English
V březnu 2012 podepsala Akademie věd ČR novou dohodu s mexickou Národní radou pro vědu a technologie (Consejo Nacional de Ciencia y Technología – CONACYT) společně s prováděcím plánem, na jehož základě se začalo realizovat pět vědeckovýzkumných projektů vědců AV ČR s jejich mexickými kolegy – podrobněji viz AB 4/2012. Jelikož šlo o dvouleté projekty a spolupráce skončila s koncem roku 2013, můžeme zhodnotit jejich výsledky.
K bezesporu podnětným patřila práce v oblasti výzkumu archaických druhů ryb s výskytem limitovaným pouze na Střední Ameriku a Kubu (zejména kostlínů, kteří žijí na zemi 100–150 milionů let), u nichž stavba a organizace genomu nebyla dosud probádána moderními metodami. Zatímco mexická strana disponuje stabilním chovem a neomezeným přístupem k těmto archaickým druhům, úkolem české strany bylo především přispět k zavedení moderních metod na partnerském pracovišti.
Řešením projektu Molekulárně-cytogenetická analýza genomu jeseterů, veslonosů a kostlínů – žijících svědků pradávných evolučních experimentů s genomem praobratlovců se v České republice zabývali vědci z Laboratoře genetiky ryb Ústavu živočišné fyziologie a genetiky AV ČR pod vedením dr. Radky Symonové a v Mexiku pracovníci z Universidad Juarez Autónoma de Tabasco v čele s dr. Leninem A. Rodríguezem.
Foto: Archiv Radky Symonové
Radka Symonová a Zuzana Majtánová z Ústavu živočišné fyziologie a genetiky AV ČR se studenty v Mexiku
V laboratoři genetiky ryb Ústavu živočisné fyziologie a genetiky AV ČR se věnujeme mj. evoluci genomu archaických rybovitých obratlovců s využitím přístupů molekulární cytogenetiky a fluorescenčních analýz chromozomů. V této oblasti patří mezi námi zkoumané druhy jeseteři a jejich poslední žijící příbuzný veslonos americký. Do evoluční blízkosti těchto ryb ještě náleží kostlíni a další poslední osamocený druh kaproun (Amia calva). Kostlíni, dříve reprezentováni škálou druhů s rozsáhlým areálem výskytu, jsou v současné fauně zastoupeni ani ne deseti druhy, a to pouze na americkém kontinentu. Jeden druh kostlína, někdy nazývaný tropický (Atractosteus tropicus), se vyskytuje mj. v Mexiku, kde jej chovají v akvakultuře, podobně jako se u nás chová třeba kapr. Pro náš výzkum tak Mexiko představovalo ideální místo k odběru vzorků a k jejich primárnímu zpracování. Kostlíny lze sice koupit i v Evropě v akvaristice, ale není možné u nich určit pohlaví a je obtížné připravit z nich kvalitní chromozomové preparáty, bez kterých se ve výzkumu neobejdeme.
Foto: Radka Symonová
I takové využití mají v Mexiku pro nás vzácní a exotičtí kostlíni.
Ve městě Villahermosa ve státě Tabasco na Universidad Juarez Autónoma de Tabasco, na místě, kde se v prehispánském období rozkládal neprostupný prales, močály plné krokodýlů a řeky plné kostlínů, se nám podařilo najít mexické kolegy, kteří kostlíny ve velkém množství rutinně chovají a kteří se od nás chtěli naučit metody molekulární cytogenetiky. Vznikla tak ideální situace, kdy jsme získali téměř neomezený přístup ke kostlínům a především možnost získat vzorky pro přípravu chromozomových preparátů a následné experimenty v laboratoři.
Atraktivita kostlínů spočívá mj. v tom, že jejich genom a uspořádání chromozomů se považují za předchůdce současných jeseterů. Archaičnost kostlínů nám tudíž do určité míry umožňuje nahlédnout do genomu, který před stovkami milionů let dal pravděpodobně vzniknout jeseterům tím způsobem, že prodělal duplikaci celého genomu. Tento redundantní genetický materiál prajeseterům umožnil další vývoj a vznik pozoruhodných evolučních novinek. Možnost porovnat genomy jeseterů a kostlínů na úrovni chromozomů byla pro nás důležitým chybějícím článkem v dlouhodobém snažení – výsledky zúročíme ve srovnávací studii genomu bazálních linií obratlovců. Dalším výstupem bude specializovaná cytogenetická studie, v níž jsme dospěli k překvapivým výsledkům v souvislosti s kompartmentalizací genomu kostlínů. Zjistili jsme pro studenokrevné obratlovce netypické uspořádání na geny bohatých a chudých oblastí DNA na chromozomech kostlínů. Evoluční význam této zvláštnosti si do budoucna zaslouží naši další pozornost, a ačkoli původně neplánován, stane se tématem, kterému se budeme věnovat.
Tradiční oblast spolupráce AV ČR a Mexika představuje astrofyzika, která v obou zemích dlouhodobě dosahuje světových výsledků. Tématem projektu Astronomického ústavu AV ČR a Instituto Nacional de Astrofísica Optica y Electrónica byla tvorba hvězd, která se v raných fázích vývoje vesmíru uskutečňovala mnohem intenzivněji než v současnosti. Vedoucím řešitelem na české straně byl prof. Jan Palouš, na mexické dr. Guillermo Tenorio-Tagle.
Foto: Archiv ESO
Galaxie Antény: ukázka setkání dvou spirálních galaxií, při kterém se tvoří hmotné hvězdokupy.
Omega Centauri: velmi hmotná kulová hvězdokupa obsahuje několik hvězdných generací.
Jedním ze způsobů, jak vznikají hvězdy, je stlačování rozptýlené mezihvězdné hmoty při vzájemných setkáních galaxií. V průběhu takového setkání dochází ke srážkám mezi molekulárními oblaky, které odstartují bouřlivou tvorbu hvězd, kdy se v malém prostoru o průměru pouhých několika parseků zrodí během méně než milionu let okolo jednoho milionu hvězd. Důsledkem této prudké tvorby hvězd jsou gravitačně vázané hvězdné skupiny, hvězdokupy, jejichž mladé a hmotné hvězdy intenzivně září a vydávají silný hvězdný vítr, a ovlivňují tak mezihvězdné prostředí. V případě hvězdokup menších hmotností horký vítr opouští jejich prostor a vane často velmi daleko do okolního mezihvězdného prostoru. Se vzrůstající hmotností hvězdokupy roste i hustota hvězdného větru, vzrůstá význam ztráty energie zářením a vítr postupně chladne. Pokud je hmotnost mladé hvězdokupy dostatečná, vytváří se v centrálních oblastech hvězdokupy tepelně nestabilní oblast, kde vznikají chladné obláčky. Ty se později mohou stát místy vzniku další generace hvězd, která je vytvořena z mezihvězdné hmoty obohacené o těžké prvky vyprodukované během atomových reakcí ve hvězdách první generace.
Model tepelně nestabilní oblasti v centru velmi hmotné hvězdokupy nabízí vysvětlení pro nová pozorování, která objevila ve hmotných kulových hvězdokupách naší Galaxie přítomnost více hvězdných generací.
Náš model, jenž pomocí hydrodynamických výpočtů stanovuje kritickou hmotnost hvězdokupy, nad níž vzniká druhá generace hvězd, je alternativou k modelu pomalých hvězdných větrů vanoucích od rychle rotujících hmotných hvězd navrženému skupinou ženevských astronomů. Představy o tepelné nestabilitě hustých hvězdných větrů se rozvíjejí ve spolupráci ASÚ a Instituto Nacional de Astrofísica Optica y Electrónica v projektu Bouřlivá tvorba hvězd, který získal podporu AV ČR a CONACYT. Nový model tepelně nestabilních větrů hmotných hvězdokup jsme popsali společně se spolupracovníky z Mexika ve čtyřech článcích publikovaných v prestižním časopise The Astrophysical Journal v letech 2012 a 2013.
Na třetím z pěti realizovaných projektů spolupracují týmy prof. Pavla Zemánka z Ústavu přístrojové techniky AV ČR a prof. Karen Volke-Sepúlveda z Instituto de Física na Universidad Nacional Autónoma de México v Mexico City. Zkušenosti obou týmů se komplementárně doplňují – mexický partner má zkušenosti s usměrňováním stochastického (nahodilého) pohybu v tzv. „řehtačkových“ potenciálech, český s realizací prostorově tvarovaných potenciálů pro dielektrické mikročástice s využitím laserových svazků. „Řehtačkový“ potenciál je populárnější název pro asymetrický potenciálový profil, často proměnný v čase, který ve spojení se stochastickým pohybem částice dokáže její nahodilý pohyb usměrnit určitým směrem.
Dvourozměrný „řehtačkový“ systém, ve kterém se částice o průměru pěti mikrometrů transportují ve směru kolmém na cyklický pohyb vzorku. Trajektorie pohybu jednotlivých částic jsou barevně odlišené. V pravém horním rohu je geometrická konfigurace zdvojeného pole optických pastí, které tvoří asymetrický potenciál.
Společné úsilí se zaměřilo na teoretický popis a experimentální realizaci takového dvourozměrného „řehtačkového“ systému, který by cyklickým pohybem v jedné ose usměrnil stochastický pohyb vodní sus-penze mikročástic ve směru kolmém. V laboratořích mexického partnera byl „řehtačkový“ potenciál realizován systémem dvojic optických pastí pravidelně rozmístěných v rovině.
Foto: Archiv ÚPT AV ČR
Petr Jákl z Ústavu přístrojové techniky AV ČR u experimentální aparatury v Instituto de Física UNAM
Při vhodném rozložení optických pastí, velikosti částic a frekvenci cyklického pohybu se dosáhlo experimentálního potvrzení tohoto jevu. Jelikož analyzované částice mají velikost srovnatelnou s mnoha buňkami či jednobuněčnými organismy (například červenými krvinkami, některými řasami či kvasinkami), nabízí se využití k cílené dopravě živých buněk. Závislost pohybu na velikosti částic umožňuje bezkontaktní třídění maloobjemových vzorků mikroobjektů.
DANUŠE PAZOURKOVÁ,
Kancelář Akademie věd ČR,
RADKA SYMONOVÁ,
Ústav živočišné fyziologie a genetiky AV ČR, v. v. i.,
JAN PALOUŠ,
Astronomický ústav AV ČR, v. v. i.,
PETR JÁKL,
Ústav přístrojové techniky AV ČR, v. v. i.