Martin Vácha

Klíčová slova:

neuroetologie, smysly, magnetorecepce, hmyz, kompasový smysl, geomagnetické pole, magnetická orientace, elektromagnetická pole, světlo, Kryptochrom, cirkadiánní rytmy, buněčná signalizace

Vedoucí skupiny:	Doc. RNDr. Martin Vácha, Ph.D.
Kancelář:	123 (Kamenice 5 — D36)
E-mail:	vacha@sci.muni.cz
Telefon:	549 49 7877
Seznam vyučovaných předmětů
Seznam publikací
Projekty

Základní info

Společným prvkem všech výzkumných aktivit laboratoře je vliv magnetických a elektromagnetických polí na živé systémy. Cílem je nalézt řešení multidisciplinárního problému obecného významu, jak funguje biologický magnetický receptor a které dráhy buněčných signalizací jsou na přirozené pole zemské i technická pole generovaná člověkem citlivé. Prakticky je orientován výzkum dopadů polí na chování a cirkadiánní rytmy buněčných a vyšších systémů. Pro tento úkol je laboratoř vybavena unikátními stíněnými komorami. Metodika výzkumu je postavena na analýze prvků chování hmyzích, ale i savčích modelů, projekt sledující cyklické děje pod vlivem světla a magnetického pole na buněčných kulturách právě odstartoval.

Cíle práce

Výzkum je zaměřen především na potvrzení a zkoumání schopnosti zvířat vnímat magnetické pole Země. Kompasový smysl byl popsán již u mnoha druhů živočichů, ale jeho podstata a význam stále nejsou uspokojivě objasněny. Na molekulární funkci receptoru a jeho lokalizaci v těle existují pouze hypotézy. Dosavadní výsledky naší laboratoře ukazují, že hmyzí kompas by mohl být, podobně jako je tomu u ptáků, spojen se zrakovou drahou. Jestli a jak hmyz magnetické pole skutečně vidí, je otázkou, kterou se snažíme rozluštit.

Zajímá nás úloha molekuly Kryptochromu (Cry), jejíž signální aktivitu po aktivaci světlem pravděpodobně ovlivňuje magnetické pole Země. Význam našeho výzkumu přesahuje problém, jak se zvířata orientují a pomáhá posouvat hranice známého i ve fotochemii a biofyzice. Ukazuje se také, že opravdu velmi slabá elektromagnetická pole z oboru radiofrekvenčního spektra narušují magnetický kompas zvířat, což je nejspíše vysvětlitelné právě pomocí zapojení Cry. Zároveň je to vůbec nejcitlivější případ biologické citlivosti k takovým vlnám. Vzhledem k tomu, že Cry mají všechna zvířata včetně člověka, nabízí se otázka, zdali nejsou některé naše funkce využívající Cry (třeba biorytmy) přece jen citlivé k radiovým vlnám a jak by se toho případně dalo využít. Myslíme si, že všude, kde je Cry nějak zapojen v řízení buněčných dějů, nese si magnetickou citlivost s sebou. Protože poruchy biologické rytmicity jsou spojeny s mnoha chorobami od onkologických po psychické, chceme se o vztahu Cry – magnet dozvědět více.

Hmyz představuje pro smyslovou fyziologii výjimečnou modelovou skupinu a to, co o jeho kompasu víme, potřebuje zpřesnění a rozšíření. Cílem naší práce je přispět k pochopení molekulárního principu a lokalizace receptoru kompasového smyslu zvířat.

Na základě behaviorálních a buněčných odpovědí na přesně definované zásahy:

fyzikální – jako jsou orientace a intenzita magnetického pole, vlivy radiofrekvenčních a 50Hz polí, demagnetizačního pulzu, osvětlení, barvy světla atd.
biologické – pohlaví, chirurgický zásah, mutace nebo vypnutí určitých genů pomocí RNAi nebo Crispr-Cas metod

lze vystopovat molekulární princip dosud neznámého smyslu pro zemský magnetismus a jeho lokalizaci v těle.

Metody výzkumu

Základním typem experimentu je sledování chování zvířat nebo i buněčného metabolismu za různých, přísně hlídaných podmínek. Dvě elektromagneticky stíněné, unikátní laboratoře jsou vybaveny velkými cívkami pro automatické nastavení libovolných magnetických parametrů a videosystémy (kamera, PC, analýza obrazu) pro záznam a vyhodnocování orientačního chování zvířat. Vedle toho sledujeme cirkadiánní rytmy aktivity, které jsou na Cry závislé a rovněž citlivé na magnetické pole.

Členové laboratoře

Mgr. Kateřina Tomanová, Ph.D. – postdok
Bc. Kristína Briediková – diplomantka
Bc. Jakub Fedra – diplomant
Bc. Kateřina Kocábková – diplomantka
Bc. Juraj Markúš – diplomant

Volná témata závěrečných prací

Cirkadiánní rytmy zvířat pod vlivem elektromagnetických polí

Zjistili jsme, že vnitřní hodiny hmyzu jsou ovlivnitelné slabými magnetickými a elektromagnetickými poli, která se vyskytují zejména v blízkosti technických zařízení. Správný cirkadiánní rytmus je přitom v pozadí mnoha funkcí organismu a jeho poruchy vedou k řadě chorob. Experimentální behaviorální práce na hmyzích a savčích modelech má ukázat, jaká je citlivost tohoto jevu a jaký je jeho mechanismus a podstata.

Kryptochrom jako kandidát na magnetosensitivní molekulu zvířat

Víme, že laboratorní hmyz dokáže vnímat směr magnetického pole Země. Mechanismus kompasu zvířat je dosud neznámým způsobem vázán na flavoprotein Kryptochrom (Cry). Pomocí genové editace (Crispr) a především behaviorálních metod na hmyzích modelech budeme zkoumat, jak Cry funguje a jestli je opravdu hledaným magnetoreceptorem.

Schopnosti učení včely medonosné pod vlivev elektromagnetických polí

Publikovaný experiment ukazující, že schopnost včel učit se je významně snížena v blízkosti 50Hz elektromagnetických polí v okolí silových vedení, potřebuje nezávisle ověřit. Experimentální práce převážně v laboratoři má replikovat a rozšířit tento nález významný nejen pro včelaře.

Světlo a magnetické pole v řízení buněčných dějů

Téma je zatím v přípravě.

Elektromagnetická pole mobilních technologií a vliv na nervový systém savců

Téma je zatím v přípravě.

Obhájené diplomové práce

Daniel Klimeš – Vliv 50Hz elektromagnetického pole na délku stádia kukly potemníka moučného, 2000
Martina Pavelková – Ověření schopnosti orientace podle magnetického pole Země u potemníka moučného (Tenebrio molitor), 2000
Helena Soukopová – Kompasová orientace potemníka moučného, 2001
Dana Drštková – Vliv změny inklinace na magnetickou orientaci potemníka moučného (Tenebrio molitor), 2007
Tereza Půžová – Vliv světla na magnetorecepční chování potemníka moučného (Tenebrio molitor L.), 2007
Kateřina Tomanová – Test magnetorecepce potemníka hnědého (Tribolium castaneum), 2009
Pavel Slabý – Analýza úlohy zrakového vnímání v magnetorecepci hmyzu, 2011
Přemysl Bartoš – Úloha kryptochromů v cirkadiánních rytmech a magnetorecepci švába amerického, 2011
Petra Moravcová – Ověření poziční magnetické orientace savců, 2011
Jakub Karas – Vypracování podmiňovacího testu magnetické orientace laboratorního hmyzu, 2014
Radek Netušil – Vlivy vlnové délky a intenzity světla na magnetorecepci hmyzu – analýza recepčního mechanismu, 2014
Jana Šebestíková (sdílené školitelství) – Regulace retinálních cirkadiánních rytmů, 2022

Obhájené doktorské práce

Mgr. Helena Soukopová – Studium magnetorecepce potemníka moučného, 2004
Mgr. Markéta Kvíčalová – Magnetorecepce hmyzu – recepční mechanismus závislý na světle, 2016
Mgr. Kateřina Tomanová – Directional magnetoreception, 2016
Mgr. Pavel Slabý – Spontánní a podmíněná magnetorecepce živočichů, 2018
Mgr. Přemysl Bartoš – Analysis of common mechanisms of magnetoreception and molecular clock in insects, 2019
Mgr. Radek Netušil – Kryptochrom II v magnetorecepci hmyzu, 2021

Granty

Probíhající projekty

Trvání

Název / řešitelé

2019 – 2021
GAMU

2019-2023

At the Cross-road of Magnetic Fields and Light: A New Perspective of circadian Clock Control

řešitel: M. Vácha (MU PřF Brno)

Efektivní postupy a strategie pro zvládání včelích chorob a udržitelný chov včelstev. spolupráce

Ukončené projekty

Trvání	Název / řešitelé
2013 – 2015 GAČR	Fyziologická a funkčně genetická analýza magnetorecepce na hmyzím modelu řešitel: M. Vácha (MU PřF Brno)
2007 – 2010 GAČR	Neurální podstata magnetorecepce hmyzu řešitel: M. Vácha (MU PřF Brno)
2005 – 2007 GAČR	Analýza magnetorecepčního chování laboratorních druhů hmyzu řešitel: M. Vácha (MU PřF Brno)
2001 – 2003 GAČR	Ověření magnetorecepce potemníka moučného řešitel: M. Vácha (MU PřF Brno)

Odkazy na příbuzné stránky nebo laboratoře, s nimiž spolupracujeme

Fotodokumentace