Naše objevy

14.01.2021

Nepřehlédněte rubriku, ve které představujeme aktuální výzkumy a objevy našich vědců.


Functional trait effects on ecosystem stability: assembling the jigsaw puzzle

Functional trait effects on ecosystem stability: assembling the jigsaw puzzle: Francesco de Bello,1,2,3,* Sandra Lavorel,4,5 Lauren M. Hallett,6 Enrique Valencia,7 Eric Garnier,8 Christiane Roscher,9,10 Luisa Conti,2,11 Thomas Galland,1,2 Marta Goberna,12 Maria Májeková,1,13,14 Alicia Montesinos-Navarro,3 Juli G. Pausas,3 Miguel Verdú,3 Anna E-Vojtkó,1,2 Lars Götzenberger,1,2 and Jan Lepš1,15

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

Prostředí rodičovských rostlin, fenotypická variabilita a produktivita u huseníčku

V posledních letech se intenzivně studuje vztah mezi biodiverzitou a fungováním ekosystémů. Z výsledků tohoto výzkumu vyplývá, že vyšší diverzita je obecně spojená s vyšší produktivitou ekosystému, jeho stabilitou a odolností vůči disturbancím i stresu. Většina studií se ale soustředí na biodiverzitu zjišťovanou na úrovni společenstva, v podobě mezidruhové diverzity. Naproti tomu vliv vnitrodruhové diverzity na úrovni populací bývá v tomto směru přehlížen.

Javier Puy z Přírodovědecké fakulty Jihočeské univerzity a Botanického ústavu AV ČR a jeho spolupracovníci prozkoumali roli vnitrodruhové genetické diverzity a diverzity prostředí, z nějž pocházejí rodičovské rostliny, na produktivitu populací, na jejich odolnost vůči změnám v prostředí a na vnitrodruhovou proměnlivost fenotypu. Badatelé za tím účelem uspořádali skleníkový experiment s oblíbenou modelovou rostlinou huseníčkem Arabidopsis thalliana. Použili populace huseníčků s rozdílnou genetickou diverzitou, společně s geneticky stejnými populacemi, které se lišily diverzitou prostředí rodičovských rostlin. Zároveň také experimentálně snižovali epigenetickou variabilitu rostlin pomocí demetylace jejich genomu. Tyto rostliny pěstovali v různých podmínkách a kombinacích a zjišťovali jejich mortalitu, produktivitu a proměnlivost jejich znaků.

Výsledky experimentů ukázaly, že ani vyšší genetická diverzita populací, ani diverzita prostředí rodičovských rostlin neměly zásadní vliv na produktivitu a na odolnost vůči změnám v prostředí. V případě rostlin se sníženou epigenetickou variabilitou demetylací došlo k tomu, že směsi populací byly méně produktivní než monokultury. Autoři studie jsou přesvědčeni, že diverzita prostředí rodičovských rostlin může mít na sledované charakteristiky srovnatelný vliv jako genetická diverzita. Proto je podle nich pro pochopení vlivu vnitrodruhové variability na fungování ekosystémů důležité oddělovat vliv genetické diverzity a diverzity prostředí rodičovských rostlin.

Puy, J., Carmona, C. P., Dvořáková, H., Latzel, V., de Bello, F. 2021. Diversity of parental environments increases phenotypic variation in Arabidopsis populations more than genetic diversity but similarly affects productivity. Annals of Botany 127:425–436.

Kontakt: Javier Puy (puy.javi at gmail.com)

Obrázek: Huseníček thallův. Kredit:             Stefan.lefnaer / Wikimedia Commons.

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

Dramatický ústup domorodých jazyků a tradičních znalostí biologie na Papui-Nové Guineji, jazykově nejbohatší zemi světa

Lidstvo hovoří více než 7 000 jazyky. Většina jazyků má jen nevelké počty mluvčích a nejvíc to platí pro jazyky v tropických oblastech. Papua-Nová Guinea (PNG) je s devíti miliony lidí a 850 jazyky lingvisticky nejbohatší zemí světa. Alfred Kik, papuánský doktorand Přírodovědecké fakulty Jihočeské univerzity, otestoval se svými spolupracovníky vice než 6 000 středoškoláků z PNG hovořících 392 jazyky a zjistil nečekaně výrazný pokles jejich jazykových schopností: jenom 58 % studentů (ve srovnání s 91 % jejich rodičů) hovoří plynně některým z domorodých jazyků.

Místní jazyky jsou nahrazovány Tok Pisin, kreolštinou odvozenou z angličtiny a sloužící na PNG jako lingua franca, a angličtinou, tedy jazykem školní výuky. K tomuto trendu přispívá rostoucí počet smíšených manželství, kde každý rodič hovoří jiným domorodým jazykem, jakož i změna životního stylu, spojená zejména s urbanizací. Klesající jazykové znalosti doprovází i eroze tradičních dovedností včetně lovu, rybolovu, pěstování plodin, stavby domu z pralesních materiálů a užívání léčivých rostlin, jakož i čarodějnictví. Úpadek jazyků tak vede i ke ztrátě tradičních znalostí rostlin a živočichů tropického lesa.

Dotazníky ze 30 středních škol ukázaly, jak se právě tyto školy staly výjimečnými ohnisky jazykové rozmanitosti. Rekordním případem je gymnázium v městě Lae, kde 381 studentů hovoří 126 jazyky. Jenom zhruba třetina studentů mluví stejným domorodým jazykem jako jejich nejlepší kamarád ve škole. Přátelství tak vznikají téměř bez ohledu na jazykovou identitu, což může v budoucnu vést i k nárůstu jazykově smíšených manželství, a tedy dalšímu poklesu domorodých jazyků.

Pokud se dva náhodní obyvatelé Papui-Nové Guineje setkají, hovoří stejným jazykem jen v jednom případě ze sta, což činí domorodé jazyky nepraktickými pro širší komunikaci. Přesto velká většina studentů (88 %) plánuje své děti domorodý jazyk naučit, více pro jeho kulturní význam než z praktických pohnutek. Tento postoj je klíčový pro přežití novoguinejských jazyků, ale střetává se se silnými protitlaky, neboť významné faktory přispívající ke ztrátě jazyků (vzdělání, tržní ekonomika, dopravní sítě, urbanizace) jsou současnou společností podporovány a ceněny, na PNG i jinde. (Novotný a J. Zrzavý)

Obrázek: (autorský kredit New Guinea Binatang Research Center)

Původní článek: Kik, A., Adamec, M., Aikhenvald, A. Y., Bajzekova, J., Baro, N., Bowern, C., Colwell, R. K., Drozd, P.,  Duda, P., Ibalim, S., Jorge, L. R., Mogina, J., Ruli, B., Sam, K., Sarvasy, H., Saulei, S., Weiblen, G. D., Zrzavy, J. & Novotny, V. 2021. Language and ethnobiological skills decline

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

Fylogeneze a patologie hlístic ze skupiny anisakidů parazitujících lachtany kalifornské

Mořští savci jsou v dnešní době velice zranitelní celou řadu nepříznivých vlivů v důsledku lidských aktivit, od vyrušování lidmi a náhodných ulovení, až po záměrný lov. Zároveň čelí riziku řady nebezpečných onemocnění, která přispívají k úmrtí těchto živočichů. Lachtani jsou například ohrožování parazitickými hlísticemi, kdy se k nim přidají další nepříznivé faktory, jako je znečištění, oteplování, otravy prostředí nebo nedostatek stravy ve spojitosti s jevem El Niño, tak může být infekce hlísticemi pro lachtany fatální.

Somayeh Rasouli-Dogaheh z Přírodovědecké fakulty Jihočeské univerzity a její kolegové v mezinárodním výzkumném týmu prozkoumali pět lachtanů kalifornských, 1 dospělou samici a 4 mláďat, kteří uhynuli během rehabilitace v záchranném centru Marine Mammal Care Center Los Angeles. Podle pitev byla hlavní příčinou úmrtí lachtanů rozsáhlá multisystémová infekce parazity, spojená s předešlou podvýživou. Badatelé se zaměřili na léze vyvolané hlísticemi ze skupiny anisakidů. Každou odhalenou hlístici identifikovali do taxonu pomocí morfologických i molekulárních znaků. Pomocí fylogenetické analýzy založené na mitochondriálním genu COII

Anisakidy z uhynulých lachtanů vědci díky analýzám přiřadili do tří skupin, které odpovídají rodům Anisakis, Contracaecum a Pseudoterranova. Nejčastěji byly objeveny hlístice taxonů Contracaecum ogmorhini sensu lato (55,36% všech jedinců), následované taxony Anisakis pegreffii (23,21%) a Pseudoterranova azarasi (17,86%). Autoři studie rovněž zjistili, že tyto taxony nejsou geneticky diferencované na vnitrodruhové úrovni. Také určili, že se rod Contracaecum odštěpil v období jury, asi před 176 miliony let, zatímco rod Anisakis se odštěpil od zbývajícího rodu Pseudoterranova asi před 86 miliony let, tedy v období křídy.

Hrabar, J., Smodlaka, H., Rasouli-Dogaheh, S., Petri, M. Trumbic, Z., Palmer, L., Sakamaki, K., Pavelin, T., Mladineo, I. (2021). Phylogeny and Pathology of Anisakids Parasitizing Stranded California Sea Lions (Zalophus californianus) in Southern California. Frontiers in Marine Science 8: 636626.

Kontakt: Somayeh Rasouli-Dogaheh (somaye.rasooli1990 at gmail.com)

Obrázek: Hlístice ze skupiny anisakidů v útrobách ryby. Kredit: Anilocra / Wikimedia Commons.

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

Ekonomické ztráty způsobené biologickými invazemi narůstají

Invazní druhy, čili druhy cizího původu, které se dostaly do nových oblastí a tam se úspěšně prosadily, dnes představují zásadní hrozbu pro biodiverzitu, fungování ekosystémů, lidské zdraví, a také pro ekonomiku. V posledních desetiletích navíc dochází k posilování fenoménu biologických invazí globalizací a globálním oteplováním. Navzdory tomu zůstávají opatření proti invazním druhům, související s jejich likvidací nebo také prevencí jejich šíření, jen omezená. Důvodem je v neposlední řadě podceňování významu a hrozby invazních druhů veřejností, úřady i ekonomickou sférou. Celé záležitosti by velmi prospělo, kdyby byl k dispozici jasný a přehledný souhrn ekonomických škod, které mají na svědomí právě invazní druhy.

Ivan Jarić z Přírodovědecké fakulty Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích a Biologického centra AV ČR a jeho spolupracovníci využili data nashromážděná v nedávno vzniklé databázi InvaCost a na jejich základě vytvořili přehlednou, standardizovanou a snadno aktualizovatelnou syntézu finančních ztrát, které je ve světě možné přičíst na vrub invazním druhům.

Badatelé dospěli k závěru, že za zhruba posledních padesát let (1970 až 2017) dosáhly finanční náklady spojené s invazními druhy minimálně 1,288 bilionu amerických dolarů. Průměrná částka za jeden rok činí 26,8 miliard dolarů. Autoři zároveň odhadují, že tato částka neustále narůstá a to poměrně dramaticky. Finanční náklady invazí se za desetiletí ztrojnásobují. Za rok 2017 by to mělo být 162,7 miliard dolarů. Zmíněné částky jsou přitom zřejmě značně podceněné. Podle všeho bychom měli podstatně vylepšit postupy, jimiž dokumentujeme finanční ztráty způsobené biologickými invazemi. Problém invazí jen tak nezmizí a určitě se s ním budeme potýkat i v dalších desetiletích.

Diagne, C., Leroy, B., Vaissiere, A.C., Gozlan, R.E., Roiz, D., Jarić, I., Salles, J.M. Bradshaw, C.J.A. Courchamp, F. (2021) High and rising economic costs of biological invasions worldwide. Nature online (March 2021).

Kontakt: Ivan Jarić, Ph.D. (ivan.jaric at hbu.cas.cz)

Obrázek: Nepěkně ostnitá chrpa žlutá je v Kalifornii invazním druhem a zároveň nepříjemným plevelem. Kredit: J.smith / Wikimedia Commons.

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

Jak si konkurují kmeny borelií v hostiteli?

Většina druhů patogenů zahrnuje více různých kmenů. Tyto kmeny se liší geneticky a jejich odlišnosti se projevují i na jejich znacích a projevech, jako je průběh infekce, virulence nebo přenos mezi hostiteli. Občas se stává, že jednoho a téhož hostitele infikuje více kmenů jednoho druhu patogenu zároveň. Tyto kmeny se pak navzájem setkávají ve tkáních hostitele a interagují, což se projevuje na jejich úspěšnosti. Výsledek jejich interakcí přitom může být velice různý, od vzájemné pomoci až po tvrdou konkurenci. U patogenů, u nichž dochází k takovým koinfekcím kmenů často, mohou mít interakce mezi kmeny významné důsledky pro přenos takového patogenu i na jeho genetiku.

Pro výzkum konkurence mezi kmeny jsou obzvláště vhodné patogeny přenášené vektory, jako jsou například patogeny obratlovců přenášené členovci. Ryan Rego z Přírodovědecké fakulty Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích a Biologického centra AV ČR a jeho spolupracovníci studovali interakce dvou kmenů borelie Borrelia afzelii. Tento druh náleží do komplexu Borrelia burgdorferi a představuje jednoho z nejčastějších původců boreliózy v Evropě. Přenáší jej klíště obecné (Ixodes ricinus), přičemž jako přírodní rezervoár využívá drobné savce. Badatelé se zaměřili především na vztah mezi koninfekcí dvěma kmeny borelií, konkurenci mezi nimi, a pak na úspěšnost dalšího přenosu těchto kmenů.

V rámci výzkumu nakazili laboratorní myši buď jedním ze dvou nebo oběma zmíněnými kmeny borelie Borrelia afzelii. Poté sledovali úspěšnost přenosu jednotlivých kmenů pomocí sátí klíšťat na infikovaných myších. Rovněž zjišťovali rozšíření těchto kmenů borelií v šesti vybraných orgánech myší a v klíšťatech, pomocí metody kvantitativní polymerázové řetězové reakce (qPCR). Ukázalo se, že koinfekce a dvěma kmeny borelií a jejich konkurence omezuje výskyt borelií ve tkáních hostitele, což platí pro oba dva zkoumané kmeny. Koinfekce také u obou kmenů omezila jejich úspěšnost při přenosu do sajících klíšťat, čímž současně omezila jejich úspěšnost v infikování dalšího hostitele klíštětem. Vědci jsou na základě svých výsledků přesvědčeni, že v případě borelií mají koinfekce více kmeny a jejich konkurence v hostiteli významný dopad na další přenos infekce.

Genne, D., Rossel, M., Sarr, A., Battilotti, F.,Rais, O., Rego, R. O. M., Voordouw, M. J. 2020. Competition between strains of Borrelia afzelii in the host tissues and consequences for transmission to ticks. ISME Journal online (březen 2021).

Kontakt: MSc. Ryan O. M. Rego, Ph.D. (ryanrego at paru.cas.cz)

Obrázek: Borelie z komplexu Borrelia burgdorferi. Kredit: CDC / Wikimedia Commons.

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

Synchrotronová mikrotomografie odhalila koevoluci brouků slepáčů a parazitických hub

Vědci se dnes shodují, že v současné době známe jen velmi omezené množství houbových parazitů u živočichů. Například u hmyzu jsme jich podle odhadů odhalili zatím jen asi 1,5 procenta. Přesto je zřejmé, že vztahy mezi hmyzem a houbami jsou pestré a významné, jak pro jejich ekologii, tak i pro jejich evoluci. Některé parazitické houby se chovají jako nektrotrofové, svého hostitele zabijí a pak získávají živiny z jeho mrtvého těla. Jiné druhy hub zase představují biotrofy, kteří ke své obživě potřebují živého nebo spíše živořícího hostitele, kterého postupně konzumují. Výzkum vztahů mezi hmyzem a parazitickými houbami zahrnuje i paleontologii, protože se takové vztahy objevují i ve fosilních nálezech.

Danny Haelewaters z Přírodovědecké fakulty Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích a z amerických Harvard University a Purdue University se svými spolupracovníky prozkoumal čtyři fosilie nově popsaného vyhynulého brouka †Proptomaphaginus alleni ze skupiny slepáčů (Cholevinae), které byly objeveny v jantaru, pocházejícího z Dominikánské republiky. Stáří jantaru je zhruba 25 milionů let a pochází tedy z třetihor, z přelomu období oligocénu a miocénu. Společně se slepáči byly také objeveny a popsány nové druhy parazitických vřeckovýtrusných hub rodu Columnomyces ze skupiny roztřepenek (Laboulbeniaceae), které jsou parazity slepáčů.

Badatelé zkoumali fosilie brouků i parazitických hub v jantaru pomocí synchrotronové radiační mikrotomografie s fázovým kontrastem (PPC-SR mu CT, phase-contrast synchrotron X-ray microtomography), která v současné době představuje velmi efektivní metodu pro zobrazení vnitřních struktur hmyzu. Součástí studie byl i výzkum soudobých muzeálních vzorků. Autoři studie dospěli k závěru, že slepáči rodu Proptomaphaginus, který je typický pro Karibskou oblast, procházejí koevolucí s parazitickými houbami rodu Columnomyces přinejmenším od období miocénu. Vědci také zdůrazňují přínos moderních technologií i klasických muzeálních sbírek pro podobné studie vztahů mezi živočichy a jejich parazity.

Perreau, M., Haelewaters, D., Tafforeau, P. 2021. A parasitic coevolution since the Miocene revealed by phase-contrast synchrotron X-ray microtomography and the study of natural history collections. Scientific Reports 11: 2672.

Kontakt: Danny Haelewaters, Ph.D. (danny.haelewaters at gmail.com)

Obrázek: Samice fosilního slepáče †Proptomaphaginus alleni s parazitickou houbou †Columnomyces electri. Kredit: Perreau et al. (2021), Scientific Reports.

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

Jakou roli hrají klíštěcí inhibitory proteáz ve vztahu mezi ektoparazitem a hostitelem?

Proteázy jsou všudypřítomné enzymy, které štěpí proteiny pomocí hydrolýzy. Nacházejí se prakticky u všech skupin organismů. Hrají významnou roli v celé řadě rozmanitých biochemických procesů. Zároveň ale platí, že jejich aktivita musí být pečlivě řízena a regulována, jinak by se svým ničivý potenciálem mohly způsobit organismu závažné škody. Tuto regulace mají obvykle na starost inhibitory proteáz, které částečně nebo úplně potlačují aktivitu příslušné proteázy tím, že se k ní naváží a vytvoří komplex. Vzhledem k jejich značnému významu i možným aplikacím odborníci vynakládají nemalé úsilí na vyhledávání nových inhibitorů protéz i na detailní výzkum těch již objevených.

Imen Makki z Přírodovědecké fakulty Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích a Biologického centra AV ČR společně s dalšími kolegy vypracovali přehled biochemie a mechanismů fungování různých typů inhibitorů proteáz. Zabývali se rovněž aplikacemi inhibitorů proteáz v zemědělství a v medicíně. Detailně se soustředili na zajímavý přírodní zdroj inhibitorů proteáz, kterým jsou slinné žlázy klíštěte. Tento parazit je používá ke svému prospěchu, ale my je můžeme využívat například při vývoji nových typů léků.

V současné době již známe funkci a působení u celé řady inhibitorů proteáz. Některé z nich se nabízejí pro využití v medicíně, například v léčbě chorob jako artritida, hepatitida, různé typy nádorů, AIDS nebo třeba různá kardiovaskulární onemocnění. Jiné inhibitory proteáz je zase možné používat v zemědělství, například jako prostředky proti hmyzu, houbovým chorobám anebo proti bakteriálním infekcím. Autoři studie zdůrazňují, že inhibitory proteáz ze slinných žláz klíštěte jsou v řadě ohledů speciální. Mají pozoruhodné farmakologické vlastnosti a zároveň jsou vysoce specifické a účinné vůči svým cílovým proteázám. Proto jsou podle badatelů slibné pro vývoj různých léků. Na některých z nich se již intenzivně pracuje a směřují do preklinických a klinických testů.

Jmel, M. A., Aounallah, H., Bensaoud, C., Makki, I., Chmelař, J., Faria, F., M’ghirbi, Y., Kotsyfakis, M. 2021. Insights into the Role of Tick Salivary Protease Inhibitors during Ectoparasite-Host Crosstalk. International Journal of Molecular Science 22: 892.

Kontakt: MSc. Imen Makki (imen.makki at paru.cas.cz)

Obrázek: Příklady inhibitorů proteáz ze slinných žláz klíštěte. Kredit: Jmel et al. (2021).

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

Co ovlivňuje rozložení diverzity epifytických lišejníků v Evropě?

V krajině je na první pohled jasné, že biodiverzita není rozložená rovnoměrně. Pro úspěšné předpovědi odpovědí společenstev na změny v prostředí, například v důsledku oteplování, je přitom nezbytné odhalit faktory, které rozložení biodiverzity určují. Naše znalosti o uspořádání biodiverzity v prostředí tradičně vycházejí z druhového složení anebo druhové bohatosti. Zároveň se ale ukazuje, že taxonomická, funkční a fylogenetická diverzita mohou na změny prostředí reagovat různým způsobem. Proto je žádoucí rozlišit faktory, které se podílejí na změnách těchto jednotlivých typů diverzity.

Francesco de Bello z Přírodovědecké fakulty Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích a a španělského centra Centro de Investigaciones sobre Desertificación (CSIC-GV-UV) a jeho spolupracovníci zkoumali uspořádání biodiverzity v souvislosti s klimatickým, latitudinálním a longitudinálním gradientem v rámci Evropy. Zaměřili se přitom na společenstva epifytických lišejníků celkem 23 bukových lesů v šesti evropských zemích – ve Francii, Itálii, Rakousku, Slovensku, Španělsku a Švédsku. Vybrané země představují rozsáhlý gradient latitudinální, longitudinální, teplotní, srážkový i gradient teplotní a srážkové sezonality. Badatelé určili taxonomickou, funkční a fylogenetickou diverzitu zmíněných společenstev a zjišťovali jejich vztah k vybraným faktorům prostředí.

Ukázalo se, že funkční diverzita a klimatické faktory určují taxonomickou a fylogenetickou diverzitu společenstev lišejníků, přičemž fylogenetickou diverzitu utvářejí i prostorové faktory. Klíčovou roli přitom v případě funkční a fylogenetické diverzity hraje rozsah teplot během dne a noci, zatímco u taxonomické diverzity jde o srážky ve srážkově nejbohatším měsíci. Autoři studie dospěli k závěru, že funkční diverzita vysvětluje část proměnlivosti taxonomické a fylogenetické diverzity společenstev lišejníků na širší geografické škále, jako je například celý kontinent. Výstupy výzkumu mohou přispět k hodnocení a předpovědím odpovědi společenstev na změny faktorů prostředí.

Hurtado, P., Prieto, M., de Bello, F., Aragon, G., Lopez-Angulo, J., Giordani, P., Diaz-Pena, E.M., Vicente, R., Merinero, S., Kosuthova, A., Benesperi, R., Bianchi, E., Mayrhofer, H., Nascimbene, J., Grube, M., Wedin, M., Westberg, M., Martinez, I. 2020. Contrasting Environmental Drivers Determine Biodiversity Patterns in Epiphytic Lichen Communities along a European Gradient. Microorganisms 8: 1913.

Kontakt: Francesco De Bello (fradebello at ctfc.es)

Obrázek: Lišejník Lecanora argentata uprostřed. Kredit: Jymm / Wikimedia Commons.

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

Jaký je genom klopušky Nesidiocoris tenuis, Jekylla a Hydea mezi plošticemi?

Klopuška Nesidiocoris tenuis je pozoruhodná ploštice. Ráda si pochutnává na molicích, což jsou nebezpeční škůdci řady druhů plodin. A nepohrdne ani mnoha dalšími škodlivými druhy, od mšic a svilušek až po larvy motýlů. V řadě oblastí světa, například ve Středomoří, ve Španělsku nebo v Číně se tyto klopušky využívají k biologické kontrole škůdců rajčat i dalších plodin, ve sklenících i na polích. Problém je v tom, že tyto klopušky nejsou jen dravé. Jsou totiž ve skutečnosti zoofytofágní. Když jim dojde živá kořist, tak se mohou „přepnout“ do býložravé nálady a pustí se do rostlin, které původně měly chránit. Proto se na tento druh klopušky soustředí pozornost odborníků rozmanitého zaměření. Zároveň toho o nich stále mnoho nevíme, například na úrovni jejich genetiky, genomu či transkriptomu.

Sander Visser z Přírodovědecké fakulty Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích, Biologického centra AV a jeho spolupracovníci se podíleli na přečtení genomu tohoto zajímavého druhu hmyzu. Sekvencovali přitom genom jedné dospělé samice těchto klopušek. Výsledkem jejich úsilí je anotovaný genom o velikosti 355 Mbp. Z takto získaného genomu badatelé odstranili bakteriální kontaminace.

Přečtený genom klopušky Nesidiocoris tenuis tvoří celkem 24 688 genů. Autoři studie rovněž porovnali proteiny této klopušky s dalšími plošticemi, u nichž jsme prozkoumali genom – se štěnicí domácí (Cimex lectularius), kněžicí mramorovanou (Halyomorpha halys), a také se mšicí kyjatkou hrachovou (Acyrthosiphon pisum). V rámci výzkumu také vizualizovali genom pomocí různých cytogenetických metod, včetně karyotypingu, CGH nebo FISH. Z jejich výsledků například vyplývá, že genom zmíněné klopušky by měl mít podobu 2n = 32. Jde o jeden z prvních získaných genomů klopušek a je to úplně první genom klopušky, která se využívá při biologické kontrole škůdců. Přečtení genomu otevírá široké možnosti dalšího výzkumu i praktických aplikací.

Ferguson, K. B., Visser, S., Dalíková, M., Provazníková, I., Urbaneja, A., Perez-Hedo, M., Marec, F., Werren, J. H., Zwaan, B. J., Pannebakker, B. A., Verhulst, E. C. 2020. Jekyll or Hyde? The genome (and more) of Nesidiocoris tenuis, a zoophytophagous predatory bug that is both a biological control agent and a pest. Insect Molecular Biology online (december 2020).

Kontakt: MSc. Sander Visser (sander.visser at entu.cas.cz)

Obrázek: Klopuška Nesidiocoris tenuis. Kredit: Güney Baloğlu / Wikimedia Commons.

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

Jaká je struktura společenstev motýlů a můr na Kamerunské hoře?

Tropická společenstva bývají velmi druhově bohatá a zajímavá, ať už jde o rostliny nebo živočichy. Přesto je struktura tropických společenstev málo známá, především pokud jde o tropické deštné lesy v Africe. Není například úplně jasné, jaké faktory se podílejí na uspořádání společenstev hmyzích herbivorů. Obvykle se předpokládá, že pro tato společenstva je určující druhová diverzita rostlin, na nichž tito herbivoři žijí. Podle některých názorů by ale občas mohla být pro uspořádání společenstev hmyzích herbivorů významnější struktura vegetace a dalších charakteristiky biotopů.

Sylvain Delabye z Přírodovědecké fakulty Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích a Biologického centra AV ČR s týmem spolupracovníků prostudoval společenstva motýlů, kteří se živí na plodech a společenstva můr, která představují dvě ekologicky odlišné skupiny motýlů. Výzkum probíhal na třech pralesních lokalitách na úbočích Kamerunské hory, aktivního vulkánu, na jihozápadě Kamerunu v subsaharské Africe. Badatelé přitom analyzovali 16 040 jedinců z celkem 398 druhů, kteří byli uloveni ve 240 pastech. Zároveň do analýz zahrnuli vlastnosti prostředí, jako bylo složení rostlinného společenstva nebo prostorová struktura vegetace.

Vědci zjistili, že uspořádání společenstev motýlů závisí především na míře otevřenosti lesního porostu. Uspořádání společenstev můr bylo závislé na otevřenosti lesního porostu a zároveň i na diverzitě rostlinného společenstva. Výsledky výzkumu také ukázaly, že se liší uspořádání společenstev pralesního podrostu a společenstev korun stromů. Druhová bohatost ve společenstvech v podrostu nebyla, na rozdíl od společenstev v korunách stromů, ovlivněna vlastnostmi prostředí. Pokud jde o strukturu společenstev, tak ta zase nebyla ovlivňována prostředím v případě společenstev v korunách stromů. Autoři studie upozorňují, že když existují takové rozdíly v ekologii blízce příbuzných skupin herbivorního hmyzu, tak bychom měli být při výzkumu tropických pralesů opatrní se závěry, které budou založené na jediné úzce vymezené taxonomické skupině.

Delabye, S., Maicher, V., Sáfián, S., Doležal, J., Altman, J., Janeček, Š., Kobe, I. N., Murkwe, M., Šebek, P., Tropek, R. 2020. Butterfly and moth communities differ in their response to habitat structure in rainforests of Mount Cameroon. Biotropica online (december 2020).

Kontakt: MSc. Sylvain Delabye (sylvain.delabye at gmail.com)

Obrázek: Kamerunská hora. Kredit: Raphel Etoyiva Abine / Wikimedia Commons.
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Pověry o biologii rypošů lysých mají překvapivě tuhý kořínek

Ve světě vědy není výjimkou, že se atraktivní či populární hypotézy drží velice dlouho v povědomí, zvláště u odborníků s poněkud odlišnou specializací, přestože dávno existují doklady, které tuto hypotézu vyvracejí. Stává se to fyzikům, biologům i dalším výzkumníkům v řadě oborů vědeckého bádání. Lidé si obvykle myslí, že věda funguje jako Wikipedie, a že se neustále opravuje podle nejnovějších poznatků. Ve skutečnosti jsou ale vědci také jenom lidé a mívají sklony si některé hypotézy oblíbit. Jakmile se ovšem nějaká hypotéza stane široce populární, tak nebývá úplně jednoduché se jí zbavit.

Radim Šumbera z Přírodovědecké fakulty Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích, a jeho kolegové v mezinárodním týmu, svou novou studií bojují proto odolným pověrám o fascinujícím africkém podzemním savci rypoši lysém (Heterocephalus glaber). Právě tento živočich jich na sebe nabalil celou řadu. Je zvláštní, má z našeho pohledu extrémní životní styl a nese řadu neobvyklých znaků, které bychom mohli využít v náš prospěch, od adaptací pro regulaci teploty, až po vysoký věk a odolnost vůči rakovině.

Autoři studie sestavili review celkem 28 mýtů o rypoších, které mají tuhý kořínek. Tyto pověry se týkají smyslů rypoše lysého, jeho ekofyziologie, sociálního chování a jeho vývoje a stárnutí. Pokud to bylo možné, tak badatelé vysvětlují, jak tyto omyly vlastně vznikly. Do rypošů jsou dnes vkládány velké naděje, jako do nového modelového organismu biomedicíny. Přetrvávající mýty a nepřesnosti o rypoších mohou blokovat vědce a potřebný výzkum, způsobovat plýtvání vzácným časem a zdroji a celkově zpomalovat pokrok vědy i jejích praktických aplikací.

Braude, S., Holtze, S., Begall, S., Brenmoehl, J., Burda, H., Dammann, P., del Marmol, D., Gorshkova, E., Henning, Y., Hoeflich, A., Höhn, A., Jung, T., Hamo, D., Sahm, A., Shebzukhov, Y., Šumbera, R., Miwa, S., Vyssokikh, M. Y., von Zglinicki, T., Averina, O., Hildebrandt, T. B. (2020). Surprisingly long survival of premature conclusions about naked mole-rat biology. Biological Review online 30. 11. 2020.

Kontakt: doc. Mgr. Radim Šumbera, Ph.D. (sumbera at prf.jcu.cz)

Obrázek: Rypoš lysý. Kredit: David Weiss.

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

Nehostinné prostředí a rozvoj alloparentální péče u lidských společností

V lidském dětství a dospívání hraje významnou roli alloparentální péče, tedy péče, kterou mláďatům, v našem případě dětem, věnují prarodiče, sourozenci, vzdálenější příbuzní a další, nepříbuzní lidé. Díky alloparentální péči mají lidé oproti jiným druhům lidoopů kratší intervaly mezi porody a s tím i delší dětství. Dětství a dospívání jsou obdobím intenzivního učení a v tradičních společnostech jsou to často právě příbuzní i nepříbuzní pečovatelé, kteří děti hlídají a později učí a pomáhají s jejich začleněním do společnosti. Také v moderních společnostech matky oceňují, když jejich dítě někdo čas od času pohlídá nebo zabaví. Antropologové předpokládají, že právě alloparentální péče mohla v minulosti podnítit klíčové změny ve vývoji lidské linie, jako je například zvětšování mozku.

Dosavadní výzkumy, včetně srovnávacích studií savčích a ptačích druhů naznačují, že spolupráce při péči o potomstvo je reakcí na zhoršující se podmínky prostředí (nestálé klima, sucho). Paleoantropologové spekulují, že naši afričtí předkové takto reagovali na postupné ochlazování a vysoušení prostředí, v němž žili. Tento proces je však velmi obtížné zkoumat přímo. Zároveň se význam alloparentální péče v jednotlivých lidských společnostech značně liší. To nabízí příležitost ke zkoumání vlivu lokálních ekologických faktorů na míru spolupráce při péči o děti. Mezinárodní tým badatelů, jehož členem byl Pavel Duda z Přírodovědecké fakulty Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích, využil fylogenetickou srovnávací analýzu prostudování vztahů mezi podmínkami prostředí a alloparentální péčí u 141 tradičních lidských společností z celého světa. Badatelé předpokládali, že s nepřízní prostředí poroste vliv alloparentální péče, ale hladomory a další extrémní situace tuto péči omezují, protože je sama o sobě energeticky nákladná.

Výsledky ukazují, že alloparentální péče skutečně hraje větší roli tam, kde je méně předvídatelné klima, v chladnějších oblastech a také v oblastech s nižšími srážkovými úhrny. Přitom ale spolupráce neroste lineárně. Tam, kde pravidelná sucha vedou až k hladomorům se lidé více hrají sami na sebe a o cizí děti se nestarají. Alloparentální péče je tedy u našeho druhu velmi flexibilní a závislá na podmínkách prostředí. To je v souladu s předchozími studiemi savců a ptáků, které obdobně spolupracují při péči o mláďata. Vyplývá z toho, že za alloparentální péče a její proměnlivostí, jak mezidruhovou, tak vnitrodruhovou, stojí stejné evolučními procesy. Závěry studie také naznačují, že postupné ochlazování a vysoušení východní Afriky v Pleistocénu, spojené se vznikem silně mozaikovitého prostředí, mohlo opravdu vést ke zvýšení alloparentální péče u našich předků.

Martin, J.S., Ringen, E.J., Duda, P., Jaeggi, A.V. 2020. Harsh environments promote alloparental care across human societies. Proceedings of the Royal Society B 287: 20200758.

Kontakt: Mgr. Pavel Duda (dudapa01 at gmail.com)

Obrázek: Alloparentální péče nebývá procházkou růžovým sadem. Kredit: KF / Wikimedia Commons.

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

Biologické souvislosti vztahu mezi přenašeči a patogeny

Krev sající členovci představují pestrou skupinu živočichů, které spojuje z našeho pohledu extrémní životní styl. Hlavním zdrojem potravy je pro ně krev. Samotné sání krve obvykle nebývá pro hostitele těchto členovců fatální. Zároveň ale přináší značné riziko přenosu infekce rozmanitými patogeny, od prvoků, přes bakterie až po viry. Přitom jde často o závažné choroby, které mají stále na svědomí miliony mrtvých ročně, jak lidských pacientů, tak i hospodářských zvířat.

Ryan Rego z Přírodovědecké fakulty Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích a Biologického centra AV ČR se svými kolegy v nedávném editorialu pro časopis Frontiers in Cellular and Infection Microbiology upozorňuje na to, že pro výzkum chorob přenášených krev sajícím hmyzem jsou velmi důležité biologické aspekty týkající se přenašeče, jako jsou například mikrobiomy přenašečů, jejich symbionti, imunita přenašečů i celý jejich komplikovaný vztah s patogenem. Donedávna přitom byly tyto souvislosti do značné míry přehlíženy. Dnes jsou klíčovým tématem výzkumu chorob přenášených členovci i boje, který proti nim po celém světě vedeme.

Jde o biologické procesy a mechanismy, které se projevují v době, kdy se krev sající členovec nakazí patogenem a ten pronikne do jeho těla, stejně jako během změn a množení patogenů, k nimž dochází v těle přenašeče. Z našeho pohledu jsou samozřejmě velmi významné projevy biologie přenašeče ve chvíli, kdy saje krev na svém hostiteli a dochází k přenosu patogenu od přenašeče k hostiteli. Autoři jsou přesvědčeni, že výzkum biologických aspektů složitých vztahů mezi přenašeči a patogeny přispěje k vývoji účinných postupů pro zablokování přenosu infekce od členovce na člověka či jiné živočichy a mohl by rovněž pomoci při vývoji nových léků proti těmto často obtížně léčitelných chorobám.

Rego, R. O. M., Lopez, J. E., Cabezas-Cruz, A. 2020. Editorial: Biological Drivers of Vector–Pathogen Interactions. Frontiers in Cellular and Infection Microbiology 10: 609495.

Kontakt: MSc. Ryan O. M. Rego, Ph.D. (ryanrego at paru.cas.cz)

Obrázek: Klíště jelení (Ixodes scapularis). Kredit: CDC/ Michael L. Levin, Ph. D., Jim Gathany.

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

Adipokinetické hormony zvyšující účinnost entomopatogenní houby

Mezi hmyzem se najde řada druhů, které jsou pro nás nebezpečnými škůdci. Můžeme proti nim používat rozmanité chemické látky, což má ale také své stinné stránky. Další možností je využít jako spojence buď predátory hmyzu anebo entomopatogenní mikroorganismy. To mohou být hlístice, bakterie, viry, a také houby. Biologický boj bývá vstřícnější vůči životnímu prostředí. Také je ale komplikovanější, protože ho ovlivňuje celá řada faktorů, které navíc často stále detailně neznáme. Příkladem mohou být vztahy mezi hmyzem a patogenem na úrovni hormonálního a nervového systému.

V regulaci metabolismu hmyzího těla hrají významnou roli adipokinetické hormony. Jsou to neuropeptidy, které jsou zapojené do mnoha různých procesů, včetně obrany proti toxinům a patogenům. Umesh Kumar Gautam z Přírodovědecké fakulty Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích, Biologického centra AV ČR a turecké Isparta University of Applied Sciences a jeho kolegové prozkoumali účinek adipokinetického hormonu na metabolismus, a také úmrtnost tří modelových druhů hmyzu, infikovaných entomopatogenní vřeckovýtrusnou houbou Isaria fumosorosea. Šlo o ruměnici pospolnou (Pyrrhocoris apterus) a dva škůdce, můru blýskavku (Spodoptera littoralis) a mšici kyjatku hrachovou (Acyrthosiphon pisum).

Výsledky jejich experimentů ukázaly, že když je současně s houbou Isaria fumosorosea použit i adipokinetický hormon, tak to u hmyzu vyvolává podstatně vyšší úmrtnost, v porovnání s aplikací samotné houby. Důvodem je zřejmě to, že podání adipokinetického hormonu vede ke zvýšení intenzity metabolismu. To zase urychluje produkci toxinů, které houba vypouští do těla hmyzu. Platí to u všech tří druhů s tím, že mezi nimi rovněž existují jisté dílčí rozdíly. Entomopatogenní houba Isaria fumosorosea je každopádně slibná pro využití v biologickém boji proti škůdcům a do budoucna ji čeká intenzivní výzkum, včetně jejího vztahu k hormonům hmyzu.

Gautam, U.K., Hlávková, D., Shaik, H.A., Karaca, I., Karaca, G. Sezen, K. Kodrík, D. 2020. Adipokinetic Hormones Enhance the Efficacy of the Entomopathogenic Fungus Isaria fumosorosea in Model and Pest Insects. Pathogens 9: 801.

Kontakt: MSc. Umesh Kumar Gautam (gautam at entu.cas.cz)

Obrázek: Entomopatogenní houba Isaria fumosorosea. Kredit: Nagaokakyo.

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

Luštěniny mají velmi pestré sekvence satelitní DNA

Když se v buňkách během jejich dělení vytvoří zřetelně patrné chromozomy, tak mají obvykle tvar písmene X. Tvoří je dvě podélné chromatidy, které jsou propojené centromerou. DNA centromer typicky neobsahuje geny, ale bývá bohatá na mnohokrát opakované repetitivní sekvence, takzvanou satelitní DNA. U rostlin satelitní DNA často tvoří značnou část celého genomu. Skládá se z velmi rozsáhlých souborů jednotek, zvaných monomery, které se v sekvenci satelitní DNA mnohokrát opakují.

Laura Avila Robledillo z Přírodovědecké fakulty Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích a Biologického centra AV ČR s týmem kolegů prostudovala satelitní DNA centromer u rostlin čeledi vikvovitých, které náležejí do tribu Fabae. Ten zahrnuje známé luštěniny, jako je hrách, bob nebo čočka, a jejich blízké příbuzné. Badatelé se zaměřili na celkem 17 druhů z této skupiny, přičemž pouze dva z nich již byly dříve podobně analyzovány. Zaměřili se přitom na strukturu satelitní DNA a na její evoluci.

Jejich výzkum odhalil, že během evoluce vznikly u rostlin této skupiny až překvapivě různě uspořádané sekvence centromer. S využitím metody imunoprecipitace chromatinu centromer pomocí protilátek k proteinům CENH3 identifikovali a charakterizovali velký soubor celkem 64 různých rodin sekvencí centromerické satelitní DNA. Tyto rodiny se liší v sekvenci DNA. Také jsou velmi různě dlouhé (33 až 2 979 párů bází) a liší se rovněž v tom, jak jsou zastoupeny u jednotlivých zkoumaných druhů. Většina těchto rodin byla druhově specifických. V některých případech byla určitá rodina u některých druhů přítomna v centromerách, ale u jiných se vyskytovala v dalších oblastech genomu. Někdy dokonce byla stejná rodina sekvencí satelitní DNA u jednoho druhu přítomna jak v centromerách, tak i mimo ně. Badatelé jsou na základně svých zjištění přesvědčeni, že centromery rostlin tribu Fabae nejsou utvářeny koevolucí jednoho typu satelitní DNA s příslušnými CENH3 proteiny, jak s tím počítá teorie „centromere drive model“.

Robledillo, L. A., Neumann, P., Koblížková, A., Novák, P., Vrbová, I., Macas, J. 2020. Extraordinary Sequence Diversity and Promiscuity of Centromeric Satellites in the Legume Tribe Fabeae. Molecular Biology and Evolution 37: 2341–2356.

Kontakt: Laura Avila Robledillo (robledillo at umbr.cas.cz)

Obrázek: Znázornění umístění sekvencí FabTR-1 satelitní DNA v chromozomech různých vikvovitých rostlin. Kredit: Robledillo et al. (2020).

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

Jaký je vliv kofeinu na regulační geny imunity u včely medonosné?

Včela medonosná je nesmírně významným opylovačem mnoha druhů rostlin, včetně řady ekonomicky významných plodin. Zároveň se v poslední době ukazuje, že včely jsou často nepříjemně postihovány stresujícími faktory z okolního prostředí. Včelstva například často postihuje syndrom zhroucení včelstev CCD (podle anglického Colony collapse disorder), jehož příčiny nejsou stále úplně jasné, ale zřejmě souvisí s přinejmenším jedním nepříznivým faktorem z okolního prostředí.

Na včely mohou působit i látky, které jsou obsažené v nektaru. Ten produkují opylované rostliny jako „odměnu“ pro včely a další opylovače. Potíž je v tom, že rostliny také často produkují látky, kterými se brání před herbivory anebo patogeny. Tyto látky se pak mohou v malém množství vyskytovat i v nektaru a následně působí na včely nebo další opylovače. Jednou z takových látek je i kofein. Působí na metabolismus hmyzu, ale jeho vliv na imunitu hmyzu zůstává nejasný.

Houda Ouns Maaroufi z Přírodovědecké fakulty Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích a Biologického centra AV ČR a její kolegové podávali kofein včelám medonosným a pak sledovali jeho vliv na imunitu včel, v podobě exprese genů, které se u včel podílejí na fungování imunitního systému. Ve svých experimentech rovněž infikovali včely virem deformovaných křídel DWV (podle anglického Deformed wing virus), aby mohli sledovat vliv kofeinu na reakci imunitního systému včely v případě infekce patogenem.

Badatelé dospěli k závěru, že kofein u včel může zvyšovat expresi genů, jejichž produkty se podílejí na regulaci a fungování imunitního systému včel. Také se ukázalo, že kofein svým působením snižuje počet kopií viru DWV. Maaroufi a její kolegové jsou přesvědčeni, že kofein má slušný potenciál pomáhat včelám v boji s virovými infekcemi. V budoucnu by se kofein mohl uplatnit ve včelařství.

Lu, Y.H., Wu, C.P., Tang, C.K., Lin, Y.H., Maaroufi, H.O., Chuang, Y.C., Wu, Y.L. (2020). Identification of Immune Regulatory Genes in Apis mellifera through Caffeine Treatment. Insects 11: 516.

Kontakt: MSc. Houda Ouns Maaroufi (houda.maaroufi at entu.cas.cz)

Obrázek: Včela medonosná (Apis mellifera). Kredit: Andreas Trepte / Wikimedia Commons.

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