Egor Borisovič Malashichev provádí operace na embryích mexických obojživelníků z čeledi Ambystomaceae. Z embryí vyrostou larvy – tzv. axolotly. V přírodě jsou zapsáni v Červené knize Mezinárodní unie pro ochranu přírody, ale v laboratoři jde o zcela běžný druh. Zvláštností axolotla je, že dosahuje pohlavní dospělosti a stává se schopným reprodukce, aniž by se změnil v dospělou formu.
Nejlepší je chovat je v akváriu. Pravda, pokud použijete hormony nebo postupně snížíte hladinu vody, axolotl se promění v dospělého ambistoma. Pokud zůstane ve vodě, zůstane po celý život larvou. Jejich životnost v této podobě může dosáhnout 12 let. K plnohodnotné existenci potřebujete pouze čistou vodu a jídlo. Krmí se speciálním suchým krmivem, mraženými rybami a krvavými červy – larvami komárů.
Je třeba poznamenat, že všechny operace na Biologické fakultě se provádějí pouze na embryích, která ve svém vývoji neukončila dvě třetiny trimestru, protože pozdější fáze vývoje jsou v Evropské unii chráněny zákonem v souladu s evropským Směrnice „86/609/EEC“. Přestože v Rusku takový zákon neexistuje, embryologové na Státní univerzitě v Petrohradě dodržují obecně uznávané normy. Egor Borisovič vysvětlil podstatu jejich výzkumu.
“Naši axolotlové jsou transgenní.” Pocházejí z Technické univerzity v Drážďanech. Pokud na ně posvítíte ultrafialovou lampou, můžete vidět, že svítí zeleně nebo růžově. To je způsobeno skutečností, že v každé buňce axolotlova těla je zabudován gen pro zelený nebo červený fluorescenční protein. Žijí s námi ve tmě, protože při dlouhodobém osvětlení se protein ve své aktivní světelné formě stává pro zvíře škodlivý,“ řekl nám Jegor Borisovič. — Axolotlové kladou poměrně velká vejce – 5 mm v průměru, což je vhodné pro laboratorní pokusy. Když zkřížíte zelenobílého axolotla, polovina vajec je zelená a polovina bílá. Z vajec odstraníme skořápku, ponecháme pouze samotné embryo. Část bílého embrya odřízneme a místo toho do něj transplantujeme část zelenou. Transplantovaný kus snadno zakoření a splyne s tělem hostitelského embrya. A když z ní vyroste larva, podle její zelené barvy snadno určíme, v jaké orgány a tkáně se barevné buňky transplantovaného rudimentu proměnily. Dá se říci, že jde o dlouhodobé, až celoživotní značení jednotlivých částí těla.“
Biologické značení je umělé nanášení značek na skupiny buněk, jednotlivé buňky nebo intracelulární struktury za účelem studia jejich budoucího osudu. Na začátku 1962. století se dělalo značení grafitem, který se na články lepil, ale po čase se rozpustil. Později se do buněk přidávala různá barviva, ale s každým buněčným dělením koncentrace klesala a osud buňky bylo možné sledovat jen velmi krátkou dobu. V případě axolotlů pochází barva ze speciálního proteinu, který byl poprvé objeven u mořských medúz, který pod modrým světlem vyzařuje zelenou záři. Zelený fluorescenční protein objevil japonský vědec Osama Shimomura v roce XNUMX a před pěti lety za objev tohoto proteinu a vývoj dalších fluorescenčních proteinů, které našly široké uplatnění v biologii a medicíně, O. Shimomura a Američané Martin Chalfie a Roger Tsien dostal Nobelovu cenu za fyziologii a medicínu. V axolotl je gen zeleného fluorescenčního proteinu vložen do genomu buňky místo jiného genu. Je exprimován ve všech buňkách kromě erytrocytů. (Genová exprese je proces, při kterém se dědičná informace z genu přeměňuje na RNA nebo protein.)
Co je tak dobrého na tomto zeleném proteinu v axolotlech? Podle Egora Borisoviče Malashicheva bylo pomocí experimentů na těchto larvách již možné potvrdit některé staré a dokonce vyrobit nové. Například v Německu vědci provádějí aplikovaný výzkum axolotlů. Zabývají se regenerací končetin. Pokud uříznete axolotlovi nohu, na jejím místě vyroste nová. Aby vědci vysledovali, ze kterých buněk a jak přesně se nová končetina tvoří, transplantovali před operací do embrya jednu po druhé zelenou tkáň. Nejdřív jen zelená kůže, pak jen mezoderm, pak už jen nervy a tak dále. Vědělo se, že při uříznutí končetiny se buňky rány promění v takové univerzální buňky, ze kterých se pak dá získat cokoli – chrupavka, kůže, svaly.
„Studie ukázala, že buňky si pamatují, jaké byly předtím, a když se končetina obnoví, obnoví přesně tu tkáň, ze které pocházejí. A to je úplně jiný pohled na proces regenerace,“ převypráví Jegor Borisovič práci německých vědců. „To znamená, že přenesením situace na lidi budou vědci schopni porozumět tomu, jak stimulovat buňky k rychlejší regeneraci, a pochopit princip regenerace axolotlské končetiny. U savců na rozdíl od axolotla nová končetina obvykle neroste. Ale pochopení principu regenerace v axolotl může dát impuls pro budoucí vývoj metod regenerace tkání u lidí, pokud víme, které buňky je třeba ovlivnit a jak.“
Je možné, že tyto experimenty v budoucnu umožní člověku obejít se bez protéz a pěstovat nové končetiny, které nahradí ty ztracené. V laboratoři St. Petersburg State University se provádí základní výzkum s cílem pochopit, co se z čeho tvoří. A i malé objevy učitelů spolu se studenty jsou důležité pro základní vědu. St. Petersburg State University tímto způsobem přispívá do pokladnice světového pokroku.
Text a foto: Tatyana Kozlitskaya.
Může mu narůst nové tlapky a ocas, pokud je náhle ztratí. Může se rozmnožovat a přitom zůstat dítětem. Možná nikdy nevyroste – a bude žít déle. Ano, axolotl má spoustu důvodů k úsměvu – dobře se adaptoval
ZOOSPRAVKA
axolotl mexický
Ambystoma mexicanum
Království – Zvířata
Typ – strunatci
Třída – obojživelníci
Řád – ocasatí obojživelníci
Čeleď – Ambystomaceae
Rod – Ambystoma
Druh: ambystoma mexická
Všechno to začalo u Aztéků
Jedním z míst světového dědictví UNESCO v Mexiku je Xochimilco. Z místního jezera vystupují starověké aztécké kanály. Po jejich hladině kloužou lodě s turisty a v hlubinách vod žije prastarý a věčně mladistvý endemit jezera – axolotl mexický. Zpočátku tato zvířata žila ve dvou jezerech, Chalco a Xochimilco, a Aztékové je uctívali jako božstvo: podle jedné verze byl axolotl pojmenován po aztéckém bohu smrti a ničení, podle druhé se jeho jméno překládá jako “hračka do vody.” Jejich božský status však domorodcům nebránil v jejich lovu a využívání k jídlu. Pro axolotly to ale nebyl velký problém – velmi rychle se rozmnožují. Mnohem rychlejší než Aztékové. Potíže pro tento druh začaly již v naší době: jezero Xochimilco, poslední útočiště divokých mexických axolotlů, se postupně stává mělkým – rostoucí Mexico City vyžaduje stále více vody. Nyní jim byl udělen status ohroženého druhu, a to navzdory skutečnosti, že miliony mexických axolotlů prosperují a rozmnožují se v akváriích po celém světě.
Dospělé děti
Axolotl není samostatný druh zvířete, ale larva ocasatého obojživelníka ambistomického. Ale na rozdíl například od pulce (larvy žáby) se axolotl nemusí přeměnit v dospělou formu. Může se dokonce rozmnožovat a přitom zůstat larvou. Tato úžasná schopnost se nazývá neotenie (ze starořeckého νέος – „mladý“ a τείνειν – „protažení“). V neotenii dosáhne dospělý stupeň vývoje pouze reprodukční systém zvířete, zatímco zbývající orgány zůstávají v larválním stavu.
Axolotl má velkou hlavu s tlamou, která se zdá být neustále se usmívající, průsvitnou měkkou kůži pokrývající pevně stavěné tělo, hřbet přecházející v ocasní plovací blánu, slabé tenké nohy a – hlavní ozdoba – luxusní vnější žábry v podobě tří opeřených větví po stranách hlavy. Tito tvorové dýchají i kůží a starší axolotlové mají nutně jednoduché plíce, které dokážou absorbovat kyslík ze vzduchu (u ambistomů se plíce stávají hlavním dýchacím orgánem).
Axolotl vypadá dojemně, jak se na miminko sluší. A jeho dospělá forma, Ambystoma, vypadá jako mlok. Způsob rozmnožování u dospělých a dětí je stejný: samec klade kompaktní spermatofory a samice je do sebe vtahuje kloakou. Den po vnitřním oplodnění naklade na podvodní rostliny velká rosolovitá vajíčka velikosti hrášku, ze kterých se za 20–30 dní líhnou larvy. Novorozený axolotl je vybaven opeřenými vnějšími žábrami, po týdnu mu narostou zadní nohy a po třech měsících přední nohy. Zde může přeměna axolotla skončit a pak se z něj nestane ambistoma, nebo nemusí skončit, záleží na vašem štěstí.
Mimochodem, axolotlové a ambistos byli kdysi popisováni jako různé druhy a dokonce různé čeledi. Ale v roce 1867 bylo několik axolotlů přivezeno ze studeného horského jezera v Mexiku a vypuštěno do teplého rybníka porostlého lekníny v pařížské botanické zahradě. Část první generace jejich potomků považovala takové podmínky za nepřijatelné, proměnila se v ambisty a k nepopsatelnému úžasu francouzských zoologů se doplazila na pevninu. Taxonomie ocasatých obojživelníků musela být naléhavě revidována.
Přechodný věk
Proč axolotlové nevyrůstají? Protože to pro ně není rentabilní, říká nejoblíbenější hypotéza. Žáby a mloci jsou nuceni odejít na souš, protože mělké vodní plochy, do kterých kladou vajíčka, se stávají mělkými a vysychají. Axolotlové žijí v horských jezerech s velmi stabilními podmínkami: čistá studená voda, stálý přísun potravy a minimum ohrožení. Jaký má smysl vyměnit tuto prosperitu za zemi plnou nebezpečí? Proto vůbec první náhodná mutace, která umožnila ambystomům neprocházet metamorfózou a rozmnožovat se ve vodě, byla podpořena přirozeným výběrem a fixována v genofondu. A jejich hypofýza začala produkovat příliš málo hormonu stimulujícího štítnou žlázu, aby stimulovala štítnou žlázu k produkci hormonu tyroxinu, který by měl spustit metamorfózu, ale nyní ji bez zvláštního pozvání nespustí.
Metamorfóza je navíc energeticky velmi náročná záležitost. Ve vodě se axolotl může dožít až 20 let, ale po přeměně (zejména uměle stimulované) v ambistoma žije podstatně méně. Restrukturalizace orgánů a změna systémů podpory života je nákladná záležitost a příroda, jak víme, se vždy snaží snižovat náklady.
Podle jiné hypotézy zůstávají axolotlové dětmi ne kvůli dobrému životu, ale kvůli nedostatku jódu v horských nádržích jejich areálu. Nízký jód – nízká činnost štítné žlázy a nedostatek tyroxinu. Pokud ale zvýšíte hladinu hormonů jejich přidáním do vody nebo jídla, pak se axolotl chtě nechtě bude muset rozloučit s dětstvím.
V přírodě proces přechodu do dospělé formy začíná pouze tehdy, pokud se podmínky změní k horšímu. V zajetí mnoho jedinců zcela ztratilo schopnost metamorfovat a dokonce i ve špatných podmínkách by raději zemřeli, než aby „vyrostli“. To platí zejména pro linie laboratorních zvířat – vždyť právě o larvální stádium je pro výzkum největší zájem. A chov axolotlů je mnohem jednodušší, než se snažit získat potomky od dospělých axolotlů. Takže jedinci, kteří v praxi potvrdili svou schopnost metamorfovat, mají malou šanci ji předat další generaci a umělý výběr posiluje trvalou neotenii u axolotlů. Je možné, že v budoucnu mexičtí axolotlové žijící v zajetí (a jiní nezůstanou) zcela uvíznou v dětství.
Vlastnosti
Život v zajetí
Axolotlové jsou usedlí, ale nenasytní predátoři: jedí ryby, malé obojživelníky, hmyz, korýše a žížaly. V zajetí jsou krmeni proužky syrového masa, kuřecím masem a droby, přičemž dávají pozor, aby se nepřekrmili, ale nenechali je hladové, aby si navzájem neukousali končetiny. Teplota vody by neměla být vyšší než 22 stupňů. Axolotlové se vyhýbají světlu a milují tmavé kouty. Rychle si zvykají na lidi, jedí jim z ruky, dokážou se nechat hladit. V zajetí se dožívají až 20 let.
Příbuzní
Slepí draci
Americké a evropské protey jsou neotenické larvy ocasatých obojživelníků, které ztratily schopnost metamorfovat a přešly na vodní životní styl. A o zrak přišli i evropské protey, které žijí výhradně ve věčné temnotě podzemních řek a jeskynních nádrží Dinárské vrchoviny. Ale reagují na světlo celým povrchem kůže, loví pomocí elektromagnetických senzorů, mají seismicky citlivé buňky jako boční linie ryb, mohou se postit 10 let a jejich očekávaná délka života dosahuje 70 let – neuvěřitelná doba pro 30 let. -centimetrové zvíře. V drsném středověku byly protey vynesené na povrch během povodní považovány za dračí mláďata a byly pro každý případ zabity. Nyní je evropský Proteus pod přísnou ochranou.
Orgány v proudu
Snad nejlaboratornějším zvířetem je mexický axolotl: naprostá většina jeho populace žije ve vědeckých laboratořích. Proč je vědci tak milovali? Důvodů je mnoho.
Pro jejich nenáročnost: chov axolotlů je jednodušší než u většiny akvarijních ryb. Pro plodnost: neotenie jim umožňuje pohlavně dospívat v deseti měsících a produkovat až pět tisíc vajíček třikrát ročně: neocenitelná kvalita pro genetický výzkum. Pro velká vejce: ideální materiál pro experimenty s embryonálním a jaderným přenosem. Axolotl embrya jsou vhodná pro studium primární indukce, procesů specializace tkání, vývoje smyslových orgánů atd.
A samozřejmě, biologové po celém světě axolotl zbožňují pro jeho hlavní tajemství – neuvěřitelnou schopnost regenerace. Pokud axolotl s něčí pomocí ztratí ocas, tlapku nebo žábru, pak mu za pár měsíců vyroste nový orgán, o nic horší než ten starý. Jedná se o unikátní schopnost reparativní regenerace obratlovců. Odpověď na otázku, jak to axolotl dělá, může znamenat nový milník v medicíně. Ale zatím máme jen průběžné výsledky.
Například objev nečekaně důležité role buněk makrofágů. Jejich funkce je tradičně redukována na požírání mrtvých a cizích buněk, bakterií a dalších nežádoucích činitelů. Ukázalo se, že axolotlské makrofágy dorazí do rány rychleji než savčí makrofágy. Pokud jsou jeho makrofágy zablokovány, pak místo nové končetiny vytvoří axolotl pahýl zjizvené tkáně, stejně jako ten náš. Vědci nevylučují, že právě molekuly vylučované makrofágy jsou klíčem k regeneraci orgánů.
Scéna
A možná je tajemství regenerace axolotlů v jeho neotenii. U dospělých s ambistomy se to, co je odříznuto, již neobnovuje. A u axolotlů se v místě amputace objevují buňky podobné buňkám růstových zón končetin u savčích embryí. My lidé také „víme, jak“ obnovit ztracené orgány, ale bohužel pouze před narozením. A velmi nás zajímá, jak si axolotl dokázal tuto schopnost udržet i poté. Je dost možné, že se nám to podaří aplikovat v praxi.
Člověk je přece také tvor spíše neotenický. Po celý život si zachováváme mnoho rysů a duševních aktivit charakteristických pro naše předky primátů pouze v dětství. Naše touha po objevování, hravost a zvědavost jsou z biologického hlediska opravdovým štěněcím věkem.
“Nebyli to lidské bytosti, ale u žádného jiného zvířete jsem nenašel tak hluboké spojení sám se sebou.”, – napsal Argentinec Julio Cortazar v roce 1952 v příběhu „Axolotl“. Možná ne nadarmo vidíme svůj odraz v jejich netečně usměvavé tváři.
Materiál byl publikován v časopise „Around the World“ č. 3, březen 2015
