pro vědu a výzkum. Na žábách rodu Xenopus (drápatky) studuje kmenové buňky v souvislostis regenerací, genetiku, cytogenetiku a chromozomální evoluci.
Krylov Vladimír

Další články k tématu

Velký zázrak a tajemství růstu

Růstový vzorec člověka je jedinečný: mezi období rychlého růstu po narození a v pubertě je vloženo dlouhé období pomalého růstu – naše dětství.

Růst či nerůstuzamčeno

Ekonomický růst je jedním ze zásadních témat ekonomické vědy od jejích počátků. Můžeme za ně označit dílo skotského ekonoma Adama Smitha Pojednání...

(Ne)ukončený růst plazů

Jak je to s ukončeným a neukončeným růstem u živočichů? Proč nesouhlasíme s dosavadními definicemi a jak náš výzkum gekonů vyvrátil všeobecně...

Meze ekonomického růstu na planetě Zemi

V této rubrice obvykle zveřejňujeme zajímavé úryvky z dávné i méně dávné produkce Vesmíru a sledujeme vize autorů a proměny jejich tématu mezi...

S biostimulantem k lepšímu růstuuzamčeno

Růstový regulátor MTU brání rozpadu chlorofylu v listech pšenice, navíc chrání rostlinné buňky před oxidativním stresem.

Jak si ochočit buňkyuzamčeno

Buňka je elementární částicí lidského těla, logicky tak tvoří i základ oboru tkáňového inženýrství a regenerativní medicíny, které se snaží...

Doporučujeme

Pravá faleš, nebo falešná pravda

Pravá faleš, nebo falešná pravda uzamčeno

Halina Šimková, Jan Strojil  |  5. 2. 2024
Žádná společnost na světě nemá tolik prostředků či energie, aby dokázala efektivně bojovat proti všem podezřením z ohrožení. Používáme proto...
Koho balamutí tořiče

Koho balamutí tořiče uzamčeno

Jiří Sádlo  |  5. 2. 2024
Vstavačovité tořiče, rod Ophrys, jsou hodně složité a osobité. Dlouho se ví a říká, že klamou své hmyzí opylovače. Méně se připouští, že...
20 let s grafenem

20 let s grafenem uzamčeno

Jan Kunc  |  5. 2. 2024
Grafen, dvoudimenzionální alotrop uhlíku, vyvolal velkou vlnu pozornosti v roce 2004. Jak se tento význačný vědecký směr formoval, jaké byly jeho...