Významné výsledky ENTÚ

Jak juvenilní hormon řídí proměnu hmyzu?

Proměna neboli metamorfosa hmyzu, jako jsou např. brouci nebo motýli, je nápadnou změnou mezi juvenilními stadii (larvou, kuklou) a dospělcem. Tato proměna usnadňuje larvám účinně využít zdroje potravy a létajícím dospělcům pak šířit potomstvo. Znalost metamorfosy je nutná nejen pro pochopení vývoje organismů obecně, ale také pro účinnou regulaci hmyzích škůdců. Spuštění metamorfosy závisí na steroidních hormonech, ekdysteroidech, které přeměnu larev na kukly a dospělce stimulují, a na protichůdně působícím juvenilním hormonu (JH), jenž oddaluje metamorfosu až do doby, kdy larva dosáhne potřebné velikosti a stupně vývoje; předčasná metamorfosa bývá pro hmyz smrtelná. Že přítomnost JH brání metamorfose víme již z prací V.B. Wigglesworthe, avšak mechanismus působení JH zůstal po více než 70 let záhadou, neboť způsob přenosu signálu JH do buněk ani molekulu receptoru JH se dosud nepodařilo odhalit. Na modelu brouka Tribolium castaneum jsme ukázali, že JH blokuje metamorfosu prostřednictvím genu Methoprene-tolerant (Met), který byl původně objeven jako mutace, způsobující resistenci k JH u mušky Drosophila. Potlačení funkce Met u brouka nejen navodí necitlivost vůči JH, ale na rozdíl od drosofily také předčasný vstup larev do procesu metamorfosy. Jak jsme dále zjistili, Met řídí průběh metamorfosy tak, že v odpověď na JH reguluje gen Broad-Complex, jenž je pro přeměnu hmyzí larvy v kuklu a dospělce absolutně nezbytný. Naše poslední práce (Konopova & Jindra 2007, 2008) tak poprvé prokázaly klíčovou roli genu Met při řízení hmyzí metamorfosy juvenilním hormonem, a významně tím podpořily dosud zpochybňovanou funkci Met jako dlouho hledaného receptoru nebo přenašeče signálu JH.

Zeměpisné rozšíření tropického hmyzu v deštných lesích: ještě větší, než jsme čekali

Je všeobecně známo, že v tropickém lese žije velmi mnoho druhů hmyzu. Ekologové se ale nemohou shodnout na tom, jak se druhové složení tohoto hmyzu mění z jednoho místa na druhé, na vzdálenosti desítek až stovek kilometrů. Mnoho druhů totiž stále není odborně popsáno a pojmenováno, takže při studiu zreměpisného rozšíření tropického hmyzu nelze spoléhat na druhové seznamy z jednotlivých lokalit. Náš výzkum herbivorního hmyzu na ploše 75 tisíc km² nížinného lesa na Papui-Nové Guineji ukázal, že většina druhů hmyzu je schopna napadat několik blízce příbuzných druhů rostlin a úspěšně vyhledávat jejich populace v tropické vegetaci. Výsledkem jsou velké zeměpisné areály tropických druhů hmyzu. Složení hmyzích společenstev se tak příliš nemění ani na vzdálenost několika set kilometrů. Mimořádně vysoká lokální (alfa) diverzita hmyzu tropických lesů je tak vyvážena pomalou směnou druhů (beta diverzitou) na větším zeměpisném měřítku. Tyto výsledky se vztahují na nížinné lesy okolo veletoků, což je dnes převažující typ tropických lesů přežívajících na Zemi. Studie je zajímavá i metodicky, neboť zahrnovala expedice do jedněch z nejodlehlejších oblastí planety.

Mnohonásobný Allee efekt a management populací rostlin a živočichů

Nikoho zřejmě nepřekvapí, že čím větší je populace rostlin či živočichů, tím více si její jednotliví členové konkurují o společné zdroje a tím méně každý z nich získává. V malých či řídkých populacích, kde je konkurence slabá, tomu však může být právě naopak - organismy profitují z přítomnosti svých sou-druhů. Důvodem může být například potřeba nalézt si partnera pro páření, úspěšně se vyhnout predaci či modifikovat nepříznivé (např. toxické) prostředí. Tento jev se nazývá Allee efekt, podle amerického ekologa W. C. Alleeho (Courchamp et al. 2008). Je-li tento efekt, čili potřeba přítomnosti svých sou-druhů, dostatečně silný, může to vyvolat vznik kritické populační velikosti, která je nutná pro přežití populace jako celku: klesne-li její velikost pod tuto hodnotu, populace s velkou pravděpodobností vymře. Znalost existence a hodnoty takové kritické populační velikosti je proto nezbytná pro správný management populací, ať už jde o kontrolu škůdců, ochranu ohrožených druhů či využívání ekonomicky významných rostlin a živočichů. Podstatná část toho, co víme o Allee efektu a jeho důsledcích, je založena na matematických modelech. V práci Berec et al. (2007) nejen podáváme přehled populací, u kterých můžeme pozorovat několik mechanismů vyvolávajících Allee efekt současně (mnohonásobný Allee efekt), ale zejména, pomocí matematického modelu, ukazujeme, že interakce těchto mechanismů mohou nabýt mnoha různých forem. Například, i když žádný ze dvou přítomných mechanismů nevede sám o sobě ke vzniku kritické populační velikosti, jejich interakce ke vzniku takové kritické velikosti vést může. Naopak, pokud oba mechanismy samy o sobě ke vzniku kritické populační velikosti vedou, vede k nim i jejich interakce, avšak výsledná kritická velikost může být výrazně vyšší než každá z jednotlivých kritických velikostí. Z těchto výsledků bezprostředně vyplývá, že díky takovým interakcím může mít nezahrnutí všech přítomných mechanismů vyvolávajících Allee efekt negativní důsledky pro účinnost managementu ohrožených či ekonomicky využívaných populací, a zbytečně prodražovat management populací škůdců.

Propojení navigačních hodin se slunečním kompasem v mozku motýla monarchy stěhovavého

Při své každoroční velkolepé migraci ze Severní Ameriky do svých zimovišť ve středním Mexiku využívá motýl monarcha stěhovavý (Danaus plexipus) k navigaci úhel roviny polarizovaného slunečního světla ve spojení s časově kompenzovaným slunečním kompasem. Ve spolupráci s laboratoří prof. Repperta se nám podařilo identifikovat fotoreceptory v očích monarcha specializované pro detekci polarizovaného světla v UV oblasti. Dále jsme objevili a charakterizovali molekulární nervovou dráhu, která propojuje cirkadiánní biologické hodiny se signální dráhou polarizovaného světla vstupujícího do mozku tohoto migrujícího motýla. Informace z cirkadiánních biologických hodin je vzhledem k neustále se měnící poloze slunce na obloze zcela kritická pro udržování správného směru při migraci motýla, kdy vzdálenost přeletu často přesahuje tisíce kilometrů. Monarcha stěhovavý představuje první organismus, u kterého se tuto unikátní nervovou dráhu podařilo identifikovat. Zprávu o tomto objevu přinesla celá řada světových periodik včetně prestižních časopisů journals "The Scientist" a "Science".

Proč je paleorefugiální entomofauna rašelinišť prioritou ochrany přírody?

Boreální rašeliniště střední Evropy jsou osídleny specifickými taxony hmyzu, které kromě široce rozšířených generalistů zahrnují výhradně rašeliništní druhy (tyrfobionty) a druhy charakteristické (tyrfofilní), které ale mohou kolonizovat i jiné biotopy. Archaická rašeliniště (paleorefugia) jsou oligotrofní mokřady s dominancí převážně acidofilních rostlin - vytvářejí tak charakteristické biotopové ostrovy na jihu boreální a uvnitř temperátní zóny. Rašeliniště představují reliktní ekosystémy ve vztahu k subarktickým biomům a žijí zde převážně izolované populace charakteristických chladnomilných druhů. Rašeliništní entomofauna má proto klíčový biogeografický a ekologický význam, její citlivost k ekologickým změnám z ní vytváří nesmírně cenný komplex bioindikátorů. Mezi příklady nejvýznamnějších modelových skupin reliktního hmyzu náleží tyrfobiontní střevlíci a noční motýli, kteří sledují výrazný ekologický gradient mezi okrajem a středem rašeliniště, s výraznou preferencí ke středu biotopu. Stupeň této biotopové preference je taxonomicky specifický a statisticky významný. Tyrfofilní a tyrfoneutrální druhy jsou rozšířeny uvnitř rašeliniště spíše nahodile. Ochrana biodiverzity entomofauny izolovaných rašelinišť závisí na úplném zachování původních ekologických podmínek edafického klimaxu fragilního biotopového ostrova a jeho prostorové struktury.