Autor: Jan Toman
Ať už se díváme na nášlapné pasti mucholapek podivných, lapací měchýřky bublinatek nebo lepivá „chapadla“ rosnatek, masožravky působí spíše jako výmysl surrealistického umělce než reálně existující organismy. Stejně zajímavá byla i jejich evoluce, která zahrnovala kopírování a ztráty genů i dramatické přestavby celého genomu.
Masožravé rostliny nepřestávají lidi fascinovat už od doby, kdy si všimli, že podstatnou část výživy některých bylin tvoří lapený hmyz. Evoluce masožravek ale byla donedávna velkou neznámou. Zvlášť překvapivý je fakt, že skupina rosnatkovitých má v porovnání s ostatními rostlinami jen malé genomy a redukovaný počet genů, a to i přesto, že ve své evoluční minulosti prodělala zdvojení celého genomu. Nový výzkum ukázal, že právě zmnožení genomu nejspíše představuje první krok na cestě k masožravosti. Pokud rostlina žije v chudých podmínkách, může se následně díky uvolněným kopiím genů specializovat na živočišnou stravu. Spolu s přechodem k nové strategii ztrácí geny, které ji už k ničemu nejsou. Úplně nakonec potom zdokonaluje své druhově specifické pasti.
Masožravé rostliny patří mezi nejzajímavější organismy na Zemi. Jejich evoluce se přitom ubírala bouřlivými cestami. Základním předpokladem pro vznik masožravosti u rostlin je obývání velmi chudých půd. Za takové situace jsou zvýhodněny ty rostliny, které dokážou získávat živiny alternativním způsobem. Nejdostupnějším zdrojem přitom bývají všudypřítomní členovci. Nejstarší masožravky možná pouze zesílily své obranné mechanismy a zvýšily tak pravděpodobnost, že býložravý útočník skoná v jejich blízkosti. Neúprosný tlak přirozeného výběru ale časem vedl až ke vzniku sofistikovaných pastí.
Novější výzkumy navíc ukazují, že jsou masožravky hotovými mistry paradoxů. Nejen, že si rády pochutnají drobných živočiších a zcela tak převrací tradiční vztah mezi rostliny a zvířaty. Zároveň také oplývají jedněmi z nejmenších známých rostlinných genomů. Jak je to možné? Neměly by rostliny s natolik specializovanými životními strategiemi naopak nést spoustu nových genů? Na tuto otázku odpovídá výzkum, který jen před pár dny publikoval rozsáhlý mezinárodní vědecký tým v časopisu Current Biology.
Objektem bádání se staly tři druhy z čeledi rosnatkovitých – mucholapka podivná, aldorovandka měchýřkatá a rosnatka druhu Drosera spatulata. Vědci pomocí cytologických a molekulárně-biologických metod změřili velikost jejich genomů a přečetli genetickou informaci. Zatímco genom mucholapky dosahuje zhruba lidské velikosti, genom aldrovandky je přibližně šestkrát a genom rosnatky dokonce desetkrát menší. Tím ale celý příběh nekončí.
V raných fázích své evoluce patrně skupina rosnatkovitých prodělala zdvojení celého genomu. Aldrovandka později prošla ještě dalším ztrojením genetické informace, většinu genů ale postupně ztratila. Ztráty genů jsou typické i pro zbylé dva druhy. Mucholapka má sice relativně velký genom, zvětšují jej ale hlavně dlouhá repetitivní opakování některých úseků. Celkově patří studované masožravky mezi rostliny s nejmenším počtem genů.
Pro evoluci rosnatkovitých rostlin je tudíž typické zmnožení všech genů následované jejich masivními ztrátami. Výrazně omezené jsou u studovaných druhů například geny spojené s některými buněčnými funkcemi, reakcí na stres, nebo tvorbou kořene. Jak ale ukázal další výzkum, spíše než o ztrácení bychom měli mluvit o důkladném „probírání“. Některé skupiny genů jsou totiž u rosnatkovitých mimořádně rozvinuté.
Jedná se – nikoli překvapivě – o geny spojené s jejich unikátní životní strategií. Mezi nimi vyniká systém pro tvorbu a transport vonných látek a cukrů, pomocí kterého masožravky vábí kořist. Genomy studovaných druhů jsou ale bohaté i na membránové receptory a přenašeče signálů umožňující rychlou reakci na přítomnost kořisti. Rozvinutá mašinerie pro vytváření a regulaci trávicích enzymů spojená se systémem pro příjem živin umožňují rychle strávit lapené členovce. A v neposlední řadě jsou u masožravek rozvinuté geny ovlivňující fyzickou stavbu a spínání pastí. Bylo to přitom právě úvodní zdvojení genomu, které mnoho genů uvolnilo pro nové funkce a umožnilo tak razantní změnu způsobu získávání živin.
Použití dalších genů prošlo v evoluci masožravých rostlin výrazným „předrátováním“ – rostliny je nasazují na jiném místě a v jiném čase. To se týká především genů ovlivňujících růst a fungování kořene. Jak jsme viděli výše, část těchto genů z genomu masožravek úplně zmizela. Není se čemu divit. Řada masožravých druhů totiž kořen v obvyklém chápání prakticky postrádá.
Zbylé „kořenové“ geny ale rostliny používají v pastech, které do určité míry funkci kořene nahradily. Stejně jako podzemní části rostlin slouží k příjmu živin. Pouze se nejedná o živiny z půdy, nýbrž živiny z čerstvě rozpuštěné kořisti. Přesto se u nich oproti kořenu uplatňuje jedna výrazná odlišnost. Zatímco v kořenech jsou geny ovlivňující přijímání živin přepisovány neustále, v pastech bývá jejich použití přísně regulováno a vázáno pouze na čas, kdy se zde opravdu zachytila kořist.
V pastech bývají rovněž přepisovány geny, které ostatním rostlinám umožňují reagovat na útoky patogenů a býložravců či další nepříznivé podmínky okolí. To představuje podpůrný důkaz pro hypotézu, že se masožravé chování některých rostlin vyvinulo z reakce na stres.
Masožravky tedy rozhodně nejsou žádnými „chudými příbuznými“ klasických rostlin. Při své potravní specializaci sice ztratily mnoho genů, pro které už nemají využití, zároveň ale vyvinuly celou řadu fenomenálních přizpůsobení. Otázkou tak spíše zůstává, proč k neobvyklým životním strategiím jako je masožravost nepřešlo více rostlinných skupin. Zmnožování genomů zásadní překážku nepředstavuje, protože k němu u rostlin dochází relativně běžně. Nemůžeme ale vyloučit, že se příhodné ekologické „okno“ pro vznik masožravých rostlin otevírá jen vzácně. Definitivní odpověď na tuto otázku ale dají až další výzkumy.
Zdroj: Palfalvi G, Hackl T, Terhoeven N, … & Hedrich R (2020): Genomes of the Venus Flytrap and Close Relatives Unveil the Roots of Plant Carnivory. Current Biology, 30.