Svázáni oxidem uhličitým. Společenské uspořádání rypošů lysých je patrně založené na třídění z hlediska stability.

Autor: Jan Toman

Rypoši lysí bývají spolu s blízce příbuznými rypoši damarskými považováni za jediné eusociální savce. V evoluci jejich společenského uspořádání přitom mohlo sehrát důležitou roli, že kvůli specifické mutaci nevydrží dlouho mimo hnízdo s extrémně vydýchaným vzduchem.

Nejvyšší úrovně společenského uspořádání dosáhli kromě mravenců, včel nebo termitů také dva druhy hlodavců ze skupiny rypošů. Podle nového výzkumu jsou tito zvláštní živočichové úzce přizpůsobení životu v pozemních koloniích zahrnujících mnoho desítek jedinců. Nejen, že snáší vysoké koncentrace oxidu uhličitého, ale kvůli specifické mutaci v genu pro transportování chloridových iontů z nervových buněk dokonce takovéto podmínky k životu přímo vyžadují. Za teplot a atmosférických podmínek panujících na povrchu totiž jejich tkáně rychle mění vnitřní chemickou rovnováhu a svaly podléhají křečím. Podobná změna se na první pohled zdá nevýhodná, rypošům ale mohla v evoluci pomoct hned dvakrát. Zaprvé ji zvýhodňoval přirozený výběr, protože slabší transport chloridových iontů za podmínek, kdy nebyl potřeba, jedincům šetřil energii. Zadruhé potom mohla sehrát roli pojistky, která zabránila rypošům odejít z kolonie, začít se individuálně rozmnožovat a sabotovat tak nastoupenou cestu ke stabilnímu eusociálnímu uspořádání.

Společenský hmyz zná každý, kdo někdy četl Ferdu mravence. Vosy, včely a mravenci, ale také termiti a do menší míry někteří další zástupci členovců dotáhli vzájemnou spolupráci na extrémní úroveň. Biologové v této souvislosti mluví o eusociálním uspořádání, při kterém se příslušníci populace vzdali vlastního rozmnožování ve prospěch malé skupiny či dokonce jediného páru. Pokud se v rámci kolonie navíc překrývají různé generace a jedinci společně pečují o mladé, může se podobný systém stabilizovat a úspěšně rozvíjet. Nejnápadnějším rysem eusociálních organismů je specializace příslušníků kolonie na různé kasty – pečovatele, dělníky, vojáky a podobně. Celá kolonie v důsledku toho tvoří jeden superorganismus, jehož příslušníci neváhají za celé hnízdo položit život.

Velkým překvapením byl v sedmdesátých letech objev eusociálních savců – rypošů lysých a později také rypošů damarských. I přes určité pochybnosti o jejich skutečném společenském uspořádání je dnes jasné, že k eusocialitě mají přinejmenším výrazně nakročeno. Z příbuzenského hlediska spadají mezi hlodavce a ze všeho nejvíc připomínají velké lysé myši se svraštělou kůží a přerostlými zuby. Právě pomocí zubů vyhrabávají svá podzemní hnízda a hlodají podzemní hlízy.

V jedné kolonii spolu typicky žije kolem 80, někdy ale až 300, jedinců. Rozmnožuje se ale pouze „královna“ s několika málo samci. Ostatní jsou sterilní. Menší dělníci se specializují se na péči o mladé a údržbu hnízda, větší na obranu. Nejčastěji se ale příslušníci kolonie tisknou na jedné hromadě, což jim pomáhá udržovat tělesnou teplotu za co nejmenších energetických výdajů.

Podivnost rypošů lysých se tím ale zdaleka nevyčerpává. Kvůli regeneraci kůže a mimořádné dlouhověkosti se dostali do hledáčku výzkumníků na poli stárnutí. Výrazná odolnost k nádorovému bujení je zase katapultovala do centra lékařského zájmu. Koloniální a podzemní styl života u nich navíc vedl k výrazné odolnosti proti nízkým koncentracím kyslíku a vysokým koncentracím oxidu uhličitého. Z hlediska látkové výměny se proto odlišují od zbylých savců. Jedna z těchto odlišností přitom podle nejnovějšího výzkumu dokonce mohla způsobit, že jejich evoluce zamířila k eusocialitě.

Výzkumníci rypošů už nějakou dobu vědí, že v podzemních koloniích nebezpečně stoupá koncentrace oxidu uhličitého. Ta je pro ostatní savce nebezpečná mimo jiné z toho důvodu, že omezuje přenos signálu mezi neurony a potažmo fungování mozku či řízení svalů. Vyšší koncentrace oxidu uhličitého ale na druhou stranu vytváří příznivé prostředí pro omezení některých metabolických drah, které v neuronech spotřebovávají velké množství energie. To by se mohlo rypošům hodit v nepříznivých podmínkách africké polopouště. Tlak na úsporu energie ostatně dokazuje i fakt, že mají rypoši lysí oproti jiným hlodavcům menší mozky s nižším počtem neuronů.

Nedávný výzkum v souladu s touto hypotézou ukázal, že rypoši lysí nesou mutaci v genu pro buněčný transportér KCC2. Tento proteinový komplex v buněčné stěně za spotřeby nemalého množství energie pomáhá dostávat z buňky chloridové ionty, čímž snižuje jejich dráždivost. Pozměněná varianta přitom funguje jen velmi omezeně. U lidí se často pojí s výskytem svalových křečí, epilepsií, poruchami autistického spektra nebo schizofrenií. Vyšší koncentrace oxidu uhličitého však u rypošů všechny tyto potíže účinně tlumí. Přirozený výběr proto mohl s přechodem k podzemnímu společenskému způsobu života upřednostňovat vyřazení nyní nadbytečného systému.

Hypotézu dále podpořily experimenty, které s rypoši provedl tým amerických a finských badatelů. Jak referují ve vědeckém časopisu Current Biology, pozorování kolonií v laboratoři potvrdilo, že se rypoši po většinu času sdružují v jedné komoře. Koncentrace oxidu uhličitého zde může stoupnout z běžných 0,04 % až na 2,33 %. Rypoši navíc zvýšené koncentrace oxidu uhličitého přímo vyhledávají. Když vědci uměle zvýšili množství tohoto plynu v některé z komor, rypoši vzápětí do dané komory přestěhovali královnu i centrum kolonie. Když jej uměle snížili, rypoši se odstěhovali.

Když výzkumníci uměle zvýšili koncentraci oxidu uhličitého v jedné z komor podzemního hnízda, rypoši lysí ji začali preferovat. Výměna vzduchu za čistý dusík měla opačný efekt. Podle Zions et al. 2020.

Pokud vystavili vědci rypoše nadzemní koncentraci oxidu uhličitého a teplotě 42 °C, tedy běžným podmínkám na povrchu země v Etiopii, rychle se změnila jejich vnitřní rovnováha. Rypoši začali zrychleně dýchat a projevily se u nich křeče v oblasti hlavy, úst a posléze celého těla. Elektroencefalogramy jejich mozků ukázaly stejné vzorce aktivity, jaké vidíme u lidí během epileptických záchvatů. Třebaže tedy rypoši kvůli osvěžení genofondu občas cestují z kolonie do kolonie, patrně se jedná o velmi riskantní cesty a pobyt mimo kolonii se snaží minimalizovat.

Pozoruhodné je, že podobnou mutaci omezující fungování kanálu KCC2 nesou také rypoši damarští, tedy jediný další druh eusociálních savců. Že by tyto mutace samy o sobě přispívaly ke vzniku eusociality? Zdá se to velmi pravděpodobné. U těch druhů, kde se tyto energeticky výhodné ale na vysoký obsah oxidu uhličitého vázané mutace vyskytly, totiž přirozený výběr upřednostňoval těsné soužití v podzemních prostorách. Mutanti, kteří se podobnému způsobu života vymykali a často opouštěli hnízda, nad zemí trpěli křečemi. Většinou tak zahynuli dříve, než se stačili rozmnožit.

Z obecného hlediska se jedná o ukázkový příklad třídění z hlediska stability. Řada různých hlodavců mohla nastoupit cestu k eusociálnímu způsobu života, sobecké zájmy jednotlivých zvířat ale vždy v určité fázi převážily nad blahem celku. Koneckonců, savci neoplývají zvláštním genetickým určením pohlaví ani dalšími předpoklady, které tak často vedou ke vzniku společenského uspořádání u blanokřídlého hmyzu. Mutace v KCC2 však posloužila jako pojistka proti tomu, aby rypoši přešli zpět k volnějšímu soužití a naopak podpořila další sbližování.

Podle různých odhadů mohou být rypoši lysí eusociální zhruba 35 milionů let a zatím dokázali vytvořit tři různé kasty. Nelze tak vyloučit, že skupinu čeká podobně bohatá evoluční cesta, jako blanokřídlý hmyz, který výrazně společenské uspořádání rozvíjí už od druhohor. Unikátní změny metabolismu, pomalé stárnutí, odolnost k nádorům a další přizpůsobení je každopádně předurčují jako mimořádně zajímavý objekt vědeckého zájmu.

Zdroj: M Zions, EF Meehan, ME Kress, … & DP McCloskey (2020): Nest carbon dioxide masks GABA-dependent seizure susceptibility in the naked mole-rat. Current Biology, online.

Facebook Comments