Výzkum plánování mateřství u srny může pomoci zefektivnit umělé oplodnění

Jak emryonální diapauza funguje?

Srny se páří v létě, ale mláďata přivádějí na svět až následující jaro, kdy je dostatek potravy. Velmi brzy po oplodnění však u srny dojde k výraznému zpomalení vývoje embrya, které zůstane po dobu několikaměsíců ve stádiu blastocysty. Nová studie, publikovaná v prestižním časopise Proceedings of the Royal Society B a na které se podíleli čeští vědci z ČZU, konečně rozluštila klíčový faktor, který tuto pauzu ukončuje. Hraje v něm roli délka vegetačního období, neboli to, jak dlouho a intenzivně v daném roce rostly rostliny Tento objev má zásadní důsledky nejen pro pochopení života v přírodě pod vlivem klimatických změn, které délku vegetačního období velmi ovlivňují, ale překvapivě i pro oblast reprodukční medicíny.

Proč taková evoluční komplikace? Odpověď leží v dokonalé synchronizaci s přírodou. Matka potřebuje obrovské množství vysoce kvalitní a stravitelné potravy, aby uživila mláďata v období laktace. Kdyby srna neměla diapauzu a počala mláďata v létě s normální délkou březosti, rodila by v podmínkách brzké zimy, kdy je potravy minimum a šance na přežití mláďat mizivá.

Díky diapauze je celý reprodukční kalendář srny posunut. Páří se v létě, ale embryo se probouzí až koncem prosince nebo začátkem ledna. Teprve od tohoto okamžiku začíná skutečná březost a srna rodí svá mláďata v květnu nebo na začátku června – přesně v době, kdy příroda nabízí nejkvalitnější a nejhojnější pastvu.

Diapauza je tak pro srnce zásadním adaptačním mechanismem, který jim umožňuje dokonale načasovat nejnáročnější fázi jejich života – porod a kojení – do období maximální potravní dostupnosti. Dlouho se předpokládalo, že konec diapauzy je řízen především neměnným signálem, jako je délka dne (fotoperioda) související se zimním slunovratem. Nový výzkum však ukázal, že příroda je mnohem flexibilnější.

Vědecký tým zkoumal dělohy srn, které byly legálně uloveny v Německu v letech 2017 až 2020.

Makroskopickým zkoumáním embryonální tkáně byli vědci schopni retrospektivně určit, kdy přesně došlo k ukončení diapauzy a implantaci embrya. Tím získali cenná data o tom, jak se liší načasování této kritické události mezi jednotlivými zvířaty.

Zjištění byla průlomová: na populační úrovni je konec diapauzy signifikantně ovlivněn délkou vegetačního období (LOS) v roce početí. Čím delší bylo vegetační období, tím dříve srny ukončily embryonální diapauzu. Co to znamená v praxi?

Vegetační období je definováno dobou, kdy rostliny aktivně rostou – začíná se zelenáním a končí opadáváním listů nebo nástupem mrazů. S globálním oteplováním se toto období prodlužuje, jaro přichází dříve a podzim později.

Srny dokážou vnímat prodlužující se dobu růstu a reagují na ni zkrácením diapauzy. Jde o evoluční odpověď, která jim umožňuje udržet si klíčovou synchronizaci, zvanou trofický soulad. Kdyby se příroda zazelenala dříve, ale srny by stále rodily ve stejném termínu jako před desítkami let, došlo by k tzv. trofické neshodě – mláďata by se narodila po odeznění prvního a nejkvalitnějšího jarního vrcholu potravy.

Vědci na základě svého modelu zjistili, že prodloužení vegetačního období, které nastalo od 50. let 20. století do současnosti (například v Bavorsku), vedlo k předpovědi 26denního posunu v ukončení diapauzy. Tento teoretický posun se pozoruhodně shoduje se skutečně zjištěnými posuny v době kladení mláďat. Zatímco v historickém období (1938–1945) se většina srnčat rodila kolem 1. června, v posledních letech (2020–2022) se medián posunul na 15. května. Tedy zhruba osmnáctidenní posun v datu porodu, který je úzce spojen s dřívější implantací embrya vlivem teplejšího klimatu.

Kvalita matky jako klíč k načasování porodu

Studie však neukázala pouze vliv vnějšího prostředí, ale potvrdila také zásadní roli vnitřních faktorů, tedy kvality a kondice samotné srny.

Vědci zjistili, že starší srny v dobré kondici a vysoké kvalitě mají tendenci ukončit embryonální diapauzu dříve než jejich mladší, hůře živené nebo stárnoucí protějšky. To dává smysl z pohledu energetické bilance a reprodukčního úspěchu. Srna v dobré kondici, která má k dispozici dostatek zásob, si může dovolit dřívější implantaci a zahájení náročné březosti. Dřívější porod pak znamená, že její mláďata mají delší dobu růstu před nástupem zimy, a tím vyšší šanci na přežití. Matka, která je na tom špatně, se naopak snaží proces pozdržet, aby maximalizovala šanci, že jaro přinese dostatek potravy pro ni i pro mláďata.

Tato zjištění zdůrazňují, že načasování porodu u srnce je komplexní záležitostí, která představuje průsečík mezi fenotypickými atributy matky (kvalita, kondice a věk) a signály z vnějšího prostředí (délka vegetačního období). Ačkoliv mechanismy, které na molekulární úrovni řídí probuzení blastocysty, nejsou dosud plně objasněny (předpokládá se vliv hormonů a vnímání živin), tato studie poskytla zásadní ekologický kontext. Ukázala, že nefotoperiodický signál, jako je LOS, je u srnce silnějším prediktorem ukončení diapauzy, než se dříve myslelo.

Jak srnci pomohou reprodukční medicíně?

Znalost mechanismů, které stojí za embryonální diapauzou, má dopad daleko za hranice myslivosti a ekologie, kde tyto znalosti lze využít při ochraně ohrožených druhů. Jak sami autoři studie naznačují, poznatky o odložené březosti mohou pomoci rozluštit obecnější interakce mezi embryem a matkou, a to včetně procesů, které jsou klíčové i pro lidskou asistovanou reprodukci, zejména pro umělé oplodnění, neboli in vitro fertilizaci (IVF).

1. Řešení problémů s implantací v IVF

Jedním z největších úskalí při IVF je právě neúspěšná implantace embrya do děložní stěny. I to nejkvalitnější embryo selže, pokud není děloha (endometrium) ideálně připravena – nebo pokud embryo a děloha spolu "nekomunikují" správným způsobem.

Embryonální diapauza u srnce je přirozeným modelem toho, jak matka dokáže aktivně řídit, kdy je její tělo připraveno přijmout embryo a zahájit těhotenství. Jde o elegantní příklad, kdy tělo říká embryu: "Teď je čas." Detailní studium hormonálních a molekulárních signálů, které v těle srny spustí konec diapauzy a urychlí buněčný růst blastocysty vedoucí k implantaci, by mohlo poskytnout cenné vodítko pro kliniky IVF. Mohlo by pomoci identifikovat kritické biomarkery pro ideální "okno pro implantaci" u lidských pacientek, nebo dokonce navrhnout nové způsoby, jak optimalizovat připravenost dělohy, aby byla šance na úspěšné uchycení embrya co nejvyšší.

2. Dlouhodobé uchovávání embryí

Ačkoliv je diapauza proces ve fyziologickém klidu (zpomalený růst, nikoli absolutní zastavení, jako je tomu u mražení), poskytuje cenné poznatky o přirozené konzervaci embrya. V současné době se embrya pro IVF uchovávají mražením (kryokonzervací), což je proces spojený s určitými riziky a náklady.

Pochopení toho, jak srny udržují blastocysty zdravé, životaschopné a "v pohotovosti" po dobu několika měsíců v děloze, by mohlo inspirovat nové metody dlouhodobého uchovávání embryí v laboratorních podmínkách bez nutnosti zmrazení. Pokud bychom dokázali napodobit tyto přirozené signály, mohli bychom potenciálně vyvinout nové kultivační média nebo protokoly, které by embryo udržely v jakémsi "spícím, ale ne zmrzlém" stavu, čímž by se snížilo trauma spojené s rozmrazováním a zlepšila celková kvalita.

Tento výzkum tedy nabízí fascinující propojení mezi divokou přírodou a high-tech medicínou. Zdánlivě triviální otázka, kdy srnčí embryo ukončí svou biologickou pauzu, se stává klíčem k pochopení základních mechanismů savčí reprodukce.

Srnčí adaptace: Poselství pro naši planetu

Tato studie nám předkládá obrázek srnce jako neuvěřitelně adaptabilního tvora, který si dokáže upravit svůj reprodukční cyklus v reakci na měnící se klima. Zkrácení embryonální diapauzy v důsledku prodlužujícího se vegetačního období je elegantní odpovědí, která mu umožňuje udržet si náskok před jarem a zachovat si kritický trofický soulad.

To je důležitá zpráva pro ekology, protože to naznačuje, že srnčí populace by mohly být relativně odolné vůči vlivům globálního oteplování.

Zároveň však práce upozorňuje na to, jak hluboké jsou vazby mezi klimatickými změnami a životem zvířat. Pokud se klimatické změny stanou příliš rychlé a nepředvídatelné, může se stát, že ani tato adaptace srnce nebude stačit. Jeho život je závislý na predikovatelnosti "vegetačního období". Pokud dojde k extrémním výkyvům, které naruší tuto predikovatelnost, může dojít k dramatickému nárůstu trofické neshody a následnému snížení přežití srnčat.

Je zřejmé, že toto studium srnce obecného není jen o zvěři v lese. Je o pochopení základních biologických principů a o tom jak jsou jednotlivé vědní obory propojené.

Zdroj:
d1e1601Rozal sociatz publishing.org - Matching the green wave: growing season length determines embryonic diapause in roe deer