Paúhoř elektrický: Genetický inženýr, který dokáže zabít koně

Když se slavný cestovatel a přírodovědec Alexander von Humboldt na přelomu 18. a 19. století vypravil do Jižní Ameriky, jedním z mnoha cílů jeho cesty bylo prozkoumat prapodivného hadovitého živočicha schopného generovat elektřinu, o níž se o toho tehdy ještě moc nevědělo. Tím tvorem byl paúhoř elektrický (Electrophorus electricus). Jenže chytit paúhoře skrývající se v bahnitých mělčinách se ukázalo jako těžko splnitelný úkol.

Traduje se, že domorodci bezradným Evropanům poradili, ať použijí jako návnadu koně, s čímž patrně měli zkušenosti, jak naznačuje obrázek výše, který však vznikl až po Humboldtově výpravě. Fungovalo to. Paúhoři prý vyskakovali z vody a na zmatené lichokopytníky zuřivě útočili, což dokládá i slavná dobová ilustrace (k vidění například zde). Tím se vyčerpali a poté je bylo snadnější chytit. Přestože badatelé dosáhli svého, několik koní za to zaplatilo životem, byť není jasné, zda je zabil přímo elektrický výboj, nebo se spíše po omráčení utopili. Ačkoli se dlouhá léta věřilo, že je historka o paúhořích vyskakujících při útoku z vody drobátko přitažená za vlasy, před pár lety jeden dobrodružný vědec ukázal, že paúhoři takto občas doopravdy útočí.

Paúhoř elektrický je sladkovodní ryba s výrazně protáhlým tělem dlouhým až 250 centimetrů a hmotností atakující 20 kilogramů. Setkat se ním můžeme v Jižní Americe, konkrétně v povodí Amazonky a Orinoka. Jak naznačuje jeho jméno, tím, co je na paúhoři obzvlášť zajímavé, je jeho schopnost vyrábět a důvtipně zacházet s elektřinou. Jako malinkaté elektrárny mu slouží specializované buňky, takzvané elektrocyty, jež se vyvinuly přeměnou svalových buněk. S jedním elektrocytem by však ryba velkou parádu nenadělala. Proto se tisíce eletrocytů spojují dohromady a vytvářejí elektrický orgán.

Elektrických orgánů má paúhoř hned několik a umožňují mu produkovat dva druhy napětí, slabé a silné. To první má velikost asi 10 V (voltů) a slouží k vyhledávání neboli elektrolokaci kořisti či pohlavního partnera. Na zrak se totiž paúhoř v kalné vodě příliš spoléhat nemůže.

Mnohem zajímavější je však napětí produkované hlavním elektrickým orgánem, které může dosahovat hodnoty přes 800 V (nedávný rekord má hodnotu 860 V) a proudu kolem 1 ampéru. Když paúhoř za pomoci elektrolokačního orgánu vypátrá vhodnou kořist, například rybu nebo menšího savce, který se ocitl ve vodě, vyšle během vteřiny několik stovek silných elektrických impulsů. Tím oběť na chvíli zcela ochromí a může si s ní dělat, co si zamane. Útok paúhoře přitom nemíří na svaly, nýbrž na nervy, jež činnost svalů ovládají. Znehybněná kořist díky tomu neklade odpor. Tedy většinou.

Pokud první útok k paralýze nestačí, má paúhoř v rukávu další trik. Natočí se ke kořisti tak, aby k ní nesměřoval jen hlavou, ale i ocasem. Díky tomu může výsledné napětí vzrůst až na dvojnásobek. Nicméně tuto metodu patrně využívají spíše mladší jedinci, jejichž elektrický orgán ještě není plně vyvinutý a neprodukuje tak velké napětí. Další strategií, která patrně slouží především jako obrana před dotěrnými suchozemskými predátory, je zmíněné, teprve nedávno potvrzené vyskakování paúhořů z vody (když například uvíznou na mělčině). Zjistilo se, že čím výš se paúhoř nad hladinu vymrští, tím silnější výboj vyprodukuje.

Za zmínku stojí, že elektřina, kterou paúhoři produkují, se dá za specifických podmínek usměrnit a využít, o čemž se před lety přesvědčili návštěvníci několika amerických akvárií. O Vánocích se totiž mohli pokochat blikajícím stromečkem, jejž elektřinou napájel vystavený paúhoř (viz videozáznam).

Přestože v článku píši o paúhoři, jako by se jednalo o jediný druh, realita je zřejmě poněkud barvitější. Ještě donedávna si sice vědci mysleli, že skutečně existuje pouze jediný druh paúhoře, nicméně studie zveřejněná v roce 2019, jejíž autoři vycházeli z genetických, morfologických i ekologiích dat, ukázala, že rod Electrophorus obsahuje hned tři druhy. Vedle zmíněného p. elektrického (Electrophorus electricus) jsou to E. varii a E. voltai, přičemž posledně jmenovanému patří i výše uvedený rekord v dosaženém napětí.

Ještě úžasnější výsledky přinesl výzkum, jehož výsledky oznámil článek publikovaný koncem loňského roku. Autoři studie se rozhodli otestovat hypotézu, zda by elektřina produkovaná paúhořem mohla prostřednictvím horizontálního genového přenosu způsobovat genetické změny v DNA organismů, s nimiž ryba přijde do styku. Ačkoli zní tato myšlenka na první pohled trochu šíleně, dává docela dobrý smysl. Podobnou techniku známou jako elektroporace totiž vědci už docela dlouhou používají k vnášení různých látek, včetně DNA, do buněk.

Jak pokus probíhal? Nejprve vědci vložili larvy ryby dánia pruhovaného (Danio rerio) do vody obsahující zelený flourescenční protein, načež k nim přidali paúhoře, kterého přiměli k vyprodukování elektrického výboje. Výsledek? Následná analýza odhalila, že ke genovému přenosu opravdu došlo (ryby začaly exprimovat bílkovinu produkovanou příslušným genem), a to u celých pěti procent ryb, což není vůbec málo. Nicméně označovat paúhoře za genetického inženýra je možná přece jen trochu přehnané. Změny se totiž podle všeho projevily pouze v somatických (tělních) buňkách, takže by neměly být dědičné. Přenos genu se navíc uskutečnil v laboratorních, a tudíž značně nepřirozených podmínkách. I tak se však jedná o fascinující zjištění, které nepochybně podnítí další výzkum.

Přestože zná věda paúhoře už více než dvě stě padesát let (jako první jej popsal Linné v roce 1766), jeho výzkum v posledních letech přinesl nečekaná zjištění a ta výše uvedená jistě nebudou poslední. Spekuluje se například, že by mohl pomoct při léčbě Alzheimerovy choroby. Paúhoř navíc není jediný tvor schopný produkovat elektřinu nebo vnímat elektrické pole, ale o těch dalších zase příště.

Text článku vznikl přepracováním a doplněním kapitoly „Paúhoř elektrický“ obsažené v knize: Pecháček, P. Protřelí predátoři. Edika, 2022, 112 s. (publikováno se svolením nakladatele).

Catania, K. C. (2015). Electric eels concentrate their electric field to induce involuntary fatigue in struggling prey. Current Biology, 25(22), 2889–2898. https://doi.org/10.1016/j.cub.2015.09.036

Catania, K. C. (2016). Leaping eels electrify threats, supporting Humboldt’s account of a battle with horses. Proceedings of the National Academy of Sciences, 113(25), 6979–6984. https://doi.org/10.1073/pnas.1604009113

De Santana, C. D., et. al. (2019). Unexpected species diversity in electric eels with a description of the strongest living bioelectricity generator. Nature Communications, 10(1). https://doi.org/10.1038/s41467-019-11690-z

Mendes-Junior, R. N. G., Sá-Oliveira, J. C., & Ferrari, S. F. (2015). Biology of the electric eel, Electrophorus electricus, Linnaeus, 1766 (Gymnotiformes: Gymnotidae) on the floodplain of the Curiaú River, eastern Amazonia. Reviews in Fish Biology and Fisheries, 26(1), 83–91. https://doi.org/10.1007/s11160-015-9407-9

Sakaki, S. et al. (2023). Electric organ discharge from electric eel facilitates DNA transformation into teleost larvae in laboratory conditions. PeerJ, 11, e16596. https://doi.org/10.7717/peerj.16596