Putovanie Slnka po oblohe zohráva dôležitú úlohu pri riadení vnútorných hodín živých organizmov. Niektoré druhy sa prebúdzajú cez deň a v noci spia. Iné to robia presne naopak a nájdu sa aj také, ktoré sa riadia celkom nezvyčajným rozvrhom. Tieto prirodzene riadené 24-hodinové biologické cykly nazývame cirkadiánne rytmy. Neurčujú pritom iba čas na spánok: regulujú hormóny, metabolizmus, opravy DNA a mnohé ďalšie procesy. Narušenie tohto životného rytmu môže mať vážne následky pre zdravie, rozmnožovanie aj prežitie.
Mnohé druhy si bez hodín merajú čas pomocou vnútorného systému tvoreného vzájomne sa ovplyvňujúcimi génmi a ich proteínmi. Tento systém spoľahlivo sleduje priebeh 24-hodinového cyklu a slnečné svetlo ho nastavuje. Takéto cirkadiánne hodiny sú veľmi rozšírené, nachádzajú sa dokonca aj v jednobunkových riasach. To naznačuje, že táto forma biologického merania času vznikla pred miliardami rokov. Väčšina živočíšnych druhov má rovnaký genetický systém, ktorý využíva gény CLOCK, BMAL1 a CRY alebo ich rozpoznateľné homológy. Tento biologický hodinový mechanizmus sa objavuje aj v evolučne starých líniách vrátane hubiek a niektorých medúz.
Je to však jediný spôsob, akým sa dá v živých organizmoch merať čas? Zdá sa, že nie. V medúze veľkej ako hrášok, ktorá žije pri japonskom pobreží, totiž biológovia objavili iný spôsob merania času.
Trieda Hydrozoa, do ktorej patria medúzy, nezmary a sifonofóry, počas evolúcie stratila gény, ktoré vo zvyšku živočíšnej ríše zabezpečujú chod cirkadiánnych hodín. Jeden novoobjavený druh medúzy však cirkadiánne hodiny predsa len má. Sú však úplne iného typu a pracujú v 20-hodinových cykloch. To naznačuje, že sa vyvinuli nezávisle od bežného mechanizmu. Vedci o svojich zisteniach informovali v januári 2026 v časopise PLOS Biology. Ich výsledky môžu výrazne rozšíriť hranice toho, čo považujeme za cirkadiánny rytmus.
Hodiny objavené v medúze, ktorá predstavuje pre vedu nový druh, sú nezvyčajné nielen tým, že namiesto 24-hodinového pozemského dňa sledujú 20-hodinový cyklus. Zdá sa totiž, že sú prepojené aj s molekulárnym časovačom, ktorý od východu slnka odpočítava čas do rozmnožovania medúzy. Existencia tohto prekvapivého mechanizmu naznačuje, že pozornosti vedcov mohli v prírode uniknúť aj ďalšie netradičné cirkadiánne hodiny.
„Takéto systémy môžu byť oveľa rozšírenejšie, lenže doteraz sme ich nehľadali a skúmali sme iba určité genetické zložky,“ hovorí Ezio Rosato, chronobiológ z Leicesterskej univerzity, ktorý k novej štúdii napísal vedecký komentár. „Čas sa dá merať akýmkoľvek molekulárnym mechanizmom. Stačí vhodne usporiadaný sled reakcií,“ pokračuje odborník.
Východ slnka ako spínač
Ryusaku Deguchi raz za štvrťrok berie študentov Pedagogickej univerzity v Mijagi na Izushimu, malý ostrov pri severovýchodnom pobreží Japonska. Vo vode rybárskeho prístavu sa vznáša množstvo priesvitných guľôčok menších než hrášok. Spolu so študentmi z nich odoberá vzorky, aby mohli zástupcov viac než tucta druhov medúz neskôr skúmať v laboratóriu. Zameriavajú sa najmä na ich rozmnožovacie cykly.
Pre Ruku Kitsui sa táto práca začala už v prvom ročníku štúdia. Skúmanie vývoja pohlavných buniek medúz vzbudilo taký záujem, že namiesto fyziky a chémie napokon dostala prednosť biológia. Nasledovalo aj oficiálne zapojenie do Deguchiho laboratória a výskumu vývoja bezstavovcov. Rozmnožovanie medúz sa stalo aj témou diplomovej práce, ktorá sa sústredila na jednu nezvyčajnú populáciu.
Väčšina medúz skúmaných v laboratóriu vypúšťala pohlavné bunky každý deň, zvyčajne krátko po východe slnka. Vajíčka a spermie uvoľňovala priamo do vody. Medúzy, ktoré skúmal Kitsui, sa však správali zvláštne: rozmnožovať sa začínali v noci.
Pri druhoch, ktoré sa rozmnožujú hromadným vypúšťaním pohlavných buniek, vrátane niektorých koralov a medúz, je presné načasovanie nevyhnutné. Živočíchy uvoľňujú pohlavné bunky priamo do vody a oplodnenie tak do veľkej miery ponechávajú na náhodu: ak pri vypustení vajíčok nie sú vo vode spermie, ďalšia generácia nevznikne. Tieto druhy si preto vyvinuli rôzne molekulárne mechanizmy, ktorými vypúšťanie pohlavných buniek synchronizujú. Často pri tom využívajú proteíny, ktoré zachytávajú svetelné signály a reagujú na ne.
Kitsui vedel, že aj za nočnou aktivitou skúmaného druhu musí stáť nejaký molekulárny mechanizmus. Zdalo sa však zrejmé, že ho nemôže spúšťať svetlo, aspoň nie ako bezprostredný podnet. Výskum sa preto začal sériou pokusov s osvetlením. Samičky boli najprv 12 hodín vystavené umelému svetlu a potom 12 hodín tme, čo približne zodpovedá prirodzenému striedaniu dňa a noci. Zakaždým vypustili vajíčka do vody presne dve hodiny po „súmraku“. Kitsui a Deguchi spočiatku predpokladali, že čas na vypustenie vajíčok signalizuje prechod zo svetla do tmy.
Keď však svetlá zapli o dve hodiny skôr, takže „svitanie“ nastalo skôr, no čas „súmraku“ zostal nezmenený, medúzy vypustili vajíčka o dve hodiny skôr.
Čo by medúzy robili pri nepretržitom osvetlení? Na prekvapenie Kitsuiho vypúšťali vajíčka každých 20 hodín aj bez svetelného signálu. To naznačuje, že doteraz neznámy druh medúzy, ktorý sa až do oficiálneho pomenovania označuje ako Clytia sp. IZ-D, má určitý vnútorný cirkadiánny rytmus. Kitsui vedel, že hodiny druhu C. sp. IZ-D netvoria cirkadiánne gény bežné u živočíchov, pretože táto evolučná línia triedy Hydrozoa ich stratila. Napriek tomu spĺňali takmer všetky kritériá, ktoré chronobiológovia stanovili pre cirkadiánne hodiny.
Odpočítavanie sa začína
Cirkadiánne hodiny musia fungovať samostatne a byť riadené zvnútra, rovnako ako 20-hodinový cyklus vypúšťania vajíčok u týchto medúz. Zároveň ich musia regulovať podnety z prostredia, napríklad svetlo. Kým v laboratóriu pri nepretržitom osvetlení pracujú hodiny riadiace vypúšťanie vajíčok v 20-hodinovom cykle, v prírode sa každý deň znova nastavujú. Pri „bežnom“ cirkadiánnom rytme, aký máme aj my, by vnútorné hodiny nemala ovplyvňovať ani teplota, aspoň pokiaľ ide o denný cyklus. V Kitsuiho pokusoch však teplejšia voda 20-hodinové hodiny zrýchľovala a chladnejšia ich spomaľovala.
Ide teda skutočne o molekulárne biologické hodiny, no nezodpovedajú celkom tomu, ako vedci dosiaľ definovali cirkadiánne hodiny.
„Som zvedavá, ako to prijme chronobiologická obec,“ povedala Kristin Tessmar-Raible, chronobiologička z Inštitútu Alfreda Wegenera a Viedenskej univerzity, ktorá sa na výskume nepodieľala. Možno hovoriť o skutočnom cirkadiánnom rytme, ak porušuje ktorékoľvek z troch pravidiel? Alebo ho treba považovať za niečo iné?
Navyše 20-hodinové cirkadiánne hodiny nedokážu úplne vysvetliť, prečo medúzy vypúšťajú pohlavné bunky po západe slnka. Vedci dospeli k záveru, že systém merania času musí obsahovať aj ďalšiu zložku. Aby Deguchi a Kitsui lepšie pochopili, čo sa v novom druhu deje, obrátili pozornosť na blízko príbuzný druh Clytia hemisphaerica. C. hemisphaerica vyzerá rovnako ako C. sp. IZ-D, ide však o dôkladne preskúmaný modelový organizmus, pri ktorom sú podrobnosti vypúšťania pohlavných buniek a rozmnožovania dobre známe.
C. hemisphaerica vypúšťa pohlavné bunky každý deň dve hodiny po východe slnka. Tento proces sa začína s prvým denným svetlom, keď svetlocitlivé proteíny v pohlavných žľazách, nazývané opsíny, zachytia slnečné svetlo. Tým spustia tvorbu hormónu, ktorý zabezpečí dozretie vyvíjajúcich sa pohlavných buniek.
Výskumníci predpokladajú, že nový druh C. sp. IZ-D má mierne upravenú verziu tohto mechanizmu. Hormón sa pri nej uvoľňuje pomaly, čím sa dozrievanie gamét predlžuje približne na 14 hodín.
Keď sa nahromadí dostatočné množstvo hormónu a gaméty úplne dozrejú, medúzy ich naraz vypustia do vody, teda približne dve hodiny po západe slnka.
„Pre chronobiológa je veľmi zaujímavé sledovať, ako systém pomocou už známych nástrojov alebo im veľmi podobných dosiahne inú úroveň organizácie,“ hovorí Rosato. Drobná zmena, pomalšie hromadenie hormónu a následne pomalšie dozrievanie gamét, vedie k oveľa zložitejšej úrovni organizácie, vysvetľuje vedec.
Deguchi a Kitsui teraz plánujú porovnať genómy C. hemisphaerica a C. sp. IZ-D, aby odhalili molekulárne mechanizmy, ktoré sa podieľajú na fungovaní 20-hodinových kvázicirkadiánnych hodín a 14-hodinového časovača. Kitsui okrem toho v apríli 2026 začal doktorandské štúdium na Univerzite Tohoku, kde pokračuje v skúmaní vývoja bezstavovcov so zameraním na rozmnožovanie lastúrnikov. Nezvyčajné hodiny, ktoré objavil ako prvý, už ovplyvňujú tento vedný odbor. Výsledky môžu podnietiť množstvo ďalších výskumov, pretože ukazujú, aké odlišné riešenia môžu existovať aj pri javoch, o ktorých sme si mysleli, že ich už poznáme.
