Vědci si postavili Antarktidu v laboratoři

Výzkumníci se věnují zejména autotrofním extremofilům, tedy organismům schopným fotosyntézy, které umí přežívat v extrémních podmínkách. Všude venku bývá v červenci většinou parné léto, vědci z ústavu experimentální biologie na Přírodovědecké fakultě MU umí ale vytvořit pořádnou zimu. V bohunickém kampusu mají laboratoř extrémofilních organismů, kde simulují podmínky, jaké mechy, lišejníky, řasy a sinice zažívají v Antarktidě.

Speciální laboratoř a její vybavení si žádají zvláštní chování, čekal by laik, když vchází do místnosti v pavilonu A13. Nic takového, uklidňuje hned zkraje profesor Miloš Barták, který má laboratoř s označením EEL CzechPolar  na starost. Převlékání nebo ochranné pláště potřeba nejsou, ale opatrnost to chce – za peníze, které místní vybavení stálo, by bylo možné nakoupit několik dobrých aut.

Pro vědce jsou ale důležitější jiné věci. „S nadsázkou říkám, že máme v lednicích a mrazničkách malou Antarktidu,“ přibližuje Barták, častý účastník expedic na polární stanici Masarykovy univerzity na ostrově Jamese Rosse. „Věnujeme se tady zejména autotrofním extremofilům, tedy organismům schopným fotosyntézy, které umí přežívat v extrémních podmínkách. V případě polárních nebo antarktických druhů je to až na samém limitu fyzikálních podmínek.“

Aby měli dostatek materiálu pro laboratorní měření, musí výzkumníci každý rok z expedice přivézt vzorky. S jejich obstaráváním to ale nemají jednoduché. Antarktida je kontinent fungující ve speciálním režimu.

Stačí půlhodinové vystavení teplotě nad 15 stupňů Celsia a pro vědecké bádání je vzorek ztracený.Komplikovaný transport
Zvláštními předpisy jsou ošetřeny podmínky, za kterých se do Antarktidy přiváží biologický materiál včetně potravin. Stejně přísná pravidla ale platí pro vzorky, které se z ní odváží.

A to ani nemluvíme o tom, jak je transport materiálu náročný. „Všechno si hlídáme podobně jako matka své malé dítě. Stačí například půlhodinové vystavení teplotě nad 15 stupňů Celsia a pro vědecké bádání je vzorek ztracený,“ upozorňuje Barták na podmínku, které se s kolegy snaží vyhovět za pomoci namražených bločků, jež se vkládají spolu s rostlinami do přenosných ledniček. Při kontrole na letišti ale takové zavazadlo přirozeně vzbuzuje pozornost, a tak se badatelé musí smířit se zevrubnou prohlídkou.

Když se rostlinný materiál konečně dostane do České republiky, musí se úplně vysušit a ošetřit tak, aby se mu v lednicích při dlouhodobém skladování nic nestalo. „Po ovlhčení se pak mechy a lišejníky do 48 hodin začnou chovat téměř tak, jako bychom je utrhli včera. Jejich schopnost obnovení fyziologických procesů je obdivuhodná,“ líčí Barták.

Co vědci hledají
Bartáka a jeho kolegy zajímá, jak je možné, že mechy, lišejníky a řasy v Antarktidě dokážou existovat. Žijí totiž ve velmi nekomfortních podmínkách, působí na ně střídání polárního dne a noci, mráz, cykly vysychání a zavodňování i silné UV záření. Všechny tyto faktory se v laboratoři s označením EEL simulují.

„Lze dokonce říct, že se organismy pokoušíme zničit, najít prahovou hodnotu tolerance organismů vůči zmíněným faktorům. Zatím jsme překvapení, jak obrovská míra adaptace se u nich vyvinula,“ říká biolog a všechno dokumentuje na experimentech. Pokud se běžná rostlina šokově zmrazí kapalným dusíkem, který má teplotu minus 196 stupňů, okamžitě „zemře“, protože se jí roztrhají buněčné struktury a organely. U některých vzorků z Antarktidy přežívá ale i po tomto zásahu až 60 procent buněk.

Porozumět kompletně všem mechanismům tolerance vůči polárnímu prostředí se zatím badatelům nepodařilo, to je práce na dlouhá léta. Část už však odhalili. Například o antarktických řasách se obecně ví, že mají ochranné mechanismy, které zabraňují rychlému zmrznutí buněk. Pokud to nestačí, aktivují se například látky s nukleační aktivitou.

O antarktických řasách se zjistilo, že mají ochranné mechanismy, které zabraňují rychlému zmrznutí buněk. „Když už se kvůli nízké teplotě uvnitř buněk led vytvořit musí, tak ony zajistí, že led není krystalický, ostrohranný, ale amorfní,“ přibližuje Barták. Jiným příkladem jsou podle něj tzv. antifreeze proteiny, které vytvoří obálku ostrých hran krystalů, která zabrání poškození organel.

Antarktický lišejník jako ten český
Experimenty se částečně dělají jako srovnávací studie, pod mikroskopy a v přístrojích se střídají mechy a lišejníky z Antarktidy, Arktidy i Evropy včetně Česka, aby bylo jasné, za jakých podmínek se chovají odlišně a za jakých ne.

Ač se to možná nezdá, řadu shodných vlastností už vědci objevili. „Například jeden lišejník, který se nachází i na dvou lokalitách nedaleko Brna, měl poměrně dobře vyvinutou sadu obranných mechanismů,“ uvádí příklad Barták. Dva různé lišejníky z Antarktidy a z Ohňové země, které se v kampusu porovnávají také, jsou si prý ve svých vlastnostech podobné daleko méně. Klima v obou oblastech je totiž až příliš odlišné.

Proč to všechno?
Několikaletá práce vědců, spousta hodin strávených u mikroskopů, drahé přístroje. Proč to všechno? Výzkumníci se o procesy dějící se v rostlinách zajímají kvůli měnícímu se klimatu v polárních oblastech Země, ale třeba také kvůli nově se prosazujícímu oboru, exobiologii. Ukazuje se totiž, že celá řada kosmických těles disponuje podmínkami, které by zemským extremofilům, jako jsou například ty z Antarktidy, mohly vyhovovat.

Masarykova univerzita | Masaryk university