Jan Kolář: Biologické hodiny rostlin

Délka periody cirkadiánních rytmů ve stálých podmínkách velmi málo závisí na teplotě. Hodinky, které by šly podstatně rychleji v horku než v chladu, by přirozeně byly naprosto nepoužitelné. Protože v přírodě kolísají teploty často velmi výrazně, je pro organizmy užitečné, že rychlost chodu denních biologických hodin se téměř neliší při různých teplotách. Toto je asi nejpodivuhodnější vlastnost cirkadiánních rytmů. Proč nejpodivuhodnější? Základem všech životních pochodů, a nepochybné i cirkadiánních oscilací, jsou různé biochemické reakce. Většina biochemických procesů je ale značně urychlována nárůstem teploty po zvýšení o 10 ˚C se jejich rychlost obvykle zdvoj- až ztrojnásobí. Naproti tomu rychlost cirkadiánních oscilací (odvozená z délky periody) je po zvýšení teploty o 10 °C jen 0,8- až 1,4násobkem rychlosti při původní teplotě. Tato teplotní kompenzace je v biologii dosti neobvyklá a je patrně zajištěna nějakým pozoruhodným a rafinovaným způsobem, jehož detaily ještě přesně neznáme. (Str. 25)

Protože oscilátor je detailně prozkoumaný u čtyř organismů (sinice, rostlina huseníček, octomilka, myš), nabízí se jejich srovnání:

Je shodná i stavba oscilátorů různých organizmů? Základní princip vytváření rytmicity je opravdu totožný. Ve všech případech jde o systém propojených zpětnovazebných smyček, přičemž významnou roli má vždy negativní zpětná vazba se zpožděním. V těchto smyčkách se vzájemně reguluje (hlavně na úrovni transkripce) několik proteinů. Nicméně zúčastněné proteiny se mezi zkoumanými druhy liší svou strukturou, tedy aminokyselinovou sekvencí. Jen u octomilky a myši si jsou podobné. To svědčí o společném původu cirkadiánního oscilátoru hmyzu a obratlovců, tedy o tom, že v evoluci vznikl u nékterého dávného společného předka obou skupin, možná předka všech mnohobuněčných živočichů. Jenže huseníček, Neurospora a Synechococcus mají oscilátorové proteiny navzájem zcela nepříbuzné. Cirkadiánní rytmicita se tedy během evoluce pravděpodobně nevyvinula jednou, ale přinejmenším čtyřikrát nezávisle — u sinic, rostlin, hub a živočichů. (Str. 65)

Ukazuje to, jak důležité je sladit se denním rytmem (nejen pro rostliny).

A podobné byly i výsledky: rychlost fotosyntézy a následně i rychlost růstu byla vždy nejvyšší, pokud se přibližně shodovala délka cirkadiánní periody s délkou cyklu světelného režimu. Na rozdíl od sinic byl tento efekt výrazný jak za silné konkurence v hustém porostu, tak i při kultivaci bez konkurence s jinými rostlinami. Vidíme, že biologické hodiny (ovšem jen takové, které jsou správně seřízené s vnějším prostředím!) zvyšují fotosyntézu, a tak stimulují růst. Domněnky o výhodnosti denních rytmů, popsané v této kapitole, se tedy začínají potvrzovat spolehlivými daty z experimentů. A my tak postupně získáváme lepší představu o tom, jak přesně velký je vlastně význam cirkadiánní rytmicity pro život rostlin. (Str. 43)

Druhá část knihy pak rozebírá další měření času, periodicitu roční. Jak se rostlina rozhodne, kdy je vhodná doba na kvetení? Podle délky dne nebo noci, protože bez ohledu na teplotní výkyvy, tohle zůstává stejné.

Kapitoly:

• Rostlinný kalendář. (Jak rostliny určují roční období – pokusy v „psí boudě“ a co z nich vzešlo.)
• Fotoperiodická regulace kvetení. (Vnímání délky dne rostlinami: cirkadiánní rytmy znovu na scéně a záhada florigenu.)
• Výzkum fotoperiodizmu rostlin v budoucnosti. (Blížíme se k rozluštění některých záhad – přichází zlatý věk oboru?)

Zajímavá je podstata toho rozeznání, ale to už si musíte v knize přečíst sami.

Jak jsem psal v úvodu, kniha je postavená tak, aby jí rozuměl i úplný laik a mechanismy vysvětluje dostatečně názorně. Pro rozšíření obzorů je skvělá. A jako pokračování doporučuji Letokruhy jako kalendář i záznamník Josefa Kyncla, kde roční rytmy budeme sledovat podle jejich stop, vepsaných do kmene stromů.

Odkazy: