Mimikry tropických brouků z čeledi dlouhoústcovitých (Coleoptera, Lycidae), kteří využívají výstražné zbarvení jako ochranu před predátory, studoval s podporou Grantové agentury ČR tým zoologů z Českého institutu pokročilých technologií a výzkumu (CATRIN) Univerzity Palackého v Olomouci vedený Ladislavem Bocákem. Díky genetickým analýzám získali vědci informace o evoluci výstražného signálu a o diverzitě této skupiny. Podařilo se identifikovat asi tisíc nepojmenovaných druhů brouků.
Mimikry je jedním z nejvíce studovaných evolučních fenoménů a zahrnuje napodobování výstražných signálů mezi chráněnými a případně nechráněnými organismy. Obvyklým modelem jsou interakce mezi některými druhy motýlů a ptáky v Jižní Americe. Jiný hmyz je v evolučních studiích často opomíjen. olomoučtí vědci si jako model zvolili velice rozmanitou skupinu tropických brouků, aby rozšířili znalosti o evoluci mimikry.
Klasifikace založená na příbuznosti je základem jakéhokoliv evolučního výzkumu.
„Vycházeli jsme z třicetiletých terénních zkušeností a materiálu nasbíraného v celých tropech, zejména v horách, kde na omezeném území interaguje vysoký počet aposematicky, tedy varovně zbarvených druhů. Současné metody sekvenování DNA nám umožnily založit náš výzkum na robustní fylogenezi a molekulární inventarizaci diverzity. Díky takovému přístupu můžeme studovat velké a komplexní biologické systémy a formulovat hypotézy o procesech, které řídí evoluci mimetických vzorů,“ uvedl hlavní řešitel grantu Ladislav Bocák.
Struktury používané k signalizaci obranných mechanismů mohou být odvozeny ze společného základu (žebra, zobrazená vlevo) nebo jsou vytvořeny pouze z chloupků a jedná se jen o iluzi žeber. Jiný základ ovšem neumožňuje dokonalou podobnost (Micronychus pardus, vpravo).
Entomologové z CATRIN použili fylogenomiku a Sangerova data k vytvoření hypotéz o evoluci čeledi dlouhoústcovitých. Definovali hlavní linie a vnitřní vztahy ve studované skupině, která obsahuje 4.200 druhů. Pomocí fylogenetiky zjistili, že předci dnešních druhů jako varovný signál využívali nápadně zbarvený štít a krovky, ovšem obě části těla byly zbarvené stejně, dříve žlutě, později červeně. Nyní dominantní barevné vzory, jako dvoubarevné krovky nebo kontrast mezi odlišně zbarvenými krovkami a štítem, vznikly později a teprve poměrně nedávno se ve skupině vyvinuly složité pruhy, které k barevnému signálu přidaly i rozdíly v uspořádání různě zbarvených částí těla.
Molekulární fylogenetika umožňuje datování vzniku mimetických vzorů a identifikaci místa jejich vzniku.
„Ukázali jsme trend ke zvětšující se barevné vzdálenosti mezi kořistí a pozadím a opožděný vznik vnitřního kontrastu mezi světlými a tmavými částmi těla. Zjistili jsme, že ačkoliv evoluce zvyšuje efektivitu výstražného signálu, tak některé druhy si zachovávají původní signál i v komunitách dominantně tvořených druhy s vysoce kontrastními vzory. Kromě genetických omezení narušuje evoluci sdíleného výstražného zbarvení i migrace nových, jinak zbarvených druhů do společenstev. Přežití migrujících druhů závisí nejen na počtu jedinců, ale také na síle jejich výstražného signálu a schopnosti predátorů reagovat na velký počet signálů v komplexních společenstvech,“ objasnil spoluřešitel projektu Michal Motyka.
Výstražné vzory dlouhoústcovitých vznikají v nepříbuzných skupinách. Fotografie ukazují zástupce dvou podčeledí jednoho druhu čeledi dřevomilovitých (Eucnemicdae).
Vědci dále zkoumali, zda druhy mohou na složitou situaci v interakcích s predátorem reagovat polymorfismem, tedy přizpůsobením se podmínkám na různých místech nebo použitím odlišných signálů samci a samicemi. Příbuznost blízkých druhů a populací studovali metodou next-RAD sekvenování a prokázali častý vznik mimetického polymorfismu, který nebyl u těchto brouků dříve zaznamenán. Navíc dokázali, že rozdíly ve velikosti těla samců a samic mohou být základem evoluce pohlavního dimorfismu ve výstražném zbarvení.
Tým z CATRIN staví výzkumný program na rozsáhlém terénním výzkumu a v posledních letech také na spolupráci s centrem Akademie věd ČR na Papui Nové Guinei. Molekulární data pro sledování diverzity tropických brouků umožnila identifikovat asi tisíc nepojmenovaných druhů. Dokladové exempláře a molekulární data umožňují spolehlivou kvantifikaci tropické biodiverzity, která je nutná pro ochranu přírody i studium možné ztráty biodiverzity v budoucnu.
Spoluřešitelé projektu, M. Motyka (uprostřed) a D. Kusý (vlevo) s místními terénními asistenty a pracovníkem centra Akademie věd ČR J. Kuou (v popředí vpravo).
Výstupy projektu byly zveřejněny ve více než 20 publikacích v zahraničních časopisech.
Na úvodním obrázku: Výstražné vzory jsou sice jednoduché, ale jejich rozmanitost je mimořádná a zahrnuje společný výskyt druhů náležících k různým výstražným vzorům.