Vědec chce rozlousknout záhadu rozmanitosti přírody za pomoci mušek octomilek

Na světě žije 2,1 milionu popsaných živočišných druhů. Zhruba čtvrtině však hrozí vyhynutí. Která společenstva přežijí? Jsou ta s pestřejší skladbou odolnější? A jak se vlastně rozmanitost v přírodě udržuje? Odpovědi na tyto otázky hledá entomolog Jan Hrček z Biologického centra AV ČR, který loni jako jediný Čech získal prestižní grant ERC Consolidator. Článek o jeho výzkumu vyšel ve čtvrtletníku Akademie věd ČR A / Magazín.

Vesmírná loď Nostromo míří z mise zpět na Zemi. Astronauti zrovna večeří a živě klábosí. Najednou se jeden z nich začne dávit a nevypadá zrovna, že by mu jen zaskočila kukuřice. Vmžiku se zmítá na stole v hrozivých křečích. Po pár vteřinách se mu z břicha vynoří hlava neznámého stvoření… A jakmile se tvor před zraky zděšené posádky vyklube z již bezvládného lidského těla celý, hned mizí v útrobách lodi, kde číhá na další oběti.

Film Vetřelec z roku 1979, z nějž popisovaná scéna pochází, už platí za sci-fi klasiku. Jeho hlavní „hrdina“ přitom až tak fiktivní není. Podobně jako filmový Vetřelec totiž v přírodě fungují parazitické vosičky – do svého hostitele nepozorovaně nakladou vajíčka, ten se nějakou dobu (stejně jako zmiňovaný astronaut) chová a vypadá úplně normálně, zatímco v jeho útrobách se vyvíjí larva vosičky. Ta pak z těla vesele vylétne ven, přičemž nebohý hostitel umírá.

Drsné, že? Tito parazitoidi, jak se organismům, které rostou uvnitř hostitele a na závěr ho zahubí, říká, však umějí být i užiteční. To když jsou zrovna objektem jejich zájmu škůdci.

Mezi jednotlivými druhy octomilek jsou velké rozdíly.

Zrozeni k zabíjení
„Ve sklenících se vosičky běžně používají k likvidaci mšic. Najdou je líp než kdokoli z nás. Vyhledat hostitele prostě musí, protože jinak by se nerozmnožily. Jsou to takové stroje na zabíjení. Způsob jejich života je fascinující,“ líčí Jan Hrček z Biologického centra AV ČR.

Vosičky mu přirostly k srdci hned na začátku vědecké kariéry. Tito bezskrupulózní zabijáci se tak objevují ve všech jeho výzkumných projektech. Ten, na nějž biolog loni získal prestižní ERC grant, není výjimkou. Tentokrát však badatel zkoumá křehké vztahy parazitických vosiček s muškami octomilkami. A dokonce až v australském pralese.

Za pomoci těchto nenápadných okřídlenců totiž plánuje, že rozkryje dosud nerozluštěnou záhadu – jak v přírodě souvisí druhová rozmanitost s rozmanitostí vnitrodruhovou neboli genetickou.

„Predátoři, paraziti, konkurenti… Každý živočich musí čelit nejrůznějším tlakům ze svého okolí, čímž se zřejmě zachovává vnitrodruhová pestrost. Mezi rozmanitostí v rámci druhu a bohatstvím společenstva, které žije okolo, je tedy pravděpodobně příčinná souvislost. Žádný experiment však tento předpoklad ještě neprokázal,“ říká entomolog.

Parazitická vosička, která napadá larvy octomilek

To teď se svým týmem hodlá změnit. A kromě vosiček a octomilek mu k tomu má pomoci také propojení ekologie s evolucí. Jen kombinace těchto dvou dosud oddělovaných oborů totiž podle něj přinese vysvětlení, jak přesně se diverzita v přírodě udržuje.

Zrychlená evoluce
„Ekologie zkoumá, jak fungují vztahy mezi více druhy organismů, zatímco evoluční biologie řeší udržování rozmanitosti uvnitř jednoho druhu. Zdá se ale, že jsou to spojené nádoby – druhová pestrost podporuje genetickou rozmanitost a naopak,“ věří Jan Hrček.

Nové vědecké poznatky navíc ukazují, že evoluce probíhá mnohem rychleji, než si odborníci dosud mysleli. Vlastnosti organismu se totiž mohou proměnit už během několika málo generací. Sice ne tak zásadně, že by se třeba z mušky za pár let stala myš, přesto však jde o změny důležité, s nimiž se musí v ekologii počítat.

„Druh může navenek vypadat stejně, ale mění se například nastavení jeho imunitního systému, metabolismu a podobně. Třeba u octomilek se může během pár generací zdvojnásobit plodnost, a to už soužitím populací různých druhů zamává,“ poukazuje biolog.

Většinu zmiňovaných změn laik nemá téměř šanci postřehnout, některé důsledky zrychlené evoluce však vidět jsou. Třeba na afrických slonicích. Ty se proměnily v důsledku tlaku pytláků, kteří tyto savce na druhém největším kontinentě dlouhodobě ve velkém lovili kvůli slonovině. Jak? Během pár desítek let se samice začaly rodit bez klů.

Obě kukly patří octomilce, ale z té napravo brzy vylétne parazitická vosička.

Od octomilky k antilopě
Mlsně brousí kolem mísy s ovocem, sklenice s džusem i kompotu. V teplých dnech a začátkem podzimu jako by se v tuzemských domácnostech s otravnými vinnými muškami, jak se octomilkám lidově říká, roztrhl pytel. Proč se tedy jihočeský vědec rozhodl zkoumat ty australské?

„U nás se jednotlivé druhy octomilek během sezony střídají. V pralese je stálejší podnebí, takže tam spolu stejné druhy musí dlouhodobě přežívat, což pro své bádání potřebuji,“ vysvětluje.

Octomilky zdaleka nejsou objektem vědy poprvé. Běžně se používají jako modelový organismus v genetice. Není divu – jsou skladné, nenáročné na chov a mají krátký generační čas. V laboratoři tak lze snadno udržovat i stovky linií zároveň. Do malého prostoru se navíc vejdou i celá hejna jejich přirozených nepřátel – vosiček. Což se třeba o antilopách a lvech říct nedá.

„Nepřátelské vztahy, kdy jeden druh žere jiný, jsou v přírodě běžné. Navzájem se likvidují, ale přesto vedle sebe dokážou přežít. Abych přišel na to, jak je to možné, hledal jsem systém, s nímž lze manipulovat, bude ho možné rozebrat a zase složit a zároveň v něm je smysluplná rozmanitost,“ popisuje Jan Hrček.

Proto nakonec zvolil pět druhů australských octomilek s pěti druhy jejich parazitických vosiček. Takové společenstvo už totiž podle něj nabízí slušné množství vztahů ke zkoumání. Výsledky bádání by navíc měly platit i pro zmiňované lvy a antilopy.

Australský prales

„Snažím se odhalit obecný princip, který by měl fungovat napříč přírodou, a bude ho tak možné převést i na druhy ohrožené vyhynutím,“ doplňuje biolog.

Banánové orgie
Silně nahnědlý banán rozmačkaný s droždím. Tak vypadá gastronomický sen každé octomilky. Právě na tuto „dobrotu“ tým Jana Hrčka v pralese na severovýchodním pobřeží Austrálie mlsné mušky láká.

Banánový mišmaš však vědci musí opatřit stříškou proti dešti a klíckou z pletiva, aby lahůdka nepřivábila i jiné strávníky. Lačné octomilky na sebe pak nenechají dlouho čekat, slétnou se na návnadu a spokojeně do ní nakladou.

„Potom přichází naše chvíle. Vezmeme si pinzety a z nevábné banánové hmoty vybíráme asi půlcentimetrové kukličky. Vzorky jednou za měsíc posíláme do Česka,“ vypráví entomolog.

Kukličky cestují poštou – pěkně naložené v lihu v laboratorních platíčkách, kam se jich do maličkých zkumavek vejde přesně 96. V laboratořích českobudějovického Biologického centra AV ČR pak badatelé z kukel extrahují DNA a pomocí detekční PCR zjisťují, o jaký druh octomilky jde, zda byla napadena parazitickou vosičkou, a pokud ano, jakou přesně.

Vědci si též z Austrálie přivezou od každého druhu octomilek a vosiček hodně linií a pak se pustí do experimentu, který jim má pomoct najít odpověď na klíčovou otázku: pomáhá druhová rozmanitost udržovat tu genetickou? A platí to i naopak?

Jan Hrček při sběru kukel octomilek v australském pralese

Stanové městečko
„V laboratoři vytvoříme několik mikrokosmů s různým počtem druhů octomilek a vosiček a s různou genetickou variabilitou v rámci jednoho druhu. A budeme zjišťovat, jaké společenstvo nejdéle vydrží,“ vypráví Jan Hrček.

Jak si takový mikrokosmos představit? Překvapivě jako obyčejný stan pro jednoho až dva lidi potažený šifonem, aby z něj hmyz jen tak neuletěl. Stany čtyř typů vědci postaví v klimatické místnosti tak, aby v nich panovala stálá teplota a vlhkost. Každý typ bude představovat jeden z možných scénářů, které mohou v přírodě nastat: do jednoho stanu naženou hodně druhů, do druhého málo, do třetího zase nízký počet linií jednoho druhu a do čtvrtého vyšší.

Pokoušet se v látkových příbytcích napodobit prostředí pralesa například rostlinami netřeba – octomilkám stačí předhodit tácy s jídlem a chovají se jako doma kdekoli. Ani vosičkám v přítomnosti jejich milých hostitelek vůbec nic nechybí.

Ve stanovém městečku budou společně bivakovat asi půl roku. Vědci jim budou jen čas od času vyměňovat staré ovoce za trochu vábnější. A pak konečně nastane velké sčítání hmyzu!

„Tehdy se ukáže, ve kterém prostředí se jim dařilo nejlépe, respektive jaká ze simulovaných situací byla nejstabilnější. Předpokládáme, že ve stanech s nižší genetickou rozmanitostí za tu dobu vyhyne více druhů a naopak,“ odhaduje biolog.

Nástrahy pralesa
Než ale badatelé rozbijí stany, musí si do nich v Austrálii obstarat dostatek nájemníků. Přebírat kukličky octomilek mají v tamním pralese celkem jeden až dva roky, sám Jan Hrček se k protinožcům zatím vypravil na dva měsíce koncem loňského jara.

Jan Hrček z Biologického centra AV ČR loni získal prestižní grant ERC Consolidator.

Nosit banány a kvasnice do lesa mu pomohly i jeho tři děti a manželka. Australský prales je totiž na rozdíl od toho na Papui-Nové Guineji, kde vědec před lety strávil dohromady skoro rok a půl zkoumáním potravních vztahů listožravých housenek a jejich parazitoidů, bezpečný.

„Na Papui je velká kriminalita. Naši vědeckou stanici dokonce jednou v noci přepadl tamní gang a vykradl nás,“ vzpomíná entomolog. Zloději tehdy základnu poctili nečekanou návštěvou hned po Vánocích, během nichž Jan Hrček pro jistotu připravil celkem šest záloh dat z dosavadního výzkumu. „Druhý den jsme je chtěli odvézt na poštu, ale zloději vše pobrali. Teda až na externí disk, který zůstal ležet na stole. Asi nevěděli, co to je, a díky tomu nám jedna záloha zbyla,“ dodává s úsměvem. Věda zkrátka umí být dobrodružná a někdy také trochu nebezpečná, i když podobné drama jako ve Vetřelci snad nehrozí.

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Mgr. Jan Hrček, Ph.D.

BIOLOGICKÉ CENTRUM AV ČR

Vystudoval entomologii na Přírodovědecké fakultě Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích, kde získal i doktorský titul. Absolvoval tříletou postdoktorandskou stáž v britském Oxfordu v laboratoři jednoho z nejlepších světových ekologů, Charlese Godfraye. Vede laboratoř experimentální ekologie v Entomologickém ústavu Biologického centra AV ČR. Specializuje se na molekulární ekologii a na vzájemné soužití hmyzu a jeho přirozených nepřátel. V roce 2016 získal Fellowship J. E. Purkyně pro perspektivní vědecké pracovníky, o rok později pak obdržel Prémii Otto Wichterleho.

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Celý článek naleznete v časopise A/ Magazín, který vydává Akademie věd ČR. Výtisky zasíláme zdarma všem zájemcům. Kontaktovat nás můžete na adrese predplatne@ssc.cas.cz.

Text: Radka Římanová, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČR
Foto: Shutterstock, Phil Hönle, archiv Jana Hrčka, Jan Malý

Text je uvolněn pod svobodnou licencí Creative Commons.

Přečtěte si také

• Evoluce věčně živá. V čem tkví podstata biologické rozmanitosti?
• Pozor na klíšťata v městských parcích, jsou nebezpečná, varují odborníci
• Unikátní rozmnožování skokanů z Moravy potvrdili vědci i u dalšího druhu žáby
• Embrya parazitických ryb hořavek se naučila přemet, který jim umožňuje přežít
• Na světě klesá počet velkých šelem – vymírání čelí například levharti
• Rostliny se mohou přizpůsobit klimatickým změnám, aniž by změnily svoji DNA
• Ekosystémové stanice: tiší strážci zkoumají „dech“ krajiny a dopady změn klimatu
• Vědci předkládají zajímavou teorii: křídla hmyzu se mohla vyvinout z žaber
• Třetina světa v posledních dekádách citelně vysychá, zjistili vědci z CzechGlobe
• Klimatická změna ohrožuje pěstování chmele a chuť piva, upozorňují vědci