Belgica antarctica: Symbol odolnosti a přežití na Antarktidě

Expedice Belgica pod velením Adriena de Gerlache vyrazila z belgických Antverp koncem srpna 1897. Na lodi se plavili zástupci vědecké obce, kteří měli prozkoumat antarktický kontinent. Jednalo se o první expedici do Antarktidy, která měla čistě vědecký charakter, její průběh však připomínal spíše dobrodružný román.

Potíže s některými členy posádky nebyly nic ve srovnání s tím, když loď uvízla na 13 měsíců v ledu. Antarktická zima (společně s kurdějemi) si vyžádala několik životů. Nakonec ale přeživší 28. března 1899 dopluli do Punta Arenas a přivezli s sebou i bohatý vědecký materiál, jehož součástí byl i pakomár Belgica antarctica.

Možná si říkáte, že za prožité utrpení by si posádka zasloužila, aby její jméno nesl honosnější tvor. Belgica antarctica však není obyčejným pakomárem. Navíc najít na Antarktidě vůbec nějaký suchozemský život je celkem umění.

Kromě toho, že je Antarktida jedním z nejdrsnějších prostředí na planetě, neboť více než 99,6 % jejího území trvale pokrývá led a sníh, je od ostatních pevnin jižní polokoule oddělena tisíci kilometry Drakeova průlivu. Život bují hlavně v přímořských oblastech, kde se vyskytují drobní bezobratlí, nižší rostliny a mikroorganismy. V suchozemské fauně dominují roztoči a chvostoskoci. Hmyz zde má podle přehledové práce Iryny Kozeretsky a kol. pouze dva původní zástupce – pakomáry Belgica antarctica a Parochlus steinenii, který na rozdíl od prvně jmenovaného umí létat.

Kromě nich se na určitých místech v mořské Antarktidě vyskytují dva nepůvodní druhy - Eretmoptera murphyi (opět pakomárovití, Chironomidae) a Trichocera maculipennis (čeleď Trichoceridae). Samozřejmě, že Antarktidu obývá několik dalších živočichů, třeba všem známí tučňáci nebo tuleni, ti však nejsou považování za striktně suchozemské druhy, poněvadž tráví značnou část života ve vodě.

Pojďme se ale konečně zaměřit na pakomára Belgica antarctica, který se dokázal přizpůsobit extrémním podmínkám, které na Antarktidě vládnou. Navzdory tomu, že dosahuje velikosti zrnka rýže, jde o největšího bezobratlého živočicha Antarktidy (upřímně, nemá moc velkou konkurenci).

Ačkoliv ostatní pakomáři umí létat, B. antarctica o svá křídla v rámci šetření teplem přišel. Křídla by totiž zvětšovala povrch těla, kterým se může teplo vytrácet. A teplo má na Antarktidě cenu zlata.

Ztráta křídel není zdaleka jediným přizpůsobením nepříliš přívětivým podmínkám. Přežít teploty pod bodem mrazu umožňuje těmto pakomárům masivní dehydratace. Zatímco většina živočichů zahyne již při ztrátě 20 % vody, B. antarctica dokáže odčerpat až 70 % vody ze svých buněk (viz Earth Date). Snížením obsahu vody klesne bod tání tělních tekutin, a tudíž v teplotách pod bodem mrazu nezmrznou (viz práce Sørensena a Holmstrup).

Jeho krev navíc obsahuje chemické látky, které omezují tvorbu ledu, podobně jako nemrznoucí směs, čímž chrání buňky před poškozením. Mají také speciální proteiny, které opravují poškozené bílkoviny.

Většinu svého života stráví B. antarctica ve stádiu larvy. Larva připomínající černého červíka se pohybuje těsně pod povrchem, obvykle v trsech mechu nebo suchozemských řas, případně v guanu tučňáků.

Přibližně osm měsíců v roce jsou larvy zmrzlé a rozmrzají pouze v nejteplejších letních měsících. Dospělosti si B. antarctica moc neužije. Svých posledních deset až čtrnáct dní (což odpovídá délce stádia dospělce) života směřuje veškerou snahu k jedinému cíli. Nejí, nepije, jenom se plazí hledajíc partnera. Po osudovém setkání samička naklade vajíčka do ochranné gelové přikrývky proti mrazu, která zabrání dehydrataci a poskytne zdroj potravy pro líhnoucí se larvy, a zemře. Stejný osud čeká i samce, vyjma kladení vajec.

Tento úžasný hmyz má nejmenší genom, jaký byl kdy u hmyzu sekvencován. Což je celkem překvapivé, protože živočichové žijící v extrémně chladném prostředí mají tendenci vytvářet velké genomy kvůli evolučním adaptacím nutným pro přežití.

U B. antarctica však došlo k odstranění velké části nepoužívané DNA, která obvykle v genomech zůstává, přestože nové adaptace činí starou DNA nadbytečnou. Výsledkem je genom o 99 milionech párů bází (pro srovnání – mušky octomilky mají 139,5 milionu a člověk 3,2 miliardy párů bází).

Zkoumání antarktického pakomára má význam i pro medicínu. Pokud se vědcům podaří techniky B. antarctica pro přežití v extrémní zimě převést do lékařské praxe, mohlo by jim to pomoci vyvinout lepší metody uchovávání orgánů pro transplantace. Další výzkumy by také mohly přinést poznatky o tom, jak může extrémní chlad pomoci v boji proti nemocem.

Zdroj: Smithsonian Magazine, Antarctic Sun, Earth Date, Sci News, Cool Antarctica, I. Kozeretsky, Belgica antarctica (Diptera: Chironomidae): A natural model organism for extreme environments, 2021, J. G. Sørensena, Cryoprotective dehydration is widespread in Arctic springtails, 2011