MEDÚZY, KTERÉ VYVINULY JINÝ ZPŮSOB MĚŘENÍ ČASU

Pohyb slunce po obloze – úsvit, den, soumrak, noc – řídí hodiny života. Některé druhy se probouzejí se Sluncem a usínají s Měsícem. Jiní dělají pravý opak a někteří mají nepravidelnou pracovní dobu. Tyto přirozeně řízené 24hodinové biologické cykly se nazývají cirkadiánní rytmy a jejich úloha nespočívá pouze v tom, že nám signalizují, kdy je čas jít spát. Regulují hormony, metabolismus, opravu DNA a další procesy. Když se život dostane z rovnováhy, může to mít závažné důsledky pro zdraví, reprodukci a přežití. Jelikož nemají hodinky, mnoho druhů měří čas pomocí vnitřního systému – souboru vzájemně působících genů a jejich proteinových produktů, který účinně sleduje 24hodinový cyklus – a který je kalibrován slunečním světlem.

Tento druh cirkadiánních hodin je velmi rozšířený a vyskytuje se dokonce i u jednobuněčných řas, což naznačuje, že biologické měření času se vyvinulo před miliardami let. U většiny živočišných druhů se vyskytuje stejný genetický systém, který využívá geny známé jako CLOCK, BMAL1 a CRY, nebo jejich rozpoznatelných homologů. Tato forma mechanismu biologických hodin se objevuje dokonce i u prastarých rodů, včetně mořských hub a některých medúz. Je to ale jediný způsob, jak toho dosáhnout? V medúze velikosti hrášku u pobřeží Japonska biologové zkoumají jiný způsob měření času.

Někde v průběhu své evoluce ztratila třída hydrozoí – kam patří určité druhy medúz, hydry a koloniální sifonofory – geny, které řídí cirkadiánní hodiny u zbytku živočišné říše. Nově objevený druh medúzy z řádu hydrozoí však disponuje záhadnými cirkadiánními hodinami, které pravidelně fungují v 20hodinových cyklech, což naznačuje, že se tento mechanismus vyvinul nezávisle. Výsledky studie (An Emerging Clock Mechanism in a Hydrozoan Jellyfish), publikované v časopise PLOS Biology v lednu 2026, posouvají hranice toho, co chronobiologové považují za „cirkadiánní“. „Zajímalo nás, jestli mají medúzy skutečné biologické hodiny,“ řekla Ann Tarrantová, která studuje cirkadiánní rytmy u mořských sasanek ve Woods Hole Oceanographic Institution a na tomto výzkumu se nepodílela.

„Tato studie je opravdu zajímavá, protože ukazuje, že u tohoto živočicha, který přišel o některé z těchto genů, které považujeme za nezbytné pro cirkadiánní regulaci u většiny ostatních živočichů, funguje biologický rytmus.“

Biologický hodiny nalezené v této medúze, která představuje pro vědu nový druh, jsou neobvyklé nejen proto, že měří 20 hodin namísto 24hodinového dne na Zemi, ale také proto, že se zdá, že jsou propojeny s molekulárním časovačem, který odpočítává čas od východu Slunce až do okamžiku, kdy nastane čas pro rozmnožování medúzy. Tento překvapivý mechanismus naznačuje, že vědci možná přehlížejí netradiční biologické hodiny napříč stromem života. „Systémy tohoto typu by mohly být mnohem rozšířenější, ale my je nevidíme, protože se zaměřujeme pouze na tyto genetické komponenty - zvířecí geny CLOCK,“ uvedl Ezio Rosato - chronobiolog z Univerzity v Leicesteru, který napsal vědecký komentář k této práci.

„Hodiny by se daly sestrojit s jakýmkoli molekulárním mechanismem. Stačí jen řada reakcí uspořádaných určitým způsobem.“

Východ slunce jako stisknutí vypínače

Jednou za čtvrt roku Ryusaku Deguchi bere své studenty z Miyagi University of Education na Izushima, ostrov o rozloze dvou čtverečních kilometrů v zálivu Sendai u severovýchodního pobřeží Japonska. Tam se ve vodním sloupci pod rybářským molem pohupují tisíce průsvitných kuliček, které jsou menší než hrášek. On a jeho studenti sbírají tyto vzorky medúz, které představují více než tucet druhů, a chovají je v laboratoři, aby mohli studovat jejich reprodukční cykly. Když byl Ruka Kitsui v prvním ročníku na vysoké škole, patřil mezi tyto studenty. Pozorování vývoje pohlavních buněk medúz pod mikroskopem ho odvedlo od jasné logiky fyziky a chemie k dynamickým procesům biologie.

Později nastoupil do Deguchiho laboratoře, aby se věnoval studiu vývoje bezobratlých, a svou magisterskou práci zasvětil rozmnožování medúz, přičemž se zaměřil na jednu neobvyklou populaci mezi vzorky. Mnohé z Deguchiho medúz se každý den rozmnožovaly a uvolňovaly vajíčka a spermie do vody, obvykle krátce po východu slunce. Ale tyhle medúzy byly zvláštní. Objevovaly se v noci... U druhů, které se rozmnožují hromadným výtřem, včetně některých korálů a medúz, je přesné načasování zásadní. Uvolňují pohlavní buňky přímo do vody a oplodnění nechávají na náhodě. Pokud ve vodě nebudou žádná spermie, až se tam dostanou vajíčka, nebude žádná další generace. Tyto druhy si tedy vyvinuly různé molekulární mechanismy, které jim umožňují sladit období tření, přičemž často využívají proteiny, které vnímají a reagují na světelné signály.

Kitsui věděl, že za slunečním hodinovým mechanismem jeho medúz musí stát nějaký molekulární mechanismus. Avšak absence zjevného světelného spouštěče činila z nočního rozmnožování záhadou. Začal sérií experimentů se světlem. Nejprve choval samice medúz v režimu 12 hodin umělého osvětlení a 12 hodin tmy – což zhruba odpovídá přirozenému cyklu dne a noci na ostrově Izushima. Pokaždé přesně dvě hodiny po „soumraku“ samice medúz uvolnily svá vajíčka do vody. Zpočátku Kitsui a Deguchi předpokládali, že přechod ze světla do tmy je signálem k výtěru. Když však rozsvítili světla o dvě hodiny dříve, čímž „svítání“ nastalo dříve, ale „soumrak“ zůstal ve stejný čas, medúzy se rozmnožily také o dvě hodiny dříve.

Co by medúzy dělaly při nepřetržitém slunečním svitu? Ke Kitsuiovu překvapení se medúzy rozmnožovaly každých 20 hodin samy od sebe, bez jakéhokoli konkrétního podnětu. To naznačovalo, že dosud neznámý druh medúzy – označovaný jako Clytia sp. IZ-D, dokud mu nebude přiděleno oficiální jméno – měl nějaký druh vnitřně řízeného cirkadiánního rytmu. „V tu chvíli jsem pocítil tu pravou radost, která je podstatou vědecké práce: objevit něco, co dosud nikdo na světě nevěděl,“ řekl. Kitsui věděl, že hodiny C. sp. IZ-D nejsou tvořeny geny pro regulaci cirkadiánního rytmu, které jsou u živočichů běžné. Tato linie hydrozoí je v průběhu evoluce ztratila. Přesto splňovala téměř všechny požadavky, které chronobiologové popsali pro cirkadiánní hodiny. Cirkadiánní hodiny musí být soběstačné a řízené vnitřními procesy, stejně jako je tomu u 20hodinového cyklu rozmnožování medúz.

Musí být také řízen environmentálním podnětem, jako je světlo; zatímco reprodukční cyklus medúz může v laboratoři při stálém osvětlení probíhat v 20hodinovém cyklu, v přírodě se každý den resetuje. A skutečný cirkadiánní rytmus, jako je ten náš, by také neměl být ovlivňován teplotou. V Kitsuiho experimentech však teplejší voda způsobila, že se 20hodinové hodiny zrychlily, zatímco chladnější voda je zpomalila. Jedná se o molekulární biologické hodiny, avšak ne v tom smyslu, jak je obvykle definují vědci.

„Zajímalo by mě, jak to bude vnímáno v oboru chronobiologie,“ řekla Kristin Tessmar-Raible - chronobioložka z Institutu Alfreda Wegenera a Vídeňské univerzity, která se na výzkumu nepodílela. Je to skutečný cirkadiánní rytmus, pokud porušuje některou ze tří pravidel? „Nebo to jako společenství budeme vnímat jako něco jiného?“ Ale 20hodinový cirkadiánní rytmus nedokázal zcela vysvětlit chování medúz při rozmnožování za soumraku. V tomhle hodinovém mechanismu musela být ještě nějaká další součástka.

 Odpočítávání do startu

Aby lépe porozuměli tomu, co se děje v jejich novém druhu, se Deguchi a Kitsui obrátili na Clytia hemisphaerica, blízkého příbuzného. C. hemisphaerica je vizuálně k nerozeznání od C. sp. IZ-D, s průhledným zvonem a dlouhými, visícími chapadly. Zásadní je, že se jedná o dobře prozkoumaný zvířecí model a podrobnosti o jeho tření a rozmnožování jsou dobře známy. V touze po odpovědích přizvali svého přítele Tsuyoshiho Momoseho, vývojového biologa z Francouzského národního centra pro vědecký výzkum a odborníka na tento druh. Každý den, dvě hodiny po východu slunce, se C. hemisphaerica tře. Tento proces začíná s prvními paprsky slunce, kdy světlocitlivé proteiny zvané opsiny v pohlavních žlázách zachytí sluneční světlo, čímž spustí produkci hormonu, který zajišťuje dozrávání vyvíjejících se pohlavních buněk.

Tým se domnívá, že nový druh C. sp. IZ-D má mírně upravenou verzi tohoto mechanismu, při které se hormon uvolňuje pomalu v průběhu času, čímž se proces zrání gamet prodlužuje na přibližně 14 hodin. Jakmile se nahromadí dostatečné množství hormonu a pohlavní buňky se plně vyvinou, medúzy se rozmnožují současně – zhruba dvě hodiny po západu slunce, jako na povel. „Pro mě jako chronobiologa je velmi zajímavé sledovat, jak systém dosahuje jiné úrovně organizace pomocí téměř stejných nástrojů, jaké měl k dispozici dříve,“ řekl Rosato.

„Jen malá změna“ – pomalejší hromadění hormonů a tím pádem pomalejší proces zrání pohlavních buněk – „vede k mnohem složitější úrovni organizace.“ Dále Momose, Deguchi a Kitsui plánují porovnat genomy druhů C. hemisphaerica a C. sp. IZ-D , aby prozkoumali molekulární mechanismy působící v 20hodinových kvazicirkadiánních hodinách a 14hodinovém odpočítávacím časovači východu slunce. A v dubnu 2026 zahájí Kitsui doktorské studium zaměřené na rozmnožování škeblí na Univerzitě Tohoku, kde bude moci pokračovat v popisu zvláštností vývoje bezobratlých. Neobvyklé biologické hodiny, na které narazil, již měly dopad na tuto oblast. „Je to prostě nádherná studie, která bude inspirací pro spoustu dalších prací,“ řekl Tarrant.

 „Ukazuje to, že v této oblasti existuje mnoho nového a rozmanitého a možná i zcela odlišné přístupy, a přináší nám to několik příkladů toho, jak lze při zkoumání těchto mechanismů být opravdu kreativní.“

-pokračování-