Změna klimatu mění rovnováhu vztahů v přírodě a ohrožuje přirozené nepřátele škůdců, čímž zvyšuje pravděpodobnost, že se tito škůdci přemnoží. Výzkum týmu Jana Hrčka z Biologického centra Akademie věd ČR podpořený juniorským grantem GA ČR zároveň ukazuje, jak důležitá je ochrana rozmanitosti pro udržení klíčových vztahů v přírodě.
Zjistit, jak reagují na rostoucí teploty nejen jednotlivé druhy, ale celá společenstva, tj. populace druhů propojená sítí vzájemných vztahů, je v současnosti naléhavou výzvou. Pro její řešení vědci vyvinuli modelový systém společenstva octomilek a jejich parazitoidů.
Parazitické vosičky (parazitoidi) kladou vajíčka do larev hmyzu tak, jak to zachytila na obrázku Chia-Hua Lue, postdoktorandka z řešitelského týmu. Parazitoid se vyvíjí v těle hostitele a tím ho postupně zahubí, podobně jako vetřelec z kultovního filmu. Parazitoidi patří mezi důležité přirozené nepřátele hmyzích škůdců a nejrozmanitější skupiny organismů vůbec.
Parazitická vosička klade vajíčko do larvy hmyzu
V rámci řešení projektu GA ČR s názvem „Vliv teploty na potravní sítě hostitelů a jejich parazitoidů: role imunity a symbiotických bakterií“ vědci zjistili, že vyšší teploty očekávané v rámci probíhajících změn klimatu parazitoidům nesvědčí, protože se při nich nedokáží úspěšně vyvíjet ve svých hostitelích. Platí to ve většině možných složení společenstev, například když má hostitel přímého konkurenta.
Projekt je součástí základního výzkumu a jeho úkolem je tedy pojmenovávat obecné problémy a připravovat metodiku pro další výzkum, který pak může prozkoumat dopady pro konkrétní druhy škůdců. Octomilky jsou v zásadě neškodné a slouží jako vhodný model, se kterým se bezpečně a dobře pracuje. Vyjímkou je octomilka Drosophila suzukii, která škodí po celém světě při produkci drobného ovoce, jako jsou jahody, třešně, borůvky nebo vinná réva. Výsledky výzkumu jsou proto přímo využitelné i pro tento druh.
Stihnou škůdce parazitovat včas?
Stěžejní výsledek projektu byl publikován ve špičkovém časopise Global Change Biology (Pardikes et al. 2022). Týká se načasování událostí v přírodě, které prochází kvůli oteplování velkými změnami. Rostliny kvetou dříve, hmyzí škůdci se též objevují s předstihem a během sezóny vyprodukují více generací. Zvýšená teplota navíc zrychluje vývoj a tím zkracuje dobu, během níž mohou probíhat klíčové vztahy. Například rychlé odkvetení zvyšuje riziko neúspěšného opylení a nedostatku potravy pro opylovače. Stejně tak hrozí, že přirození nepřátelé škůdců hmyzu časově minou zkrácený vývoj svých hostitelů a nedokážou škůdce účinně držet na uzdě. Posledně jmenovaným problémem se vědci zabývali ve zmiňovaném článku.
Na modelovém společenstvu octomilek a jejich parazitoidů badatelé zjišťovali, jaké vztahy ve společenstvu by mohly problém se zkráceným časovým oknem pro parazitaci zmírnit. Zvýšená konkurence sice prodlužuje vývoj hostitele a tím zvětšuje časové okno pro parazitaci, ale zároveň vede k slabším hostitelům, na kterých se parazitoidi nedokáží plně vyvinout. Zato přítomnost alternativního hostitele zvětšuje okno příhodné pro parazitaci a tím zvyšuje schopnost parazitoidů kontrolovat populace svých hostitelů. Těchto výsledků řešitelé dosáhli kombinací laboratorních experimentů s matematickým modelem umožňujícím dlouhodobou předpověď. Ukazuje se tak, že ochrana rozmanitosti je zásadní pro udržení klíčových interakcí v přírodě.
Vždyť ty vosičky vypadají všechny stejně!
Rozlišení druhů parazitoidů je často velmi obtížné i pro zkušené specialisty. Zároveň ale parazitické vosičky napadají různé hostitele s odlišným úspěchem, a přesné určení druhu je tedy zásadní. V takovém případě je ideální pro identifikaci použít místo vnějších rysů krátké sekvence DNA, takzvanou molekulární identifikaci. Je ale napřed potřeba shromáždit sekvence ze spolehlivě určených jedinců a zaručit možnost v budoucnu určení ověřit či přehodnotit s tím, jak se bude taxonomie parazitoidů vyvíjet. V rámci projektu GA ČR řešitelé zorganizovali velkou mezinárodní skupinu vědců a vytvořili databázi vzorků hmyzu a z nich získaných sekvencí DNA pro druhy parazitoidů octomilek (Lue et al. 2021), které jsou specialisty popsané, i těch, které teprve na popis druhu čekají. Databáze již slouží jak pro základní výzkum, tak pro další výzkum přirozených nepřátel výše zmíněného škůdce Drosophila suzukii. Zároveň může databáze do budoucna pomoci i jako vzor pro vyřešení rozpoznávání jiných důležitých skupin hmyzu a dalších organismů.
Potravní vztahy v přírodě se dají vyjádřit sítí vztahů mezi hostiteli (dole) a konzumenty či parazity (nahoře). Řešitelský tým tyto složité sítě potravních vztahů rozplétá: zkoumá jednotlivé vztahy nebo části sítě v laboratoři. Znalosti těchto dílčích vztahů pak umožňují pochopit, jak fungují komplexní systémy v přírodě.
Nový experimentální systém
Jedním z cílů projektu bylo vytvořit samotný experimentální systém, který by umožnil studium reálného, i když menšího společenstva hmyzu jak v laboratorních podmínkách, tak v přírodě, a tím umožnit pochopení vztahů ve společenstvech. Vhodné společenstvo octomilek a jejich parazitoidů v původním stavu bez invazních druhů vědci nalezli v australském pralese. Zkoumají ho ve spolupráci s kolegy z anglické University of Oxford a australské James Cook University a výsledkem této spolupráce bylo několik dalších publikací. Juniorský grant GA ČR, který rozvoj nového systému umožnil, byl hodnocen jako vynikající. Příprava nového systému byla také zásadní pro rozvoj laboratoře a postupně vedla též k vysokému hodnocení v soutěži ERC a nakonec k obržení prestižního grantu ERC-CZ. V současné době badatelé využívají tento systém také k výzkumu rychlých evolučních změn, které v přírodě probíhají.
Mezinárodní výzkumná skupina Jana Hrčka (uprostřed) na Biologickém centrum Akademie věd ČR
Autorství textu: Biologickém centrum Akademie věd ČR