Článek českých vědců, věnovaný vůbec prvnímu popisu dermálního brnění u hadů, se v kategorii Země, životní prostředí a ekologie probojoval mezi 100 nejstahovanějších článků zveřejněných v minulém roce v prestižním vědeckém časopise Scientific Reports vydávaném nakladatelstvím Nature.
Jedním ze zkoumaných druhů byl i hroznýšek tatarský (Eryx tataricus). Zdroj: Daniel Frynta.
Na jeho sepsání se podílel tým odborníků z Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy, Ústavu technické a experimentální fyziky Českého vysokého učení technického v Praze a 3. Lékařské fakulty Univerzity Karlovy.
Zásadní roli ve výzkumu sehrály inovativní technologie vyvíjené týmem vědců ze Zobrazovací mikroradiografické laboratoře Ústavu technické a experimentální fyziky Českého vysokého učení technického v Praze (ÚTEF). Tento tým byl jedním z prvních, který začal v České republice se zobrazováním s pomocí mikro- resp. nanofokusových rentgenových (RTG) zdrojů, které umožňují 3D vizualizaci vnitřních struktur s rozlišením menším než jeden mikrometr.
S nápadem propojit úsilí fyziků a přírodovědců přišel již před dvanácti lety tehdejší děkan 3. lékařské fakulty Michal Anděl, který v té době již s ÚTEF spolupracoval. Právě on upozornil předního českého odborníka na etologii a zoologii Daniela Fryntu na pracoviště, které je schopné pořizovat RTG snímky s vysokým rozlišením. A shodli se na tom, že by se tato technologie dala použít i při zkoumání zvířat.
Brzy se rozběhla čilá spolupráce. Přírodovědci, kteří se soustředí na drobné hlodavce, plazy a obojživelníky, si z expedic často přivážejí neznámé nebo málo známé druhy a vědci z ÚTEF jim s pomocí mikrotomografie pomáhají zkoumat jejich morfologii.
„Jedním z určujících parametrů pro rozpoznání druhu může být stavba kostry či zubů zvířete. A jsou dvě možnosti, jak ji prozkoumat: buď měkké tkáně rozrušit a sbírkový exemplář v podstatě zničit, nebo použít právě mikrotomografii, která to dokáže neinvazivně,“ vysvětluje výzkumný pracovník ÚTEF Jan Dudák.
Pro získávání 3D RTG zobrazení zvířat využívá tým fyziků z ÚTEF vlastnoručně uzpůsobené systémy a zařízení. „První prototypy zobrazovacích systémů jsme sestrojovali doslova na koleni. V době založení laboratoře totiž nebyla podobná zařízení na trhu k dispozici. Dnes je situace jiná. CT systém si můžete jednoduše koupit: pak stačí do něj vložit vzorek, stisknout tlačítko a přijde vám SMS, že 3D sken je hotový. Ale díky tomu, že si systémy dáváme dohromady sami, jsou daleko flexibilnější a jsme schopní tlačit je k limitům – například snadno přenastavovat na různé velikosti a typy vzorků. Naše originální zařízení možná nejsou tak rychlá a elegantní, ale to, že je vyvíjíme sami, nás nutí, abychom jim opravdu dobře rozuměli,“ říká Jan Žemlička, jeden ze spoluautorů úspěšného článku.
S využitím originálních technologií se spojenému týmu přírodovědců a fyziků podařilo učinit objev, který vzbudil zájem po celém světě. V ocasech čtyř druhů hroznýšků rodu Eryx rozpoznali tzv. osteodermy – drobné kostěné útvary uložené v kůži, které ocas hada zpevňují a při napadení predátorem fungují podobně jako brnění.
„Osteodermy se poměrně běžně vyskytují u nejrůznějších druhů ještěrů – varanů, gerrhosaurů, scinků či korovců. A tak mě napadlo, proč by takové brnění nemohli mít i hadi, kteří jsou také šupinatí plazi,“ vzpomíná na počátky výzkumu zooložka Petra Frýdlová. Je podle ní s podivem, že osteodermy u hadů nebyly objeveny už dávno. Mikrotomografie totiž zažívá v posledních deseti letech boom a v digitálních repozitářích jako DigiMorph jsou dostupné CT skeny velkého počtu druhů nejen hadů. Jak ale podotýká, těla zvířat jsou tam většinou naskenovaná vcelku, snímky nejsou příliš kvalitní a osteodermy na nich zkrátka nejsou vidět.
Tým mikroradiografické laboratoře ÚTEF naopak dokáže s pomocí svých zařízení pořídit 3D model zvířete v takovém rozlišení, že je možné sotva milimetrové kostěné destičky ve tkáni hada bez potíží rozpoznat, a dokonce vizuálně izolovat.
„Kolegové z Přírodovědecké fakulty specifikují vzorek a my jim pomáháme s jeho vizualizací. Kromě toho, že 3D data vytvoříme, pomáháme je také utřídit a do určité míry i objektivně analyzovat. Protože pro někoho, kdo na to není zvyklý, je to komplikovaná práce. A při zpracovávání dat někdy i sami narazíme na něco atypického nebo překvapivého,“ vysvětluje podíl laboratoře ÚTEF na společném výzkumu Jan Žemlička.
Předností mikrotomografie je přitom nejen skvělé rozlišení zobrazení, ale také celkově vyšší flexibilita výzkumu. Tým v rámci projektu poměrně snadno proskenoval 68 exemplářů patřících mezi 27 druhů hadů z různých čeledí.
„Kdybychom se přítomnost osteodermů snažili analyzovat s pomocí klasické histologie, bylo by to časově nesrovnatelně náročnější. Podstatné je také to, že používaná technologie není destruktivní. Můžeme si třeba z Národního muzea zapůjčit vzácné vzorky z 19. století, které by nám z pochopitelných důvodů v žádném případě nedovolili studovat invazivně. A s pomocí mikro-CT je můžeme proskenovat a vrátit je zpět v původním stavu,“ vysvětluje Petra Frýdlová.
Vizualizace osteodermů na ocase a kaudální části těla hroznýška východního (Eryx miliaris) pomocí μCT. Zdroj: Petra Frýdlová a Jan Dudák
Malé barevné objekty jsou jednotlivé osteodermy, které jsou uspořádány do pravidelného vzoru kopírujícího jednotlivé šupiny. Odstín osteodermů odpovídá jejich objemu (mm3). Na obrázku jsou zároveň patrné výrazné modifikace ocasních obratlů.
Ale i tak byla podle ní k objevení osteodermů v ocasech hadů potřeba také trocha štěstí.
„Hadů je přibližně čtyři tisíce druhů, a já našla osteodermy u prvního, kterého jsem s pomocí mikro-CT prozkoumala. Měla jsem z toho samozřejmě radost! Ale úplná náhoda to také nebyla. Na hroznýšcích jsem ty kostěné útvary vypozorovala už povrchově. Tyto hady máme v našem experimentálním chovu na Přírodovědecké fakultě. Při manipulaci jsem si všimla, že mají na ocáscích velice hrubou, granulózní kůži a napadlo mě, že by to mohly být právě miniaturní kostěné útvary inkorporované v kůži,“ říká Petra Frýdlová.
K čemu vlastně nově objevené osteodermy hadům slouží podle ní zatím není úplně jasné. Nejčastěji zmiňovanou funkcí je obrana před predátorem. Ale s pomocí „brnění“ se může had chránit i před samotnou kořistí nebo tím, kdo jí přijde na pomoc.
„Hroznýšci, které zkoumáme, žijí zahrabaní v substrátu a živí se mláďaty hlodavců, která hledají v podzemních norách. A tak se může snadno stát, že rodiče těch ohrožených mláďat najdou ocas hada trčící z nory a napadnou ho,“ vysvětluje Petra Frýdlová.
Že je na ocas hroznýšků vyvíjen silný predační tlak svědčí hned několik skutečností. Ocásek mají zcela vyplněný obratli, které jsou velmi zvětšené a zaplňují téměř celý objem ocasu. Je tedy zpevněný jak na povrchu pomocí osteodermů, tak zevnitř pomocí modifikovaných obratlů. Navíc je ocas tvarovaný podobně jako hlava a hadi s ním provádějí charakteristické pohyby, kterými se snaží predátora zmást a přilákat k méně citlivé části těla.
Členové týmu z ÚTEF a Přírodovědecké fakulty si pochvalují, že se jim podařilo objevit něco zcela nového a převratného. S pomocí mikrotomografie se dnes totiž v zoologii spíše ověřují již dávno známé skutečnosti. Kdežto objev osteodermů otevřel široké pole pro další výzkum: dá se předpokládat, že „obrněných“ hadů je více a je ještě třeba je objevit.
- Autor článku: ne
- Zdroj: ČVUT
