Probírat se úlovkem hlubokomořských ryb jako pokladem

Přírodovědkyni Zuzaně Musilové učarovaly ryby. A to hlavně podivuhodné ryby hlubokomořské, s obrovskýma očima a strašlivými zuby. Byť mnohé z nich živé v ruce nikdy nikdo nedržel, rozhodla se pro nelehký úkol – zkoumat jejich smysly. Před nedávnem své výsledky publikovala v časopise Science a na výzkum zraku svých oblíbenců získala významný grant od Evropské výzkumné rady.

Jak se studentka biologie, která pochází z jihočeského kraje rybníků, dostane k hlubokomořským rybám?¹⁾ — Postupně. Vždycky jsem měla ráda ryby, jakožto nadšenou akvaristku mne zajímala spíš světová než česká rybí rozmanitost. A hlubokomořské proto, že představují naprostý bizár mezi rybami. Během školy mě ale ještě vůbec nenapadlo, že bych je mohla reálně zkoumat. Ve svém výzkumu jsem tedy původně začala s celogenomovými studiemi na různých skupinách ryb, zabývala jsem se také zrakem afrických ryb, rypounů a cichlid, které jsme studovali v terénu, v afrických kráterových jezerech Barombi Mbo a Bermin v Kamerunu. Pak jsem se dostala k celým genomům různých skupin ryb a součástí dat byly i hlubokomořské ryby. Ty se musí v hloubce – nejčastěji 500 až 1000 metrů – vypořádat s nedostatkem světla a já jsem si říkala, že zkoumat jejich zrakové geny musí být hodně zajímavé, a navrhla jsem kolegům, že se na to zaměřím. A bylo to tak, našli jsme extrémně pozoruhodné věci. To byl ten původní moment, který mě k hlubokomořským rybám nasměroval, a teď už se kolem nich točí velká vědecká mašinerie.

Ovlivnil vaše nasměrování postdoktorský pobyt ve Švýcarsku? — Ano, to s tím velmi souviselo. V Basileji jsem se začala věnovat genetickým metodám na těch „svých“ afrických rybách. Během čtyřapůlleté stáže jsem vymyslela projekt na zrakové geny a měla jsem kolem sebe kolegy, kteří toho fakt hodně uměli, a spolupracující týmy z celého světa a všichni se rádi podělili o cenná data, a ještě měli radost, když jsme díky nim něco nového objevili. Takže takhle se náš velký krok a objev mohl podařit.

Mgr. Zuzana Musilová, Ph.D. (*1983)

Vystudovala Přírodovědeckou fakultu UK v Praze, doktorát absolvovala v Ústavu živočišné fyziologie a genetiky AV ČR v Liběchově. Postdoktorskou stáž absolvovala na Basilejské univerzitě ve Švýcarsku. V současné době působí na katedře zoologie PřF UK , kde se věnuje ichtyologii a výzkumu evoluce ryb. Ve Vesmíru vyšly např. tyto její články: Vesmír 97, 648, 2018/11; 98, 78, 2019/2.

Snímek Luboš Wišniewski

Co zajímavého jste tedy objevili? — Původně jsme přišli na neobvyklé, unikátní pomnožení genů pro rodopsiny – zrakové pigmenty ve světločivných buňkách v oku – u jedné skupiny hlubokomořských ryb. Obratlovci, včetně člověka, mají v sítnici čípky na barevné vidění ve dne a tyčinky, které jsou zodpovědné za černobílé vidění za nízké intenzity světla, obvykle v noci. Naprostá většina obratlovců má v tyčinkách jeden typ rodopsinů, tedy těch světločivných pigmentů, ale my jsme našli u jedné malinké čeledi, která čítá jen několik málo druhů, geny pro rodopsin extrémně pomnožené až na 38 různých kopií. I jiné skupiny hlubokomořských ryb mají pět nebo šest genů pro rodopsin, a i to je oproti ostatním obratlovcům mimořádně mnoho, ale 38? To byl objev, který jsme publikovali v Science. Zmnožený zrakový aparát pravděpodobně umožňuje jistou formu barevného vidění i ve velkých hlubinách, ale co zatím vůbec není jasné, jak tento systém funguje. Tomuto problému se od té doby věnuji, na něj teď mám i velký projekt, dostala jsem Consolidator grant ERC.

Popište tu výjimečnou čeleď. — Česky se jmenují beztrnovky, mají obrovské oči, ale jinak nevypadají na první pohled nějak divně. Dokonce nemají žádné světélkování, žádnou bioluminiscenci.

Jakou evoluční výhodu beztrnovkám bohatá genetická výbava poskytuje? — Na velmi zajímavou otázku, jak se ryby přizpůsobily i na buněčné a molekulární úrovni podmínkám nedostatku světla, právě hledáme odpověď. Hypotéz se nabízí více. Snad by jim tato štědrá genová výbava mohla sloužit k lepšímu barevnému vidění. Vzhledem k tomu, že rodopsiny těchto ryb jsou citlivé na různé vlnové délky, se tato odpověď nabízí a my tuto hypotézu testujeme. Možná jim umožňuje pomocí vícero různých kanálů odlišit světélkující kořist či predátory podle barvy. Na druhou stranu světlo v hlubině je vzácné a barevné vidění za použití různých kanálů znamená, že světla na jednu tyčinku je mnohem méně… Další možnost tedy je, že všechny rodopsiny jsou v jedné tyčince, což by pak byla jakási „supertyčinka“, ohromně citlivý aparát a unikát mezi obratlovci, který by jim umožnil vidět v hlubině světlo v jakékoliv části světelného spektra, ale už ne barevně. Ovšem i proti této hypotéze hovoří to, že pro takovou funkci by stačilo těch rodopsinů výrazně méně, stačilo by jich tak pět až šest, aby to fungovalo. Takže proč mají desítky funkčních rodopsinů? Ani pro jednu z hypotéz zatím nemáme přesvědčivé důkazy a téměř jistě hrají roli i další faktory – například rozdíly v rychlosti „práce“ rodopsinů. V současné době jsme schopni jít až na úroveň buňky a osekvenovat RNA v každé světločivné buňce v rybím oku zvlášť. To by nám mohlo pomoci na naši otázku odpovědět. A to je tedy první krok, ke kterému teď směřujeme.

Zajímají vás i jiné rybí smysly? — V předchozích projektech jsme se zabývali kromě zraku i čichem u různých skupin ryb, zkoumali jsme rozmanitost čichových receptorů. Můj postdoktorand objevil jednu zajímavost: u ryb, které pravidelně vylézají z vody za nějakým účelem, je rozmanitost čichových receptorů zvýšená. V průběhu evoluce se takovéto cílené vylézání vyvinulo u různých skupin, včetně například našich úhořů, kteří běžně překonávají souš mezi dvěma vodními prostředími. Vylepšený repertoár čichových receptorů má logiku, ryby mohou využívat čich jak pod vodou, tak na souši. Povedlo se nám toto dokázat opět na genomech, genetických datech. Ale teď jsem musela záběr omezit, vracíme se ke zraku, našemu hlavnímu tématu.