Vědecký a zábavný časopis Batrachospermum (oficiální web)
Vegetaci ve východních státech Spojených států již začaly okupovat nymfy 17letých periodických cikád vynořujících se ze země (Magicicada) desáté neboli velké východní potomstvo (Brood X) – největší ze všech známých. Brzy naposledy línají, konečně dospějí, načež samci hlasitě „zpívají“ v očekávání lásky a po páření rychle zemřou a samice nakladou vajíčka o něco později a také zemřou.
Když se tyto larvy cikád v létě 2004 zavrtaly do půdy, planetu ještě nezaplavily emo děti a hipsteři, Facebook existoval pouze na Harvardu a YouTube se ještě ani neobjevil; byl to úplně jiný, útulný svět – bez lockdownů, bloggerů, těžařů a zoomerů. A nyní se miliardy nymf vynořují do světa neshod a chaosu – stejně jako to, co vládne uvnitř nich.
Bakteriální symbionti žijí uvnitř cikád ve speciálních orgánech zvaných bakteriomy. Sulcia muelleri и Hodgkinia cicadicola. Produkují deset aminokyselin, které chybí v rostlinné míze, oblíbeném nápoji cikády. Bez těchto mikrobů nemůže hmyz přežít. Bakterie také nemohou přežít mimo své hostitele – za miliony let útulné endosymbiózy ztratily příliš mnoho genů. A bohužel, tato vzájemná závislost si ze všech může udělat krutý vtip.
Žoviální a holohlavý biolog John McCutchen z Arizona State University začal toto partnerství studovat v roce 2008. Vzpomíná, jak jeho supervizorka, specialistka na endosymbiózu Nancy Moranová, nyní na Texaské univerzitě, vzala z lednice pytel mrtvých cikád z desátého potomstva, sesbíraného v roce 2004, a podala mu ho k sekvenování endosymbiontů. McCutchen očekával, že sestaví bakteriální genomy z jednotlivých fragmentů DNA jako obyčejný hlavolam, ale bylo to, jako by dostal několik neúplných hlavolamů, ze kterých byl získán jakýsi genetický nesmysl. “Řekl jsem Nancy, že jsem to podělal,” řekl John smutně. “Myslel jsem, že mám hákové ruce. ” Uplynulo několik let, než si uvědomil, že ve skutečnosti tomu tak není.
V roce 2014 už měl vlastní laboratoř na univerzitě v Montaně, kde pokračoval ve studiu cikád a zjistil, že většina z nich má symbiotickou Schulzii a Hodgkinii. Ale ta nadýchaná jihoamerická cikáda Tettigades undata Hodgnia se nějak rozdělila na dvě verze – říkejme jim „Hodge“ a „Kinya“ – každá má svou vlastní sadu genů předků. Pouze společně mohou tyto dvě poloviny jednoho celku poskytnout cikádě aminokyseliny, které jsou obvykle produkovány celogenomovou Hodgkinií.
Po prostudování jiných cikád si McCutcheon uvědomil, že Hodgkinia se v zásadě nebrání genomickému štěpení na různé varianty. Některé druhy cikád mají dvě verze bakterie, jiné tři, čtyři nebo šest. Periodické cikády mají alespoň 20: 17leté děti měly od 27 do 39 genomových prstenců s odlišnou sadou genů, 13leté děti měly od 26 do 42, ale může jich být i více. V určité chvíli vědci prostě přestali Hodgkina počítat, jinak by usnuli. Proto data získaná v roce 2008 tehdy McCutchenovi připadala jako smetí – naivně se snažil sestavit jeden genom z desítky smíšené neúplné hádanky.
Každá periodická cikáda je tedy sbírkou mnoha druhů: samotná cikáda, shultzia a bůhví kolik verzí Hodgkinie – „hodzhk“, „odzhki“, „zhkini“, „iniya“, „hod“, „dzhk“ , “kin” , “niya”, “ho”, “j”, “ki”, “ni”, “já” atd. Žádné z těchto. ouha! Žádná z těchto verzí nebude užitečná sama o sobě – cikáda jich potřebuje téměř kompletní sadu, aby získala potřebné aminokyseliny. A až samičky desátého plodu nakladou vajíčka, bude třeba do každé z nich strčit co nejvíce těchto bakterií, aby se zvýšila šance na sestavení potřebné sady. To má za následek nejen zbytečné plýtvání energií, ale také nedostatek místa pro dalšího důležitého symbionta – shulzii. A to navzdory skutečnosti, že Hodgkinie produkují pouze dvě a Schultzias produkují osm z deseti aminokyselin, které cikáda postrádá!
Ze všech známých bakterií, které jsou v symbióze s hmyzem, se s takovým patologickým nadšením rozpadá pouze Hodgkinia. McCutcheon má podezření, že to může být způsobeno relativně dlouhým životním cyklem jeho hostitelů: čím delší je život, tím vyšší je pravděpodobnost vzácné evoluční události, jako je rozštěpení genomu endosymbionta. A to není dobré pro cikády. Místo jedné Hodgkinie musí zvládnout celou hromadu non-Hodgkinií, z nichž náhodná ztráta jedné může vést ke kolapsu celého symbiotického systému. Časem se genom Hodgkinie pravděpodobně ještě více rozpadne a to dříve nebo později povede k vyhynutí periodických cikád.
Kvůli tomuto hmyzu začal mít John McCutchen k symbióze úplně jiný vztah. Dříve to považoval za něco bezvýhradně pozitivního – mechanismus vzájemné pomoci, prostor pro nové příležitosti. Jak se ale ukazuje, symbióza se může stát pastí, ve které vzájemná závislost partnerů vystavuje každého riziku. Zdá se, že cikády a jejich bakterie spadly do „evoluční králičí nory“, metaforu Nancy Moranová popisuje jako „cestu do velmi podivného světa, ve kterém zákony, které známe, neplatí, a zpravidla bez možnost návratu.” Tam na ně však může čekat říše divů: například v roce 2018 se ukázalo, že japonské cikády Cryptotympana facialis Ztratili jsme všechny Hodgkiny, ale stali jsme se přáteli. s Cordycepsem! Je to známý houbový parazit, zabiják a manipulátor, ale nějak zdomácněl uvnitř těchto cikád a dodává jim aminokyseliny místo hodgkinů. Zázraky!
Periodické cikády zatím nevymřou, alespoň ne v blízké budoucnosti. V roce 2038 budeme moci jistě pozorovat zástupy potomků dnešních plazů desátého potomstva. A v roce 19021? Uvidíme (a uslyšíme), až budeme žít.
text: Viktor Kovylin. Foto na hlavní stránce: Kristin Johnsonová.
Všechna práva k tomuto textu patří našemu časopisu. Pokud jste si ho rádi přečetli a chcete se o informace podělit se svými přáteli a sledujícími, můžete použít úryvek s aktivním odkazem na tento článek. S pozdravem, Batrachospermum.
