Nové úspěchy českých vědců: rozluštili, co spouští přeměnu kukly v motýla

Výraznou stopu v lidském poznání za sebou zanechala řada českých vědců. MF DNES vybírá několik zajímavých objevů z poslední doby, ve kterých právě oni posunuli vědění v nejrůznějších oborech o notný kus směrem vpřed.

Juvenilní hormon u larev motýlů braní jejich přeměně v dospělce, dokud nejsou dost velké. Když dorostou, hormon zmizí z oběhu a to umožní metamorfózu. (Ilustrační snímek) | foto: Profimedia.cz

Jak vznikl život

Dopad asteroidu patří mezi oblíbené scénáře popisující, jak by mohl skončit život na Zemi. Právě dopady asteroidů a obrovské množství energie, které se při nich uvolňuje, přitom mohly minimálně přispět ke spuštění procesů vedoucích ke vzniku života na Zemi, tvrdí tým vědců z Ústavu fyzikální chemie Akademie věd.

Zdařilé projekty

Bombardování asteroidy

• Před 4 miliardami let dopadaly na Zemi v obrovských počtech. Energie uvolněná při nárazech mohla přispět ke vzniku života.

Z kukly motýlem

• Jen díky české vědě víme, jak geny spouštějí proces metamorfózy hmyzu. Výzkum může do budoucna vylepšit funkci insekticidů.

Rychlý růst

• Méně DNA v buněčném jádru dělá predátora. Český výzkum srovnal různé druhy rákosů a zjistil, co je typické pro jeho invazivní druhy.

Za pomoci výkonného laserového přístroje simulovali vznik složitějších sloučenin z formamidu při uvolnění obrovských množstvích energie. Formamid je jedna z jednodušších organických molekul, skládá se z uhlíku, kyslíku, dusíku a vodíku, tedy prvků, které jsou stavebními materiály složitějších „živých“ molekul.

„Formamid je považován za předchůdce živé hmoty právě na základě experimentů, které dokázaly, že jeho pomocí lze za velice jednoduchých podmínek syntetizovat složitější molekuly, které jsou součástí našeho buněčného systému,“ vysvětluje Svatopluk Civiš.

Víme, že zhruba před čtyřmi miliardami let byla Země asteroidy doslova bombardována. „Jaké podmínky tenkrát na Zemi panovaly, neví přesně nikdo, můžeme pouze usuzovat na základě pozorování vesmíru a z laboratorních experimentů, jaké prostředí mohlo být pro vznik prvních organismů vhodné,“ dodává Civiš.

Prehistorická obrana před viry

Bezobratlé živočichy nebo rostliny brání dodnes před útoky virů miliardy let stará forma imunity, která je založená na tzv. RNA interferenci. U obratlovců včetně savců (a tedy i člověka) ji nahradil imunitní systém, který se s námi vyvíjel až do dnešní podoby. Imunitní funkce RNAi byla u lidí potlačena v jeho prospěch.

„Jedinou výjimkou je myší vajíčko, nikde jinde u savců RNAi nefunguje,“ říká Petr Svoboda z Ústavu molekulární genetiky, jehož tým prokázal, že v myším vajíčku je tato prastará forma imunitního systému plně funkční. „Začalo to mutací u společného předka myší a křečků asi před 40 miliony let. Mutace způsobila, že se právě jen ve vajíčku oživil původní molekulární mechanismus,“ vysvětluje Svoboda.

Ve výzkumu pokračují, i když jsou stále na počátku experimentální fáze. „Snažíme se geneticky upravit myš, abychom mohli vypnout běžný mechanismus a nahradit ho RNA interferencí,“ říká Svoboda.
Pokud se ukáže, že prehistorický imunitní mechanismus dokáže víc, bude následovat další fáze, v níž bude jeho tým zkoumat, jak to využít v medicíně. „Ale může to samozřejmě být i slepá cesta,“ dodává vědec.

Tajemství metamorfózy

Že přeměně z larvy v dospělce hmyzu brání tzv. juvenilní hormon, vědci vědí už přes sedmdesát let. Co jeho působení vypíná a spouští metamorfózu, díky níž se například z housenky stává motýl, se ale nevědělo. Tedy až do objevu českobudějovických vědců Marka Jindry a Barbory Knopové.

„Juvenilní hormon u larev hmyzu braní jejich přeměně v dospělce, dokud nejsou dost velké. Když dorostou, hormon zmizí z oběhu a to umožní metamorfózu. Poté se juvenilní hormon začne opět produkovat, ale plní jinou funkci, zejména u samic stimuluje tvorbu vajíček,“ vysvětluje Jindra, jehož tým prokázal, jak organismus hmyzu tento mechanismus na úrovni buněk řídí.

„Například jsme tím ukázali, jak fungují insekticidy napodobující účinek juvenilního hormonu, které se celosvětově používaly, ale bez znalosti mechanismu působení,“ říká Jindra.

Naprogramováno pro invazi

Rychle se množí, likvidují místní konkurenci a obsazují nová území. Výzkum, na kterém pracoval tým Petra Pyška z Botanického ústavu v Průhonicích, hledal odpověď na otázku, proč mají některé druhy rostlin potenciál k invazi a jiné ne.

Testovali to na rákosu obecném. A zjistili, že predátory mezi rostlinami jsou ty druhy rákosu, které mají v buněčném jádru menší obsah DNA. „Má-li být invaze úspěšná, závisí na rychlosti. Ke zdvojnásobení malého množství DNA je potřeba méně času než ke zdvojnásobení většího množství,“ vysvětluje Pyšek.

Studie byla součástí velkého výzkumu, který zkoumal invazi evropských populací rákosu v Severní Americe. Rákos si k ověření této teorie vybrali, protože má velkou řadu vnitrodruhových variací s různým potenciálem pro invazi, jejichž genom mohli vědci porovnat. Zda tato teorie platí například i u bolševníku šířícího se v Česku, bude ještě třeba ověřit.

Co se také podařilo

Data rychlostí blesku

• Prototyp antiferomagnetické paměti, který umožňuje podstatně rychlejší zápis dat než v současnosti užívané technologie, sestavil tým pod vedením Tomáše Jungwirtha z Fyzikálního ústavu Akademie věd. „Náš nový typ paměti na bázi antiferomagnetů umožňuje až terahertzovou rychlost zápisu a uplatnění v umělých neuronových sítích. V současnosti vyvíjíme aplikaci antiferomagnetické paměti pro naši komerční technologii detekce vozidel,“ říká Jungwirth.

Jak dostat lék do buněk

• Efektivní způsob, jak dostat molekuly za buněčnou membránu, objevili vědci z Ústavu organické chemie a biochemie. Zjistili, že molekuly peptidů se stejným nábojem se mohou spojit a tento „vláček“ se dostane za buněčnou membránu. Nyní hledají cesty, jak na něj naložit léčivé látky.

Jak vznikají nové druhy

• Gen, který je odpovědný za samčí neplodnost u mezidruhových kříženců, objevil Jiří Forejt z Ústavu molekulární genetiky. Odhalil jeden z důležitých článků při vzniku nových živočišných druhů.

Příbuzní od pyramid

• Egyptologové z Karlovy univerzity vytvářejí databázi pěti tisíc úředníků, kněží a členů královské rodiny, pohřbených v době stavitelů pyramid v Abúsíru, Sakkáře a Gíze. Za pomoci speciálního softwaru, který vznikl na ČVUT, dávají dohromady jejich příbuzenské vztahy. Mapují díky tomu složitou strukturu moci za egyptské Staré říše a svůj výzkum nazývají kyber-egyptologií.

Supermikroskopy

• Mikroskopy se superrozlišovací schopností staví tým Marka Piliarika z Ústavu fotoniky a elektroniky, v souvislosti s vlastnostmi těchto výkonných přístrojů se hovoří o nanoskopii či nanooptice.