Co je "holobiont" a jak může změnit naše porozumění světu

13. 2. 2023

V přírodě vládne konkurence a přežívají nejsilnější. Nebo to je alespoň to, co jsme často slyšeli. Ale planeta je mnohem komplikovanější, protože my pozemšťané se vztahujeme k jiným druhům na úrovních, které si často ani neuvědomujeme. Jak jednou řekli bioložka Lynn Margulis a spisovatel Dorion Sagan: "Abyste pochopili skutečnou složitost života, musíte pochopit, jak se organismy spojují novými a fascinujícími způsoby."

To je přesně to, o čem je koncept holobiontů. Odkazuje na entitu - holobiont - tvořenou asociací různých druhů, které se stávají ekologickou jednotkou. Jinými slovy, když zvíře nebo rostlina (hostitel) žije v symbióze s mikroorganismy, které hostí (symbionty), je to holobiont. Je to jako skupina spojených bytostí nebo mnohodruhový komplex.

Scott F. Gilbert, vývojový evoluční biolog a emeritní profesor na Swarthmore College a univerzitě v Helsinkách, vysvětluje, že "všechny organismy se zdají být holobionty [...] Jsme složeni nejen z buněk odvozených ze zygoty (oplodněné vaječné buňky), ale také ze symbiotických bakterií, hub a virů."

"Každé zvíře je biom: Soubor interaktivních ekosystémů, " vysvětluje Gilbert. "A tyto symbiotické mikroby s námi jen necestují. Pomáhají budovat naše tělo, regulovat naše metabolické procesy a budovat naše imunitní schopnosti. To má mnoho důsledků pro to, jak se díváme na život."

Ve skutečnosti je naše pouto s mikroorganismy tak hluboké, že se stáváme ekosystémem, kde žijí, zatímco ovlivňují náš vývoj, zdraví a chování.

Podle Cristiny Doradorové, mikrobiální ekoložky a profesorky na univerzitě v Antofagastě v Chile, "nás holobiont vyzývá, abychom přemýšleli v různých velikostech. Může se zdát, že mikroskopické a obrovské nekonverzují... Ale ve skutečnosti ano."

Tuto perspektivu potvrdil nedávný technologický pokrok. "Velký krok nastal v roce 2010 s masivními technikami sekvenování DNA, protože byly objeveny kompletní mikrobiální skupiny, které byly pro klasické techniky neviditelné. Kromě toho projekt lidského mikrobiomu odhalil mikrobiální rozmanitost v lidském těle a odhalil některé teorie, které v té době existovaly," dodává Doradorová.

Snad nejznámějším příkladem je střevní mikroflóra: Společenství mikroorganismů, které nám umožňuje rozkládat potravu a je klíčem k našemu imunitnímu systému.

"Z anatomického hlediska je přibližně polovina buněk v lidském těle mikrobiálních. Kromě toho každý druh mikrobu není s námi náhodně spojen, ale nachází se na konkrétních místech. Tyto mikroby přijímáme, když procházíme porodními cestami. Jsou to dary na rozloučenou od naší matky. Tyto mikroby kolonizují naše tělo - zejména naše střeva - a pomáhají určovat náš vývoj," říká Dr. Gilbert.

Není překvapením, že mikrobi také hrají roli při onemocněních, od deprese až po rakovinu. Nádory mají skutečně přidružený mikrobiom. Přítomnost těchto mikroorganismů by vysvětlovala, proč jsou někteří lidé citlivější na imunoterapii.

V jiné oblasti existují studie, které ukazují, že náhrada bakterií ve střevě by mohla pomoci snížit autistické chování u potkanů. Doradorová – která se podílela na výzkumu autismu a mikrobioty – říká, že "bylo hlášeno, že přibližně 40 % lidí na autistickém spektru má nějaký gastrointestinální problém. Bylo zjištěno, že dochází k obohacení určitých skupin bakterií. Chtěli jsme najít model, který by vysvětlil, zda tato změna na mikrobiální úrovni - které ještě nerozumíme - vytváří metabolity nebo produkty, které nějakým způsobem mění funkci neuronů".

Holobiont vytváří nové morfologické, fyziologické a imunologické charakteristiky – mimo jiné – které neexistují odděleně u druhů. Entomoložka Constanza Schapheerová používá oblíbený příklad hmyzu recyklujícího živiny, jako jsou termiti.

"Tato zvířata obsahují mikroorganismy - jako jsou bakterie a další jednobuněčné organismy - ve svém trávicím systému, které pomáhají termitům absorbovat živiny, které by jinak nezvládli. Získání střevních symbiontů bylo klíčem k evoluci tohoto hmyzu. Existuje mnoho podobných příkladů v přírodě - mezi nejparadigmatičtější patří lišejníky a korály, "poznamenává Schapheerová, která je postdoktorandskou výzkumnou pracovnicí na Agronomické fakultě Chilské univerzity.

Krávy jedí trávu, ale jejich genom neprodukuje enzymy schopné trávit celulózu nebo jiné sloučeniny v krmivu. Dobrou zprávou pro ně je, že jejich symbiotické mikroby – nacházející se v bachoru – jsou zodpovědné za zpracování toho, co tito savci nedokáží.

Některé druhy se mění, když získávají nové mikroorganismy. Gilbert zmiňuje červeného terpentýnového brouka: "Je to menší škůdce ve Spojených státech, kde jeho symbiotické houby vyvrtávají díry v poškozených stromech. Nicméně, když byl omylem vyvezen do Číny, brouk získal novou sadu houbových symbiontů, které mu umožnily vyvrtat díry do zdravých stromů a zabít je.

Jinými slovy, to, co považujeme za "organismus", může být ve skutečnosti soubor integrovaných organismů. Z tohoto důvodu vědci a filozofové – jako Gilbert a jeho kolegové – zpochybnili samotnou existenci "individua", jak ho obvykle chápeme.

"Vyvinuli jsme se tak, abychom očekávali tyto symbiotické mikroby a jejich signály, takže každý z nás funguje jako komunita nebo tým. Jsme jednotlivci jen do té míry, do jaké se jedna komunita liší od jiné komunity nebo jeden tým se liší od jiného týmu. Jsem tým Scotta Gilberta," říká vědec, který se také podílel na knize Microhabitable.

Chápat sami sebe jako holobionty má důsledky nejen pro naše zdraví, ale také pro životní prostředí. Lidské bytosti mají tendenci chránit druhy nebo ekosystémy odděleně, aniž by se staraly o udržování vztahů a cyklů, které udržují organismy jako celek. Les nebo poušť však nemohou přežít bez vazeb, které splétají jejich makro a mikroobyvatelé.

To inspirovalo Schapheerovou a další kolegy k navržení konceptu "ekosystémového holobionta". Odkazuje na holobionta, který provádí klíčové ekologické procesy pro ochranu přírody.

Vraťme se k tvorům, kteří rozkládají organickou hmotu, což je základní úkol proto mít zdravou půdu, která podporuje například zemědělství. Pokud by degradace uvedené hmoty byla prováděna pouze mikroorganismy, bylo by to velmi pomalé (kvůli jejich malé velikosti). Pokud však mají většího partnera – například hmyz – budou tento proces rozvíjet společně rychleji a snadněji. Je to proto, že zvíře, které je uchovává ve svém zažívacím traktu, má větší schopnost pohybu a má ústní části k rozmělnění materiálu.

Schapheerová vysvětluje, že "tento jev nazýváme emergentní vlastností. Když se tato vlastnost vyskytuje díky holobiontovi a je součástí klíčového ekosystémového procesu, mluvíme o ekosystémovém holobiontovi. Jedním z důvodů, proč má naše planeta podmínky, které má, je díky těmto procesům, a proto je důležité je udržovat."

Zdravotní krize, ztráta biologické rozmanitosti a změna klimatu jsou některé z hlavních problémů, kterým v současné době čelíme. Mezi četné důsledky patří rozpad symbiotických vztahů – například degradace půdy, která zbavuje rostliny jejich symbiontních hub a bakterií – nebo zvýšení teploty moře, které stresuje korály, které v reakci na to vylučují jejich mikrořasy, což vyvolává bělení. Stejně tak nadměrné používání biocidů (jako jsou antibiotika nebo dezinfekční prostředky) zabíjí mikroby, které byly součástí naší evoluce.

Gilbert zdůrazňuje, že "být holobiontem znamená, že jsme produkty našeho životního prostředí způsobem, který jsme si nikdy předtím nepředstavovali. Zdravé prostředí je nezbytné pro zdravé jedince. To znamená, že prostředí musí být zdravé pro mikroby, které potřebujeme, aby naše tělo fungovalo, stejně jako pro mikroby, které pomáhají vytvářet rostliny, které jíme. "

Z tohoto důvodu by myšlení formované "holobiontem" mohlo přispět jak k pochopení jevů, tak k možným řešením.

"Pro zachování druhů – spíše než pro ochranu jednotlivce – bychom se měli zaměřit na zachování funkčních jednotek. To znamená soubor bytostí, které tvoří holobiont. Tímto způsobem by byly zohledněny organismy a ekosystémové procesy, aby planeta nadále fungovala," říká Schapheerová.

Ale pro Doradorovou je v tom všem také lekce pokory: "Jsme ekosystém, kde je důležité sdílet a spolupracovat. Masivní symbióza a holobionty, které existují na planetě, otevírají způsoby, jak porozumět složitým problémům a pomáhají nám podívat se na svět z hlediska rozmanitosti."

Celý článek v angličtině: ZDE