Co je malé, to je pestré

Je to živé, je to jednobuněčné, je to eukaryotické. Co je to? Správných odpovědí jsou miliony a většinu z nich stále neznáme. Tyto organismy unikají naší pozornosti, při jejich popisu si zpravidla vystačíme se slovy „prvoci“ a „řasy“. Do jednoho pytle tak házíme obrovské množství různorodých organismů souhrnně označovaných jako „protista“.¹⁾ Jejich rozmanitostí a evoluční minulostí se zabývá kanadský evoluční biolog Patrick J. Keeling.

O jak rozmanitou skupinu organismů jde? — Je to skupina ohromně pestrá. Když lidé mluví o biodiverzitě, mají zpravidla na mysli jen živočichy a rostliny, nanejvýš ještě houby. Přitom většina biodiverzity je skryta mezi jednobuněčnými organismy, s nimiž neumíme zacházet tak jako s živočichy nebo rostlinami. Nevidíme je, nejsou součástí našeho každodenního života, a tak jsme se nenaučili na ně myslet. Ale když se podíváme na strom života tak, jak nám ho ukazují molekulární data, zjistíme, že ta skutečná rozmanitost je naším očím skryta. Mezi jednobuněčné organismy patří samozřejmě také bakterie a archea. Ale jednobuněčná je i většina eukaryot, tedy příslušníků skupiny s komplexními buňkami majícími jádro a další intracelulární oddíly, do níž patří i houby, rostliny a živočichové včetně lidí. A právě jednobuněčná eukaryota jsou nejméně prozkoumanou částí života. Je velmi obtížné kultivovat je v laboratoři. Je velmi obtížné sekvenovat jejich genomy. Je velmi obtížné s nimi dělat cokoli. Jsou jich miliony a miliony druhů, ale téměř nikdo je nestuduje. Zabývat se jimi je tak trochu jako být přírodovědcem 17. století, ale mít k dispozici nástroje století jednadvacátého. A právě proto mě to tak baví.

Jaké jsou jejich ekologické role? I laik si nejspíš vybaví fotosyntetizující řasy nebo původce různých nemocí, ale to jistě není vše. — Protista jsou všude. Stejně jako bakterie. V půdě, ve vzduchu, v oceánu, v našem těle… Zastávají všechny ekologické role, které známe u bakterií – někteří žijí parazitickým způsobem života, jiní fotosyntetizují a živí se autotrofně, další rozkládají organickou hmotu v lese… A kromě toho mají i další role, které u bakterií neznáme. Bakterie například nedovedou požírat jiné buňky, zatímco protista ano. To je evoluční novinka spojená s nástupem eukaryot.

Je stále možné objevit úplně nové skupiny? — Nepochybně. Kdybyste vyšla ven a nabrala do hrsti kousek hlíny, v laboratoři byste v ní mohla objevit stovky nových druhů, pravděpodobně i nové čeledi. Problém je, že v mikroskopu by vypadaly velmi podobně. Není vůbec jisté, že byste našla něco se zjevně odlišnou morfologií. Musela byste vědět, jak se na ty organismy dívat. Evolučně jsme vybaveni k tomu, abychom vnímali rozdíly mezi jednotlivými druhy živočichů a rostlin, ne mezi jednobuněčnými organismy, které pouhým okem nevidíme.

Jak tedy lze tuto rozmanitost zkoumat? Předpokládám, že klíčem je čtení DNA. — Když naberete kbelík mořské vody, bude v něm obrovské množství protistů. Pozorování pod mikroskopem vám poskytne jen velmi omezenou představu o jejich rozmanitosti, protože mnozí vypadají velmi podobě, i když se jedná o odlišné druhy. Ale pokud přečtete všechny sekvence DNA ve vzorku odebrané vody, zjistíte, že rozmanitost prvoků je obrovská. Metoda umožňující sledovat environmentální DNA (eDNA)²⁾ přinesla zjištění, že v mořské vodě je mnohem více druhů jednobuněčných organismů, než jsme předpokládali.

Patrick J. Keeling (*1969) je kanadský evoluční biolog působící na Univerzitě Britské Kolumbie ve Vancouveru. Vystudoval v Kanadě, postdoktorské pobyty absolvoval na Melbournské univerzitě a na Indianské univerzitě v Bloomingtonu. Zabývá se evolucí eukaryotických mikroorganismů a jejich organel, především mitochondrií a plastidů. Jeho práce, v níž kombinuje terénní výzkum s mikroskopickými a molekulárně biologickými technikami přispěla k pochopení klíčových evolučních procesů včetně horizontálního přenosu genů a endosymbiózy. Je členem kanadské Královské společnosti, americké Národní akademie věd a dalších vědeckých společností. V letech 2022–2023 byl předsedou Mezinárodní společnosti protistologů (dnes ji vede Julius Lukeš z Parazitologického ústavu Biologického centra AV ČR ), byl také předsedou Mezinárodní společnosti pro evoluční protistologii. Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích mu loni v říjnu udělila čestný doktorát.

Snímek National Academy of Sciences

Eukaryotická buňka kdysi vznikla endosybiózou, při níž hostitelská buňka „vzala do podnájmu“ jiný, původně samostatný mikroorganismus.³⁾ Jak častá je symbióza protistů s bakteriemi dnes? — Je zcela běžné, že protisti hostí symbionty. Ale podoba těchto symbióz bývá různá. Dříve jsme měli tendenci považovat všechny tyto symbiózy za to, čemu říkáme mutualismus – oboustranně prospěšný vztah. Ale je čím dál jasnější, že to tak mnohdy není. Mutualismus je dokonce asi docela vzácný. Častěji má jeden z partnerů v tomto vztahu navrch, řídí ho. Dominantním hráčem může být hostitel, který do sebe přijal nějaké bakterie, využívá je ke svému prospěchu a nezachází s nimi příliš hezky. Bakterie tím soužitím trpí a dříve nebo později umírají. Běžnější je však situace, kdy se bakterie dokázaly dostat do cizí buňky a využívají bezpečí a pohodlí, které jim nabízí, aniž by mu nějak zvlášť škodily. Můžete si je představit jako nevítaného návštěvníka, který spí na vaší pohovce. Nedělá příliš mnoho škody, takže ho tolerujete. Takoví komenzálové jsou pravděpodobně běžní. Takže pokud uvidíte bakterii žijící v protistovi, váš první tip by měl být, že je to pro ni výhodné a její hostitel kvůli tomu příliš nestrádá.