eXtrémní podoby života Josef „Faskal“ Novák

Co je život?

• Biologicky nesnadno definovatelný termín

• Definice výčtem

• Definice podle NASA

život, -a m. stav ústrojných bytostí, záležející v tom, že samy od sebe se

hýbají, vyvíjejí a trvají; stav toho, co je živé, co není mrtvé (op. smrt). Z

dosavadních vědomostí o životě zde na zemi a jeho vývoji vyplývá, že

nejdříve byla zde hmota neživá, potom živá. Hrubý-Vlk.

Příruční slovník jazyka českého (1935–1957) Oldřich Hujer a kol.

život, -a m. (6. j. -ě, zř. -u Ner., Něm.) 1. soubor jevů charakteristických pro

organickou přírodu (výměna látek a energií, rozmnožování, schopnost

reagovat aj.), biologická existence.

Slovník spisovného jazyka českého. B. Havránek a kolektiv

život: 1) souhrn vlastností typických pro organismy 2) lidská existence 3)

doba mezi narozením a smrtí 4) způsob žití 5) doba existence věcí

http://cs.wikitionary.org/wiki/život

“Life” from an old Celtic

word “LIF” that means

“Duration of a cycle”.

Výčet znaků

• Homeostáze

• Organizace – strukturní integrita vyššího řádu

• Metabolismus – transformace energie

• Růst

• Odpověď na vnější stimuly

• Adaptace – schopnost měnit se v průběhu času

• Reprodukce

Krystal viru

Definice podle NASA

• „Živý je každý autonomní systém s neomezenou možností evoluce

• Speciální případ otevřeného systému – snižuje svou vnitřní entropii na úkor energie čerpané z vnějšku – systém, který vytváří a regeneruje sám sebe

• Fyzické oddělení od okolního světa • Aparát pro přenos energie • Dva makromolekulární systémy:

– katalýza a uchování informací

Jah

od

a kv

asn

ice

Třídy života

Nebo možná spíš…

Co na zemi vlastně žije?

• Většina druhů neznámých

• Asi jenom 5 % bakterií kultivovatelných

– Polovina jejich skupin zatím vůbec kultivovat nejde

Proč studovat extrémofily?

• Jsou zajímaví • Pochopení základů biologie na zemi, nalezení limitů

života • Získané informace často okamžitě použitelné

– odstranění znečištění – genové inženýrství

• Enzymy z takových organismů jsou aktivní – V teplotě, kdy se jiné enzymy inaktivují teplotou – V teplotě, kdy jiné enzymy ještě nepracují

Deinococcus radiodurans

• Polyextremofil

– Sucho, radiacene, chlad, vakuum, kyselina...

– Množí se při bez problémů při 5 000 Gy (J/kg), přežívá 15 000 Gy

Transmisní elektronová mikroskopie Úsečka = 400 nm

Nespecifické barvení: Tmavě -

ribozomy

Specifické barvení: Tmavě -

DNA

Exponenciální růstová fáze (v pohodě)

Nesbalená DNA

Volně sbalená DNA

„Stacionární záze“ (ve stresu)

Pevně sbalená DNA

Levin-Zaidman a kol. 2003

Poškození DNA

Tolik radiace na zemi není. Ha! Evoluce je jen teorie!

• Exaptace – obrana proti dsDNA zlomům

mitomycin C (MMC) => Sesíťování DNA + dsDNA zlomy

Deinococcus

• Záloha DNA: – Více kopií genomu =>

homologní rekombinace

– Pevné sbalení chromatinu

• Obrana DNA nebo proteinů? – Efektivní likvidace volných

radikálů

– Pro přežití není limitující poškození DNA, ale opravných enzymů

Možné využití – odstranění radioaktivity z prostředí

• Bio“degradace“ radioaktivity

– Důvod, proč tak rychle zmizela radioaktivita z Černobylu

– Bakterie se zbavují přebytečného fosfátu, který sráží toxický uran do nerozpustného fosfátu uranu

• Vysoké množství radioaktivity?

Kyselina fytová

Život v dutinách šutrů (=Endolit)

• Bakterie z Marsu? – To ne, přežilo by tam něco?

• Uchování pod povrchem – 30 cm hluboko nejspíš dost pro

„neomezenou“ dobu dožití

• Žádný vznik života, ale místo na uchování – Na Zemi nejmíň 3km do hloubky

– Kyselinou si rozpouští šutry, vodík (možná) získávají z radioaktivity

Takto bude vypadat Mars. Prý.

Onofri 2008

Kvasinky Cryomyces

Radioaktivní hřib…

…nebo spíš houba Cryptococcus

• Oportunní patogen, melanizované buňky

• Vysoce odolný vůči radiaci : LD10=4.3 Gy

– stěny reaktoru v Černobylu (po výbuchu kolem 300 Gy, teď výrazně míň)

– „hot particles“ tuha + radioaktivní palivo

ZHD

AN

OV

A a

ko

l. 2

00

0

ZHDANOVA a kol. 2000

„Klíčení“ směrem k radioaktivitě

Lepší růst s radioaktivitou

• Podle obsahu melaninu

– Absorpce gama záření?

Dachanova a kol. 2007

• Grand Prismatic Spring

– Stabilně 70 °C

• thermus aquaticus

Černí kuřáci jako místo k životu

• Hypertermofilové: optimum růstu kolem 90°C

• Rekord: archeon Methanopyrus

– množí se v 122°C

• Často archea, ne ale vždy

Alvinella pompejana (mnohoštětinatec) 80°C – 22°C najednou

Eukaryotní Archeální membrána

Jednobuněčný… no schválně, kdo to pozná?

Jednobuněčný pes a další případy

• Infekční rakovina

– Infekční pes

– Infekční tasmánský čert

• Problém inbredních druhů

• Přirozená „buněčná linie“ udržovaná přírodou 200 až 2500 let

Syntetický život/transplantace genomu

RNA svět

Čas na diskuzi

Děkuji za pozornost

Mgr. Josef „Faskal“ Novák faskal@seznam.cz

josef.novak@natur.cuni.cz