Výzkumníci z britského Oxfordu našli stopu, která může pomoci vysvětlit, proč se vícebuněční živočichové začali vyvíjet před 550 000 000 let, kdy atmosférické hladiny kyslíku na naší planetě prudce vzrostly z 3 % na dnešních 21 %.

Zjistili, že způsob detekce kyslíku sdílejí lidé s nejjednodušším známým živočichem.

„Pro všechny mnohobuněčné organismy je naprosto nezbytné mít dostatečný přísun kyslíku ke každé buňce. A tak nárůst koncentrace kyslíku v atmosféře umožnil existenci a vývoj vícebuněčných organismů,“ vysvětluje Chris Schofield, vedoucí výzkumného týmu.

To byla zásadní výzva pro evoluci. Ovšem stát se mnohobuněčným organismem není žádná legrace.

Vědci prokázali, že lidé skutečně sdílejí způsob detekce kyslíku v okolním prostředí s nejjednodušším známým žijícím živočichem, vločkovcem plazivým (Trichoplax adhaerens, viz rámeček).

Kyslíková logistika

Když se buňky rozhodly sdružovat, měly jeden zásadní problém. Bylo třeba vymyslet, jak dostat kyslík z rozhraní povrchových buněk a okolního prostředí ke každé buňce, kterých nemusí být právě málo (v jednom mm³ krve bývá např. u člověka 4 až 5 milionů jen červených krvinek).

Vědci se domnívají, že to je to, co vedlo předky Trichoplax adhaerens k vývoji způsobu, jak okamžitě rozeznat nedostatek kyslíku v jakékoliv buňce a potom na něj reagovat (viz rámeček).

Je to systém umožňující přežít i krátkodobé stavy sníženého množství kyslíku (hypoxie).

U člověka například tento systém reaguje na hypoxii způsobenou pobytem ve vyšších nadmořských výškách či zvýšenou spotřebu kyslíku při velké tělesné námaze. Je také důležitý pro prevenci mrtvice a infarktu, stejně jako některých typů nádorů.

Konkurz vyhrál vločkovec

Jednoduchost genomu, tělesné stavby a přitom schopnost hlídat přísun kyslíku, posunula Trichoplax adhaerens na první místo v konkurzu na pokusný objekt. Další oxfordský výzkumník, Christoph Loenarz, však překvapeně zjistil, že Trichoplax používá stejný způsob jako nesrovnatelně složitější lidský organismus.

Zachování vyváženého kyslíkového režimu je nezbytné pro všechny aerobní (kyslík vyžadující) organismy. Odpověď na snížený stav kyslíku u lidí zajišťuje skupina regulačních faktorů, které se začnou vytvářet právě při nedostatku kyslíku (tzv.

HIFs,  hypoxia-inducible transcription factors). HIFs regulují všechny základní procesy, včetně například glykolýzy (štěpení cukrů), lipolýzy (štěpení tuků) a složitých systémů transportu kyslíku u vyšších živočichů.

A právě tento systém prokázali vědci i u Trichoplax adhaerens. Funkční HIF systémy byly nalezeny rovněž u hlístice (Caenorhabditis elegans) či octomilky (Drosophila), ale jejich evoluční vývoj není ještě zcela objasněn.

Jak souvisí améba a polycytémie?

Když byl klíčový enzym z Trichoplax adhaerens naklonován do lidské buňky, fungoval stejně dobře jako odpovídající lidský enzym. Vědci prozkoumali i genomy několika dalších druhů živočichů a zjistili, že shodnou strategii používají různí vícebuněční živočichové, ale neprokázali ji u žádného jednobuněčného organismu.

Usuzují z toho, že tato schopnost vznikla ve stejné době jako první vícebuněční živočichové a v principu se od té doby nezměnila.

Kromě vyladění evolučních souvislostí mohou výsledky podobných výzkumů přinést i pomoc lidem trpícím poruchami regulace kyslíku a souvisejících procesů, například zvýšeným počtem červených krvinek (polycytémií).

Překvapení z rakouského akvária

*Vločkovec plazivý (Trichoplax adhaerens) byl jako druh objeven v roce 1883 v mořském akváriu Zoologického institutu v rakouském Grazu.

*Je to malý jednoduchý mořský organismus (ca 2–3 mm), který postrádá všechny orgány. *Vypadá trochu jako měňavka, améba, jenže vícebuněčná.

*Má jen velmi málo DNA v buňkách, přibližně stejně jako bakterie.

*Jeho tělo je složené z několika tisíců buněk několika typů uspořádaných do dvou vrstev, u kterých se dá rozeznat »zádová a břišní« orientace vzhledem k podkladu.

*Obě vrstvy se odlišují tvarem i složením buněk, ale netvoří pravé epiteliální, výstelkové tkáně (chybí ještě tzv. bazální membrána).

*Mezi oběma vrstvami se nachází gelovitá hmota, která má podpůrnou funkci, a v ní jsou hvězdicovité buňky.

*Malí jedinci plavou, větší se pohybují měňavkovitě po pevném povrchu.