Jak jeszcze można sprawdzić bezpieczeństwo i skuteczność szczepień przeciw rakom HPV-zależnym? część 1

Publikacja nie jest poradą medyczną. Ma ona charakter popularno-naukowy.

Jak HPV przyczynia się do rozwoju niektórych raków i zmian przedrakowych?

HPV przyczynia się od rozwoju kilku rodzajów raków. Najwięcej wiadomo o raku szyjki macicy, bo jest on najczęstszym rakiem HPV-zależnym i możliwe jest w jego przypadku rutynowe badanie stanów przedrakowych. HPV przyczynia się również do raków przełyku, krtani, odbytu, penisa i kilku innych raków. Należy jednak podkreślić, że ujmując problem kolokwialnie, rakiem (nowotworem złośliwym) nie można się zakazić, o czym dalej.

W ramach wstępu warto dodać, że nowotwory dzieli się na łagodne i złośliwe. Złośliwe to np. raki. mięsaki, białaczki, czerniaki. Łagodne to np. mięśniaki czy polipy jelita grubego. Nowotwory łagodne niekiedy pozostają łagodnymi (99% mięśniaków macicy), a niekiedy przechodzą w złośliwe (część polipów gruczolakowych jelita grubego). W przypadku nowotworzenia HPV-zależnego definiuje się jeszcze zmiany przedrakowe. Zmiany przedrakowe mogą, ale nie muszą przeistoczyć się w raka.

Do zakażenia HPV najczęściej dochodzi w czasie kontaktów intymnych. Stosunek płciowy nie jest natomiast niezbędny do zakażenia. Ponadto – rzadko, ale zdarzają się również infekcje niezależne od relacji intymnych. Rak szyjki macicy jest najczęstszym rakiem HPV-zależnym, ale oczywistym jest, że kobiety z reguły zakażają się od mężczyzn. Z tego powodu, jak również z powodu typowo męskich raków HPV-zależnych oraz raków wspólnych dla obydwu płci, szczepienia chłopców są równie ważne jak dziewcząt.

Na szczęście nie każda zakażona osoba będzie miała raka HPV-zależnego. Fakt ten to jednak równocześnie powód, dla którego wiele osób nie korzysta ze szczepień, co zgodnie z aktualną wiedzą medyczną nie jest optymalnym rozwiązaniem.

Nie każdy zakażony HPV zachoruje na raka. HPV ma umiarkowany potencjał onkogenny, a u ludzi w ogóle nie występują tzw. ostro transformujące wirusy onkogenne, czyli wirusy, które potrafią samodzielnie „zamienić prawidłową komórkę (bez mutacji supresorów czy onkogenów) w komórkę nowotworu złośliwego”. Jesteśmy dobrze chronieni przed takimi wirusami. Wirusy takie jak HPV mogą natomiast u ludzi przyczynić się do nowotworów. W dużym skrócie – tory mutacyjne prowadzące do raka u ludzi w porównaniu z np. torami mutacyjnymi u niektórych ptaków (u których występują ostro transformujące wirusy) są bardzo długie. Bardzo długie – to znaczy, że u dorosłych ludzi wymagane jest wiele mutacji – „wiele stacji na torze mutacyjnym”. „Wirusy takie jak HPV mogą doprowadzić więc do tego, że komórka prawidłowa na drodze do rakowej przejdzie kilka pierwszych z wielu potrzebnych stopni (stacji)”.

„Zmienienie komórki prawidłowej w nowotworową”* wymaga nie tylko zakażenia tym wirusem, ale również serii mutacji następujących po zakażeniu. Część z nich związana jest z samą integracją genomu HPV do genomu gospodarza, pomimo że nie jest retrowirusem. Taka seria mutacji i zdarzeń pronowotworowych występujących z reguły w określonej kolejności jest właśnie określana mianem „toru mutacyjnego”.

Dlaczego w ogóle jakiś wirus może przyczynić się do powstania raka? Jest to pochodna jego ewolucyjnej strategii przetrwania. Ten wirus może „zachęcić” komórki do podziałów i w ten sposób zdobywać kolejne komórki, w których może się namnażać. Wiele wirusów po namnożeniu się wewnątrz komórki doprowadza do jej śmierci po to, by dostawać się do następnych komórek. W przypadku HPV zjawisko uśmiercania komórek też występuje, ale molekularne zachęcanie komórek do namnażania jest ważniejsze.

By osiągnąć ten efekt (namnażanie komórek w których się wirus znajduje), HPV posiada białka, które „nakłaniają” niektóre nasze komórki do podziałów. Są to białka hamujące dwa białka zabezpieczające nasze komórki przed niekontrolowanymi podziałami. Te dwa nasze białka to TP53 i Rb. TP53 potrafi również „wymóc” na komórce, w której doszło do zbyt wielu mutacji, a nawet potencjalnie poprzedzających je uszkodzeń DNA, by ta dokonała samobójczej śmierci programowanej. Komórka ta w przenośni poświęca swoje istnienie dla dobra całego organizmu, działając pod wpływem TP53.

HPV swoimi białkami potrafi spowolnić działanie tych dwóch i kilku innych białek zapobiegających przeistoczeniu się komórki prawidłowej w nowotworową. TP53 i Rb uznawane są za najważniejsze.

Dodatkowo nasz układ odpornościowy u wielu osób potrafi rozpoznać zakażone HPV komórki i je eliminować. Układ odpornościowy jest więc raczej bezwzględny. Jeden z elementów jego odpowiedzi obronnej eliminuje komórki, w których wirus się ukrywa i namnaża, a nie samego wirusa. Na szczęście po usunięciu wirusa na drodze eliminacji komórek nasze tkanki mają zdolności regeneracyjne. W tym komórki „pomagają mu altruistycznie”, przyznając się niejako do tego, że są zakażone.

Nie wiemy niestety, dlaczego u niektórych osób do takich eliminacji HPV nie dochodzi dostatecznie szybko, by zapobiec kolejnym etapom nowotworzenia (kancerogenezy), przystankom na torze mutacyjnym.

Jak wspomniano powyżej, u niektórych osób wieloletnia obecność DNA HPV, w komórkach doprowadza do wbudowania się fragmentów genomu wirusa do genomu niektórych komórek nosiciela. Od tej pory infekcja nie jest już niezbędna do kancerogenezy, jeśli wbudują się do genomu te fragmenty DNA HPV, które kodują białka blokujące TP53 i Rb.

*Dosłownie ta sama komórka nigdy nie zmienia się w rakową (nowotworu złośliwego), bo zanim powstanie zmiana nowotworowa, dochodzi do wielu podziałów mitotycznych komórki, która uległa pierwszej mutacji czy infekcji.

Jak dochodzi do przejścia zmian przedrakowych w rakowe?

Jeśli układ odpornościowy nie zwalczy infekcji, wtedy po latach fragmenty genomu HPV integrują się z DNA w zakażonej komórce i sprawa zaczyna się komplikować. Białka Rb i TP53 są blokowane coraz skuteczniej przez białka HPV. Jeśli pojawiają się dodatkowe trwałe zmiany w DNA (mutacje), TP53 nie może skuteczne skłonić komórki do śmierci programowanej. Kolejne mutacje uszkadzają więcej systemów obrony i zabezpieczeń. Komórki, które zawierają fragmenty genomu HPV, stają się coraz agresywniejsze. Wiemy, że do mutacji takich przyczyniają się alkohol i palenie tytoniu, ale również niekorzystne mutagenne zmiany środowiskowe.

Szczepienia stanowią tu więc olbrzymią pomoc. Wzmacniają one układ odpornościowy w walce z HPV i powodują, że osoba zaszczepiona ma o wiele większe szanse na zwalczenie infekcji HPV przez około 10–15 lat od szczepienia (dokładny okres ochrony jest badany, ale na pewno nie jest jednakowy dla wszystkich). Niektóre dane sugerują, że jest to nawet działania dożywotnie. Jeśli w tym czasie dojdzie u osoby zaszczepionej do zakażenia, to istnieje większa szansa, że układ odpornościowy zlikwiduje zmianę przedrakową, bo zlikwiduje infekcję HPV, zanim fragmenty genomu tego wirusa wbudują się w genom komórek szyjki macicy czy innych komórek nabłonkowych. W tekście użyto określenia rak HPV-zależny. Jak widać jest on HPV-zależny w trakcie kancerogenezy, bo kiedy dochodzi do jego powstania, infekcja HPV nie jest konieczna do jego istnienia, ale są przypadki, kiedy trwa nawet wtedy. Generalnie na tym etapie wystarczą jednak wbudowane do genomu niektóre fragmenty DNA tego wirusa. Mianowicie te fragmenty, które kodują białka blokujące TP53 i Rb.

Rycina 1

Początkowe etapy powstania nowotworów HPV-zależnych związane są z infekcjami. Po infekcji u niektórych osób dochodzi do kilku–kilkunastu kolejnych etapów nowotworzenia. Zjawisko to jest najlepiej opisane dla raków szyjki macicy. W przypadku innych nowotworów HPV-zależnych jest więcej znaków zapytania. Wiadomo, że szczepienia mają działania profilaktyczne. Pojawia się coraz więcej argumentów na rzecz terapeutycznego działania tych szczepień, szczególnie w odniesieniu do zmian przedrakowych. Rakiem nie można się zakazić.

Szczególnie szczepienia wykonane przed zakażeniem pomagają zapobiec pojawieniu się stanów przedrakowych u wielu zaszczepionych lub przejściu ze stanu przedrakowego w raka

U osób zaszczepionych dużo rzadziej niż u niezaszczepionych obserwuje się zmiany przedrakowe szyjki macicy. Przez wiele lat badań taką różnicę uchwycono wielokrotnie. Ponieważ rak szyjki rozwija się około 20 lat i dłużej, w tej chwili pojawiają się pierwsze badania wskazujące, że kobiety zaszczepione mają również mniej raków szyjki macicy, co jest dość logiczną konsekwencją tej pierwszej obserwacji. 

Oczywiście zablokowanie przejścia z jednej zmiany przedrakowej do kolejnej oznacza zapobieganie rakowi. Rak HPV-zależny nie może rozwinąć się bez takich wcześniejszych zmian przedrakowych. Istnieje ciąg zdarzeń. Z punktu A do punktu B, z punktu B do punktu C itd. Zatrzymanie na jednym z tych etapów przypomina wykolejenie pociągu. Ktoś może powiedzieć, że da się po pewnym czasie odbudować po wykolejeniu tor mutacyjny. Taki teoretyczny proces byłby jednak trudniejszy do wykonania w przypadku procesu nowotworowego.

Wielokrotnie zaobserwowano, że u osób zaszczepionych blokowane są częściej nie tylko pierwsze zmiany przedrakowe, ale także późniejsze. Oznacza to, że eliminacja zakażenia jest wspomagana przez wcześniejsze szczepienie.

Dla raków HPV-zależnych innych niż rak szyjki macicy nie obserwuje się rutynowo zmian przedrakowych. Więc tu na wyniki badań wpływu szczepionek przyjdzie jeszcze trochę poczekać.

Niektóre badania szczepień są jednak zaskakujące pozytywne. Przykładowo, w Szwecji udało się wyrugować niektóre typy HPV, pomimo że nie zaszczepiono wszystkich.

W przypadku szczepionek przeciw rakom HPV-zależnym możliwe jest również działanie terapeutyczne szczepionki. Szczepionka podana po infekcji może nasilić działanie układu odpornościowego, kiedy mamy do czynienia ze zmianami przedrakowymi, i przyczyniać się do ich eliminacji.

Czy szczepionki przeciw rakom HPV-zależnym chronią przed zakażeniem?

Częściowo odpowiedziano na to pytanie wcześniej. Trudno spodziewać się takiej odporności sensu stricto. Całkowitego i powszechnego zabezpieczenia przed zakażeniem po szczepieniu nie powinniśmy się spodziewać. Jednak ze względu na kinetykę transmisji jest to problem bardziej złożony niż np. w przypadku grypy i w pewnym sensie szczepienia przyczyniają się do częściowej ochrony przed zakażeniem. Bardzo trudno przeprowadzić takie badania dokładnie stwierdzające, czy osoba zaszczepiona może mieć infekcję HPV i jak długo trwa taka ochrona przed zakażeniem. Konieczne byłoby wieloletnie monitorowanie, czy ktoś się zakaża i jakie są jego kontakty intymne. Takie badania były prowadzone w niektórych sytuacjach jedynie przez kilkanaście miesięcy w grupach podwyższonego ryzyka. Wykazano pozytywny wpływ szczepienia w takim czasie. Jest to na pewno zbyt krótki czas badania. Można oczywiście postawić zarzut, że nie jest to czas wystarczający, ale w takich okresach wykryto działanie protekcyjne. Szczepienia przeciw rakom HPV-zależnym pokazują też, jak skomplikowane jest określenie, czy szczepienie chroni przed zakażeniem czy nie. Osoba zaszczepiona nie musi być w pełni chroniona przed zakażeniem, jeśli ma kontakt intymny z inną osobą zakażoną, aby nie dokonać transmisji. W przypadku zakażenia osoby zaszczepionej zakażenie trwać może statystycznie krócej niż w przypadku osób niezaszczepionych. Jeśli więc zachowane zostaną pewne zasady unikania kontaktów intymnych z wieloma osobami w tym czasie, kiedy infekcja jest skutecznie zwalczana, to transmisja zostanie przerwana. Na prostym przykładzie: jeśli dwie osoby zakażą się tego samego dnia i u osoby niezaszczepionej infekcja trwa dwa lata, a u osoby zaszczepionej pół roku, i każda z nich nawiąże nowy kontakt intymny po roku, to osoba zaszczepiona nie dokona transmisji, a osoba niezaszczepiona tak/może. Innymi słowy, te szczepienia nie chronią całkowicie przed transmisją, ale mogą skrócić czas, w którym ktoś może jej dokonać. Jeśli kobieta ma CIN-1,CIN-2, CIN-3 (ang. cervical intraepithelial neoplasia, śródnabłonkowa neoplazja szyjki macicy), a inna ma tylko CIN-1, albo nawet nie dojdzie u niej do CIN-1 dzięki szczepieniom, to ta pierwsza ma możliwość transmitować dłużej.

Tego typu scenariusz sugerują badania, w których wykrywa się zanik pewnych typów HPV w populacjach, które wykazują duży odsetek osób wyszczepionych. Najwyraźniej transmisje tych typów zostały skutecznie przerwane.

Czym innym jest więc ochrona przed zakażeniem przejściowym, a czym innym przed zakażeniem przetrwałym, i konsekwencje takich dwóch rodzajów ochrony. Dzięki temu, że osoba zaszczepiona łatwiej wyeliminuje zakażenie przetrwałe, chroni się przed rakiem HPV, ale ogranicza równocześnie przy zachowaniu pewnych zasad możliwości transmisji.

Pomimo ustalenia, że szczepienia są skuteczne, kobiety nadal powinny korzystać z badań oferowanych przez ginekologów i pojawiających się możliwości samobadania (o tym więcej w części drugiej). Warto przypomnieć, że nie wszystkie raki szyjki macicy czy np. sromu są HPV-zależne. Tych nie da się wykryć na wczesnym etapie dzięki samobadaniom. Ponadto nie ma szczepień, które są skuteczne u wszystkich zaszczepionych. Wypada też nadmienić, że zadaniem medycyny nie jest moralizowanie. Z jednej strony zarzuca się przedstawicielom środowiska medycznego, że prowadzą do medykalizacji życia, a z drugiej strony zarzuca im się, że nie zajmują się wychowaniem przynależnym głównie rodzicom. Medycyna dostosowuje się do istniejących warunków społecznych. 

Dalszy ciąg w części drugiej:

Jak szczepionki przeciw rakom HPV-zależnym są otrzymywane/produkowane i jak działają?

Niepożądane odczyny poszczepienne (NOPy) w kontekście przewidywanych korzyści wynikających, ze szczepień przeciw rakom HPV-zależnym

Dlaczego szczepienia przeciw rakom HPV-zależnym są skuteczniejsze, jeśli zostaną wykonane do 14 roku życia?

Profilaktyka inna niż szczepienia

Piśmiennictwo

https://www.cancer.gov/news-events/cancer-currents-blog/2024/fda-hpv-test-self-collection-health-care-setting

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/24108159

https://jamanetwork.com/journals/jama/fullarticle/1886177

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/25562266

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35860379

https://www.nature.com/articles/s41541-024-00914-z

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/21973261

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/24206418

https://www.mdpi.com/2076-393X/8/1/117

https://www.nature.com/articles/nrc.2018.13

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/24108159

https://jamanetwork.com/journals/jama/fullarticle/1886177

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2468294223001028

https://academic.oup.com/jnci/article/116/6/857/7577291?login=false#no-access-message

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32997908

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32637895

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/29280070

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/29280070

https://www.bmj.com/content/370/bmj.m2930

https://www.bmj.com/content/372/bmj.m4931

https://www.mdpi.com/2076-393X/10/3/419

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0264410X18300525

Human papillomavirus (HPV) vaccines: Canadian Immunization Guide – Canada.ca

https://ourworldindata.org/hpv-vaccination-world-can-eliminate-cervical-cancer

https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC7255493

https://www.thelancet.com/journals/lanonc/article/PIIS1470-2045(15)00229-6/fulltext

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0264410X23009908

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/12444178

https://www.canada.ca/en/public-health/services/publications/healthy-living/canadian-immunization-guide-part-4-active-vaccines/page-9-human-papillomavirus-vaccine.html

https://www.cancer.gov/news-events/cancer-currents-blog/2020/hpv-vaccine-prevents-cervical-cancer-sweden-study

Autor jest biotechnologiem i diagnostą laboratoryjnym (analitykiem medycznym). Przez wiele lat zajmował się diagnostyką medyczną, w tym nowotworów HPV-zależnych. Obecnie opracowuje testy diagnostyczne, głównie do zastosowania w onkologii. Zajmuje się między innymi immunoterapiami onkologicznymi i projektowaniem szczepionek terapeutycznych (a nie profilaktycznych) znajdujących zastosowanie w onkologii. Nie są to szczepienia dotyczące raków HPV-zależnych.

Publikacja nie jest poradą medyczną. Ma ona charakter popularno-naukowy.

Prototaxites, czyli diabli wiedzą co

Ląd przestaje być pustynią

Gdybyśmy mogli wsiąść w maszynę czasu i udać się w późny sylur lub wczesny dewon (czyli mniej więcej 430–400 mln lat temu), zobaczylibyśmy Ziemię podczas jednego z przełomowych okresów rozwoju życia. Kilkadziesiąt milionów lat wcześniej rośliny przystosowały się do życia na lądzie, a nawet podzieliły się na dwie wielkie gałęzie ewolucyjne, z których jedna dała początek mszakom, a druga – roślinom naczyniowym. Nie oznacza to jednak, że kontynenty pokryły się nagle lasami. Przodkami roślin naczyniowych były organizmy drobne i bezlistne; nie wykształciły też od razu tkanki naczyniowej przewodzącej wodę. Dopiero pod koniec syluru powstały dwie główne linie rodowe znane do dzisiaj: jedną były widłaki, a drugą – paprocie wraz z roślinami nasiennymi. Poza tym podziałem pozostawała na przykład Cooksonia, której kilkucentymetrowe gałązki wznosiły się ponad kobiercami prymitywnych mszaków przypominających współczesne wątrobowce lub glewiki. Największe ówczesne rośliny, jak Horneophyton, Rhynia, Aglaophyton, Nothia czy Asteroxylon, tworzyły widlasto rozgałęzione pędy wysokie na 20–50 cm, o szerokości kilku milimetrów.

Wspomniane rodzaje występują na stanowisku Rhynie Chert (w pobliżu szkockiej wioski o nazwie Rhynie, wymawianej /ˈraɪni/). Jest to „złoże skamieniałości” (Fossil-Lagerstätte), w którym pozostałości organizmów, w tym części miękkie, zachowały się znakomicie dzięki mineralizacji krzemionką. Stanowiska tego typu umożliwiają nam dość gruntowny przegląd całego miejscowego ekosystemu sprzed ok. 407 mln lat.1 Podbój lądu przez rośliny nabierał wówczas rozpędu. Powstały środowiska umożliwiające rozwój także fauny lądowej, zdominowanej przez stawonogi. W Rhynie występowały wije, pajęczaki, skorupiaki słodkowodne, skoczogonki, a być może także owady. Natomiast dopiero kilka milionów lat później zaczęły się próby kolonizacji lądu przez czworonogi.2

Najstarszy olbrzym

Na tym jednak nie koniec. W połowie XIX w. we wczesnodewońskich warstwach Kanady odkryto skamieniałości, które początkowo uznano za szczątki prymitywnych drzew szpilkowych. Nadano im nazwę Prototaxites, co oznacza mniej więcej „przodka cisów”. Z czasem okazało się, że organizmy tego typu miały globalny zasięg występowania i że pojawiły się u schyłku syluru, a przetrwały do późnego dewonu. Były w tym czasie największymi znanymi formami życia. Prototaxites przypominał pień drzewa. U największych gatunków (jak P. loganii, odkryty w stanie Nowy Jork, USA) ten „pień” osiągał prawie 9 m długości i 1 m grubości. Składał się ze splecionych z sobą rurkowatych włókien, zróżnicowanych na trzy typy o różnej morfologii i ewidentnie różnych funkcjach. Miały one grubość od kilku do kilkudziesięciu mikrometrów. Prototaxites występował także w Rhynie. Tamtejszy gatunek, P. taiti, był raczej mikrusem wśród swoich kuzynów, lecz i tak przewyższał rośliny, wśród których rósł.

Ryc. 1.

Prototaxites uchodził powszechnie za drzewo do roku 1872, kiedy pojawiła się hipoteza konkurencyjna, uznająca go za olbrzymi glon, a konkretnie – za brunatnicę. Dokładniejsze badania mikrostruktury pnia wykluczyły pokrewieństwo z roślinami naczyniowymi, nie wyjaśniły jednak, czym właściwie były te „drzewa”, górujące ponad dywanem karłowatej roślinności; nie dało się bowiem zidentyfikować cech wskazujących jednoznacznie na konkretną grupę organizmów. Na początku XXI w. odżyła jedna z hipotez sprzed prawie stu lat, według której Prototaxites mógł być grzybem. Wskazywała na to włóknista struktura przypominająca mycelium (grzybnię), a także skład izotopowy węgla zawartego w skamieniałości. Proporcje izotopów 13C/12C dowodzą, że Prototaxites nie był zdolny do fotosyntezy, ale odżywiał się saprotroficznie. Innymi słowy, był cudzożywny, a nie samożywny: substancje organiczne czerpał z obumierających mat mikroorganizmów na sylursko-dewońskich mokradłach.

Pozostało pytanie, o jaką grupę grzybów chodzi. Początkowo zaliczono Prototaxites do podstawczaków (Basidiomycota) ze względu na to, że jego ciało zbudowane było z trzech typów grzybniopodobnych rurek; podobieństwo to okazało się jednak powierzchowne. W 2018 r. w badaniach mikroskopowych P. taiti dostrzeżono struktury przypominające worki i drobne askospory (zarodniki workowe) – cechę rozpoznawczą workowców (Ascomycota). Rozważano również ewentualną przynależność Prototaxites do którejś z pozostałych gromad grzybów, np. Mucoromycota lub Glomeromycota. Formułowano też hipotezy bardziej egzotyczne, według których Prototaxites nie miał być grzybem ani w ogóle konkretnym organizmem, tylko np. naturalnie zrolowaną matą wątrobowców.

Każda z tych propozycji miała swoje wady i zalety: tłumaczyła niektóre cechy skamieniałości, ale też generowała nowe wątpliwości. Dużą popularność uzyskał w ostatnich latach pogląd, że Prototaxites był grzybem zlichenizowanym, czyli porostem, co oznaczałoby, że tworzył układ symbiotyczny z mikroorganizmami fotosyntetyzującymi – cyjanobakteriami lub zielenicami. „Pnie” byłby wzniesionymi tworami plechy zawierającej fotobionty – jak podecja chrobotków (Cladonia), tyle że setki razy wyższe. W każdym razie hipoteza, że Ptototaxites był przynajmniej częściowo grzybem albo bliskim krewnym grzybów (być może należącym do wymarłej linii ewolucyjnej), zaczęła nabierać cech konsensusu specjalistów.

Ryc. 2.

Dewońskie grzybobranie

Ostatnio grupa badaczy, przede wszystkim z Uniwersytetu w Edynburgu, postanowiła przetestować istniejące hipotezy na temat pozycji taksonomicznej P. taiti, porównując jego anatomię i zachowane w skamieniałościach markery biochemiczne z cechami grzybów, zarówno współczesnych, jak i kopalnych. Tych ostatnich nie brakowało w ekosystemie Rhynie Chert. Znaleziono tam szczątki workowców (Ascomycota), skoczkowców (Chytridiomycota), grzybów kłębiakowych (Glomeromycota) i pączkorostowych (Blastocladiomycota). Spośród głównych gałęzi ewolucyjnych grzybów brak właściwie tylko podstawczaków (Basidiomycota), które musiały już istnieć (jako że stanowią grupę siostrzaną względem workowców), ale jako skamieniałości znane są dopiero od karbonu.

Jeden z grzybów z Rhynie, Winfrenatia reticulata, o niepewnej pozycji systematycznej (zapewne Mucoromycota lub Glomeromycota) tworzył układ symbiotyczny typu porostowego z cyjanobakteriami (sinicami). Dzisiejsze grzyby porostowe to w ogromnej większości workowce plus nieliczne gatunki podstawczaków. Wśród innych współczesnych grzybów symbioza z cyjanobakteriami występuje u gatunku Geosiphon pyriformis (Glomeromycota). W odróżnieniu od właściwych porostów Geosiphon zawiera sinice endosymbiotyczne, wnikające do komórek gospodarza. W. reticulata bardziej przypominała porosty, bo zawierała kultury sinic „hodowane” na podłożu plechy utworzonej przez strzępki grzybni. Nie były one jednak całkowicie otoczone grzybnią, jak u współczesnych porostów. Większa, górna część plechy zbudowana była z żelowatej pochwy złożonej z polisacharydów osłaniających wielokomórkowe włókna innego gatunku cyjanobakterii, trzeciego partnera w tym układzie. Jak widać, symbioza grzybów z fotobiontami wyewoluowała wielokrotnie w ich historii ewolucyjnej i przybierała różne formy, niekoniecznie spotykane obecnie. Ze stanowiska Rhynie Chert znamy także przykłady tzw. mykoryzy arbuskularnej, czyli ścisłej symbiozy grzybów z roślinami. Angażowały się w nią Glomeromycota, które do dziś są specjalistami od tego typu współpracy, obejmującej 70–90% gatunków roślin. Niektóre gatunki grzybów z Rhynie były pasożytami żerującymi na roślinach.

Słowem – cytując Mickiewicza – „grzybów było w bród”.

Do akcji wkracza chemia

Typową cechą grzybów są ściany komórkowe zbudowane z polisacharydów: chityny lub (rzadziej) chitozanu – związków, które pozostawiają w skamieniałościach swój chemiczny „odcisk palca” (obecność aminocukrów takich jak glukozamina). Szkockich badaczy zastanowił całkowity brak sfosylizowanych resztek związków tego typu w szczątkach Prototaxites, choć można je było znaleźć w skamieniałościach niewątpliwych grzybów z tej samej lokalizacji, a także stawonogów, posiadających chitynowe oskórki lub pancerzyki. Nieobecność chityny i chitozanu to poważny problem dla hipotezy, że Prototaxites był grzybem. Nie wykryto także śladów perylenu, pięciopierścieniowego węglowodoru aromatycznego. Jest on produktem fosylizacji perylenochinonów, związków syntetyzowanych przez workowce. Perylen występuje w ich skamieniałościach z Rhynie Chert, a także w podłożu, na którym rósł P. taiti (jako ślad obecności workowców w jego otoczeniu). Jeśli Prototaxites nie był grzybem, to nie mógł także być porostem; nie znaleziono zresztą dowodów na obecność w nim jakiegokolwiek fotobionta.

Znaleziono natomiast w ścianach komórkowych Prototaxites związki powstające wskutek degradacji polimerów organicznych z grupy lignin. Ligniny występują powszechnie w tkankach usztywniających roślin naczyniowych, stanowiąc między innymi ważny składnik kory i drewna. To właśnie ligniny pozwalają roślinom lądowym tworzyć sztywne, wysoko wzniesione pędy i system naczyń przewodzących wodę. Ligniny nie występują u mszaków, można je za to spotkać u niektórych krasnorostów (Rhodophyta). Krasnorosty to jedno z pierwotnych odgałęzień supergrupy Archaeplastida, obejmującej rośliny w ścisłym sensie i ich bliskich kuzynów. Ligniny krasnorostów i roślin naczyniowych są raczej wynikiem niezależnej ewolucji niż dziedzictwem po wspólnym przodku, jednak związki prekursorowe, z których budowana jest lignina (jak alkohol parakumarylowy), i geny odpowiedzialne za szlaki ich biosyntezy są dość rozpowszechnione w różnych grupach eukariontów, odległych od siebie ewolucyjnie.

Zdaniem autorów badania ligniny występujące w P. taiti pozostawiły nieco inne „chemiczne odciski palca” (zawartość składników fenolowych) niż ich roślinne odpowiedniki. Prototaxites i tak zresztą nie mógł być rośliną. Świadczy o tym jego cudzożywność i odmienność anatomiczna. Z podobnych względów można wykluczyć wszelkie inne organizmy fotosyntetyzujące (w tym ramienice, zielenice, krasnorosty i brunatnice). Obecność w ścianach komórkowych śladów lignin przy jednoczesnym braku polisacharydów typu chininy wyklucza z kolei grzyby – i to nie tylko te należące do głównych grup współczesnych, bo chityna występuje przynajmniej na niektórych etapach cyklu życiowego wszystkich, nawet najpierwotniejszych linii rodowych tego królestwa jako dziedzictwo po wspólnym przodku.

Olbrzym jeszcze bardziej zagadkowy

A jeśli nie roślina i nie grzyb – to co? Rurkowata mikrostruktura pnia, brak śladów budowy tkankowej i występowanie ścian komórkowych wykluczają zaliczenie Prototaxites do zwierząt. Odpadają także organizmy powierzchownie podobne do grzybów (tworzące strzępki przypominające grzybnię), ale odległe od nich ewolucyjnie, takie jak lęgniowce (Oomycetes) albo bakterie z rzędu promieniowców (Actinomycetales). Zakładając nawet, że potrafiłyby tworzyć kilkumetrowe, sterczące pionowo struktury (ich współcześni przedstawiciele nie potrafią), „podpis” chemiczny i szczegóły anatomii nie pasują do lęgniowców, a rozmiary i stopień zróżnicowania komórek – do bakterii czy jakichkolwiek prokariontów.

Wyniki badania zostały na razie zaprezentowane jako preprint (Loron et al., 17 marca 2025) w repozytorium bioRχiv w oczekiwaniu na recenzje i – miejmy nadzieję – publikację w wersji ostatecznej. Jeżeli autorzy mają rację, to właściwie wróciliśmy do czasów, gdy stanowisko systematyczne Prototaxites pozostawało owiane tajemnicą. Jesteśmy o tyle mądrzejsi, że wiele potencjalnych identyfikacji udało się wykluczyć. Pozostaje możliwość, że największe organizmy przełomu syluru i dewonu są czymś nieoczekiwanym: nieznaną wcześniej linią ewolucyjną eukariontów, która niezależnie „wynalazła” złożoną strukturę wielokomórkową, umożliwiającą osiąganie przez osobniki wysokiego poziomu organizacji i znacznych rozmiarów. Takich przypadków w historii życia nie było wiele: zwierzęta, dwie gromady grzybów, rośliny, krasnorosty właściwe i część brunatnic. Badania Prototaxites sugerują, że jeszcze jedna grupa eukariontów podążyła podobną drogą, skolonizowała ląd i przez pewien czas była najbardziej widocznym elementem krajobrazu. Włókniste plecionki komórek o ścianach usztywnionych ligniną były jednym z pierwszych eksperymentów natury prowadzących do gigantyzmu.

Nie jest jasne, jaki nacisk selekcyjny kazał tym organizmom piąć się w górę. Nie mogła to być konkurencja o dostęp do światła słonecznego, skoro Prototaxites był saprotrofem; zresztą żeby górować nad pierwotnymi roślinami lądowymi, wystarczałaby w zupełności wysokość około metra. Nie wiadomo też, dlaczego cała ta linia ewolucyjna, która najwyraźniej doskonale sobie radziła przez kilkadziesiąt milionów lat, znikła pod koniec dewonu. Czy do jej wymarcia doprowadziły zmiany ekosystemów spowodowane przez przyśpieszającą ewolucję roślin naczyniowych, zwiększanie się ich rozmiarów i pojawienie się prawdziwych drzew (jak Wattieza lub Archaeopteris)? Czy pasożytnicze grzyby nauczyły się rozkładać ligninę i skuteczniej atakować Prototaxites? Czy żerowały na nim owady lub inne stawonogi lądowe? Czy stał się jedną z ofiar zmian klimatycznych i wielkiego wymierania późnodewońskiego (które co prawda dotknęło głównie organizmy morskie)? Być może o jego wymarciu zadecydował pechowy splot kilku niezależnych przyczyn.

Zamiast zamknąć dyskusję trwającą od ponad półtora wieku, nowe badanie może zapoczątkować jej całkiem nowy rozdział.

Przypisy

  1. Szkocja była wówczas częścią paleokontynentu Euroameryki (zwanego też Laurosją) i położona była na półkuli południowej, niezbyt daleko od równika. ↩︎
  2. Najstarsze znane ślady tego wychodzenia pochodzą z Gór Świętokrzyskich (Zachełmie) i datowane są na 390 mln lat temu (patrz wpis o rybach dwudysznych). ↩︎

Opisy ilustracji

Ilustracja w nagłówku. Współczesny wątrobowiec Marchantia polymorpha. Ponad płożącymi się po podłożu plechami wznoszą się gametofity żeńskie (archegonia) w kształcie miniaturowych palemek. Takie „lasy mszaków” o wysokości do kilku centymetrów stanowiły zapewne najniższe piętro roślinności w wielu ekosystemach sylursko-dewońskich. Jednak zapis kopalny mszaków jest ubogi, wręcz szczątkowy w porównaniu z roślinami naczyniowymi. Ze stanowiska Rhynie Chert nie znamy gatunków zidentyfikowanych jednoznacznie jako mszaki. Foto: Piotr Gąsiorowski 2023 (licencja CC BY-SA 4.0)
Ryc. 1. Prototaxites sp., fragment skamieniałego „pnia”. Ilumetsa, Estonia. Źródło: Fossilid (licencja CC BY-NC 3.0).
Ryc. 2. Współczesny grzyb próchnilec maczugowaty (Xylaria polymorpha) z gromady workowców tworzy palczaste owocniki przypominające rekonstrukcje Prototaxites, tyle że ok. 100 razy niższe. Oczywiście powierzchowne podobieństwo nie oznacza pokrewieństwa. Foto: Piotr Gąsiorowski 2024 (licencja CC BY-SA 4.0).

Lektura dodatkowa

  • Link do preprintu (Loron et al. 2025): bioRχiv .
  • Omówienie badania: Live Science.
  • Przegląd dotychczasowych poglądów na temat Prototaxites: Tomczyk 2018 (Kosmos 67/2).

Ene, due, rabe, czyli więcej kosmicznej galarety

Pisałem już kiedyś o cyjanobakteriach z rodzaju Nostoc, których galaretowate kolonie, pęczniejące po deszczu, bywały w przeszłości brane za wydzielinę gwiazd lub planet, spadającą na Ziemię. Nie jest to jedyny przykład przypisywania pozaziemskiego pochodzenia różnym substancjom o dziwnym wyglądzie lub konsystencji. Przypuśćmy, że przechadzając się po lesie, natykamy się na coś zagadkowego, na przykład tajemniczą lepką, białą masę widoczną na ryc. 1. Zaglądamy w to samo miejsce dwa dni później i stwierdzamy, że masa rozpełzła się szerzej i zaczęła zmieniać barwę jak na ryc. 2.

Ryc. 1.

Nie jest to zwierzę, roślina ani grzyb, więc co? Może istota pozaziemska przyniesiona na Ziemię przez meteoryt? A może (jeśli lubimy teorie spiskowe) stwór wyhodowany w ramach tajnego projektu wojskowego, który wymknął się z laboratorium? Zwykle istnieje jakieś bardziej prozaiczne wyjaśnienie. W tym przypadku mamy do czynienia z dojrzewającym śluzowcem – siatecznicą olbrzymią (Brefeldia maxima), prawdopodobnie największą amebą, jaka żyje na naszej planecie.1 Nie jest ona wcale rzadka, ale trzeba trochę spostrzegawczości, żeby ją wypatrzyć podczas spaceru w lesie, i trochę wiedzy, żeby zrozumieć, co się widzi.

Inny śluzowiec, znany jako wykwit biały (Fuligo candida), widnieje na ilustracji w nagłówku. Jest to także stadium niedojrzałe (plazmodium), zmieniające kształt i przemieszczające się po podłożu w poszukiwaniu właściwego miejsca do wytworzenia zarodników. To właśnie fakt, że śluzowiec potrafi się poruszać i dość szybko zmieniać kształt, robi szczególne wrażenie.

Ryc. 2.

Ale nie tylko cyjanobakterie i śluzowce (a czasem też bezbarwne i przejrzyste owocniki niektórych grzybów) potrafią nas zaskoczyć. Kilka tygodni temu w pobliżu leśnego bagienka w wielkopolskiej Puszczy Zielonce natknąłem się na dziwne zwoje szklistej galarety leżącej luźno na powierzchni ziemi, jak na ryc. 3. Doniesienia o podobnych znaleziskach znane są od średniowiecza. Niektórzy przyrodnicy uważali, że jest to szczególna substancja produkowana w niewiadomym celu przez Ziemię i wysączająca się z gruntu wokół korzeni traw; inni uważali ją za pozostałość po „spadających gwiazdach”, stąd takie określenia jak niemieckie Sternenrotz (gwiezdny smark) albo francuskie gelée stellaire i angielskie star jelly (galareta gwiezdna). Istnieje także pseudonaukowa nazwa astromyxine (dosłownie: gwiazdośluzica). Według anegdotycznych doniesień galaretę tę najczęściej można znaleźć po przelocie roju meteorów. Zdarzało się, że przypisywano jej właściwości lecznicze i wykorzystywano ją jako składnik medykamentów.

Ryc. 3.

Po dziś dzień niektóre odmiany gwiezdnej galarety uchodzą za zagadkowe, niekoniecznie słusznie. Jeśli dokładniej zbadamy każdy przypadek, zwykle bez trudu znajdziemy racjonalne wyjaśnienie. To, co widzimy na ryc. 3, jest pochodzenia zwierzęcego, a konkretniej – żabiego. Nieszczęsny płaz, samica przed wiosennymi godami, została skonsumowana przez drapieżnika, najprawdopodobniej ptaka, a może kunę lub tchórza. W jej wnętrzu znajdowała się masa niezapłodnionych jajeczek otoczonych śluzowatym żelem, oraz sznury jajowodów, zwinięte w kłębki. Są one silnie higroskopijne (czyli chłoną wodę), toteż w żołądku drapieżnika spęczniały, zamiast ulec strawieniu. Drapieżnik pozbył się kłopotu, wymiotując na glebę. Możliwe też, że podczas pożerania żaby wnętrzności po prostu wylały się z jamy brzusznej i spęczniały na podlanej deszczem ziemi.

Czy hipotezę tę można jakoś potwierdzić, nie wykonując badań DNA? Owszem, tuż obok fragmentów galarety leżało coś, co widać na ryc. 4: masa złożona z kuleczek, także kleistych i galaretowatych, ale ciemnych. Łatwo się domyślić, że są to właśnie niezapłodnione jajeczka, które – gdyby żaba dożyła godów – stałyby się napęczniałą masą skrzeku w pobliskim mokradle.

Ryc. 4.

Jako ciekawostkę można wspomnieć fakt, że suszone jajowody żab, zwłaszcza z gatunku Rana dybowskii (żaba Dybowskiego), którego naturalny zasięg obejmuje rosyjski Kraj Nadmorski (okolice Władywostoku) i północno-wschodni kraniec Chin, są cenionym i poszukiwanym suplementem diety w chińskiej „medycynie naturalnej”. Namoczone przekształcają się w galaretę całkiem podobną do tej, którą pogardził drapieżny ptak lub ssak z wielkopolskich lasów. Czy rzeczywiście ma ona przypisywane jej działanie lecznicze i odżywcze, śmiem powątpiewać.2

Przypisy

  1. Według brytyjskiego znawcy śluzowców Bruce’a Inga rekordowe okazy siatecznicy mogą pokrywać powierzchnię ok. 1 m2 i osiągać masę 20 kg. Gatunek ten opisał w 1873 r. Józef Rostafiński, polski pionier badań nad śluzowcami, o którym wspominałem tutaj. ↩︎
  2. Rodzaj Rana obejmuje ponad 50 znanych gatunków i nie wiadomo, dlaczego akurat żaba Dybowskiego miałaby posiadać jakiekolwiek wyjątkowe właściwości. Wiadomo za to z całą pewnością, że zainteresowanie „tradycyjnej medycyny chińskiej” oznacza dla wielu gatunków zagrożenie wymarciem. ↩︎

Ilustracje

Wszystkie zdjęcia: Piotr Gąsiorowski (CC BY-SA 4.0).

Lektura dodatkowa

Bliskie spotkania trzeciego rodzaju z gwiezdną galaretą:
1. Meredith Bennett-Smith 2013, HuffPost (Wielka Brytania).
2. Piotr Jochymek 2015 (2021), blog Wyszedł z Domu (Polska).
3. Maciej Bonk 2020, blog Małe Rzeki (Polska).
4. Il tombe du ciel – le mystère de la gelée stellaire (Francja).