Ladislav Machala: Kterak měkkýši k Nobelovým cenám přispěli

Posted On 19. 2. 2022

Přesto „šneci“veřejnost opravdu nezajímají…

Pokusná laboratorní zvířata mají pro nás všechny obrovský význam – bez eyperimentů, které na nich vědci uskutečňují, bychom nezískali spoustu informací o základních principech fungování živé hmoty, chyběla by nám většina léků a nemohli bychom si například ani ověřit různé vyšetřovací metody či operační postupy. Všichni známe laboratorní myši, pokusné králíky či mušky drosofily a nikdo nepochybuje o jejich významu pro vědecký pokrok v oblasti medicíny a biologie.

Existují však výzkumy, které na těchto klasických laboratorních zvířatech z různých důvodů provádět nelze a pak je nutné poohlédnout se po některých jiných, méně obvyklých pokusných tvorech, jejichž tělesné uspořádání či životní projevy jsou pro takovéto experimenty vhodnější.

Pro výzkum některých funkcí nervového systému se jako vhodný pokusný objekt osvědčili dva druhy mořských měkkýšů. Jejich přínos k rozvoji neurofyziologie, čili vědy, která zkoumá fungování nervového systému, byl tak zásadní, že za objevy, které na nich byly učiněny, byly uděleny dvě Nobelovy ceny. Možná by stálo za to, abychom si zde tyto dva zajímavé příběhy krátce připomenuli.

Historie první „měkkýší“ Nobelovy ceny sahá hluboko do poloviny minulého století, kdy se dva britští vědci Alan Hodgkin a Andrew Huxley rozhodli prozkoumat, jak funguje vedení vzruchu nervem. Aby to mohli udělat, potřebovali zavést do nitra nervového vláknu kapilární elektrodu, která by měřila intenzitu změn akčního potenciálu, ovšem nervová vlákna běžných laboratorních zvířat byla pro tento účel příliš tenká. Bylo nutné najít jiné pokusné zvíře a jejich volba padla na oliheň severní Loligo forbesii (Schwiening 2012). Tento dravý, desetiramenný  hlavonožec dorůstá kolem 50 cm délky a má rudimentární vnitřní schránku ukrytou v plášti. Žije v podbřežních vodách od severního Atlantiku přes Středozemní moře a Rudé moře až po východní pobřeží Afriky a všude v místech svého výskytu je hojně lovena pro chutné maso (Schmidt 2021).

Hlavonožci mají ze všech bezobratlých živočichů nejdokonalejší nervovou soustavu, která je svou výkonností v řadě parametrů srovnatelná se nervovou soustavou obratlovců. Hlavonožci mají ale ještě něco navíc – pro rychlé spojení mezi vzdálenými částmi těla jsou vybaveni unikátními tzv. obřími nervovými vlákny, která jsou jednak značně dlouhá, ale hlavně jsou velmi robustní, poněvadž mohou mít průměr až 1,5 mm. A právě takováto obří nervová vlákna řídí reaktivní pohyb hlavonožců, který je vyvolán vytlačením vody do tzv. nálevky neboli sifonu rychlým stahem svaloviny plášťové dutiny (Anderson 2000).

S volbou olihně severní pro své pokusy měli Hodgkin s Huxleyem opravdu šťastnou ruku. Pokusného materiálu měli dost, poněvadž olihně byly snadno dostupné a měření se jim od počátku experimentování dařila, tento nadějný začátek však zhatilo propuknutí druhé světové války. Během války Huxley pracoval v týmu, který vyvíjel radar a Hodkin spolupracoval na zlepšování přesnosti dělostřelby, po válce se však opět dali dohromady a pustili se do práce. Výsledkem jejich experimentů na obřích nervových vláknech olihní bylo objasnění iontového mechanismu membrány nervových buněk, což mělo stěžejný význam pro další výzkum funkcí nervového systému, za což byli Huxley a Hodgkin po zásluze oceněni v roce 1963 Nobelovou cenou za fysiologii a medicínu.

Příběh druhé „měkkýší“ Nobelovy ceny se odehrál o půl století později a jeho protagonisty jsou americký neurofyziolog rakouského původu Erik Kandel a měkkýš zej kalifornský (California sea hare) Aplysia californica. Tento nahožábrý plž žije, jak jeho jméno napovídá, v pobřežních vodách Tichého oceánu od Kalifornie po severní Mexiko. Kalifornští zejové jsou zřejmě jedni z největších plžů vůbec – dorůstají až 70 cm délky a 7 kg váhy a v nebezpečí vypouštějí oblak červeného barviva podobně, jako někteří hlavonožci (Joseph 2019).

Na rozdíl od výše zmíněných hlavonožců mají zejové velmi jednoduchou nervovou soustavu, která je tvořena poměrně malým počtem nervových buněk – je jich jen asi 20 tisíc (pro srovnání – lidský mozek obsahuje cca 85 až 100 miliard buněk) a tyto buňky jsou navíc značně veliké a tudíž v živočichovi snadno identifikovatelné. A to je přesně to, co pro své výzkumy E. Kandel potřeboval – živočicha s dobře strukturovanou a přehlednou nervovou soustavou, na které by mohl studovat procesy související s učením a ukládáním informací do paměti (Riegel 2020). Nervový systém zeje použil Kandel jako zjednodušený modelu mozku a podařilo se mu na něm prokázat význam změn ve spojích (synapsích) nervových buněk na proces učení a paměti. Významně tím zlepšil zejména porozumění mechanismu krátkodobé a dlouhodobé paměti a roku 2000 získal Nobelovu cenu za fyziologii a lékařství a za výzkum týkající se přenosu signálu v nervovém systému. Kandelův výzkum nám tak umožnil lépe porozumět vzniku Alzheimerovy choroby a přiblížil nás vývoji účinné léčby a prevence tohoto v současnosti tak obávaného onemocnění (Robertson 2010).

Příklady těchto dvou, v neurofyziologii dnes již velmi populárních „laboratorních“ měkkýšů ukazují, že pokusnými organismy, na kterých mohou být učiněny převratné objevy, se mohou stát velmi neobvyklí tvorové. Je tak zcela evidentně v našem zájmu, abychom si snahou o ochranu co nejširší biodiverzity zachovali možnosti jejich využití i do budoucna.

---

Literatura

• Anderson EJ, DeMont ME: The mechanics of locomotion in the squid Loligo pealei: locomotory function and unsteady hydrodynamics of the jet and intramantle pressure. .J Exp Biol. 2000;203:2851. Dostupné online.
• Joseph JH et al: Aplysia Californica – The Sea Hare. In: Encyclopedia of Animal Behavior (Second Edition), Elsevier 2019.
• Riegel DC: Discovering Memory: Using Sea Slugs to Teach Learning and Memory. .J Undergrad Neurosci Educ. 2020;19:R19. Dostupné online.
• Robertson M,Walter G: Eric Kandel and Aplysia californica: their role in the elucidation of mechanisms of memory and the study of psychotherapy. Acta Neuropsychiatrica 2010;22:195. Dostupné online.
• Schmidt CV et al: Gastrophysical and chemical characterization of structural changes in cooked squid mantle. J Food Sci. 2021;86:4811. Dostupné online.
• Schwiening CJ: A brief historical perspective: Hodgkin and Huxley. J Physiol. 2012;590(11):2571. Dostupné online.