Výskum sveta jednobunkových organizmov prináša zaujímavé zistenia. Napriek zdanlivej jednoduchosti sa vďaka adaptačným stratégiám ich život spája s termínom potenciálna nesmrteľnosť.
Základným znakom každého jednobunkového organizmu je jednobunkovosť a mikroskopická veľkosť. Na tieto znaky sa však nedá úplne spoľahnúť. Viaceré jednobunkovce majú tendenciu stávať sa mnohobunkovými a tvoriť početné kolónie, agregácie či iné zoskupenia. Mikroskopická veľkosť tiež nie je zaručeným poznávacím znakom jednobunkovca. Napríklad schránky morských prvokov, známych pod názvom dierkavce (Foraminifera), môžu mať až niekoľko centimetrov. Niektoré druhy nálevníkov sa v dôsledku silnej kontraktility bunky (schopnosti sťahovať sa či zmršťovať a tým meniť svoju veľkosť) dokážu zväčšiť z mikroskopických rozmerov viac ako stonásobne a môžu dosiahnuť v prípade kolónií veľkosť aj niekoľko centimetrov. Medzi organizmy, ktorých jediná bunka dosahuje desiatky centimetrov, patria aj niektoré meňavkovité formy (napríklad skupina Xenophyophorea) žijúce na dne Tichého oceánu. Tieto organizmy vedci vďaka ich veľkosti dlhé obdobie mylne považovali za primitívne mnohobunkovce. A naopak, niektoré mnohobunkové organizmy (napríklad vírniky, hlístovce, kôrovce) dosahujú mikroskopické rozmery a často sú menšie ako prvoky.
Jedna verzus mnoho buniek
Ako teda odlíšiť jednobunkovce od mnohobunkovcov? Mnohobunkový organizmus, bez ohľadu na veľkosť, tvorí veľký počet buniek, ktoré sa postupne diferencujú a sú základom rôznych orgánov a orgánových sústav. Tie by sme v ríši jednobunkovcov hľadali márne. Telo jednobunkovca tvorí jedna eukaryotická bunka, ktorá predstavuje dokonalý funkčný komplex. V ňom sa okrem základných organel vyskytujúcich sa pôvodne v každej eukaryotickej bunke (teda aj v bunke mnohobunkovcov – jadro, mitochondrie alebo endoplazmatické retikulum) môžu vyskytovať aj špecifické organely, ktoré sa v bunkách mnohobunkovcov zvyčajne nevyskytujú (bunkové ústa, potravné či pulzujúce vakuoly). Všetky tieto organely v bunke jednobunkovca plne nahrádzajú orgány mnohobunkovcov a zabezpečujú tak prežitie týchto organizmov.
Adaptačné triky
Prežívanie živého systému závisí aj od jeho schopnosti vycítiť a rozoznať zmeny v prostredí a vhodne na ne odpovedať. Jednobunkovce obývajú takmer všetky typy biotopov – od sladkovodných cez moria až po vysychajúce oblasti dočasne vytvárajúce podmienky na ich aktívny život. V týchto prostrediach musia odolávať krátkodobým alebo dlhodobým zmenám podmienok, na ktoré sa museli v priebehu evolúcie prispôsobiť vytvorením rôznych adaptačných mechanizmov.
Jednou z najdôležitejších a najzaujímavejších stratégií prežívania nielen voľne žijúcich, ale aj parazitických jednobunkovcov je vytvorenie tzv. kryptobiotického štádia. Toto štádium je označované ako pokojové, pričom v procese encystácie vzniká rezistentná cysta. Ide o neuveriteľnú a pre taký malý organizmus energeticky veľmi náročnú premenu bunky. Toto odolné štádium zabezpečuje a zachováva životnosť organizmu počas dlhého obdobia, pričom ide nielen o dni či týždne, ale v niektorých prípadoch aj o roky. V čase návratu priaznivých podmienok, čo je napríklad dostatok vlhkosti, potravy, vhodná teplota či svetlo, dochádza k spätnej transformácii na aktívneho jedinca, ktorého život pokračuje ďalej. Ide o proces, ktorý odborne nazývame excystácia.
Životné zmeny
Pokojové štádiá (rezistentné cysty) sú výrazne odlišné od aktívnych jedincov daného druhu. K hlavným zmenám patrí zmena tvaru a veľkosti bunky. Tvar cystickej bunky je väčšinou guľovitý, no existujú aj výnimky. Veľkosť bunky je zvyčajne menšia. Existujú však aj druhy, ktorých rezistentné cysty sú výrazne väčšie ako ich aktívne štádium. Počas encystácie dochádza aj k strate pohybového aparátu a znižuje sa celkový metabolizmus. Najvýraznejšou zmenou prechádza vzhľad bunky. Univerzálnou črtou je vytváranie čiastočne nepriepustnej bariéry, obalu, ktorý chráni organizmus. Tento jedinečný obal nazývame cystická stena. Na povrchu cýst môžu byť rôzne ornamentácie a vzory. Štruktúra týchto útvarov je variabilná a každá skupina, resp. každý druh sa pýši charakteristickým povrchom rezistentnej cysty. Aj farba cýst môže byť rôzna a druhovo špecifická.
Jedinečné vzory
Povrch cysty môže byť rôznorodý – od rovného cez vrúbkovaný, mriežkovitý, zvlnený až po komplikované povrchové ornamentácie, ktoré upútajú pozorovateľa na prvý pohľad.
Okrem ostňov, tŕňov a tzv. lepidozómov (pravidelné guľovité útvary na povrchu cýst), ktoré vďaka ich unikátnemu vzhľadu nie je možné prehliadnuť, niektoré jednobunkovce vytvárajú na povrchu cýst tzv. mukózny (slizovitý) plášť. Jeho úlohou je zhlukovať cysty do väčších skupiniek, čím sa zvyšuje ich ochrana v prostredí. Zvláštnosťou pri niektorých druhoch je špecifický povrch tvorený kremičitými granulkami. Tieto útvary sú typické nielen pre cystické, ale aj aktívne bunky. Hoci ich funkcia nie je dodnes objasnená, predpokladá sa, že plnia nielen funkciu ochrany bunky, ale vzhľadom na špecifickú lokalizáciu granúl v bunke aktívneho jedinca aj funkciu receptora pri vnímaní a rozlišovaní svetla.
Cysty niektorých jednobunkovcov sú charakteristické vytváraním dlhých ihlicovitých výbežkov. Takýto typ výbežkov zväčšuje povrch cystickej bunky a pravdepodobne zabezpečuje nadnášanie vo vodnom stĺpci a lepšiu distribúciu v prostredí. Zvláštnosťou sú aj špecifické výbežky niektorých druhov v podobe hrebeňov a rebier, ktoré sa nachádzajú len na chrbtovej strane rezistentnej cysty. Okrem nich sa na brušnej strane nachádza tzv. suknička alebo plachtička, ktorá slúži pravdepodobne na prichytenie o podložku – substrát. Všetky spomínané útvary vytvára samotná bunka, no v niektorých prípadoch stačí na zabezpečenie ochrany bunky v cyste aj stavebný materiál získaný z okolitého prostredia.
Dokonalé maskovanie
Niektoré jednobunkovce sú majstrami v maskovaní. Ak sa vyskytujú v nestabilnom prostredí, ako sú napríklad dočasné (periodické) mláky, na povrchu cýst sa môže vytvárať minerálny obal. Tvoria ho drobné minerálne zrnká, vďaka ktorým sa bunka maskuje do podoby pôdnej častice v prostredí. Tieto mimikry predstavujú nielen dokonalú ochranu pred nepriaznivým vplyvom prostredia, ale aj pred potenciálnymi predátormi. Okrem zabezpečenia prežitia a ochrany organizmu vytvorenie rezistentnej cysty zabezpečuje aj prenikanie druhu do nového prostredia. K presídleniu dochádza prostredníctvom vetra, vody alebo živých organizmov, napríklad vtákov. Týmto spôsobom osídlili jednobunkovce takmer všetky vodné aj suchozemské biotopy, od polárneho pásma až po tropické. Adaptačnou výhodou pri rozširovaní organizmu je aj špecifická stavba rezistentných cýst. Väčšia tolerancia, menšie rozmery a iná štruktúra oproti aktívnemu štádiu dávajú jednobunkovcom nádej na prežitie aj počas nepriaznivých podmienok.
Nesmrteľnosť prvokov
Už v minulosti si vedci, vtedy prví priekopníci v oblasti protistológie (vedný odbor zaoberajúci sa jednobunkovcami), lámali hlavu nad prítomnosťou rezistentných cýst v životnom cykle väčšiny jednobunkovcov. Kládli si otázky, ako je možné, že taký malý organizmus, ktorému nevyhovujú podmienky prostredia, dokáže vytvoriť odolné štádium a prežiť také dlhé obdobie? Ako je možné, že sa dokáže po určitom čase opäť vrátiť k aktívnemu životu? V spojení s tvorbou cýst a neobmedzenou reprodukčnou kapacitou sa dokonca rozšíril termín potenciálna nesmrteľnosť jednobunkovcov. Dnes už vieme, že mikroskopická veľkosť je v tomto prípade výhodou. Prvoky sú síce schopné oklamať čas aj podmienky prostredia, ktoré často nedokážu prežiť ani väčšie mnohobunkovce, ale všetko má svoju daň. Encystácia, ako proces vytvorenia rezistencie, ako aj opačný proces excystácie, stoja živý organizmus veľa energie, a práve preto sú v rámci jeho životného cyklu limitované len na niekoľko opakovaní.
Výskum jednobunkových organizmov sa v súčasnosti zameriava nielen na detailný opis aktívneho jedinca, ale aj rezistentných cýst, bez ktorých by mikroskopický život nedokázal prežiť neľútostné podmienky rôznych prostredí našej planéty. Keďže to, koľkokrát môže bunka počas svojho života zopakovať kolobeh encystácie a excystácie, je individuálne, aj táto otázka otvára nové možnosti výskumu.
Text a foto
RNDr. Simona Benčaťová
doc. RNDr. Eva Tirjaková, CSc.
Katedra zoológie
Prírodovedecká fakulta UK v Bratislave
