Každý, kdo někdy zapomněl lahev s vodou či jinou kapalinou v mrazicím boxu dobře ví, že spolu s přechodem na pevný stav voda nabývá na objemu. V tkáních živých organismů může takový nenadálý kus ledu nadělat pěknou paseku. Zcela nový typ protimrznoucích molekul byl nedávno objeven u aljašských potemníků.
Jednou z nepříjemných vlastností vody je to, že za poměrně běžných atmosférických podmínek mění své skupenství. Z kapaliny, která je velmi dobrým rozpouštědlem a transportním prostředím, se zčista jasna stane pevná látka. Tato přeměna však pro organismy znamená smrtelné ohrožení. Skrze led nelze nic transportovat a život buňky se tak prakticky zastaví. Tím, že změní svůj objem, však led potrhá i buněčnou membránu, a návrat do původního funkčního stavu je prakticky nemožný. Aljašští brouci potemníci si však dokážou vytvořit látku, která zabrání vznikání ledu nejen v prostorech mezi buňkami, ale nejspíš i uvnitř buněk samotných.
Jak bojovat se zimou?
Udržet si stálou teplotu dokážou jen zástupci vývojově velmi pokročilých skupin obratlovců: ptáci a savci. Zástupcům těchto skupin říkáme homoiotermní, postaru teplokrevní. V mrazivých oblastech za polárními kruhy však běžně žije velká řada druhů, kterým byla tato evoluční inovace odepřena. Jakými prostředky tedy mohou zástupci vývojově starších a hůře vybavených skupin bojovat se smrtelnými mrazy? Příroda je pochopitelně na holičkách nenechala. V jejich krvi či jiných tělních tekutinách totiž kolují látky, které dokážou růst ledových krystalů potlačit. Tyto látky, které se vyskytují v tělech bakterií, hub, rostlin i živočichů, včetně některých skupin obratlovců, se souhrnně nazývají „protimrznoucí proteiny“ (anti-freeze proteins, AFP). Tyto látky jsou narozdíl od nemrznoucí kapaliny na bázi ethylenglykolu, běžně užívané například v ostřikovačích stěračů, účinné i při poměrně nízkých koncentracích. Termální hystereze, jak fyzikové nazývají snížení bodu tuhnutí kapalin, dosahují molekuly AFP tak, že se naváží na vznikající ledové krystalky a zamezí jejich přirozenému růstu.
Na Aljašce to jde i bez proteinů
Mladý americký biochemik Kent Walters z university v Notre Dame v americké Indianě, se rozhodl prozkoumat těla zvláštních brouků, žijících v chladném prostředí Aljašky, potemníků druhu Upis ceramboides. Tito brouci jsou známí tím, že dokážou přežít i nečekaně nízké teploty. Zamrzat začínají až při teplotě -28 0C, v laboratorních podmínkách však byli schopní přežít i teploty okolo -60 0C. Při svém výzkumu se Walters přirozeně soustředil na pátrání po nějakém typu protimrznoucího proteinu. Ani po dvou letech usilovné snahy však nebylo jeho pátrání úspěšné. To, co nakonec objevil, však překvapilo nejen jeho, ale i všechny vědce, kteří se obranou organismů proti mrazu zabývají. Látka xylomannan, kterou se mu nakonec podařilo izolovat a purifikovat (vyčistit), totiž neobsahuje prakticky žádnou proteinovou (tedy bílkovinnou) součást. Je tvořena jen cukry pyranózami a mastnými kyselinami. „Výhodou těchto molekul je, že obsahují stejné mastné kyseliny, jaké jsou obsažené ve struktuře buněčné membrány a chrání tak buňky před vytvářením ledu v jejich nitru. Protimrznoucím látkám na bázi proteinů by se něco takového nezdařilo,“ odhaduje skutečný význam této látky Brian Barnes z Institutu arktické biologie na univerzitě v aljašském Fairbanksu, který na projektu spolupracoval. Na potvrzení této hypotézy však budou vědci muset ještě nějaký ten pátek pracovat.
Želvušky – světoví rekordmani v extrémech
V pomyslné soutěži o nejodolnější mnohobuněčný organismus bychom nemuseli dlouho pátrat po vítězi. Jsou jimi jednoznačně drobouncí nevzhlední živočichové s poetickým názvem: želvušky (Tardigrada). Z celého tisíce druhů těchto příbuzných členovců nepřesahuje žádný velikost 1,5 mm, ti nejmenší měří sotva desetinu milimetru. O co menší je jejich velikost, o to více vynikají ve schopnostech překonat ty nejfantastičtější extrémy. Želvušky se dokázaly zotavit i z vystavení teplotám sahajícím od -273o C (tedy téměř k absolutní nule) až po +151o C. Vydrží i dávky radiace až 1 000x převyšující dávky smrtelné pro prakticky všechny ostatní organismy. V roce 2007 pobyla díky misi FOTON-M3 vypuštěné z kazachstánského Bajkonuru skupinka želvušek 10 dnů ve vakuu na oběžné dráze. Po návratu na Zemi nejenže většina přežila, ale vesele se i rozmnožovala. Prostě odolnější tvory aby člověk pohledal!
