Jděte dovnitř nutrie

Článek do soutěže „Bio/Mol/Text“: Některá semena jsou tak tvrdá, že se nebojí plné síly trávicího systému zvířat, která je jedí. Autoři díla se rozhodli prověřit, jak si pět statečných cestovatelů – Oves, Pšenice, Ječmen, Len a Slunečnice – poradí s questem „Uvnitř je legrace, ale to není jisté“. Buďte jako semínka – nebojte se výzev a přečtěte si článek až do konce! Pak se dozvíte, kdo je tato nutrie, co hledal desátý žák v hovínku chlupatého hlodavce s oranžovými zuby a hlavně – jakou rostlinu si nutrie uvnitř nejvíce oblíbila!

Soutěž „Bio/Mol/Text“-2024/2025

Tato práce byla publikována v kategorii „Škola“ soutěže „Bio/Mol/Text“ – 2024/2025. Generálním partnerem soutěže je mezinárodní inovativní biotechnologická společnost BIOCAD. „Knižní“ sponzor soutěže – „Alpina Non-Fiction“

Relevance aneb Jak jsem skončil se sběrem hlodavců

Mnozí slyšeli legendu, že dodo, když byl živý a zdravý na ostrově Mauricius, rád kloval semena palmy Calvaria. Ale když byli ubozí dodos nemilosrdně zabiti, trpěla i kalvárie. Bez průchodu trávicím systémem dodo semeno nevyklíčilo a populace palmy začala klesat [1]. Existují další příběhy o semenech. Například afričtí paviáni chacma nedokážou strávit semena akácie, pokud nebyla fermentována ve střevech slonů. Opice se musí při hledání pamlsků prohrabovat nevkusným sloním trusem. Věda zná mnoho příkladů, kdy se klíčivost semen nesníží po cestování trávicím traktem ptáka nebo savce, což umožňuje například ovsu cestovat za bizonem. Tento přenos semen živočichy na vzdálenosti, které by samotná rostlina jen stěží urazila, se nazývá zoochory. Je-li plod přichycen na kůži nebo peří suchým zipem nebo háčky, jedná se o epizoochorii, pokud si zvíře schovalo žalud do zásoby a ten vyrašil, jde o synzoochorii. V našem případě se semena polykají a šíří se uvnitř zvířete – tento jev se nazývá endozoochorie [2-4]. Poměrně dlouho jsem chodil se svou domácí nutrií na stejných místech, a když najednou na petrohradském trávníku mezi obvyklými pampeliškami a jitrocelem vyrašil oves a ustrašeně se rozhlížel kolem sebe, bylo jasné, že některá semínka této obilniny nestrávili a splnili svůj sen o vyklíčení. Rozhodl jsem se tedy zjistit, jak si s tímto úkolem poradí různé druhy semínek. Podaří se jim po průchodu nutrií přežít?

Zkoumejte předměty nebo roztomilý jako kapybara se zuby jako bobr

Na „Biomolekula“ O nutriích už je článek (Myocastor coypus), o tom, co jedí a proč se stali domácími mazlíčky obyvatel Moskvy, Kaliningradu, Kyjeva a Petrohradu [5]. Formálně byla předmětem studie semena čtyř dobře známých rostlin: lnu, slunečnice, ječmene a pšenice. Když však autor, stejně jako paviáni chacma, extrahoval semena z výkalů, byl prodchnut komunikací s chlupatými tvory, kteří tyto výkaly laskavě poskytovali. Stručně řečeno, jsou to velcí, přátelští, polovodní hlodavci, zarytí vegani, původem z Jižní Ameriky. Mezi hlodavci (Rodentia) nejsou řazeni jako Castorimorpha, jak si mnozí myslí, ale jako ostnatý podřád dikobrazů (Hystricomorpha), čeledi štětinkovití (Echimyidae). Pozorný čtenář snadno najde nutrii mezi jejími příbuznými na obrázku 1. Dlouhé vousky, plovací tlapky a dlouhý šupinatý ocas jsou jejím dokladem. Svého času byly nutrie přiváženy jako zdroj kožešiny a masa a usazovány na farmách. Ukázalo se, že zvířata jsou obratná a často unikala, a když kožešinový průmysl zastaral, většina farmářů vypustila zbývající hlodavce do volné přírody. Nutrie si docela zvykla na místa, kde vodní plochy v zimě nezamrzají, včetně jižních oblastí Ruska, a nyní se usadila na všech kontinentech kromě Austrálie a Antarktidy. To je trochu znepokojivé pro IUCN, která nutrie zařadila na černou listinu jako invazivní druh. V posledních letech se tento mazaný, vynalézavý přizpůsobivý tvor zabydluje také v městských bytech jako roztomilý mazlíček [5].

Metody aneb co můžete dělat s termostatem, třemi obrovskými hlodavci a spoustou a spoustou Petriho misek

Na obrázku 2 můžete vidět dobrodružství našich semínek. Semena každé rostliny jsme rozdělili na dvě hromádky. Jeden jsme krmili nutrií (zkušenost je synem těžkých chyb!), druhým termostat Zakhar (kontrola a více kontroly!). Termostat vytvořil pro semena efekt, jako byste byli uvnitř zvířete – teplé a mokré (alespoň jsme věřili fyziologům, kteří popisovali trávicí trakt nutrie [6] a snažili se vytvořit přesně tento pětihvězdičkový hotel pro semena), ale žádné trávení!

Poté se každé semeno vydalo svou vlastní cestou buď uvnitř našich Morkovkostrugatsky Brothers (obrázek 3 ukazuje nestrávená semena ve výkalech hlodavců), nebo v termostatu Zakhar (obrázek 4), poté bylo umyto, vysušeno a položeno, aby vyklíčilo mezi vrstvami papíru podle agrometod [7]. Naše výpěstky byly trochu plaché, když jsme jim měřili vršky a kořínky, vážili je a tak dále, ale na fotkách pózovali dobře (obr. 5). Po experimentu bylo možné semínka vyhodit, ale z úcty k jejich přínosu pro vědu bylo rozhodnuto pokračovat v pozorování rostlin v půdě – nechat je růst (obr. 6). Ve všech fázích jsme se snažili něco počítat, vážit a měřit [7–9].

Výsledky a diskuse aneb Připraveno na klíčení a obranu

To, co následovalo, bylo strašné. Statistickou významnost rozdílů mezi skupinami jsme hodnotili ručně pomocí Pearsonova testu a poté pro každý případ pomocí Fisherovy kontingenční tabulky [8], [9]. Naštěstí se oba matematici shodli, že ječmen má ve skutečnosti rád vnitřnosti. Zvýšila se jeho klíčivost a podle našich odhadů zlepšila své výsledky z přibližně bronzového odznaku GTO na zlatý (tabulka 1). U ostatních semen obě skupiny vykazovaly přibližně stejnou úspěšnost, ale to je také mocné: nutrie je nezhoršila, což je již zajímavé (obr. 7). Mimochodem, jako nejodolnější vůči trávení se ukázal len a nejhůře klíčil oves, ale ukázalo se, že to bylo dobře známo i před námi [7], [9].

Tabulka 1. Prvním sokolem je Fisher, druhým sokolem je Pearson. Abychom se ujistili, že rozdíly mezi experimentální a kontrolní skupinou nebyly imaginární, použili jsme dvě statistická kritéria: Pearsonovo a Fisherovo. Oves, pšenice, slunečnice a len vykazovaly stejné výsledky v experimentální i kontrolní skupině, tj. klíčivost se nezměnila. U ječmene je rozdíl mezi pokusem a kontrolou statisticky významný: jeho klíčivost je odlišná u pokusné (nutrie) a kontrolní (termostat) skupiny.

Ukazuje se, že nutrie netráví semena příliš efektivně. Objeví se tak neporušené, že dokonce vyklíčí. Jsme překvapeni? Ne, pokud porovnáme naše data s prací našich kolegů. Ukazuje se, že nutrie, stejně jako mnoho dalších býložravců – zajíci, králíci, piky, mají dva druhy trusu [6], [10-12]. První obsahuje mnoho aminokyselin a nestrávené složky krmiva, zvíře opět požírá tyto výkaly: tomu se říká cekotrofie. Ve druhém typu výkalů není nic dobrého. Zdá se, že semena z výkalů první kategorie (první třídy?) se zachovala jako celá rostlina [10]. (Milí čtenáři, určitě se podívejte na zdroj 10, je úžasný!) Proč se ječmen tak inspiroval cestou v hlodavci? Obilí nalezené uvnitř zvířete nebo v jeho výkalech je podle kolegů obklopeno úplně jinými plísněmi a bakteriemi než obilí ležící v pytli ve skladu. Některé skladové bakterie (ne všechny jsou přátelské a užitečné) setkání se žaludeční šťávou nepřežily a část bakterií z tlustého střeva nutrie zůstala žít na obilí. To vše je pro semena nesmírně důležité. Klíčení je obtížný proces a malí pomocníci nebudou překážet ani krytosemenným, ani nahosemenným [13], [14]. Proč byl len špatně stravitelný? Hlen, který obaluje nabobtnalá lněná semena, narušuje fermentaci [15]. Vyplatí se to nutrii dávat, když není natrávená? Stojí to za to, protože sliz z lněných semen je sám o sobě užitečný pro peristaltiku zvířat a lidí a aktivně se používá při léčbě žaludečních a střevních onemocnění [16].

Pokyny pro další výzkum nebo Práce na chybách

A pak přišel čas na sebekritiku (osobně to dělám vždy – čtu svou práci z pozice kritického oponenta na nějaké konferenci). A co se přesně stalo s mikroflórou ječmene, jmenovitě – kdo se objevil, kdo zemřel, kdo byl přidán? Brali jsme ale v úvahu semena, do kterých se nutrie zakousla a ta se poškodila a nevyklíčila? Možná je jen příliš líná žvýkat ječmen, takže je konzervovaný? Co když toto krmivo prostě obsahuje odolný, neporazitelný ječmen a v jiném by byl výsledek jiný? Ale měli bychom nejen udržovat vhodnou teplotu a vlhkost v Zakharově termostatu, ale také vytvořit slušnou úroveň pH pro naše semena, odpovídající jejich průchodu různými částmi gastrointestinálního traktu hlodavců? Jsou naše nutrie standardní. Mají nějaké enzymové nedostatky? Pokud ale nesbíráme všechny výkaly, ale pouze výkaly, které prošly nutrií dvakrát, vyklíčí tam něco (a jak poznáme, že jde o ty samé supervýkaly)? Na tyto otázky práce nedává odpovědi, což je škoda. Některé závěry ale přesto stojí za to učinit. Nejprve o nutriích. Když se rozptýlí (a nutrie to umí a dělají to rády), jsou schopny šířit semena rostlin, které spolknou. To vede ke změnám v biocenóze, které je třeba vzít v úvahu a předvídat. Za druhé, o semenech. Pokud v sobě cítíte potenciál růstu, ale kolem vás jsou nějaké výkaly, temnota a beznaděj – nevzdávejte to, vydržte, doufejte! Možná jste teď uvnitř nějaké nutrie a ta vás nese do nových míst, kam se vám ani nesnilo o návštěvě, a bude pro vás všechno v pořádku, vyjde slunce a vy vstanete. Jen je nenechte strávit. Toto je druh syrové a kontroverzní práce, na kterou nejsem příliš hrdý, a u vědeckého článku nebyly výsledky příliš jasné. Ale komunikace s Borisem a Arkadijem, stejně jako se Štěpánem (obr. 9), byla neocenitelná. Navíc po obhajobě této práce mohl autor spěchat za Siriusem do biotechnologického programu, kde se hodně naučil a dokonce tam udělal další práci, na které geny pomáhají fazolím zotavit se z poškození (tam už bylo všechno skutečné).

Literatura

1. Bobrovskaya N.E. Byl jednou jeden dodo aneb kniha o ptákovi, který už neexistuje. M.: Stát. Darwin. muzeum: Radis RRL, 2003. – 63 s.;
2. Evstigneev OI, Korotkov VN, Murashev IA, Voevodin PV (2017). Zoochorie a zvláštnosti utváření lesních společenstev: přehled. Ruský žurnál ekosystémové ekologie. 1, 1–16, v ruštině;
3. Koshelev V.A., Matrukhan T.I., Yakovleva A.S. (2018). Účast ptáků na šíření semen ovocných a bobulovinových stromů a keřů v podmínkách severozápadního regionu Azov. Biodiverzita, ekologie a experimentální biologie. 18, 24-37;
4. Solonina O.V. (2017). Zvláštnosti vlivu bizonů na louky v přírodní rezervaci Brjanský les. Ekologie a racionální využívání přírodních zdrojů. 146–149;
5. Nutrie uvnitř!;
6. Shubina T.P. a Choporova N.V. (2015). Srovnávací charakteristiky trávicích orgánů kožešinových zvířat. Vědecký a metodologický elektronický časopis Concept. T13, 4076-4080;
7. Alekseychuk G.N. a Laman N.A. Fyziologická kvalita semen zemědělských plodin a metody jejího hodnocení. Minsk: Právo a ekonomie, 2005. – 48 s.;
8. Dinková V.S., Kazáková V.V., Kabanová E.M. (2016). Hodnocení startovací energie klíčení semen vzorků ozimé pšenice měkké za nepříznivých podmínek. Vědecká podpora agro-průmyslového komplexu. 74–75;
9. Levin V.I., Dudin N.N., Antipkina L.A., Ushakov R.N. (2020). Stav stresu v semenech obilnin a metody jeho diagnostiky. Bulletin Altajské státní agrární univerzity. 5, 28-38;
10. T. Takahashi, E. Sakaguchi. (1998). Chování a nutriční význam koprofágie u dospělých a mladých nutrií v zajetí (Myocastor coypus). Journal of Comparative Physiology B: Biochemická, systémová a environmentální fyziologie. 168281-288;
11. E. I. Naumova, G. K. Zharova, T. Yu. Chistova, T. A. Kuzněcovová. (2015). Vliv koprofágie na velikost rostlinných vláken v trávicím traktu zajíců Lepus europaeus a L. timidus (Lagomorpha, Leporidae). Biol Bull Russ Acad Sci. 42426-431;
12. E. I. Naumova, G. K. Zharova, T. Yu. Chistova, A. A. Varshavskii, N. A. Formozov. (2015). Redukce rostlinných vláken v trávicím traktu u dvou druhů pika (Ochotona pallasi a O. dauurica, Lagomorpha, Ochotonidae). Biol Bull Russ Acad Sci. 42124-128;
13. Byzov B.A. Zoomikrobiální interakce v půdě: diss. . Doktor biologie vědy. — Moskva, 2003. — 312 s.;
14. Rosenfeld V.V. a Goychuk A.F. (2011). Bakteriální automikroflóra semen borovice lesní a její vliv na jejich klíčení a energii klíčení. Ovocnářství, semenářství, introdukce dřevin. 14, 101-104;
15. Zelentsov S.V. a Moshnenko E.V. (2012). Kvantitativní a kvalitativní hodnocení slizu z lněných semen olejných odrůd Linum usitatissimum L.Olejnatá semena. 2, 95-102;
16. Valuy V.T., Medveděv M.N., Soboleva L.V., Dragun O.V., Drozdova M.S. (2012). Klinické a morfologické zdůvodnění použití lněného hlenu v léčbě a prevenci gastropatií spojených s užíváním nesteroidních antirevmatik. Herald of Pharmacy. 1, 59-62.