Neci jsou zajímavým kmenem zvířat, představující širokou škálu druhů a mající své vlastní vlastnosti ve struktuře a způsobu života. Co jsou plži a proč jsou tak důležitým prvkem vodních a suchozemských ekosystémů?

Proč šneci preferují kratší, ale příjemnější existenci

V horkých pramenech je život krátký, ale pro organismy to otevírá nové možnosti. Vědci z Petrohradu, Archangelska a Moskvy zjišťovali, co se děje s obyčejnými plži, kteří se přizpůsobují životu v termálních pramenech.

Ukončete režim celé obrazovky

Rozbalte na celou obrazovku

Termální prameny jsou pravděpodobně nejstaršími známými ekosystémy

Foto: S laskavým svolením Maxima Vinarského

Někteří lidé to mají rádi horké

„Život vznikl ve vodě.“ Od školních let slýcháme toto krátké prohlášení a málokdy přemýšlíme o tom, co se za ním skrývá. Voda může být různá. Patří mezi ně hlubiny oceánu, chladné a ponuré, teplé mělké vody hemžící se životem a všem známá jezera a řeky. Charles Darwin kdysi v soukromém dopise řekl, že život na Zemi možná vznikl v „teplém malém bazénu“.

Někteří moderní biologové se domnívají, že měl pravdu a že kolébkou života byly horké prameny tvořené geotermálními vodami vytékajícími ze země, jejichž teplota na výstupu se může blížit 100 °C. Jedním z důkazů toho je, že genom LUCA (zkrácený název pro společného předka všech živých organismů, kteří žili na Zemi asi před 3,8 miliardami let) obsahoval geny tepelné odolnosti, které umožňovaly jeho existenci v téměř vařící vodě.

Pokud mají tito badatelé pravdu, pak moderní geotermální nádrže rozeseté po celém světě, od Patagonie po Kamčatku, představují nejstarší nám známé ekosystémy. V nejteplejších z nich, kde je teplota 40–45°C a výše, je život zastoupen téměř výhradně mikroorganismy. Tam, kde je voda chladnější, v rozmezí od 20 do 40 stupňů po celý rok, je to mnohem zábavnější. V takových nádržích můžete najít korýše, larvy vážek a pakomárů, měkkýše, ryby a dokonce i některé druhy vodních hadů. Navenek většina těchto biotopů nevypadá příliš působivě: nejčastěji jsou to malé a mělké louže nebo prameny vytékající ze země. Charakteristickým znakem termálních nádrží jsou bujně pestré koberce tvořené nahromaděním bakterií a modrozelených řas (tzv. řaso-bakteriální rohože), které živí býložravé živočichy (a ti zase draví).

Jedním z nejčastějších obyvatel takových nádrží jsou hlemýždi. Často tvoří husté shluky na povrchu bakteriální podložky a na jednom čtverečním metru plochy lze napočítat až 75 tisíc jedinců (to bylo pozorováno v jednom z horkých pramenů Kamčatky). Takové pohádkové číslo je možné, protože v termálních pramenech je dostatek potravy a málo predátorů a prakticky neexistují žádní konkurenti (obvykle jsou v nich měkkýši zastoupeni pouze jedním nebo dvěma druhy). Další ekologickou „cenou“, kterou získávají ti, kteří se dokážou přizpůsobit životu v termálních lázních, je stabilita životních podmínek.

Teplota zůstává po celý rok přibližně konstantní, není dlouhé zimní období, které jsou měkkýši z „obyčejných“ jezer a rybníků nuceni vyčkávat v téměř anabiotickém a někdy doslova zmrzlém stavu. Stálost teplotního režimu je prospěšná v tom, že zvířata nemusí vyvíjet speciální úpravy pro zimování a také jim dává příležitost reprodukovat po celý rok. Z ekologického hlediska jde o velkolepé životní okolnosti, které bohatě odměňují toho, kdo se jim dokáže přizpůsobit.

Historie s geografií

O „žhavé“ plže a o to, co se s nimi děje po vysazení do termálních vod, se zajímáme už delší dobu. Jsme skupina výzkumníků z Petrohradu, Archangelska a Moskvy, kteří studují biologickou rozmanitost sladkovodních ekosystémů. Během posledních deseti let jsme byli schopni prozkoumat mnoho termálních pramenů nacházejících se v Něneckém autonomním okruhu, v oblasti Bajkalu, na Kamčatce, ve vysočině Pamíru a Rudném Altaji na Islandu, stejně jako na Aljašce a v Britské Kolumbii. Všude nás přivítal přibližně stejný obrázek – pestrobarevné koberce bakteriálních rohoží, pokryté pomalu se hemžícím živým kobercem šneků. Většina z nich patří do čeledi plžů rybniční (Lymnaeidae) – skupiny rozšířené téměř po celém světě, jejíž zástupce snadno najdete téměř v každém jezeře a dokonce i ve velké louži.

Co těmto plžům pomáhá proniknout do takových specifických biotopů a jaké „vstupné“ se jim účtuje? Mít v ruce materiál jednoho nebo dvou druhů, nelze s jistotou říci nic. Ale když jsme shromáždili a porovnali údaje o šesti druzích rybničních plžů žijících v Evropě, Asii a Severní Americe, objevily se některé obecné trendy. Výrazně tomu napomohlo „přečtení“ sekvencí mitochondriálního COI genu těchto měkkýšů, jejichž analýza nám umožňuje nejen posoudit stupeň evolučního mládí (či starověku) termálních populací, ale také vyjádřit některé myšlenky o jejich původ. Kromě genetické analýzy byla provedena také morfologická analýza vlastností skořápky a anatomie studovaného druhu.

Dalším problémem bylo, že žhaví plži se vzhledem od svých příbuzných z běžných vodních ploch dost nápadně liší, a proto byli v minulosti často považováni za zvláštní, unikátní druh. Ale je to pravda? Jezírkové plže znají zoologové jako měkkýši, kteří jsou ekologicky velmi plastickí, dokáží se přizpůsobit nejrůznějším podmínkám a během této adaptace někdy dramaticky změní svůj vzhled (přičemž geneticky zůstávají prakticky nezměněni).

Studie genu COI termálních jezírkových plžů jasně ukázala, že tito „extrémní“ milenci jsou geneticky velmi blízcí svým příbuzným, kteří zůstali žít v typickém prostředí. Termální populace jsou velmi mladé, o čemž svědčí velmi malý počet mutací (obvykle jedna až tři), které je oddělují od nejbližších netermálních populací. To bylo zjištěno u všech studovaných druhů bez výjimky. Přitom téměř každý horký pramen, který jsme zkoumali, měl svůj haplotyp (tzv. unikátní sekvenci neboli variantu struktury genu, která jeho nositele odlišuje od všech ostatních jedinců tohoto druhu). Jen ve velmi ojedinělých případech mohl být takový haplotyp nalezen jinde a nikde jsme nenašli dvě nebo více termálních populací žijících v různých pramenech, které by sdílely stejný haplotyp.

To znamená, že k zavlečení měkkýšů do geotermálních nádrží dochází opakovaně a nezávisle, a co je nejdůležitější, jakmile se usadí ve svém „tepelném vězení“, tato zvířata již nejsou schopna jej opustit a jít dobývat nová stanoviště. Je dokonce možné, že se to pro ně změní v jakousi evoluční slepou uličku, nebo, abychom použili jeden z termínů, které jsme přijali, ve stav „fylogenetické imobilizace“. Přeloženo do jednoduššího jazyka to znamená, že jakmile se šneci adaptují na extrémní podmínky, nejsou již schopni vrátit se do svého původního, „chladného“ prostředí. Stávají se rukojmími svých úspěšně získaných environmentálních „návyků“. Nebyli jsme tedy schopni vytvořit laboratorní kulturu ohromného množství druhů termálních jezírkových šneků jejich umístěním při pokojové teplotě. Takové podmínky jsou pro jejich růst, vývoj a rozmnožování nevhodné.

Zdá se, že takový vývoj na mikroúrovni postupuje poměrně rychle. Nasvědčuje tomu malý počet mutací nalezených v termálních populacích a také možnost relativně snadného pronikání do takových neobvyklých podmínek, ke kterému zjevně dochází téměř vždy, když tomu okolnosti nakloní. Populace vznikají rychle, následuje více či méně dlouhé období prosperity, ale z evolučního hlediska jsou to všechno velmi mladé skupiny, které už dávno neexistují. Nejsou vůbec „ve stejném věku jako dinosauři“ (nebo dokonce mamuti).

Nízký věk termálních populací a jejich genetická blízkost k jejich domnělým příbuzným jasně naznačují, že je nelze považovat za zvláštní druhy, jakkoli se navenek liší od „normálních“ jedinců. Podle našeho názoru je nejsprávnější považovat takové termální populace za „ekologické rasy“, tedy jednoduše odrůdy dobře známých druhů, které vznikají vždy, když vyvstane úkol přizpůsobit se životním podmínkám v horkých pramenech. K takovým adaptacím dochází paralelně, nezávisle na sobě a podobné trendy jsou pozorovány u různých druhů, a to i nepříliš příbuzných.

Ukončete režim celé obrazovky

Rozbalte na celou obrazovku

Termální šneci v Pym-Va-Shor (hranice Něneckého autonomního okruhu a Republiky Komi)

Foto: S laskavým svolením Maxima Vinarského

Na velikosti záleží

Úplně první kroky adaptace plžů rybničních na pobyt v termálních nádržích se zatím nikomu nepodařilo pozorovat. Toho lze pravděpodobně experimentálně dosáhnout simulací životních podmínek v horkém prameni v laboratoři. To se ale ještě nestalo a v našem uvažování se musíme spoléhat na nepřímá data.

„Typický“ jezírkový hlemýžď ​​umístěný experimentátorem do geotermy s největší pravděpodobností zemře. Ve většině případů jsou tito měkkýši přizpůsobeni chladné vodě, a proto nemohou přežít při 30–40 °C. Na druhou stranu je známo, že na individuální úrovni se mohou ukazatele tepelného odporu velmi lišit (a to nejen u plžů, ale i u jiných živočichů včetně člověka). V populacích existují jedinci, kteří jsou geneticky „predisponováni“ k odolnosti vůči velmi nízkým nebo velmi vysokým teplotám. Za normálních podmínek se to nijak neprojevuje, ale pokud se takový obzvlášť odolný měkkýš náhodou ocitne v termální nádrži (např. s „pomocí“ vodního ptactva, které aktivně unáší plže vzduchem různými směry) , může se stát zakladatelem nové populace. To je o to jednodušší, že všichni rybniční plži jsou hermafroditi, kteří se v případě potřeby mohou rozmnožovat bez účasti sexuálního partnera a sami se oplodnit.

Dá se předpokládat, že vývoj nového horkého pramene probíhá přesně tímto způsobem – v důsledku náhodného, ​​„mimo cílového“ zásahu. Pak vstupuje do hry přírodní výběr, který je schopen výrazně zvýšit tepelnou odolnost nové populace v průběhu několika generací „povzbuzením“ slimáků, kteří jsou nejvíce tolerantní vůči teplu. Právě jejich geny mají větší šanci na předání další generaci, zatímco špatně adaptovaní jedinci umírají v útlém věku a nezanechávají žádné potomky. Krok za krokem se tedy tvoří skutečně teplomilná populace.

V ostatních ohledech jsou podmínky pro život v termálních lázních téměř resortní. Jediným úkolem je překonat neviditelnou bariéru neboli „environmentální filtr“, jak říkají ekologové. Pár šťastlivců tudy projde, ale odměnou jim je vstup do místa, kde je hodně jídla a relativně málo lidí, kteří si chtějí toto jídlo odnést. Ale, jak jednou poznamenal slavný zoolog Boris Kuzin, „největším zákonem účetnictví je, že za každé potěšení musíte zaplatit“.

Již první badatelé „žhavých šneků“, pracující v polovině 1,5. století, si všimli, že ve většině případů jsou tito měkkýši skutečnými trpaslíky. Podle našich údajů se velikost ulity u všech druhů termálních jezírkových plžů oproti běžnému zmenšuje 2–XNUMXkrát. Nejsou to vůbec nějací „bastardi“. Pitva ukazuje, že zakrslí hlemýždi mají plně vyvinutý reprodukční systém a jsou tedy dokonale schopni reprodukce.

Další náklady na život v horké vodě je výrazné snížení průměrné délky života. Pokud za typických podmínek trvá životní cyklus hlemýžďů jeden a půl až dva roky, pak v horkých pramenech Kamčatky začnou hlemýždi odumírat ve věku 75 dnů.

A ještě jedna zajímavá okolnost. U čtyř ze šesti studovaných druhů jsou dospělí aktivně se rozmnožující jedinci vzhledově velmi podobní mláďatům stejného druhu z běžných, netepelných nádrží. Zvlášť patrné je to u tzv. ušního rybničního plže. Normálně má tento druh v dospělosti velkou, téměř kulovitou schránku, se širokým a hlubokým ústím (odtud ruský název tohoto druhu). Mladí ušatí rybniční plži mají naopak úzkou, vysoce protáhlou ulitu s malými oválnými ústy. Přesně tak vypadají dospělí zástupci tohoto druhu, žijící v horké vodě, ať už je najdeme kdekoli – na Kamčatce u jezera Bajkal, vysoko v pohoří Pamír. Tato nezávisle získaná podobnost znamená, že „juvenilní vzhled“ lastury není vůbec náhodný a vzniká během adaptace na život v termálních nádržích.

Ukončete režim celé obrazovky

Rozbalte na celou obrazovku

Verkhne-Paratunskij termální prameny, Kamčatka

Foto: S laskavým svolením Maxima Vinarského

Žijte rychle, mladí

Všechny tyto zdánlivě nesouvisející skutečnosti však dávají dohromady ucelený obrázek. Již dlouho je známo, že u vodních živočichů (kromě teplokrevníků) se s rostoucí teplotou vody zrychluje rychlost metabolismu a téměř všechny biochemické procesy. Na druhé straně, pokud teplota klesne pod určitou úroveň, jak se to děje na podzim a v zimě v běžných nádržích, životně důležitá aktivita měkkýšů se, dalo by se říci, znecitliví a přestanou se krmit a růst. V horkých vodách tomu tak není, takže intenzivnější růst zřejmě vede k dřívější než obvyklé pubertě. A protože rychlost vývoje reprodukčních orgánů převyšuje rychlost růstu ulity, hlemýždi se stávají schopnými reprodukce při zachování jejich mladistvého vzhledu. Jakmile se pohlavně dospělý měkkýš začne rozmnožovat, jeho růst se vlastně zastaví, protože všechny dostupné zdroje energie (a rozmnožování je velmi nákladný proces!) směřují k produkci vlastního druhu. Takže náš zrychlený jezírkový šnek zůstává s „dospívající“ ulitou po celý svůj krátký život.

Prudké zkrácení délky života je také celkem pochopitelné: pokud se všechny procesy urychlí v horké vodě a není třeba upadnout do zimní strnulosti, pak co nejrychlejší tempo generační obměny, doprovázené kolosálními čísly (těch 75 tisíc šneků na čtvereční metr, které již byly zmíněny). Pravděpodobně je z pohledu jednotlivého šneka trochu urážlivé žít tak málo, ale takový je přírodní zákon – přírodní výběr prosazuje zájmy celé populace, nikoli konkrétního jedince. Známý životní princip rockerů 60. let – žít rychle, zemřít mladý („žít rychle, zemřít mladý“) – nevymysleli oni.

Studii podpořila ruská vědecká nadace (projekty 19–14–00066-P a 21–74–10155).

Maxim Vinarsky, profesor St. Petersburg State University, ved. Laboratoř makroekologie a biogeografie bezobratlých

• Časopis „Kommersant Science“ č. 19 ze dne 14.09.2023. října 44, strana XNUMX