Jak vidí hlubokomořské ryby? Odpověď hledá nový ERC

„Naším primárním cílem je pochopit hranici, čeho je schopné obratlovčí oko! Většina obratlovců má velmi podobnou – evolučně konzervovanou – strukturu oka. Právě studiem extrémů jako je oko hlubokomořských ryb se můžeme dozvědět i mnoho užitečných poznatků o lidském oku nebo získat inspiraci například pro konstrukci teleskopů,“ líčí Zuzana Musilová z Přírodovědecké fakulty UK, která nyní získala prestižní ERC Consolidator grant.

„Ryby obecně vidí mnohem lépe než člověk! Navíc ryby jsou nesmírně rozmanitou skupinou živočichů – evolučně si vyvinuly řadu ‚divností‘. Kdybychom měli ze všech obratlovců vybrat deset největších adaptací očí – devět z deseti budou jistě ryby,“ říká evoluční bioložka Zuzana Musilová z Přírodovědecké fakulty, které učaroval výzkum smyslových orgánů hlubokomořských ryb, především zraku. Před čtyřmi lety se jejímu týmu podařilo v oku některých hlubokomořských ryb objevit unikátní sadu pigmentů – rhodopsinů a s překvapivým objevem se dostali dokonce i na titulku vědeckého magazínu Science.

Nyní Zuzana Musilová získala prestižní Consolidator grant od Evropské výzkumné rady (ERC). V aktuálním kole uspěl i její spolužák z Přírodovědy Matyáš Fendrych, který se věnuje výzkumu rostlinného hormonu auxinu – více v samostatném článku.

„V ERC projektu chceme navázat na naše předchozí výsledky a zjistit, jak přesně to funguje – jak vidí hlubokomořské ryby. Díky nedávnému rozvoji technologií můžeme nyní sekvenovat RNA na úrovni jednotlivých buněk, což nám umožní studovat jednotlivé světločivné buňky v rybím oku,“ líčí evoluční bioložka.

K čemu je to dobré? „Naším primárním cílem je pochopit hranici, čeho je schopné obratlovčí oko! Většina obratlovců má velmi podobnou – evolučně konzervovanou – strukturu oka. Právě studiem extrémů jako je oko hlubokomořských ryb se můžeme dozvědět i mnoho užitečných poznatků o lidském oku nebo získat inspiraci například pro konstrukci teleskopů,“ líčí Zuzana Musilová a jako konkrétní příklad uvádí vyžití jedné chemické látky z hlubokomořských ryb pro experimentální léčbu zeleného zákalu. Způsob vyrovnání se s vysokým očním tlakem se zdá být univerzální. Úspěšná držitelka ERC grantu zároveň připouští, že ačkoliv se to na první pohled může zdát velmi nepravděpodobné i její výzkum může mít jednou biomedicínské využití, i když to není primárním cílem jejího výzkumu. „Naším cílem je skutečné základní výzkum – pochopit podstatu, jak oči fungují. Ale nikdy nevíte, zda to jednou nenajde nějaké praktické využití,“ dodává.

Vidí ryby barevně?

Co už o zraku ryb víme? „Ryby obecně vidí barevně a vidí většinou lépe než člověk. Většina savců má jen dva barevné kanály, člověk je na tom lépe – má tři – červenou, zelenou a modrou, ale ryby mají klidně čtyři až pět a vidí například v UV spektru nebo jsou schopné rozlišit mnohem více detailů v modrém a zeleném spektru. Ale o tom, jak přesně vidí hlubokomořské ryby zatím příliš nevíme,“ popisuje Musilová, kterou nejrůznější adaptace rybích očí na hlubokomořský život přímo fascinují.

„Hlubokomořské ryby se musely přizpůsobit, aby i více než šest set metrů pod hladinou uměli zachytit fotony, které jsou v takových hloubkách už velikou vzácností. Díky tomu pak dokáží lépe hledat potravu, partnera nebo se vyhnout predátorům,“ vysvětluje vědkyně. Kromě morfologických adaptací, jakou jsou obrovské bulvy nebo například oči vypadající jako teleskopy se tyto ryby přizpůsobují i na buněčné a molekulární úrovni. „Již desetiletí víme, že některé druhy mají na sítnici například několik vrstev světločivných buněk – tyčinek, které jsou citlivé na světlo a umožňují černobílé vidění. Jiné skupiny mají zase tyčinky extrémně dlouhé. Některé skupiny ryb, na které se zaměřujeme, mají několik různých tyčinkových rhodopsinů, které by teoreticky mohly umožnit barevné vidění, což by byla mezi obratlovci výjimka – barevného vidění se totiž jinak vždy účastní čípky. Zajímá nás, zda hlubokomořské ryby vidí barevně a pokud ano, jak,“ líčí Zuzana Musilová, která nastiňuje dvě možné hypotézy. „Jedna z možností je, že vidí skutečně barevně a dokáží si díky tomu vybírat kořist například podle toho, co mají nejraději. Podobně jako lidské oko, které vidí v barevném spektru od fialové přes modrou, zelenou, žlutou až červenou, tyto ryby by dokázaly rozlišovat třeba odstíny od tmavě modré po světle zelenou.

Druhá hypotéza je, že nejsou schopny rozlišovat barvy, ale dokáží detekovat intenzitu světla v celém barevném spektru,“ popisuje vědkyně, která by na konci pětiletého projektu ráda znala odpověď, jak přesně to funguje. „V předchozí publikaci v Science jsme popsali něco nového, ale nevěděli jsme, jaký je ten molekulární mechanismus na úrovni jednotlivých buněk–tyčinek. Tomu teď chceme porozumět! Může to znít jako malý krůček, ale pokud se nám podaří objasnit, že jde buď o barevné vidění, nebo naopak o jakési „supervidění“ bez ohledu na vlnovou délku, tak to bude v obou případech naprostý unikát mezi obratlovci,“ vysvětluje.

Podělit se o rybu

Unikátností celého projektu je kombinace nejmodernějších metod, ojedinělých vzorů a základní lidská touha po poznání. Jak takový výzkum probíhá? „Naprostou většinu času sedím u počítače a analyzuji sekvenační data. Část práce – příprav vzorků na sekvenování – probíhá i v laboratoři, ale tam se dnes již moc nedostanu a většinu to dělají moji šikovní studenti. Ta nejvzácnější a nejdůležitější část je terénní část výzkumu – odlov ryb na moři,“ líčí vědkyně, která se na expedice vydává většinou ve spolupráci s dalšími výzkumnými týmy.

„Je to extrémně vzrušující – nikdy nevíte, co vylovíte,“ popisuje. O kořist se pak spravedlivě dělí. „Záleží s jakými týmy se na lodi potkáme – často je zajímají například bezobratlí nebo jiné druhy, ale už se nám stalo, že jsme se dělili i o oči,“ vzpomíná vědkyně, která zároveň připouští, že právě vzorkování bude i jednou z výzev celého projektu. „Nějaké druhy už máme nasbírané, ale dále to bude záležet, co se nám podaří odlovit – je to stále terénní výzkum, což s sebou nese obrovskou míru nejistoty, ale s tím jako biologové musíme počítat,“ říká.

Jak se z genů pozná funkce oka? „U hlubokomořských ryb je ta potíž, že je nelze přímo studovat, nemůžeme dělat pokusy týkající se jejich chování, takže se zaměřujeme na analýzy DNA a RNA,“ popisuje Zuzana Musilová. Výhodou je to, že struktura rhodopsinu obratlovců je velmi dobře prozkoumaná a ví se, jak které mutace ovlivňují strukturu a tedy i schopnost a citlivost barevného vidění. Díky tomu pak lze modelovat a predikovat funci rhodopsinů i u zvířat, která nelze přímo studovat. „Zajímá nás nejen pořadí aminokyselin – informace v DNA – ale i míra genové exprese, neboli kolik se kterého genu používá, což lze zjistit z molekul RNA,“ vysvětluje evoluční bioložka.

Neodfláknout přípravu

„Grant jsem finálně odevzdávala v šestinedělí, což bylo možné zejména díky férovému rozdělení péče o dcerku s manželem – také vědcem. A díky workshopům, které organizuje Technologické centrum Akademie věd, jsem projekt měla napsaný již o půl roku dříve. To je velmi užitečné, protože pak máte dostatek času na vylepšování,“ říká Zuzana Musilová, která nejvíce oceňuje zpětnou vazbu. „Celý ten přípravný proces je pro nás žadatele nesmírně užitečný – od počátku dostáváte cennou zpětnou vazbu od lidí, kteří sami již ERC grant získali, účastnili se pohovoru, nebo byli v hodnotících panelech. To vám pomůže přehodnotit výzkumný směr a na co všechno se chcete zaměřit, ale třeba i zvolit správný způsob komunikace,“ shrnuje úspěšná žadatelka, která zdůrazňuje, že jen nápad nestačí! „Pečlivé zpracování je stejně důležité jako samotná výzkumná otázka a možná právě to rozhoduje o úspěšnosti žádosti, protože v druhém kole už se potkáváte s ostatními žadateli, kteří všichni měli nějaký dobrý nápad.“

Využila i služeb expertů na prezentace nebo rétoriku? „Ne, to ne! To byla hranice za kterou jsem jít nechtěla. Kolega z Německa mi dokonce říkal, že si na to najímají agentury, ale já jsem si chtěla zachovat autenticitu a prezentaci jsem si připravovala sama. Hodně jsem ji ale upravovala právě na základě zpětné vazby od kolegů a kolegyň,“ říká vědkyně, která o psaní ERC projektu přemýšlela více než rok. „Když to pak začnete sepisovat, mnoho věcí se vám ujasní – já jsem například zjistila, že můj prvotní nápad byl příliš obsáhlý a byl by z toho takový kočkopes. Právě i díky workshopům a zpětné vazbě jsem se rozhodla pro jednodušší dějovou linku,“ vzpomíná Zuzana Musilová a doporučuje přípravu opravdu nepodcenit a neodfláknout!