Olomouc (23. dubna 2024) – Vědcům z Přírodovědecké fakulty Univerzity Palackého v Olomouci (PřF UP) se společně s kolegy ze Švédské královské akademie věd ve Stockholmu, Muzea přírodní historie v Londýně a University of North Florida v Jacksonville podařilo pomocí analýzy DNA popsat faktory vedoucí ke vzniku druhů a adaptaci na okolní podmínky sinic rodu Microcoleus. Podle výsledků jejich společného bádání tyto prastaré sinice obývaly Zemi již před 30 miliony let. Šestileté bádání mezinárodního týmu vědců vyústilo dvěma publikacemi v prestižních odborných časopisech Nature Communications a iScience.
Vědci se zabývali vývojem druhů a evolucí sinice Microcoleus na globální úrovni. Svoji pozornost zaměřili na sinice, které obývají suchozemské biotopy. Sinice Microcoleus jsou sice mikroskopické, ale jejich nárosty dosahují značných rozměrů a v přírodě jsou díky tomu běžně k vidění. Rostou jako zelené povlaky na půdě v každé zahrádce a vytváří také typické zelené vrstvy v kalužích, které lze nalézt po dešti na každé polní cestě. „V pouštích pak pokrývají celé kilometry čtvereční v podobě půdních krust,“ uvedl Petr Dvořák z katedry botaniky přírodovědecké fakulty.
Odborníci zkoumali vzorky sinic, které pocházely z Olomouce, Jeseníků, Řecka, Skandinávie, Antarktidy, Špicberků, pouští ve Spojených státech a také ze suchých vysokohorských údolí Himaláje. Ze vzorků v laboratoři postupně získali jednotlivé kmeny sinic a z nich zmapovali více než 200 genomů, což je veškerá genetická informace uložená v DNA. Mezi zkoumanými vzorky byly i suché herbářové sinice staré až 200 let. „Tento gigantický soubor dat jsme analyzovali více než dva roky a díky tomu vyplynulo několik převratných zjištění. Vznik celé skupiny sinic Microcoleus jsme datovali do období před asi 30 milióny let, přičemž se jednalo celkem o 12 druhů. Je to tedy velmi starobylá skupina. Mnohem starší než člověk,“ řekl Petr Dvořák.
Vědci se následně snažili popsat, jaké faktory vedly ke vzniku těchto druhů sinic. Tato problematika totiž fascinuje biology od dob Charlese Darwina, který jako první přinesl ucelenou představu mechanizmu evolučního procesu. „Mikroorganismy, včetně sinic, byly ale dlouhou dobu opomíjeny. Hlavně kvůli tomu, že je nutné se dostat na úroveň sekvence DNA. Naše analýzy prokázaly, že vznik druhů u naší sinice ovlivnila geografická separace populací, ačkoliv se u všech mikroorganismů předpokládalo, že se mohou šířit neomezeně,“ popsal Petr Dvořák.
Podle Petra Dvořáka je zajímavé také zjištění, jak vznik druhů půdních sinic ovlivnily podmínky, ve kterých se vyskytují. Půdní sinice se musí dokázat vyrovnat nejen se suchem v pouštích, ale i intenzivním UV zářením, kterému čelí na Antarktidě. „Pomocí několika metod jsme identifikovali více než dvě desítky genů a několik úseků genomu, pomocí kterých se sinice dokázaly adaptovat na tyto velmi nehostinné podmínky a sehrály tedy významnou roli v evoluci této skupiny,“ upozornil.
Odborníci se zajímali také o roli genetického toku na evoluci genomu sinic. Snížení genetického toku mezi populacemi totiž vede k separaci a genetickému rozrůzňování a tím vzniku druhů. „Nicméně sinice patří mezi bakterie a ty se rozmnožují pouze klonálně. Předpokládalo se proto, že genetický tok nehraje v evoluci žádnou roli. My jsme ale ukázali, že druhy sinic pozorujeme různé úrovně genetického toku od intenzivního genetického toku až po naprostou separaci druhů, kde genetický tok neprobíhá. Je to takzvané speciální kontinuum, které jsme jako první pozorovali u mikroorganismů,“ podotkl Petr Dvořák.
Sinice Microcoleus má zužující se vlákna podobná kořenům rostlin. Vlákna se pohybují a často se zavrtávají do půdy. „Všimli jsme si, že tvar a délka zúžení se mezi druhy liší. Některé konce jsou tenčí a jiné naopak robustnější,“ řekl Petr Dvořák. Vlákno sinice Microcoleus je zakončeno ochranou čepičkou. Vědci dlouho spekulovali, že tvar zakončení má adaptační funkci, ale nikdo tuto hypotézu netestoval. „My jsme zkoumali vztah mezi tvarem zakončení a různými vlivy prostředí – množstvím srážek, úrovní světelného záření a složení velikostí půdních částic. Ukázalo se, že všechny tyto proměnné jsou závislé na diverzifikaci druhů a tudíž hrají roli v evoluci naší sinice,“ dodal Petr Dvořák.
Výzkum probíhal na katedře botaniky pod vedením Petr Dvořáka a hlavní roli v něm hráli doktorandi Aleksandar Stanojković (dnes již absolvent) a Svatopluk Skoupý. Na výzkumu se podíleli také studenti bakalářských a magisterských studijních programů Přírodovědecké fakulty UP. Výzkum vznikl s podporou Grantové agentury České republiky (granty číslo 19-12994Y a 23-06507S).
Publikace:
Nature Communications: https://www.nature.com/articles/s41467-024-46459-6
iScience: https://www.cell.com/iscience/fulltext/S2589-0042(24)00665-5
Blog: https://communities.springernature.com/posts/the-speciation-continuum-below-your-feet
| Sinice jsou nepočetnějším organismem v historii Země. Ve vývoji biosféry sehrály klíčovou roli, jelikož byly prvními producenty kyslíku, bez kterého se pozemský život neobejde. Sinicím vděčíme za to, že v zemské atmosféře je dostatečné množství kyslíku a máme co dýchat. Svoji schopnost produkovat pomocí fotosyntézy kyslík totiž sinice postupně předaly v minulosti řasám a rostlinám, díky čemuž se podíl kyslíku v zemské atmosféře ještě zvýšil. Většina lidí si ve spojení se sinicemi vybaví pouze negativní jevy, jako je například vodní květ v přehradách a jezerech, který může způsobit alergické reakce. Sinice v oceánech jsou ale nejpočetnějšími primárními producenty. Nalézt je lze všude, kde je dostatek světla pro fotosyntézu. Navíc mohou sinice sloužit jako potravina, krmivo a také k výrobě biodegradabilních plastů. |
Kontaktní osoba:
doc. Mgr. Petr Dvořák, Ph.D. | katedra botaniky
Přírodovědecká fakulta UP
E: p.dvorak@upol.cz | T: 585 634 080