Pigment melanín pôsobí pred radiáciou ako štít.
Nestáva sa často, že môžeme sledovať evolúciu priamo pred našimi očami. Ak sa vám však niekedy podarí navštíviť pôvodne zakázanú zónu v okolí reaktora v Černobyle, všimnite si, že klasické zelené žaby sú tam sfarbené načierno. Čo spôsobilo túto náhlu zmenu?
Havária, ktorá vytvorila novú prírodnú rezerváciu
V apríli 1986 bol Černobyľ dejiskom veľkej katastrofy jadrového reaktora, pri ktorom unikol historicky najväčší objem jadrového žiarenia do životného prostredia. Táto nehoda viedla na väčšine územia Ukrajiny, ale aj v častiach Nórska a Veľkej Británie k uvoľneniu obrovského množstva rádioaktívneho cézia-137.
Viac ako tri desaťročia po havárii sa stala oblasť jednou z najväčších prírodných rezervácií v Európe. Dnes v nej nachádza útočisko pestrá škála ohrozených druhov vrátane medveďov, vlkov a rysov. Zvieratá, ktoré tu žijú, poskytujú vedcom z celého sveta jedinečnú príležitosť na výskum toho, či a ako sa postupne prispôsobili (adaptovali) na život s vysokou úrovňou žiarenia v okolí.
Značka rádioaktivity. Zdroj: iStockphoto.com
Mutácie nemusia byť zlé
Žiarenie môže poškodiť genetický materiál živých organizmov a vytvárať nežiaduce mutácie. Tie často vedú k vzniku rakoviny, malformovaným potomkom, smrti alebo môžu dokonca vytvoriť mutácie, ktoré sa prenášajú na ďalšie generácie. Rovnako ako v prípade iných škodlivín by totiž radiácia mohla byť podľa predpokladov evolučných biológov veľmi silným selektívnym faktorom, ktorý zvýhodňuje organizmy vybavené mechanizmami zvyšujúcimi ich prežitie.
Výskumníci objavili v roku 2016 miestnu populáciu rosničky východnej (Hyla orientalis), ktorá zmenila farbu svojej pokožky zo svetlozelenej na čiernu. Tento druh má prirodzene jasne zelené chrbtové sfarbenie, hoci občas možno nájsť i tmavšie jedince.
„Rosničky žijúce v zakázanej zóne Černobyľu mali pozoruhodne tmavšie sfarbenie chrbtovej kože ako žaby mimo zóny,“ uviedli autori Pablo Burraco a Germán Orizaola, ktorí publikovali svoje výsledky v časopise Evolutionary Applications.
Pigment, ktorý zvyšuje šancu na prežitie
Pigment melanín je zodpovedný za tmavú farbu mnohých organizmov. Menej známy fakt je, že dokáže potlačiť aj negatívne účinky ultrafialového žiarenia, vďaka čomu sa ľudia opália, keď pobudnú dlhšie na slnku. Chráni dokonca i pred ionizujúcim žiarením, ako sa ukázalo pri experimentoch na hubách.
Melanín absorbuje a rozptyľuje časť energie žiarenia. Okrem toho dokáže zachytávať a neutralizovať ionizované molekuly vnútri bunky, akými sú reaktívne formy kyslíka. Tieto ochranné mechanizmy znižujú pravdepodobnosť, že sa bunky pri vystavení žiareniu poškodia.
- Melanín je označenie pre hnedý až čierny pigment, ktorý sa vyskytuje v telách rastlín, živočíchov i prvokov.
- Z chemického hľadiska je odvodený z aminokyselín tyrozínu či tryptofánu.
Po tom, ako vedci objavili prvé čierne žaby, rozhodli sa v rokoch 2017 až 2019 študovať úlohu melanínového sfarbenia rosničiek východných v rôznych oblastiach severnej Ukrajiny. Analyzovali dorzálne sfarbenie kože viac ako 200 samcov žiab, ktoré pochytali v dvanástich rôznych chovných rybníkoch. Lokality odchytu boli rozmiestnené pozdĺž širokého gradientu rádioaktívnej kontaminácie. Zahŕňali niektoré z najrádioaktívnejších oblastí na planéte, ale aj štyri miesta mimo nebezpečnej zóny Černobyľu, ktoré použili vedci ako kontrolu.
Výskumníci zistili, že tmavé sfarbenie žiab je v skutočnosti výsledkom adaptívnej reakcie, ktorá ich chráni pred poškodením tkaniva, buniek a DNA, čím sa zároveň zvyšuje ich šanca na prežitie. V súlade so svojimi zisteniami potvrdili, že žaby s najčernejšou pokožkou žili v miestach, ktoré sú najbližšie k oblasti výbuchu, kde bola zároveň najvyššia radiačná kontaminácia.
Autori upozorňujú na to, že čierne sfarbenie nesúvisí s úrovňou radiácie, ktorá je v Černobyle dnes, a ktorú vedia namerať v prípade všetkých jedincov.
Žaba. Zdroj: iStockphoto.com
Keď sa evolúcia deje pred očami
Výsledky štúdie podľa autorov dosť jasne naznačujú, že černobyľské žaby mohli prejsť v reakcii na radiáciu procesom rýchlej evolúcie. Podľa tohto scenára by boli žaby s tmavším sfarbením, ktoré normálne predstavujú menšinu, v čase havárie zvýhodnené ochranným pôsobením melanínu.
Tmavé jedince boli totiž voči radiácii odolnejšie a úspešnejšie sa rozmnožovali. Od havárie sa vystriedalo už viac ako desať generácií žiab. Klasický, aj keď veľmi rýchly proces prírodného výberu dobre vysvetľuje skutočnosť, prečo tmavé žaby v oblasti Černobyľu dominujú.
„Dúfame, že súčasná vojna na Ukrajine sa čoskoro skončí a medzinárodná vedecká komunita sa bude môcť spolu s našimi ukrajinskými kolegami vrátiť k štúdiu fascinujúcich evolučných procesov černobyľských ekosystémov,“ dodávajú autori.
- Najbežnejšou formou je hnedočierny polymér eumelanín. Ďalšia bežná forma je červenohnedý polymér feomelanín, ktorý je zodpovedný za ryšavé vlasy a pehy.
- V ľudskom tele sa vyskytujú nielen v koži, ale napríklad aj vo vlasoch, v dúhovke či v sietnici. Okrem toho sa nachádza v perí vtákov, v pokožke plazov, v hmyzej vonkajšej kostre alebo dokonca v atramente hlavonožcov.
Melanín máme tiež vo vlasoch
Za sfarbenie pokožky žiab je zodpovedný melanín. Rovnako je to aj u ľudí. Okrem iného je zodpovedný taktiež za farbu našich vlasov, ktorá závisí predovšetkým od množstva, charakteru a rozmiestnenia pigmentu vo vlasovej stonke. Melanín vzniká v bunkách – melanocytoch –, odkiaľ sa farbivo presúva do drene a kôry vlasu. Šedivenie vlasov je prirodzený jav spôsobený nečinnosťou melanocytov obsiahnutých vo vlasovej cibuľke. Keď sa syntéza melanínu zastaví, vlasy už nie sú pigmentované. Stručne povedané, neexistuje žiadny šedý alebo biely pigment, ale nedostatok pigmentu melanínu.
Výrobcovia kozmeticky účinných látok už dlhú dobu spolupracujú s univerzitnými výskumnými laboratóriami na vývoji účinných látok, ktoré dokážu zvrátiť fenomén sivých vlasov a znovu pigmentovať vlasy reaktiváciou spiacich melanocytov.
Štúdie uvádzajú, že viac ako 50 percent populácie v rozvinutých krajinách si aspoň raz za život zafarbilo vlasy. Avšak niektoré komponenty voľne dostupných farieb na vlasy môžu potenciálne spôsobiť karcinogenitu a časté sú i alergické reakcie a poškodenie vlasov samotných.
Šedivenie vlasov. Zdroj: iStockphoto.com
Syntetický pigment prinavracia farbu
S rýchlym rastom nanotechnológie – oblasti, ktorá je založená na chémii a materiálovej vede –, môžu inovátori využiť pri tvorbe farieb na vlasy nové kreatívne spôsoby. Použitie syntetického melanínu na ich farbenie skúmali len veľmi nedávno a navyše si postup vyžadoval použitie vysokých koncentrácií potenciálne toxických ťažkých kovov, ako sú meď a železo, alebo chelátov a veľmi silné oxidačné podmienky, ktoré nemusia byť vhodné pre použitie v domácnosti a salónoch.
Výskumníkom zo Spojených štátov amerických a Talianska sa podarilo navrhnúť nový postup efektívneho ukladania syntetického melanínu v ľudských vlasoch bez použitia chelátov, kovov alebo silných oxidantov. Táto inovatívna technika umožňuje tmavnutie vlasov pri fyziologickej teplote (37 – 40 stupňov Celzia) do 2 hodín. Podarilo sa im vytvoriť nielen čierne alebo hnedé sfarbenie, ale aj paletu oranžových a žltých farieb, ktoré vydržali najmenej 18 umytí a nezmenili mechanické vlastnosti vlasov.
Zdroj: DailyBeast, Forbes, ZdraviePluska, DOI: 10.1021/acscentsci.0c00068
