Pestrá a jedovatá

17.12.2017
Zdroj:
https://data.lib.vt.edu/collections/41687h49p - Eisner, T., H.E. Eisner, J.J. Hurst, F.C. Kafatos, J. Meinwald. 1963. Cyanogenic glandular apparatus of a millipede. Science, 139, 1218-1220
Zdroj
Mnohonožka Apheloria polychroma, foto Virginia Tech.

Nově objevená mnohonožka Apheloria polychroma (viz obr., foto Virginia Tech) vykazuje největší proměnlivost zbarvení mezi všemi mnohonožkami. Využívá až šesti barev. Přebývá v lesích Cumberlandských hor v jihozápadní Virginii. Jako u ostatních příslušníků rodu Apheloria ji při napadení predátorem chrání kyanovodík vznikají enzymatickým rozkladem mandelonitrilu na povrchu těla. Pestré zbarvení způsobuje, že si každý pták zapamatuje nevolnost po jejím sezobnutí. Propříště se takové kořisti vyhne. Jde o velmi účinnou obranu druhu, byť ulovenému jedinci moc nepomůže.

enzymatický rozklad mandelontrilu na kyanovodík HCN a benzaldehyd ve žlázách při povrchu těla mnohonožek Apheloria.Mandelonitril se v klidu nachází ve speciálních žlázách při povrchu těla. Při ohrožení je vtlačen do sousedního měchýřku, kde ho přítomný enzym rozloží na benzaldehyd a kyanovodík HCN, který uniká ven. Reakční schéma vidíme na obrázku. Stonožky (Chilopoda, angl.centipede) a mnohonožky (Diplopoda, angl. millipede) představují dvě ze čtyř tříd podkmene stonožkovců (Myriapoda). Mnohonožky mají na rozdíl od plochých stonožek válcové tělo a dva páry končetin na každém článku. Články těla mnohonožek vznikly splynutím dvou článků během evoluce.

Sehraná dvojka žroutů

15.12.2017
Zdroj:
H.Salem et al., Drastic genome reduction in an herbivore's pectinolytic symbiont. Cell 172, 2017, DOI: 10.1016/j.cell.2017.10.029,http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2017.10.029
Zdroj
C.rubiginosa si pochutnává na bodláku (foto Hassan Salem, Emory University).

Brouk štítonoš Cassida rubiginosa (angl. thistle tortoise beetle, viz obr. foto Hassan Salem, Emory University) požírá rostlinná pletiva, aniž by ve svém genomu měl zakódované všechny enzymy, které potřebuje pro trávení jejích buněčných stěn. Pomáhá mu malá symbiotická bakterie. „Broučí hostitel má geny zodpovědné za produkci celulázy pro trávení celulózy, zatímco symbiont poskytuje pektinázy. Společně mají enzymy nezbytné pro rozložení buněčných stěn rostlinných pletiv. Pozoruhodný je fakt, že jde o první popis specializované symbiotické bakterie s hlavní nebo i jedinou funkcí, kterou je rozklad pektinu,“http://www.ice.mpg.de/ext/index.php?id=1406 shrnuje Hassan Salem, jeden z autorů výzkumu.?

Nahoře chemická struktura pektinu, vpravo dole celulózy.Pektin je polysacharid tvořený molekulami kyseliny galakturonové, jejího esteru a její vápenato–hořečnaté soli, jehož chemickou strukturu vidíme na obrázku, pro porovnání i s molekulou jiného polysacharidu, celulózy. Právě pro svou schopnost trávit buněčné stěny rostlin je štítonoš Cassida rubiginosa z čeledi mandelinkovitých (Chrysomelidae), tedy příbuzný nechvalně známé mandelinky bramborové, předmětem studia jako nástroj možné biologické kontroly plevelů.

Mikroskopický snímek speciálního orgánu C.rubiginosa pro uchovávání bakterií, na snímku po obarvení svítí zeleně (foto Benjamin Weiss, Mainz University a Hassan Salem, Emory University).Symbiotická bakterie Candidatus Stammera capleta žije ve speciálním orgánu, malém váčku napojeném na přední část střeva brouka (viz obr., foto Benjamin Weiss, Mainz University a Hassan Salem, Emory University). Výraz Candidatus značí, že bakterie dosud nevyrostla v kultuře. Jak je v dnešní době běžné, biologové identifikovali a zatím popsali pouze její genom, který je neobyčejně malý. Obsahuje 270.000 opakující se stavební díly nukleových kyselin párů nukleových bází?, zatímco běžná střevní bakterie Escherichia coli jich má 4.600.000. Jde o nejmenšího známého symbionta, který žije mimo buňku. Soužití je pro štítonoše tak důležité, že samička při kladení vajíček přenese kapičku bakteriální kultury skrze své pohlavní orgány na jejich povrh. Vylíhlá larva požírající zbytky vaječných obalů je pozře a tím získá nezbytného symbionta.

Lesů zbývá víc

12.12.2017
Zdroj:
J.C.Aleman, M.A.Jarzyna a A.C.Staver, Forest extent and deforestation in tropical Africa since 1900, Nature Ecology & Evolution (2017), doi:10.1038/s41559-017-0406-1
Zdroj
Satelitní snímek Afriky (foto NASA, volní dílo, via Wikimedia Commons). Temně zelné plochy v centrální Africa jsou souvislé zalesněné plochy.

Odlesnění Afriky není zdaleka tak rozsáhlé, jak jsme odhadovali, což dokládá nová metaanalýza (analýza analýz) expertů z Yale University. Od roku 1900 poklesla rozloha afrických lesů o 21,7%, zatímco dřívější odhady uváděly 35 - 55%. Některé původní savany pokládaly starší analýzy za odlesněné oblasti. Ztráta lesů není rovnoměrná, v oblastech blízkých pobřeží přesahuje 90%.

Mapa Afriky s vyznačenými biomy. Upraveno podle:  Vegetation.png: Ville Koistinen (user Vzb83) derivative work: Ukabia (Vegetation.png), CC BY-SA 2.5-2.0-1.0, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5-2.0-1.0, GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html) nebo  CC-BY-SA-3.0, http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/, via Wikimedia Commons.Lesní metaanalýza kombinuje historické mapy s terénním výzkumem starších analýz, založených na analýze pylu a mikroskopická tělíska vznikající v rostlinných tělech z oxidu křemičitého, šťavelanu nebo uhličitanu vápenatéhofytolitů v usazeninách?, zbytcích zuhelnatělého dřeva v dávných ohništích a množství izotopu uhlíku 13C v půdě, které kolísá podle toho, zda porost tvoří stromy nebo traviny. Jednotlivé biomy Afriky vidíme na obrázku. Biom je oblast s charakteristickým typem rostlinných a živočišných společenstev, hydrologickými faktory a půdními a geologickými poměry, např. tropický deštný prales.

Mor přišel a odešel

11.12.2017
Zdroj:
A.A.Valtuena et al., The Stone Age Plague and Its Persistence in Eurasia, Current Biology, Volume 27, Issue 23, p3683–3691.e8, 4 December 2017, DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2017.10.025
Zdroj
Yersinia pestis na snímku elektronového mikroskopu (volné dílo, via Wikimedia Commons).

Každou větší epidemii jsme dříve zvali morovou ranou, přestože ji mohly způsobit úplně jiné bakterie. První skutečnou zaznamenanou morovou epidemií vyvolanou bakterií Yersinia pestis byl tzv. Justiniánův nebo Justiniánský mor v šestém století. Roku 542 zahubil třetinu obyvatel Konstantinopole. Umíralo tehdy až 10.000 lidí denně. Antika skutečný mor nepoznala. Nicméně genetické studie pozůstatků lidí z doby před 4.800 až 3.700 ukázaly, že Y.pestis žila v jejich střevech již dávno před tím. Na obrázku vidíme Y.pestis na fotografii pořízené elektronovým mikroskopem (volné dílo, via Wikimedia Commons).

Bakterie moru nejspíše do Evropy dorazily spolu s rozsáhlými přesuny nomádů ze středoasijských stepí, kteří směřovali jednak na západ do Evropy, jednak k východu na Sibiř a hlouběji do Střední Asie. Autoři výzkumu se domnívají, že později se rezervoár moru přesunul v rámci těchto pohybů zpět do Asie. Odtud se navrátil, aby způsobil již zmíněný Justiniánský mor, Černou smrt ve 14.století a třetí, poslední epidemii v 18.století.

Šíření Černé smrti Evropou ve 14.století (Roger_Zenner ; do češtiny přeložil Amic GFDL, http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html, CC-BY-SA-3.0, http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/,  via Wikimedia Commons).Původce moru, bakterie Yersinia pestis, patří mezi patogenní gramnegativní bakterie z čeledi Enterobacteriaceae, zvané enterobakterie. Na člověka ho přenášejí blechy z hlodavců. Vyskytuje se ve třech formách: dýmějový (bubonický), septický a plicní. Dýmějový mor způsobuje zhnisání mízních uzlin vedoucí až ke vzniku nehojících se otevřených vředů, septický vyvolá roztroušená infekce, neodborně otrava krvesepsi? a v jejím důsledku selhávání orgánů. Obrázek zachycuje šíření Černé smrti po Evropě v polovině 14.století (Roger_Zenner ; do češtiny přeložil Amic GFDL, http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html, CC-BY-SA-3.0, http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/, via Wikimedia Commons).

Prozřetelnost 13.12.2017: Ale to podporuje teorii o ktere tady uz dobrych deset let mluvim. Bakterie zila v symbioze se strevni mikroflorou po cele veky a pak najednou se zplasila? Bezduvodne asi tezko. Prijit na skutecnou pricinu muze byt lehci nez se zda, a bakterie za tim opravdu, opravdu nemusela byt! Duvody politicke, nabozenske, vojenske, socialni, zmena klimatu, krupobyti, neuroda, podvyziva, pozvolny nastup hladomoru, ktere presly na dymejove mory. Ale dneska je modni vsechno svadet na nomady, tak trochu neco jako imigranty. Zavani mi ten clanek politikou. Nechutne.

Pavel 14.12.2017: Ona mohla žít v symbióze ve střevech těch nomádů, ale Evropané, kteří na ni nebyli zvyklí, na to umřeli. Vždyť to samé se děje i dnes - když si vyjedete do tropických zemí, tak jejich obyvatelé pijí místní vodu bez jakýchkoliv problémů, ale jak se jí napijete vy, jde vám o život. Doslova.

Dinosauří žoužel

10.12.2017
Zdroj:
A.Cau et al., Synchrotron scanning reveals amphibious ecomorphology in a new clade of bird-like dinosaurs, Nature, doi:10.1038/nature24679
Zdroj
Plavající H. escuilliei s labutí šíjí a hlavou (obr. Tomopteryx, CC BY-SA 4.0, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0, via Wikimedia Commons).

Žoužel u nohou gigantických křídových dinosaurů představoval ještěr velikosti divoké kachny, jehož zkamenělinu nedávno paleontologové prozkoumali. Jde o doposud neznámého obojživelného ještěra Halszkaraptor escuilliei, který nepatří k žádné popsané skupině dinosaurů. Vědci pro něj museli vytvořit vlastní podčeleď Halszkaraptorinae, kterou zařadili do početné čeledi Dromaeosauridae neboli draví ptákům podobní ještěři. Hlavou a krkem H. escuilliei připomíná labuť, jak vidíme na kreslené rekonstrukci při plavbě (obr. Tomopteryx, CC BY-SA 4.0, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0, via Wikimedia Commons).

„Když jsem exemplář poprvé uviděla, napadlo mě, zdali jde o pravou zkamenělinu nebo falsum složené z různých částí,“ přiznává první autorka studie Andrea Cau z Geologického muzea Giovaniho Capelliniho v Boloni. Pomocí vyvinutých zadních nohou běhal po suché zemi. Ve vodě, kde lovil, obratně plaval pomocí předních končetin dosti připomínajících ploutve. Je obdobou tučňáka, byť po zemi běhal podstatně svižněji než tento nelétavý pták.

Zkamenělá lebka H. escuilliei (Ghedoghedo, CC BY-SA 3.0, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0, via Wikimedia Commons).Dobře zachovalou zkamenělinu z doby před 71 až 75 miliony let najdeme na videu zde. Fosilii původně ukradli z mongolského naleziště Ukhaa Tolgod. Po nějakém čase v soukromé sbírce se nakonec dostala do rukou odborníkům. Přesné zobrazení zkameněliny včetně drobných detailů skrytých uvnitř horniny získali pomocí rentgenové mikrotomografie za použití synchrotronového záření. Na obrázku vidíme detail jeho zkamenělé lebky (Ghedoghedo, CC BY-SA 3.0, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0, via Wikimedia Commons).

Rakovinu pozřu nebo nepozřu?

8.12.2017
Zdroj:
A.A.Barkal et al., Engagement of MHC class I by the inhibitory receptor LILRB1 suppresses macrophages and is a target of cancer immunotherapy, Nature Immunology (2017) doi:10.1038/s41590-017-0004-z
Zdroj
Pohlcování rakovinné buňky makrofágy ve středu obrázku (Susan Arnold, volné dílo, via Wikimedia Commons).

Makrofágy, jeden z typů bílých krvinek (leukocytů) by si hravě poradily i s buňkami zhoubných nádorů, kdyby je nepokládaly za běžné tělní buňky. Před prozrazením je chrání bílkovina CD47, kterou vylučují. Váže se na povrchové receptory makrofágů, v důsledku čehož rakovinné buňky vnímají jako funkční součást organismu. Makrofágy fagocytují (pohlcují a rozkládají) nejen cizorodé částice a buňky, ale i vlastní, přestárlé tělní buňky určené k likvidaci. Požírání rakovinné buňky makrofágy vidíme na obrázku (Susan Arnold volní dílo, via Wikimedia Commons).

Experimenty s protilátkami proti bílkovině CD 47 prováděné na myších dávají nadějné výsledky při zastavení zhoubného bujení. Nicméně rovněž naznačují, že ochranných faktorů mohou mít rakovinné buňky více. Další z nich identifikovali nyní experti ze Stanfordovy university. Součástí týmu jsou i vědci, kteří se podíleli na nalezení proteinu CD47 v roce 2009. Nový ochranný faktor je molekula bílkoviny s navázanými sacharidyglykoprotein?, pojmenovaný β2mikroglobulin (β2M). Působí na povrchové receptory LILRB1 makrofágů a zastaví jejich útok.

První autorka publikace Amira A.Barkal z lékařské fakulty Stanfordovy univerzity v kalifornské Stanfordu upřesňuje: „Současná blokáda obou faktorů výrazně zvýšila účinnost působení imunitního systému myší proti rakovině - nádory byly menší. ... Existence dvou souběžných mechanismů ovlivnění aktivity makrofágů dokládá důležitost přesné imunitní odpovědi na rakovinu.“

Bakterie znevěrohodňují klimatické modely

6.12.2017
Zdroj:
J.C.Angle, Methanogenesis in oxygenated soils is a substantial fraction of wetland methane emissions, Nature Communications 8, Article number: 1567 (2017), doi:10.1038/s41467-017-01753-4
Zdroj
Old Woman Creek na břehu Erijského jezera, místo objevu bakterií Candidatus Methanothrix paradoxum, foto Jordan Angle/The Ohio State University.

Doposud platilo, že bakterie produkují methan pouze v bez kyslíkuanaerobním prostředí?, jako usazeniny, mokřady, rýžová pole nebo vnitřky trávicích systémů. Avšak výzkum zatopených oblastí v Old Woman Creek u pobřeží Erijského jezera ukázal, že zde žije doposud neznámá bakterie, která produkuje methan CH4 i v prostředí nasyceném kyslíkem. Jméno nového druhu zatím zní Candidatus Methanothrix paradoxum. Výraz „Candidatus“ značí, že bakterie dosud nevyrostla v kultuře. Jak je v dnešní době běžné, biologové identifikovali a popsali její genom, kulturu bakterií samých doposud nikdo neviděl.

K objevu svého týmu profesorka mikrobiologie Kelly Wrighton na Ohio State University uvádí: „Doposud jsme předpokládali, že kyslík je pro všechny methanogenní bakterie jedovatý. Tento předpoklad tak pevně spočíval v našem myšlení, že globální klimatické modely prostě nepočítaly s produkcí methanu za přítomnosti kyslíku. Naše práce ukázala, že jde o předpoklady překonané a množství methanu ve stávajících klimatických modelech hrubě podceňujeme.“

Další výzkum odhalil, že Old Woman Creek není žádnou výjimkou a produkce methanu v prokysličených půdách je desetkrát větší než v anaerobních. Mokřady pokrývají 6% zemského povrchu a dosud jsem jim připisovali odpovědnost za třetinu obsahu methanu v atmosféře, což je zjevně hrubě podceněno. Methan je velmi účinný skleníkový plyn, mnohem účinnější než neustále omílaný oxid uhličitý, byť se v atmosféře vyskytuje v mnohem menším množství. Jeho vliv na teplotu Zeměkoule nemůžeme zanedbat.

Jjezevec 8.12.2017: A co si s tím teď "ekoteroristi" počnou? Postaví snad mokřady mimo zákon? A nebo se nechají zavřít pro blbost sami?

Chladnější ohřívá teplejší

4.12.2017
Zdroj:
K. Micadei et al. Reversing the thermodynamic arrow of time using quantum correlations. arXiv:1711.03323. Posted November 9, 2017
Zdroj
Srovnání přenosu tepla v klasickém a kvantově korelovaném systému dvou atomů.

V klasickém světě naší běžné zkušenosti zcela nemožný výsledek získala skupina kvantových fyziků na molekule chloroformu CHCl3. Pokud jsou kvantově korelované spiny mezi jádry 1H atomu vodíku a 13C atomu uhlíku v molekule CHCl3, přechází samovolně energie ze spinu s nižší energií (chladnějšího) na spin s vyšší energií (teplejší), zcela proti zákonům klasické fyziky. Funguje to pouze u molekul chloroformu s izotopem uhlíku 13C, protože mají poločíselný spin. Nejběžnější izotop uhlíku 12C má spin celočíselný, protože ho tvoří šest protonů a šest neutronů, tedy sudý počet částic.

Spinem nazýváme kvantovou vlastnost elementárních částic bez ekvivalentu v klasické fyzice. Můžeme ho chápat jako vnitřní moment hybnosti. Jeho jednotkou je Planckova konstanta h. Celočíselný spin znamená, že nabývá hodnot n.h, poločíselný (n + 1/2).h, kde n je celé číslo.

Přenos energie z chladného na teplejší je možná jen v mikrosvětě, kde panují odlišná pravidla. V našem běžném světě zůstává vše při starém a na završení takového procesu budeme i nadále muset vynakládat energii. Na základě výsledků obdobných pokusů snad bude možné v budoucnu sestrojit kvantový motor pracující na zcela jiných principech než stroje současné.

Rybka umí překvapit

3.12.2017
Zdroj:
M.E.Gerringer, Pseudoliparis swirei sp. nov.: A newly-discovered hadal snailfish (Scorpaeniformes: Liparidae) from the Mariana Trench, Zootaxa 4358 (1): 161–177, DOI: http://dx.doi.org/10.11646/zootaxa.4358.1.7
Zdroj
Pseudoliparis swirei z Mariánského příkopu, foto Mackenzie Gerringer/University of Washington.

Hlubokomořské ryby překvapivě obyčejného vzhledu nalezli vědci v hlubinách Mariánského příkopu poblíž ostrova Guam (viz obr., Mackenzie Gerringer/University of Washington). Pseudoliparis swirei, jak zní pojmenování nového druhu, patří do čeledi ryb terčovkovitých (Liparidae, angl. snailfish) . Jejich krmení vidíme na videu. Celkem 37 kusů vytáhli biologové v letech 2014 - 2017 z hloubky 6898 – 7966 metrů. Počet ulovených jedinců dokládá, že jde o hojnou populaci.

CT sken ryby Pseudoliparis swirei, malý korýš v žaludku je vybarven zeleně, obr. Adam Summers/University of Washington Na obrázku vidíme CT zobrazení ryby P.swirei. Zeleně vybarvený je malý korýš v jejím žaludku. „Terčovkovité se přizpůsobily na větší hloubky než ostatní ryby a mohou žít při dně oceánských příkopů. Neohrožující je tam předátoři a nálevkovitý tvar příkopu zajišťuje hojnost potravy. Bezobratlí jsou hojní a terčovkovité tam představují vrcholné predátory. Jsou aktivní a vypadají jako dobře živené,“ říká jeden z objevitelů, Thomas Linley z Newcastle University.

P.swirei je endemicky druh, což znamená, že vznikl a obývá jen určitou omezenou oblast a nikde jinde ho nenajdeme. Pro hlubokomořské terčovkovité (angl. hadal liparids) je to typické. Izolované populace různých jejích druhů nacházíme v nejhlubších lokalitách po celém Pacifiku.

Zárodky umělého života

1.12.2017
Zdroj:
Y.Zhang et al., A semi-synthetic organism that stores and retrieves increased genetic information, Nature 551, 644–647 (30 November 2017), doi:10.1038/nature24659
Zdroj
Struktura přírodních i nově připravených (dole) nukleotidů.

Deoxyribonukleovou kyselinu všech organismů na Zemi tvoří čtyři základní sloučeniny: monofosfáty deoxyadenosinu (dAMP), deoxycytidinu (dCMP), deoxythymidinu (dTMP) a deoxyguanidinu (dGMP). Jedinou výjimku představují bakterie Escherichia coli geneticky upravené v laboratořích Scripps Research Institute v kalifornské La Jolle. Kromě uvedených sloučenin jejich DNA obsahuje navíc i dvě další dNAM a dTPT3, které se v přírodě nevyskytují. V řetězcích DNA sedí tak pevně, že je nerozeznají enzymy určené k opravě poškozených částí. Struktury zmiňovaných sloučenin můžeme porovnat na obrázku, ty nové jsou úplně dole.

Schematické znázornění biosyntézy bílkovin v buňce, (Sverdrup at English Wikipedia, Public domain, GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html) or CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)], via Wikimedia Commons) .Nezůstalo jen u toho. Z rozšířené DNA umí upravená bakteriální buňka připravit mRNA (messengerRNA), jednovláknovou molekulu ribonukleové kyseliny RNA, podle níž buněčná organela zvaná ribozom připravuje bílkoviny. Do buňky přidali i molekuly transferové RNA (tRNA, angl.transfer RNA), jež k mRNA připojí aminokyseliny, které ribozom spojí na molekulu bílkoviny. V ní najdeme i nové nepřírodní aminokyseliny odpovídající nukledotidům dNAM a dTPT3.

Genetici rozšířili možnosti, které mají normální buňky. Do jejich DNA lze zapsat větší množství informací, podle kterých vzniknou uvnitř buňky nové bílkoviny dosud netušených vlastností. Základní princip syntézy buněčných bílkovin zůstává zachován.

Diskuse/Aktualizace