Nejen savci rodí mláďata, u mnoha členovců, červů a měkkýšů se embrya vyvíjejí přímo v těle matky a přímo od ní přijímají živiny.
Nošení embrya v těle matky, když žije z jejích zdrojů, se stalo velkým evolučním krokem vpřed. Samozřejmě můžeme říci, že vývoj embrya ve vejci nebo vejci probíhá také na úkor rodiče: koneckonců zásobu živin zde stále vytváří tělo matky. Vejce a vejce, které opustily tělo samice, jsou však z velké části ponechány svému osudu, i když se o snůšku postarají rodiče. Pokud embryo roste uvnitř těla rodiče a pokud je důležité, dojde k těsnému kontaktu mezi ním a matkou, pak to poskytuje ochranu, vyvážené fyziologické podmínky a přímý transport „potravy“.
U některých mechorostů se embryo živí buňkami embryonální komory v těle matčina těla. (Foto Jan Hamrsky/Flickr.com)
U ušatce Arixenia esau vylučují děložní buňky bílkovinnou látku, která vyživuje embryo. (Foto Bernard DUPONT / Flickr.com.)
U živorodých onychoforů neboli aksamitníků se v děloze tvoří skutečná placenta, přes kterou je embryo vyživováno. (Foto od Art/Flickr.com.)
Když mluvíme o tomto způsobu embryonálního vývoje, většinou si vybavíme savce, u kterých je embryo vyživováno prostřednictvím speciálního orgánu – placenty. Spojuje oběhové systémy plodu a matky, s jeho pomocí je embryo zásobováno nejen živinami, ale také kyslíkem; V souladu s tím dochází k odstraňování metabolických produktů také pomocí placenty. Kromě toho pomáhá koordinovat práci imunitního systému: tím, že propouští protilátky matky k dítěti, stále zabraňuje vzniku imunitních konfliktů mezi plodem a tělem matky.
Ne všechna zvířata mají placentu, mnoho vačnatců ji postrádá, nemluvě o zástupcích monotremů – ptakopyskech a echidnách. Na druhé straně je přítomen v některých živorodých chrupavčitých rybách (kam patří žraloci, rejnoci a chiméry), onychoforech a v některých dalších skupinách živočichů. Vzhledem k výhodám, které placenta poskytuje, by se dalo očekávat, že v evoluci bude mnoho pokusů o zvládnutí tohoto způsobu péče o embryo. A jak ukázal výzkum zaměstnanců Petrohradské státní univerzity, takových pokusů bylo ještě více, než se čekalo.
Je pravda, že stojí za to hned říci, že v díle Andreje Ostrovského, Alexandra Ereskovského a jejich kolegů z Rakouska, USA a Nového Zélandu nemluvíme tolik o placentární metodě těhotenství, ale o matrotrofii – to je název pro situaci, kdy je embryo vyživováno na úkor těla rodiče. Tvorba placenty je pouze jedním z konstruktivních řešení takového problému, i když velmi úspěšným.
V článku publikovaném v Biologické recenze, autoři píší, že matrotrofie existuje u 21 druhů zvířat z 34 známých. Během evoluce tento způsob péče o embryo vznikl více než 140krát, a to i u bezobratlých živočichů – například ploštěnek s matrotrofií bylo ještě více než savců. A přestože příklady přímé výživy vyvíjejícího se embrya na úkor těla matky u zástupců různých skupin bezobratlých byly popsány více než jednou, nikdo si nedokázal představit, jak je to rozšířené.
Matrotrofie se vyskytuje u hmyzu, korýšů, měkkýšů, červů (včetně parazitických), ostnokožců, mechorostů a mnoha dalších. Přímé „dodávky“ živin v některých případech pouze doplňují „žloutkovou výživu“, v některých případech ji zcela nahrazují. Mechanismy zde mohou být velmi rozmanité (i když samozřejmě všechny jsou účinnější než placenta zvířat). Mezi embryem a rodičovským organismem se často vytváří něco podobného jako placentární kontakty – takto se embryo vyvíjí u mnoha hmyzu, štírů, ploštěnek a pijavic. Stává se, že živiny vstupují do embrya nikoli přes nějaké speciální struktury, ale přímo přes jeho obal, z plodové vody (to se děje u korýšů a mlžů). Mouchy a štíři mají speciální nitroděložní žlázy, které vylučují jakési „mléko“ pro embryo. Existují druhy s embryonálním kanibalismem – když rychle zralá embrya přímo v těle matky sežerou ty, kteří jsou v dřívějších fázích vývoje (u některých hvězdic a plžů). Nakonec u škrkavek embryo jednoduše požírá tkáň matky.
Tato studie nabízí mnohem více otázek než odpovědí. Jestliže matrotrofie vznikla mnohokrát u nepříbuzných skupin zvířat, jaké znaky fyziologie, životní cykly a životní podmínky by mohly zajistit její vzhled? Výše jsme hovořili o výhodách nitroděložní výživy, ale tření a kladení vajíček ze scény nezmizelo, mnoho druhů se tímto způsobem dále rozmnožuje. Suchozemské druhy měly silný argument ve prospěch nitroděložního vývoje – změnily své stanoviště. Vejce nemůžete nechat jen tak na souši; musíte se kvůli tomu vrátit do vody, nebo dát vejci dokonalejší skořápky (jako plazi, ptáci a suchozemští členovci), nebo – ano, pokračovat v nošení embrya v sobě. Ale matrotrofie a viviparita se vyskytují také u zcela vodních živočichů. To znamená, že v mnoha případech musí být přínosy tohoto způsobu reprodukce posuzovány samostatně, přičemž je třeba podrobně zvažovat ekologii a evoluční historii konkrétního druhu nebo skupiny druhů, což činí tuto problematiku obzvláště složitou, ale zároveň zajímavou.
Na základě materiálů St. Petersburg State University
Autor: Kirill Staševič
- Inkubátory pro lidi
- Skokové geny naučily savce těhotenství
- ÚŽASNÉ MAMINKY
Prenatální vývoj u zvířat se objevil díky přeskakování genetických prvků, které mobilizovaly staré geny pro nový úkol.
Nitroděložní vývoj má mnoho výhod: embryo se vyvíjí ve stabilnějším prostředí, je lépe chráněno před nepřáteli, živiny k němu přicházejí z těla matky, a nikoli z malé zásoby ve vajíčku či vajíčku atd. To vše umožňuje vývoj embrya, aby se prodloužila a plněji formovala jeho komplexní fyziologie. V některých případech (u některých ještěrek, ryb atd.) dochází ke kombinované metodě, kdy se embryo vyvíjí ve vejci, ale samotné vejce je v těle matky. Placentární savci dovedli technologii k dokonalosti: u nich je plod v matčině lůně a kontakt s rodičovským tělem probíhá díky speciálnímu orgánu – placentě. (Pro spravedlnost podotýkáme, že u některých žraloků a onychoforů, kteří praktikují viviparitu, vzniká i placenta.) Zároveň musí zvířata řešit řadu problémů spojených s tak úzkým kontaktem matky a embrya – např. je nezbytné, aby nedošlo ke konfliktu mezi mateřskou imunitou a vyvíjejícím se „cizím tělem““.
Ptakopysk je jedním z mála zvířat, která kladou vajíčka. (David Watts/Visuals Unlimited/Corbis.)
Lidské embryo na placentě. (Foto Mark Alberhasky/Science Faction/Corbis.)
Počet genů, které byly zapnuty a vypnuty v různých fázích evoluce nitroděložního vývoje. (Kresba Vincent Lynch, Cell Reports.)
Nitroděložní vývoj by se samozřejmě nemohl objevit bez rozsáhlého genetického otřesu. A tak se vědci z Chicagské univerzity (USA) rozhodli zjistit, jaké genetické modifikace umožnily savcům vytvořit nejsložitější morfologické a fyziologické úpravy pro porod embrya. Vincent Lynch (Vincent Lynch) a jeho kolegové porovnávali, které geny jsou aktivovány v děloze u řady zvířat: placentárních zvířat, vačnatců, vejcorodých ptakopysků, ptáků, plazů a obojživelníků. V důsledku toho bylo možné pochopit, kde začal vývoj placentární viviparity u starověkých savců.
Aby se embryo v děloze vyvinulo, bylo nutné aktivovat více než tisíc genů, které převzaly regulaci vztahu mezi plodem a mateřským tělem. Jak se délka březosti prodlužovala, do hry vstoupily nové geny, které posilovaly a zdokonalovaly vazby mezi mládětem a rodičem a také potlačovaly mateřskou imunitu v děloze. Zároveň probíhal i opačný proces – byly vypnuty genetické prvky zodpovědné za vznik vajíčka a související procesy.
Odkud se vzaly „těhotenské geny“? Jak se často v evoluci stává, všechny dříve vykonávaly nějakou funkci v mozku, v trávicím systému, v krevních cévách. Nyní jsou ale upraveny pro nové účely. Stalo se to díky skutečnosti, že geny získaly regulační prvky, díky nimž byly citlivé na progesteron, ženský pohlavní hormon, který řídí fyziologii reprodukce. A progesteronové regulační prvky se v nich objevily díky transposonům. Toto je název pro speciální sekvence v DNA, které se mohou zkopírovat na nějaké jiné místo v genomu. Jejich existence je redukována pouze na množení vlastních kopií a takové „skákací geny“ či „genomičtí parazité“ mohou hostiteli způsobit nemalé potíže, protože se mohou dostat dovnitř důležitého genu, narušit jeho regulaci nebo dokonce úplně zničit sekvenci proteinu, který kóduje, k nepoznání. Buňka se snaží potlačit aktivitu transposonů, ale stává se, že posouvají organismus po evolučním žebříčku a pomáhají tak dalším genům expandovat nebo měnit funkce.
Přesně to se stalo v případě nitroděložního vývoje. Mnoho savčích transpozonů nese sekvence vázající progesteron, které jsou nezbytné pro jejich aktivitu. Takže ty geny, které byly nejprve obsazeny na jiných místech a poté začaly řídit nitroděložní vývoj, mohly díky „genomickým parazitům“ změnit pole své působnosti: progesteronové oblasti transposonů začaly ovlivňovat aktivitu genů, na které přeskočily. Přitom samotné transpozony se postupem času zneškodnily.
Pro evoluci není běžné ani tak vymýšlet nové geny, jako spíše měnit regulaci těch starých. Funkce jakéhokoli proteinu závisí nejen na tom, co dělá, ale stejně tak na tom, kde a kdy to dělá. V tomto případě „kde“ a „kdy“ pomohly změnit mobilní genetické prvky. Navíc, jak poznamenávají autoři práce, nikdo nečekal, že transpozony pomohou při „vývoji“ tak složitého, komplexního procesu, jakým je nitroděložní vývoj.
Článek s výsledky výzkumu se připravuje k publikaci v Zprávy Cell.
Autor: Kirill Staševič
- ZDRAVÍ PŘED NAROZENÍM. KRITICKÉ ASPEKTY
- ÚŽASNÉ MAMINKY
- Genom primátů vznikl v boji se sebou samým
- Skákající geny mohou způsobit neplodnost u mužů
