Alometrická diverzita a plasticita buněčných morfologií krásivek (Desmidiales, Zygnematophyceae)

• Název práce v češtině: Alometrická diverzita a plasticita buněčných morfologií krásivek (Desmidiales, Zygnematophyceae)
• Název v anglickém jazyce: Allometric diversity and plasticity of cellular morphologies of desmids (Desmidiales, Zygnematophyceae)
• Klíčová slova: alometrie, geometrická morfometrika, Euastrum, Micrasterias, landmarky
• Klíčová slova anglicky: allometry, geometric morphometrics, Euastrum, Micrasterias, landmarks
• Akademický rok vypsání: 2020/2021
• Typ práce: diplomová práce
• Jazyk práce: čeština
• Ústav: Katedra botaniky (31-120)
• Vedoucí / školitel: prof. RNDr. Jiří Neustupa, Ph.D.
• Řešitel: skrytý - zadáno vedoucím/školitelem
• Datum přihlášení: 02.10.2020
• Datum zadání: 02.10.2020
• Datum odevzdání elektronické podoby: 22.04.2022
• Datum proběhlé obhajoby: 25.05.2022
• Oponenti: prof. Mgr. Karel Kleisner, Ph.D.

Předběžná náplň práce

Morfologie řady jednobuněčných řas se významně odlišuje od morfogeneticky nejjednodušších tvarů (koule, elipsoid). Pro krásivky (Desmidiales) jsou například typické symetricky uspořádané buněčné laloky a zářezy. U některých linií se podařilo zjistit, že struktura buněk souvisí s jejich velikostí (morfologická alometrie). Konkrétně například u linie Micrasterias bylo v nedávných studiích zjištěno, že míra morfologické složitosti buněk je korelována s jejich velikostí (objemem). To je interpretováno jako důsledek selekčního tlaku, který v evoluci druhů vede ke komplikovanějším tvarům buněk s jejich zvětšující se velikostí tak, aby nedocházelo k přílišnému poklesu poměru buněčného povrchu a objemu (S:V). Tento vztah byl u některých druhů prokázán i na vnitropopulační úrovni.
Není ovšem vůbec jasné, zda se jedná o obecnější fenomén, který je vlastností různých linií s odlišnými vzorci ("patterns") či morfologickým "stylem" utváření buněk. K tomu zatím chybí data i příslušné analýzy a právě k tomuto cíli směřuje plánovaná práce. Jejím cílem bude testovat výše naznačené hypotézy na cca 8-10 druzích fylogenetické linie sladkovodního rodu Euastrum.
Práce bude založena na analýze přírodních populací. Bude třeba z přírody získat populace cca 10 druhů, v ideálním případě většího počtu nezávislých populací u každého ze studovných druhů. Práce tedy bude obsahovat nemálo času a úsilí v terénu. Euastra většinou žijí v rašeliništích. Bude se tedy jednat o práci a odběry v rašelinných mokřadech. Ne všechny druhy se vyskytují nebo dají snadno nalézt v Čechách nebo v blízkém okolí. Součástí práce tedy podle mých představ bude také minimálně jedna terénní expedice do střední či severní Skandinávie a pravděpodobně ještě do jedné odlišné, na krásivky bohaté oblasti (jihozápadní Francie či západní Irsko). Z každé přírodní populace bude třeba získat použitelné mikrofotografie cca 30-50 buněk a geometrickou informaci o jejich obrysu. Z toho pak bude možné zavedenou metodou kvalifikovaně vypočíst objemy a povrchy buněk. Jejich analýza pak umožní zjistit, zda jsou tyto hodnoty pozitivně či negativně alometricky škálovány, nebo je jejich vztah izometrický. To povede k příslušným interpretacím, a to jak na úrovni celé linie, tak i v rámci jednotlivých druhů a populací. Práce "pod střechou" tedy bude zahrnovat světelnou mikroskopii, mikrofotografii a analýzu dat s použitím (známých a dostupných) nástrojů či skriptů.
Druhou částí práce by měla být explorační analýza variability ontogenetických buněčných alometrických trajektorií na modelu desmidiálních linií Euastrum a/nebo Micrasterias. Zde půjde o svého druhu zatím nikdy nevyzkoušenou analýzu vztahu mezi způsoby (= patterns) vývinu polobuněk, jejich finálními morfologiemi, fylogenetickou příbuzností a případně možná také podmínkami růstu. Z experimentálního hlediska bude třeba izolovat a naúěstovat klonální kultury minimálně několika vhodných modelových druhů (např. reprezentantů odlišných cladů v rámci linie Micrasterias). V ideální podobě bude dobré mít od každého z nich dva až tři kmeny pocházející z odlišných populací. Poté bude ve fázi exponenciálního růstu kultur třeba získat kvalitní mikrofotografie zachycující jednotlivé růstové fáze polobuněk. Geometrická morfometrika těchto fází pak umožní získat alometrické trajektorie pro každý kmen a jejich porovnání pomocí konstrukce alometrického prostoru pak povede k vizualizaci alometrické diverzity ve studovaném souboru. Budou vztahy mezi alometrickými trajektoriemi různých druhů korelovat s jejich evoluční příbuzností? Budou v rámci druhů stabilní (a tedy druhově geneticky fixované), nebo ovlivněné konkrétními vnějšími podmínkami růstu polobuněk? Tyto otázky budou při optimálním průběhu práce testovány a zodpovězeny.
Výsledkem by při dobrém postupu práce mohla být cenná a dobře publikovatelná vědecká data zobecňující či zpochybňující známé koncepty o evoluci morfologií jednobuněčných eukaryot.