Článek
Fascinující zkouškou přežití, která želvy absolutně odlišuje od tepelně náročných savců, je jejich schopnost ustát dlouhé měsíce hibernace v prostředí, které by pro nás znamenalo jistou smrt. Mluvíme o zamrzlých rybnících, kde hladina tvoří neprostupný ledový krunýř, který efektivně odřezává jakýkoliv přístup ke vzduchu.
Lidský organismus, endotermní stroj nastavený na konstantní vysoký výkon a produkci vnitřního tepla, by v ledové vodě kvůli masivní tepelné ztrátě a neukojitelné potřebě kyslíku rychle zkolaboval. Želva, jako studenokrevný ektoterm, se však řídí zcela odlišným souborem pravidel. Její tělesná teplota je řízena okolím, a proto v ledové vodě s teplotou těsně nad bodem mrazu dochází k automatickému, drastickému zpomalení veškerých životních funkcí.
Při tak nízkých teplotách klesá spotřeba energie, a tedy i požadavek na kyslík, na naprosté minimum. Želva nepotřebuje trávit, pohybovat se, ani aktivně udržovat teplo, což znamená, že její plíce, ideální pro efektivní dýchání vzduchu, se stávají dočasně irelevantními. Tímto mistrovským přechodem želva otevírá dveře k alternativnímu dýchacímu režimu, který je v pro člověka těžko představitelný.
Tento mechanismus je ve fyziologii znám jako kloakální dýchání (nebo šířeji enterální/střevní dýchání). Kloaka je společný vývod plazů, sloužící pro vylučování odpadu, rozmnožování a kladení vajec. U sladkovodních želv, jako je například želva Blandingova v Severní Americe, se však tato oblast proměnila v nouzový respirační aparát.
Celá kloakální oblast je charakteristická extrémní vaskularizací (bohatým prokrvením). Když želva setrvává v chladné, hypoxické (s nízkým obsahem kyslíku) vodě, probíhá zde pasivní výměna plynů skrze difúzi. Kyslík, který je rozpuštěn ve vodním sloupci, i když je ho jen málo, proniká přes tenkou a silně prokrvenou epitelovou tkáň kloaky přímo do krevního oběhu. Tato forma dýchání, která je doplněna i bukálním pumpováním (pohybem vody v ústní dutině a hrdle pro absorbci kyslíku), je sice pomalá a málo efektivní, ale v kombinaci s minimalistickými metabolickými nároky hibernujícího těla je dokonale postačující k tomu, aby želva přežila uvěznění pod ledem po dobu přesahující sto dní.
Nádech kloakou
Zatímco pro hibernující druhy je kloakální dýchání nouzová brzda, jiné želvy ho dovedly k absolutní dokonalosti a proměnily jej ve strategický nástroj pro aktivní život. Hovoříme zejména o říčních želvách z Austrálie.
Tyto druhy se zapojují do aktivního kloakálního dýchání. Namísto pasivní difuze si želvy aktivně pumpují vodu svými kloakálními otvory do dvojice speciálních váčkovitých orgánů zvaných bursae. Tyto burzy fungují jako opravdové vodní plíce, lemované drobnými prokrvenými strukturami, papilami, přes které probíhá intenzivní výměna plynů.
Absolutním nepřekonatelným šampionem je australská želva Fitzroy (Rheodytes leukops). Tento druh je schopen získat sto procent své metabolické potřeby kyslíku právě touto cestou. To jí umožňuje potenciálně neomezenou dobu zůstat pod vodou.
Proč taková námaha? Důvodem je ryzí přežití a energetická efektivita. Želvy žijící v rychle tekoucích řekách by musely vynakládat ohromné množství energie na to, aby se opakovaně dostaly na hladinu a nadechly se, riskujíce, že budou smeteny proudem. Navíc, zejména mláďata, která jsou v kloakálním dýchání často ještě lepší než dospělí, se drží u dna, kde jsou chráněna před predátory, jako jsou krokodýli a velcí ptáci.
Daň za neortodoxní dýchání
Kloakální dýchání je geniální, ale nepříliš efektivní. Voda obsahuje asi dvěstěkrát méně kyslíku než vzduch. Želvy proto musí pumpovat obrovské objemy viskózní vody sem a tam, což samo o sobě spotřebovává energii a snižuje čistý zisk kyslíku.
K tomu se přidává osmotický problém. Při difuzi kyslíku do krve dochází k úniku životně důležitých iontů sodíku a chloridů z papil do okolní vody. Aby buňky fungovaly, musí želva energeticky náročně tyto ztracené ionty pumpovat zpět do těla – proces zvaný osmoregulace. Tato nutnost dále snižuje čistou energetickou bilanci kloakálního dýchání. Je to cesta drahá, ale v extrémních podmínkách jediná možná.
Pasivní dýchání hluboko pod ledem má své limity. Když se kyslík ve vodě zcela vyčerpá (stav anoxie), želvy, jako je želva malovaná, musí přepnout na anaerobní metabolismus, tedy výrobu energie bez kyslíku. To je někdy nutné, ale nebezpečné, protože produktem tohoto metabolismu je hromadění kyseliny mléčné, které vede k prudké acidóze (okyselení) tkání.
Zde přichází na řadu další ohromující fyziologický trik. Želvy mobilizují vápník ze svého krunýře a z kostí. Tento vápník funguje jako pufrovací činidlo, podobně jako my bereme antacida na pálení žáhy, a efektivně neutralizuje kyseliny v krvi a tkáních. Díky této ochraně mohou přežít ve stavu anoxie přes sto dní.
Když želva na jaře vyleze z hibernace, je to však doslova jedna velká svalová křeč. Její tělo je zaplaveno kyselými metabolity, a je nutné co nejrychleji zvýšit tělesnou teplotu na slunci, aby se metabolismus opět nastartoval a kyselé produkty mohl rychle odstranit. Toto období je pro želvy nejnebezpečnější, protože jsou letargické a zranitelné vůči predátorům.
Vylučování tlamou pro dokonalou úsporu
Pokud jste si mysleli, že želví adaptace končí u dýchání pozadím, pak jste neviděli, jak si poradí s vylučováním odpadu v těžkých osmotických podmínkách. Kožnatka čínská je druhem, který je adaptován na život v brakických vodách (směs sladké a slané vody) a který překvapivě vylučuje močovinu tlamou.
Vědci si nejprve všimli podivného chování. Želvy ponořovaly hlavu pod hladinu, nabrali si do tlamy trochu vody, chvíli ji tam držely, a pak vyplivly zpět. Analýza této vyplivnuté kapaliny odhalila neobvykle vysoké koncentrace močoviny. Ve slinách želv byla močovina až dvěstěpadesátkrát koncentrovanější než v krvi.
Kožnatka čínská používá specializovanou tkáň v ústech, která připomíná žábry, a která slouží jako ústní ledvina. Tento fyziologický trik má opět zásadní energetický důvod spojený s osmoregulací.
Ve slané vodě musí plazi neustále bojovat s nadbytkem soli. Kdyby kožnatka vylučovala močovinu tradičně, musela by nejprve spolknout slanou vodu, a její ledviny by ji musely s obrovským energetickým nákladem odsolit, aby mohla vzniknout moč. Tím, že vylučuje odpadní močovinu přímo do ústní dutiny a následně ji vyplivne, obejde energeticky náročný úkol odsolování a efektivně šetří energii v náročném prostředí. Je to jediný známý živočich, který se tímto způsobem zbavuje většiny svých dusíkatých odpadů.
Je enterální dýchání možné u lidí?
Celá fascinující kapitola o enterálním dýchání (ať už kloakálním, nebo střevním) má nečekaný přesah do moderní medicíny.
Želvy, mořské okurky s jejich dýchacími stromy, nebo sekavci bahenní, kteří dýchají přes zadní část trávicího traktu, jsou evoluční inspirací. Vědecké týmy v posledních letech dokázaly v laboratorním prostředí provést šokující experimenty na savcích.
Myši, kterým byl dodáván kyslík rektálně (přes střeva), přežily v hypoxických podmínkách výrazně déle než kontrolní skupiny. Účinnost této metody se ještě zvýšila, když byla střevní výstelka před dodáním kyslíku mírně obroušena, což umožnilo rychlejší difuzi. Tento objev, který byl v roce 2024 dokonce oceněn Nobelovou cenou za studii prováděnou i na prasatech, ukázal, že základní fyziologický potenciál pro střevní dýchání existuje i u savců.
Tato zjištění nejsou pouhou kuriozitou. Nabízejí revoluční potenciál pro medicínu. Představte si, že by enterální dýchání mohlo být využito k podpoře pacientů s těžkým respiračním selháním nebo poškozením plic, kde standardní ventilace selhává. Namísto kyslíku by se mohly dodávat speciální, bezpečné perfluorované uhlovodíky (kapaliny, které dokáží absorbovat a přenášet velké množství kyslíku) přímo do střeva. První studie zaměřené na bezpečnost takové aplikace u lidí byly plánovány na rok 2025.
To, co začalo jako adaptace pro přežití želvy pod ledem se tak možná stane nouzovou životní pojistkou pro lidské pacienty s kritickým respiračním selháním.
Ať už želva dýchá pozadím, vylučuje tlamou, nebo neutralizuje kyseliny vápníkem z krunýře, jsou to mistrovské kousky evoluce. Paradoxem zůstává, že navzdory své neuvěřitelné houževnatosti a adaptační síle je v současné době dvě třetiny želvích druhů ohroženo vyhynutím.
Studium jejich zimního života, kdy tráví polovinu roku nečinností v ledové vodě, jejich preference pro stabilní, mělké mokřady a jejich věrnost ke stejným místům hibernace, je klíčové pro jejich ochranu. Pouze díky práci terénních biologů, kteří se v mrazu -25 °C spouštějí pod led, abychom pochopili, co tito fyziologičtí géniové potřebují, můžeme těmto starobylým vládcům extrémních podmínek zajistit budoucnost.
Želvy nás neustále učí, že v biologii neexistují žádná pevná pravidla, pouze nekonečné množství možností, jak přežít. Jsou neochvějnou připomínkou, že ta nejpodivnější evoluční řešení mohou být nakonec ta nejefektivnější a nejinspirativnější.
Zdroje: Prima Zoom, Český Rozhlas, idnes, Wikipedia, PBS
