Jakou barvu má krev ještěrek?

Američtí zoologové zjistili, že různé druhy zelenokrevných ještěrů v procesu evoluce čtyřikrát nezávisle na sobě změnily barvu krve z karmínově červené na zelenou. V článku publikovaném v Věda Zálohy, vědci hovoří o výsledcích fylogenetické analýzy 51 druhů ještěrek a šesti z nich se zelenou krví, z rodu Prasinohema.

Scinkové zelenokrevné (neboli ještěrky zelené krve) žijící na ostrově Nová Guinea mají zelenou krev kvůli přebytku žlučového barviva biliverdinu. Krev dává zelený nádech svalové tkáni, kostem, jazyku a sliznicím ještěrek. Biliverdin vzniká jako meziprodukt rozkladu hemu (komplex hemoglobinu a iontu železa). Pro naprostou většinu vyšších obratlovců je biliverdin toxický, takže se rychle redukuje na další pigment, bilirubin, který je vázán sérovými proteiny. Zvýšená koncentrace biliverdinu v krvi se objevuje, když člověk trpí onemocněním jater (včetně hepatitidy). Nadbytek biliverdinu dodává kůži a očnímu bělmu během nemoci žlutý odstín. Maximální známá koncentrace biliverdinu v lidské krvi byla 50 mikromolů a nadbytek pigmentu vedl ke smrti pacienta. U ještěrek zelenokrevných je koncentrace biliverdinu v krvi 15-20krát vyšší (714-1020 mikromolů). Kromě scinků se zvýšené koncentrace biliverdinu nacházejí v krvi některých druhů ryb a žab, v hmyzu a ve skořápkách vajec u různých druhů ptáků.

Proč se ještěrky adaptovaly na vysoké koncentrace biliverdinu v krvi, není známo. Svou roli mohly hrát antimikrobiální vlastnosti pigmentu. Navíc je to silný antioxidant, který také zabraňuje vzniku mutací. Jak se plazi vyrovnají s takovou koncentrací toxické látky, je také stále nejasné. Případně i jako mořské ryby Clinocottus analis, kteří mají zvýšenou koncentraci biliverdinu v krvi. V nich je pigment vázán sérovým albuminem a zůstává ve formě netoxického komplexu.

V nové studii se zoologové z Louisianské státní univerzity a Amerického přírodovědného muzea pod vedením Christophera Austina rozhodli vysledovat vývoj zelené krve. Provedli fylogenetickou analýzu více než pěti tisíc ultrakonzervovaných prvků z genomů 51 druhů australských skinků, včetně šesti druhů ještěrek zelenokrevných (dva z nich nebyly dosud popsány), a postavili fylogenetický strom.

Analýza ukázala, že rezistence na biliverdin vznikla na ostrově Nová Guinea. Poslední společný předek všech šesti druhů zelenokrevných ještěrů byl ostrovního původu. Vědci také zjistili, že tato vlastnost vznikla u různých druhů čtyřikrát, nezávisle na sobě. Ve své další práci vědci očekávají, že identifikují geny odpovědné za zelenou krev u skinků.

Zhruba před rokem vyvolaly bulvární tisky velký rozruch, když se v Británii narodilo štěně labradora s výrazným zeleným zbarvením. A šlo o delší kontakt s biliverdinem, který je obsažen v placentě. Několik týdnů po narození získávají „zelení“ psi svou přirozenou barvu.

Jekatěrina Rusáková
Našli jste překlep? Vyberte fragment a stiskněte Ctrl + Enter.

Vyrostou z nich lidé?
Jak vypadá a je schopno pět umělých lidských embryí

Před čtyřiceti lety britští bioetici rozhodli, že lidská embrya by neměla být pěstována in vitro déle než 14 dní. Embryologové se tehdy nehádali – nikomu se nepodařilo udržet embryo v laboratoři déle než týden. Od té doby se kultivační techniky změnily a nyní se až pět výzkumných skupin současně přiblížilo hranici 14. dne. Je pravda, že není jasné, zda porušili zavedené pravidlo nebo ne – a jak se toto pravidlo nyní obecně uplatňuje. Dvouvrstvý standard Po dvou týdnech od oplodnění je lidské embryo stále pouhým okem špatně viditelné – je velké jen desetinu milimetru. Ale ještě těžší je v něm rozeznat budoucího člověka. Většina tuberkula připojeného k děloze je obsazena extraembryonálními tkáněmi – tedy strukturami, které zajišťují existenci člověka uvnitř matky a nemají s jeho životem po porodu nic společného. Nejvíce prostoru zabírá trofoblast, nejvzdálenější z extraembryonálních vrstev. Volná sbírka buněk, která prorůstá do stěny dělohy a tvoří tam „dětskou“ část placenty. Uvnitř trofoblastu je choriová dutina, velká bublina s kapalinou. Následují dva menší měchýře, amnion (během vývoje vyroste do největší z embryonálních membrán) a žloutkový váček (ten se nakonec stane součástí střeva). Mezi nimi je ve skutečnosti sevřeno embryo – dvě vrstvy buněk. Neobsahuje ještě žádné orgány, tkáně, dokonce ani osy těla. Lze rozpoznat pouze vršek a spodek (budoucí záda a žaludek): horní hypoblast pomáhá budovat amnion, spodní epiblast prorůstá do žloutkového váčku. Na začátku třetího týdne vývoje by se v epiblastu měla objevit prohlubeň – primární pruh. Táhne se podél celého embrya a umožňuje vám vidět, kde bude hlava a ocas, stejně jako pravá a levá strana. Prostřednictvím deprese primitivního pruhu buňky migrují mezi vrstvami a tvoří třetí vrstvu embrya (to se nazývá gastrulace). Poté můžeme předpokládat, že prototyp osoby je připraven. Má již tři osy těla a tři vrstvy, ze kterých lze toto tělo sestavit. Horní vrstva bude produkovat kůži a nervový systém, spodní vrstva bude produkovat střeva a vnitřní orgány a střední vrstva bude produkovat svaly a kostru. Embryo se v této fázi nemůže rozdělit na dvě plnohodnotná dvojčata, v lepším případě bude výsledkem siamská. Na základě těchto a některých dalších úvah navrhla Britská komise pro studium lidského oplodnění a embryologie v roce 1984 zastavit všechny experimenty s lidskými embryi na 14. den vývoje nebo ve stádiu primitivních pruhů (náš materiál „o 14 dní později“ je věnován k tomuto). Toto pravidlo se stále dodržuje: někde se stalo součástí legislativy, jinde zůstává na úrovni doporučení vědecké komunity. V roce 2021 však vědci připustili, že jednoho dne bude nutné z tohoto pravidla udělat výjimky – aby bylo možné studovat fáze lidského vývoje, které nelze pozorovat na skutečných embryích. Ale zatím se k tomu nikdo neodhodlal. Navíc donedávna nikdo nedokázal vypěstovat ani dvoutýdenní embryo. O krok blíž To je o to překvapivější, že samotné embryo je před gastrulací strukturováno extrémně jednoduše: pouze dvě vrstvy buněk a žádná zdánlivě složitá topologie. Navíc u myších embryí, u nichž jsou raná stádia vývoje strukturována přibližně stejně, se embryologové posunuli mnohem dále – a vypěstovali je do stádia, ve kterém se objevují prekurzory nervového systému a bije analog srdce ( u lidí k tomu dochází na konci třetího týdne embryogeneze). S lidmi se to ukázalo být složitější – ze dvou důvodů. První je, že se vědci snaží obejít bez zárodečných buněk (jelikož vajíčka se na rozdíl od spermií získávají poměrně obtížně a umělá zatím nevíme). To znamená, že se musíme naučit sbírat embrya z kmenových buněk a kontrolovat, zda se vyvíjejí jako skutečná. Taková embrya existují již několik let (přečtěte si o nich v materiálu „Ahoj, gholo!“). Ale vychovávat je déle než týden je obtížné, protože – a zde přichází druhý důvod neúspěchu – se embryo musí uhnízdit ve stěně dělohy. A umělou dělohu ještě nikdo nevynalezl. To znamená, že musíte nějakým způsobem napodobit celý soubor signálů, které by embryo mohlo dostat od své matky – mechanické, chemické a buněčné – nebo se bez nich naučit obejít. Nyní pět skupin vědců ukázalo, jak by to mohlo fungovat. Čínští vědci ze skupiny Tianqing Li z Kunmingské univerzity vědy a technologie odebrali embryonální kmenové buňky (jedná se o kulturu buněk z embrya ve fázi několikadenního vývoje), rozdělili je do dvou skupin a první ošetřili pouze signalizační látky, takže buňky zůstaly „naivní“ a druhé – jinými, takže se buňky promění v analog trofoblastu. Všechny buňky byly poté smíchány dohromady a vytvořily trojrozměrné koule. Lee a kolegové je nazvali E-assembloids (kde E znamená embryonální). Zpočátku rostli assembleloidi pouze do třetího dne v kultuře. Ale poté, co embryologové vybrali podmínky a začali je jeden po druhém léčit různými signálními molekulami, dokázali vydržet osm dní. Navíc se uvnitř kuliček objevily dvě klíčové dutiny: amniová dutina a žloutkový váček. A soudě podle exprese genů se v asembloidech vytvořilo mnoho typů buněk nezbytných pro embryo před gastrulace: nejen epiblast a hypoblast, ale také tkáně extraembryonálních membrán a dokonce něco podobného budoucím buňkám primitivního pruhu. Pravda, na trofoblastu, nejvzdálenější vrstvě, nerostly asembloidy. Lee a jeho kolegové věří, že je to ještě k lepšímu: takto nebude mít nikdo otázky ohledně etiky experimentu – okamžitě je jasné, že embryo je vadné. Pro jistotu ukončili kultivaci po osmém dni. I když si při diskusi o svých výsledcích položili otázku: může se taková struktura posunout do další fáze vývoje, o krok blíže k třívrstvému ​​člověku? Přes krok Přísně vzato odnikud nevyplývá, že umělá embrya, která se vyvíjejí v umělých podmínkách, musí projít všemi stejnými stádii, jaké jsou vědci zvyklí pozorovat u běžných embryí. Například: do konce prvního týdne má být lidské embryo dutou buněčnou koulí se shlukem buněk na jedné straně. Toto je stádium blastocysty a právě v této formě embrya obvykle začínají implantaci. Ale v experimentu Leeho a jeho kolegů nebyly žádné blastocysty – v asembloidech se okamžitě začaly tvořit amnion a žloutkový vak. Totéž se stalo v práci publikované americkými embryology pod vedením Berny Sozen z Yale University. Tento tým neskládal embryo z několika částí. Jednoduše kultivovali embryonální kmenové buňky postupně v různých prostředích: nejprve v takovém, které podporuje spontánní buněčnou diferenciaci, a poté v takovém, které se používá pro práci s postimplantačními embryi. V důsledku toho se kulovité hromádky staly podobnými tomu, jak vypadá embryo devátého dne vývoje: dvě dutiny a mezi nimi dvouvrstvý most. Sozen a jeho kolegové nazvali tuto konstrukci extraembryoidní (protože zahrnuje nejen samotnou embryonální část, ale také extraembryonální membrány). Sozenova skupina držela extraembryoidy v kultuře pouhých šest dní. Poté je rozebrali na jednotlivé buňky a zjistili, že soudě podle souboru exprimovaných genů šly extraembryoidy mnohem dále. Například uvnitř epiblastu byl objeven gradient exprese genů spojených s předozadní osou – to znamená, že se objevily známky znaků charakteristické pro gastrulace. A v některých buňkách byly dokonce markery gastrulace (například geny pro buněčné kontakty, které buňkám umožňují plazit se a pohybovat se do prostoru mezi vrstvami) a primitivního pruhu. Ukazuje se, že navenek extraembryoidy stále odpovídají raným fázím vývoje, ale jednotlivé buňky v jejich složení jsou již připraveny na gastrulaci nebo jí dokonce prošly. Znamená to, že tento proces, stejně jako stadium blastocysty, lze v zásadě přeskočit, protože potřebné buňky se již objevují samy? V roce 2021 již takové předpoklady byly vysloveny: tehdy skupina embryologů uvedla, že savci by se teoreticky mohli obejít bez primitivního stadia pruhu. To znamená, že osy symetrie, tělesné znaky a třetí buněčnou vrstvu bude nutné získat v každém případě – ale proces jejich získávání může začít na úrovni jednotlivých buněk, aniž by se vytvořila samotná struktura, na které se 14. – vychází pravidlo dne. A pokud neexistuje žádná struktura a vývoj probíhá jiným tempem, jak pak lze zjistit, zda embryo prošlo kritickou fází? Buďme plošší, být nazýván lidským zárodkem je možné nejen nemít primární pruh, ale také nebýt vůbec koule. Alespoň to se stalo v experimentu s umělými embryi, který provedla skupina Mo Embrahimkhani (Mo R. Ebrahimkhani) z Pittsburghu. Tito výzkumníci, stejně jako Liova skupina, sestavili embryo ze dvou částí: konvenčních kmenových buněk (tentokrát indukovaných pluripotentních, tedy analogů embryonálních získaných z dospělých buněk pomocí přeprogramování) a transgenních. Gen v nich vložený posunul jejich vývoj směrem k extraembryonálním tkáním. A skutečně, po pěti dnech života v kultuře se nad dvouvrstvým diskem vytvořila amniová dutina. Ale jak Ebrahimkhani a jeho tým pěstovali embrya na miskách, rozprostřela se na substrát a získala formu konvexních disků. Říkalo se jim tak – discoids (v originále iDiscoids, kde i znamená „indukované“). Dále se ukázalo, že buněčné vrstvy uvnitř diskoidů jsou heterogenní a je v nich patrný gradient genové exprese, podobný rudimentu předozadní osy. A některé buňky, soudě opět podle práce genů, se připravovaly na přeměnu ve žloutkový váček a prekurzory krvetvorných buněk. Embrahimkhani a kolegové končí svůj článek odstavcem věnovaným etickým otázkám experimentu. Diskoid, říkají, je prostě pohodlný model – je snadno reprodukovatelný a nenáročný, takže jej lze použít ke studiu raných fází vývoje s jejich signálními kaskádami a možnými anomáliemi. Ale nemá šanci na lidský život: žádný uzavřený žloutkový váček, protože je rozprostřena na substrátu, natož trofoblast. I kdyby byl vytržen z kultivační misky a transplantován do skutečné dělohy, nebude se tam moci implantovat – a jak pak můžeme mluvit o plném rozvoji člověka? Model pro sestavení Problém extraembryonálních tkání se ukázal být mnohem obtížněji řešitelný než problém sestavování umělých embryí (kterým se každá výzkumná skupina zabývala samostatně). Dvouvrstvý kotouč roste tak či onak, ale obklopit jej potřebným počtem pomocných bublin při absenci mateřské podpory se ukázalo jako téměř nemožné. Tomu čelil i čtvrtý tým – z laboratoře Magdaleny Zernicka-Goetz, embryoložky z Cambridge, která jako jedna z prvních pěstovala umělá embrya in vitro a ohrozila tak existenci pravidla 14 dnů. Cambridgeští vědci shromáždili jejich embrya ze tří skupin buněk: obyčejných kmenových buněk (měly plnit roli epiblastu) a dvou transgenních (pod vlivem integrovaného genu se proměnily v hypoblast a trofoblast). Výsledné buněčné kuličky přeskočily stádium blastocysty a okamžitě se posunuly dále do stádia 8-9 denního vývoje a vytvořily amniovou dutinu. Stejně jako v předchozích modelech tyto embryoidy obsahovaly germinální a extraembryonální buňky a nevyrostl v nich plnohodnotný trofoblast. Uvnitř kuliček si ale vědci všimli další důležité skupiny buněk – prekurzorů zárodečných buněk. Obvykle se objevují u embryí blíže ke třetímu týdnu vývoje. Tedy právě ve chvíli, kdy se z embrya z pohledu vědecké komunity stane člověk (do té míry, že experimenty s ním vyžadují samostatné povolení), objeví se v něm zárodek další generace lidí. V embryoidách Zernitsky-Goetz a jejích kolegů tak vznikl jakýsi anachronismus: embryonální tkáně se vyvíjejí podle plánu (nebo dokonce před plánem), ale extraembryonální tkáně nikoli. Embryologové z Cambridge zdůrazňují, že jejich embryoidy jsou modulární. Embrya se odebírají ze tří různých typů buněk, a to transgenních, což znamená, že dále v experimentu můžete vzít buněčné linie s různými mutacemi nebo jinými transgeny a zkontrolovat, jak ovlivňují vývoj celého embryoidu. Velmi užitečný model – ale pouze model, protože sám o sobě není schopen implantace ani přechodu do dalších fází. Postrádá extraembryonální části – a bez nich nejsou skutečné lidské části schopny ničeho. Co je to člověk?Tento problém nemá ani páté umělé embryo. Dala to dohromady skupina Jacoba Hanny. Hanna z Weizmannova institutu v Rehovotu je stejná skupina, která jako první pěstovala myší embrya in vitro do stadia tvorby končetin. Začali v podstatě stejným způsobem jako jejich kolegové z Cambridge, se třemi skupinami transgenních buněk. Pak zjistili, že pokud jsou kultivační podmínky dobře vybrány, i obyčejné, netransgenní buňky se samostatně promění v epiblast, hypoblast a trofoblast. Byly formovány do kuliček a ponechány růst v trojrozměrné kultuře na houpací plošině. To, co vyrostlo, se nazývalo SEM – model embrya kmenových buněk. SEM také ignorovaly fázi blastocysty a šly rovnou do 9. až 10. dne vývoje. A pak jsme šli dál. Dostali všechno: amnion a žloutkový váček, obrysy předozadní osy, prekurzory zárodečných buněk, dutinu choria, rudimentární trofoblast a dokonce i rudimentární pupeční šňůru. Khanna a jeho kolegové usoudili, že to odpovídá dnům 13-14 lidského vývoje, a svůj experiment zastavili. Ale asi ne na dlouho. Sami vědci, stejně jako autoři jiných prací, trvají na tom, že prostě vylepšují model – a takový, který je vhodný pro výzkum, „i když se tak úplně nepodobá skutečnému lidskému embryu“. Ale oni sami si všimli, že jejich SEM jsou strukturálně velmi podobné tomu, co lze nalézt ve stěně dělohy během těhotenství. Poté, co se tyto předtisky o umělých embryích objevily online, skupina cambridgeských bioetiků řekla, že je čas vyvinout nová pravidla – a slíbila, že předloží návrh do podzimu. Předchozí soubor doporučení platí pouze pro skutečná lidská embrya. Nové předpisy musí nějak popsat etická omezení ohledně laboratorních struktur, které si sami tvůrci netroufají nazvat člověkem, ale pouze modelem jemu blízkým. Pravda, čím dále, tím těžší je říci, zda máme skutečně co do činění s modelem, nebo skutečným lidským embryem sestaveným z jednotlivých buněk in vitro. Kritéria, o která se bioetici opírali před čtyřiceti lety, postupně ztrácejí na aktuálnosti. Nemá smysl počítat dny, které embryo strávilo v laboratoři, protože nezačíná od nuly a přeskakuje fáze, vyvíjí se svým vlastním tempem. Ověřit, zda embryo získalo všechny potřebné vlastnosti, nelze, protože transplantaci do skutečné dělohy si nikdo netroufne (zde nelze očekávat žádné zmírnění doporučení a zákonitostí). Můžete si samozřejmě počkat, až se objeví primární pruh – ale není zaručeno, že se bez něj další umělé embryo neobejde. Zbývá jen vypočítat fázi vývoje na základě genové exprese a souboru typů buněk – ale existuje šance, že k úplné shodě nikdy nedojde. A budeme muset nějak založit samostatnou, molekulární linii – za kterou končí model člověka a začíná skutečný člověk. Důvod k aplikaci nových pravidel se může objevit již brzy. V poslední větě svého článku Hannah a kolegové uvádějí, že zjištění, zda se lidský SEM může dále vyvíjet, je „experimentálně kritické“.

Zeptáte-li se dítěte, jakou barvu má krev zvířat, směle odpoví, že je červená. Téměř všichni obratlovci mají šarlatovou nebo karmínovou krev. Na planetě však existují stvoření s modrou, zelenou, růžovou a dokonce i průhlednou krví.

Podívejme se, co dělá krev červenou. Podílí se na tom komplexní velký protein, hemoglobin. Nachází se v červených krvinkách – erytrocytech a slouží k transportu kyslíku. Hemoglobin obsahuje železo, které dává krvi červenou barvu.

Odkud se berou tvorové s jinou barvou krve? Faktem je, že hemoglobin není jediným proteinem, který přenáší kyslík. U některých zvířat hrají tuto roli v těle jiné látky. Zveme vás, abyste se blíže podívali na zvířata, která mají neobvykle zbarvenou krev.

Skinkové zelené krve

Nová Guinea je domovem několika druhů ještěrek scinků se zelenou krví. Tuto barvu má nejen jejich krev, ale i jazyky a dokonce i svaly.

Kyslík v těle takových ještěrů nese obyčejný červený hemoglobin. Tak proč je krev zelená? Podílí se na tom pigment biliverdin. Je tak hustý, že zakryje červený hemoglobin a zbarví krev do zelena.

Navíc je v těchto ještěrkách tolik biliverdinu, že by ho člověk s takovým množstvím v těle prostě nepřežil. A toto malé stvoření se zelenou krví, jak se říká, kvete, voní a cítí se skvěle.

Krokodýlí ledová ryba

Ale krokodýlí ledovci, kteří žijí v chladných vodách Antarktidy, mají obecně čistou krev. Ano, ano, čtete vše správně.

proč tomu tak je? Jejich krev neobsahuje hemoglobin ani jiné proteiny, které saturují krev kyslíkem. Do těla se dostává přímo, jako by se vstřebával do krve žábrami a kůží. K tomu se ryby úplně zbavily šupin. No, jméno ryby je také působivé. Krokodýl. Ledový.

Chobotnice

V našem výběru jsou i stvoření, která mají ve skutečnosti modrou krev. Jeho Veličenstvo Chobotnice. Vtipy stranou, tito hlavonožci mají modrou krev.

Roli transportu kyslíku zde totiž hrají bílkoviny hemokyaninu, které v hlubokomořských podmínkách fungují lépe než hemoglobiny. Pokud hemoglobin obsahuje železo, pak hemocyanin obsahuje měď. To dává krvi její modrou nebo modrou barvu.

Krev této barvy se nenachází jen u chobotnic, ale také u raků, pavouků, štírů a některých měkkýšů.

podkovovité kraby

Krabi podkovy mají také modrou krev, která mimochodem přinesla lidstvu velké výhody. V krvi mají mobilní buňky – amébocyty. Když jsou detekovány bakterie, tyto buňky vylučují viskózní gel a napadají patogeny.

Tato vlastnost byla objevena v polovině 20. století, studována a používána při výrobě „lidských“ vakcín – aby bylo očkování bezpečné. Teď už víte, komu poděkovat.

Brachiopodi

A existují stvoření, jejichž krev může měnit barvu: od průhledné po růžovou a fialovou. Říká se jim ramenonožci. Žijí v oceánu a vypadají velmi podobně jako měkkýši.

Proč jejich krev produkuje tak „barevnou hudbu“? Transport kyslíku v těle těchto tvorů zajišťuje pigmentovaný protein – hemerytrin. Krev vypadá bezbarvá nebo lehce nažloutlá. Jakmile se však nasytí kyslíkem, změní barvu na fialovou nebo růžovou.