Budoucnost v záři živých světel

Je klidná teplá noc. Jižní Pacifik. Vánek stěží fouká a vlnka se líně přelévá přes vlnku. Zato dole v hlubinách, kde je voda mrazivá a kam ani měsíční světlo nedosáhne, bývají klid a ticho jen zřídkakdy známkami pokoje a bezpečí. Žádný tvor si nikdy nemůže být jist, zda se dočká rána. Zbloudilá rybka se ponořila příliš hluboko a zastihla ji noc. Pátrá po jakékoliv stopě světla. A najednou ho spatří. Bludné světélko. Jsou to sluneční paprsky? Cesta do bezpečí? Ve světle falešného útočiště se zablýskly strašidelné čelisti… A jejich majitel, hlubokomořský ďas, se s plným žaludkem dožije dalšího dne.

V průběhu stovek tisíc let evoluce se některé formy života naučily zkrotit, produkovat a využívat takzvané studené světlo. Studené proto, že jeho vznik bývá velice efektivní a jen málo investované energie je ztraceno ve formě tepla, tedy přesně naopak než u běžných svítidel. Tato výjimečná a nepřehlédnutelná schopnost, nazývaná Poseidonovy ohně, bludičky či odborně bioluminiscence, se vyskytuje spíše zřídka, ale zato napříč širokým spektrem organismů: od těch nejjednodušších, jako jsou bakterie a houby, přes bezobratlé – hmyz, korýše či žahavce – až po obratlovce – ryby a žraloky.

Ryby světloočky (rody Photoblepharon či Anomalops) využívají velké orgány pod očima osídlené bioluminiscenčními bakteriemi pro únik z nebezpečných situací.

Snímek Biosphoto, Paulo de Oliveira

Snímek Petra Horálka s názvem Mléčná dráha nad tyrkysovou říší divů vybrala NA SA 29. května jako snímek dne. Vznikl 14. února letošního roku a vidíme na něm pláž maledivského ostrova Soneva Jani v Indickém oceánu, silně nasvícenou modrou září světélkujícího jednobuněčného planktonu, stimulovaného dorážejícími vlnami. V nebeské části snímku se objevují hvězdy a mlhoviny v okolí Jižního kříže.

Snímek Petr Horálek

Šikovná, ale nákladná

Bioluminiscence, tedy přeměna energie uložené v chemických sloučeninách na energii světelnou, svým nositelům pomáhá efektivně lovit, prchat z nebezpečných situací, umožňuje jim komunikovat, hledat partnera či se rozmnožovat a šířit – a to je důvod, proč tato schopnost zpočátku byla ve vědecké komunitě velkou záhadou. Jak je možné, že je tak nevšední? Proč je světélkujících druhů tak poskrovnu, přestože se bioluminiscence zdá velice výhodná pro přežití? Ukázalo se, že disponovat touto schopností je pro organismy podobné jako například pro člověka vlastnit velký bazén: na první pohled vše vypadá překrásně, avšak údržba je velice, velice nákladná. Světélkující organismy musí být vysoce specializované a odevzdané konkrétnímu způsobu života, který sice nabízí nevšední možnosti, avšak za cenu vysokého rizika a nejistoty.

Pro každý živý organismus je nezbytné dýchat, trávit a vnímat. Za všemi těmito a také mnohými dalšími procesy stojí a za nitky tahají vysoce efektivní biologické nástroje: enzymy, proteiny s funkcí biokatalyzátorů. Tyto látky umožňují průběh takřka všech pro život potřebných chemických reakcí, které by jinak byly nemožné anebo nevyužitelně pomalé. Průměrný organismus si těchto nástrojů vyrábí na třináct set různých druhů, každý pro jiný účel. I proces bioluminiscence je dílem enzymů, které se nazývají luciferázy (z latinského lucifer = světlonoš; obr. 4).

Stejně jako nerozsvítíte žárovku bez elektřiny, i luciferázy potřebují nějaký zdroj energie. Pro tento účel musí světélkující organismy stále získávat a udržovat zásoby mimořádně energeticky bohaté látky, tzv. luciferinu, který pro luciferázu funguje jako palivo. Jakmile nastane pravá chvíle, luciferáza začíná luciferin oxidativně rozkládat, čímž se obrovské množství energie nastřádané v chemických vazbách uvolňuje a vyzařuje v podobě viditelného světla. Luciferin je ale energií natolik nabitý, že může mít sklony rozkládat se i spontánně, bez přičinění enzymu. Přitom se ale místo světelné energie uvolňuje téměř pouze nežádoucí teplo, a tím veškerá energie investovaná do biosyntézy luciferinu přijde vniveč. Organismy si tak musí zásoby svého luciferinu dobře zabezpečit, aby jím neplýtvaly, poněvadž na to je pro ně jeho výroba příliš drahá a vyčerpávající. Řada mořských světélkujících živočichů řeší tento problém způsobem, který zcela obchází nároky pro biosyntézu luciferinu – nevyrábí si jej, ale získává prostřednictvím potravy. V přírodě tak nacházíme velké množství různých luciferáz – každý bioluminiscenční druh si vyrábí svou vlastní – avšak spektrum luciferinů je omezené a stejný luciferin bývá společný pro více bioluminiscenčních druhů. Tato „lenost“ světélkujících organismů ztěžuje vědecký výzkum. Poněvadž luciferiny mezi svým vznikem a spotřebou mohou vystřídat několik organismů, je často velmi obtížné dopátrat se, ze které složky potravního řetězce daný luciferin pochází. Ten navíc v původním organismu vůbec nemusí sloužit jako palivo pro luciferázy, a kořeny jeho syntézy proto mohou zasahovat téměř kamkoliv.