Základem pro přežití na poušti je přijmout co nejvíce vody a co nejméně ji ztratit. Oslové a velbloudi jsou schopni přijmout velké množství vody v relativně krátkém čase, přičemž velbloudi jsou schopni vypít během deseti minut až sto litrů tekutin..
Zatímco býložravci jako antilopy a přímorožci získávají vodu hlavně z listů keřů, které okusují před svítáním, kdy listy obsahují nejvíce vody, masožravci získávají vodu z těla ulovené kořisti.
Pouště
Aridní oblasti (pouště) jsou charakterizovány menším množstvím srážek, než je množství vsáknuté a vypařené vody. Navíc se v těchto oblastech nevyskytují žádné vodní toky, zvětrávají zde horniny a nenacházejí se v nich větší množství vegetace.
Jsou výjimečné složením svých půd, které se nenachází nikde jinde na Zemi. Kombinací těchto faktorů vznikají pouště nebo polopouště ve všech klimatických pásmech. Rozdíl teplot na pouštích ve dne a v noci je v řádech desítek stupňů, a to samé platí pro rozdíl teplot mezi povrchem a několika desítkami centimetrů pod ním.
Vznik adaptací fenotypovou plasticitou
Evoluční adaptace jsou obecně dlouhodobým výsledkem působení fenotypové plasticity, která má vliv na fyziologii živočichů. Díky ní se mohou živočichové rychle přizpůsobovat změnám prostředí a cílí spíše na jedince než na celé populace.
Fenotypová plasticita působící v jedinci závisí na flexibilitě daného jedince, který, když změny prostředí přežije a rozmnoží se, přenese geny pro lepší adaptaci do další generace. Tyto geny mohou být hnacím motorem pro udržení adaptací na populační úrovni a dále na úrovní evoluční.
A tak je nevyhnutelným důsledkem částečné potlačení adaptivních znaků pro aridní prostředí v zoologických chovech. Například velbloudi při dostatku vody pozbývají v zoo schopnosti udržet teplotu těla na stejné úrovni při různých teplotách prostředí v průběhu dne.
Tyto méně používané původní adaptace mohou být překážkou při reintrodukci některých, v přírodě již vyhynulých zvířat. V těchto případech si živočichové musí nejdříve přivyknout podmínkám, které je čekají, a navodit tím aktivaci konkrétních fyziologických adaptací.
Mistři adaptací na teplo
Velbloudi jsou k životu na poušti velmi dobře přizpůsobeni. Kromě schopnosti přijmout velké množství vody za krátký čas jsou adaptováni na suché teplo dokonalou izolací povrchu těla srstí a výkonným pocením.
Pocení odvádí jen teplo vytvořené v těle metabolismem díky dokonalé izolaci těla. Dokážou tolerovat i dočasnou dehydrataci a přizpůsobit stavu dehydratace své vylučování produkcí zahuštěné moči. Močovina u nich není jen odpadní látkou, má i další využití.
Z jater se vrací do žaludku, kde je zdrojem dusíku pro mikrobiální flóru. Disponují také nejdokonalejší tolerancí vůči výkyvům tělesné teploty ze všech pouštních druhů. Daří se jim to tak, že přes den svou vyšší tělesnou teplotou snižují přísun dalšího tepla do organismu.
Výpar vody z těla omezují právě díky menšímu teplotnímu rozdílu mezi tělem a okolím. Při teplotách prostředí vyšších než 40 °C přežijí pět dní bez vody. V zimních měsících přežijí bez vody i několik měsíců.
V této době získávají vodu z potravy. Jejich charakteristické hrby obsahují velké množství tuku, který nemá termoregulační, nýbrž zásobní funkci. Velbloudi dvouhrbí (Camelus bactrianus), žijící na poušti Gobi, dokážou přežít rozmezí teplota od -29 °C do +49 °C, a to díky výměně srsti.
Genetické pozadí adaptací
Wu a kolegové v roce 2014 zkoumali genetické základy adaptací na aridní oblasti u tří druhů velkých herbivorů: velblouda jednohrbého (Camelus dromedarius), velblouda dvouhrbého a alpaky (Vicugna pacos).
Zaměřili se na kategorie z databáze genových ontologií (GO), která vznikla v roce 1998 sloučením tří genových databází do jedné. Dané druhy a jejich geny porovnávaly s geny skotu, a oproti skotu vykazovaly zkoumané skupiny genů alpak a velbloudů rychlejší vývoj.
Konkrétně se jednalo o geny související s genovou odezvou na stimulaci inzulínu, signální dráhu jeho receptoru a o geny podílející se na produkci glukózy a metabolismu tuků.
Rozdílný počet hrbů u zkoumaných velbloudovitých druhů odráží jejich odlišné schopnosti tuky metabolizovat. U velbloudů se geny s tím spojené vyvíjí rychleji než u alpak a jsou efektivnější. Nejrychleji se vyvíjející kategorie genové ontologie byly pak nepřekvapivě zpozorovány u velblouda dvouhrbého týkající se katabolických procesů lipidů a diferenciace tukových buněk.
Rychle se vyvíjející geny korelují s počtem hrbů, jelikož zvyšují kapacitu ukládání energie v podobě tuků, a to vede k odlišnému lipidovému metabolismu.
Jinými slovy, čím více hrbů, tím efektivnější metabolismus lipidů daný druh má. Kromě těchto skupin genů byly zkoumány i genové kategorie související s rekcí na stres, adaptací dýchacího systému v pouštních oblastech, adaptací zrakového systému nebo metabolismem solí a další…
Nejlépe se v testech dařilo velbloudům. Při šetření vodou velbloudům pomáhají geny z aquaporinové rodiny, které plní funkci v reabsorpci vody skrze aquaporinové kanálky. Tyto geny se nejvíce uplatňují v kůře ledvin a zefektivňují vstřebávání vody v prostředí s jejím nedostatkem.
Jistě existují i další geny podílejících se na adaptacích umožňující šetření vodou a jejich identifikace může mít využití ve šlechtitelských programech a v lékařství.
Hospodářská zvířata a vysoké teploty
I když jsou hospodářská zvířata méně adaptovaná na vysoké teploty prostředí než velbloudi a alpaky, některé adaptace se u nich projevují. Nejméně přizpůsobivý je skot, jehož teplotní optimum se nachází pod 20 °C. Výjimkou je zebu, který je odolnější a žije ve všech tropických oblastech světa.
Má intenzivnější a efektivní pocení než jiný skot. Koně jsou vůči extrémním podmínkám adaptováni lépe než skot, protože jsou původně stepními zvířaty. Oslové pocházející ze suchých oblastí s extrémními teplotami a jejími výkyvy jsou daným podmínkám také dobře přizpůsobeni.
Tolerují znatelné výkyvy tělesné teploty v závislosti na teplotě prostředí. Ovce poměrně dobře odvádí teplo z těla zrychleným dýcháním a hustá vlna jim izoluje tělo od tepla. Při ochlazování ve formě zrychleného dýchání se jim odpařuje z těla víc vody, takže je pro ně důležitá schopnost tolerance vůči dehydrataci.
Malí pouštní savci
Menší druhy savců se zahřívají rychleji než velcí savci. Proti nadměrné ztrátě tekutin z těla bojují formou úsporného vylučování – vylučují hustou moč a malé množství pevných výkalů. Jejich těla umí zpracovávat šťavelan vápenatý, který se v nich metabolizuje z kyseliny šťavelové nacházející se v pouštních rostlinách, kterými se živí.
Přeměňují šťavelan vápenatý na uhličitan vápenatý, čímž eliminují škodlivé účinky kyseliny šťavelové a dalších látek v rostlinách, a také tak získají vodu. Nejteplejší dobu dne přečkávají některé druhy ve stavu estivace, kdy se jim sníží metabolismus, a tím i teplota a frekvence dýchání následovaná snížením odpařování vody a šetřením energie.
Behaviorální experimenty na kopytnících
Co se týká chování, pouštní kopytníci se v boji proti vysokým teplotám uchylují do úkrytu ve stínu, k orientaci svého těla tak, aby na ně dopadalo co nejméně slunečních paprsků a aby snížili tepelnou zátěž, a také k noční aktivitě.
K výzkumu jejich chování se využívá GPS a metoda tzv. biologgingu. Při biologgingu se používají miniaturizovaná zařízení připojená ke zvířatům pro záznam a přenos údajů o pohybech zvířete a o prostředí, ve kterém se pohybují.
Zařízení porovnává i teploty prostředí vůči teplotě těla zvířete a dá se tak vysledovat, kdy se zvíře uchyluje do chladnějšího nebo teplejšího prostředí. Přímorožec arabský (Oryx leucoryx) si umí najít stín i o 12 °C chladnější, než byla teplota v okolí.
Přímorožci a gazely arabské začínají vyhledávat stín při 28 °C, ale angorské kozy již při 24 °C, a v případě nedostatečného přísunu tekutin dokonce už při 17 °C. Obecně platí pravidlo, že si zvířata hledají útočiště před teplem v závislosti na dostupnosti vody.
Když ji mají snadno dostupnou, vyhledávají úkryt při vyšších teplotách než obvykle.
Zvládání heterotermie
Při deficitu tekutin nebo energie teplota těla v průběhu dne fluktuuje. Tomuto jevu se odborně říká heterotermie a když je vyvolaná dehydratací, má to za následek zvýšení maximální denní tělesné teploty v důsledku potlačení odpařování.
Kromě pouštních živočichů je charakteristická i pro zvířata chovaná v zajetí. Metabolismus pouštních kopytníků je nejrychlejší v létě, kdy není tolik dostupná kvalitní potrava. Je experimentálně dokázáno, že energetický deficit mění minimální tělesnou teplotu.
Při experimentech dostávaly ovce jen 70 % obvyklého příjmu potravy a jejich minimální tělesná teplota byla nižší, než kdy dostávaly normální množství potravy. U volně žijících přímorožců se ukázalo, že minimální teplotu těla měli nižší v teplém suchém než v teplém vlhkém období o stejných teplotách.
Přímorožci arabští jsou rekordmani ve fluktuaci teploty těla, která se mění o 7,7 °C v závislosti na deficitu energie anebo vodního deficitu. Velcí herbivoři mají obecně nižší tělesnou teplotu kvůli deficitu energie, a naopak vyšší teplotu v důsledku vodního deficitu.
Selektivní chlazení mozku
Některé druhy živočichů, které jsou schopny extrémní hypertermie, mohou přežít jen díky tomu, že je jejich mozek chráněn před vysokými teplotami. Tento proces se nazývá selektivní chlazení mozku (selective brain cooling, SBC).
Spouští se aktivitou sympatického nervového systému, tedy ne termálními podněty. Uplatňuje se totiž i v jiných situací než při přehřátí těla, například při úniku před predátorem. Pro chlazení mozku je důležité uspořádání krevních cév, které mozek ochlazují.
Rozdíly ve schopnosti využívat SBC se mezi druhy různí právě kvůli odlišným cévám nazývaným carotid rete, které pomáhají mozek ochladit. Druhy velkých savců se v efektivitě SBC liší podle toho, kde žijí.
Ukázkovým příkladem je pouštní přímorožec arabský, jež má SBC účinnější než přímorožec jihoafrický (Oryx gazela) žijící v travnatém prostředí. V souvislosti s dostupnou vodou se využití SBC liší nejen mezidruhově, ale i vnitrodruhově.
Zkoumané druhy byly opět přímorožec jihoafrický, dále pakůň žíhaný (Connochaetes taurinus) a buvolec stepní (Alcelaphus buselaphus caama) a například jeden přímorožec používal SBC déle než 60 % času, zatímco druhý jen 1 % času.
Smysl výzkumu
Díky rozeznání adaptivních znaků u aridních savců a zaměření se na polopouštní specializované druhy je možné předpovědět budoucí vývoj v populacích těchto druhů a jejich rozšíření, které ohrožuje měnící se klima.
Mezi nejdůležitější adaptace umožňující šetření vodou jsou schopnost heterotermie, SBC, produkce zahuštěné moči, tolerance vůči dehydrataci jak orgánů, tak buněk a ochrana těla před teplem ve formě izolace srstí.
Autor: RNDr. Marika Davídková
