Jak se dnes daří hmyzu? Napoví nám geny čmeláků

Období, které rámuje globální působení lidské činnosti na krajinu, se označuje jako antropocén. Tato epocha je charakteristická například zvyšující se koncentrací skleníkových plynů v atmosféře, přibýváním průmyslových oblastí nebo také masivním úbytkem biosféry Země. Vliv člověka na životní prostředí volně žijících živočichů je velmi rozšířený a způsobuje velké ztráty biodiverzity. Jednou z hlavních hrozeb pro spokojený život nejen hmyzu je současná intenzifikace zemědělství, pro kterou jsou typické velké plochy monokultur anebo používání agrochemikálií – hnojiv a pesticidů. Tato činnost vede k fragmentaci a ztrátě přirozených stanovišť, původní vegetace a tím i míst pro hnízdění a rozmnožování.

Studium úbytku biodiverzity hmyzu se i kvůli těmto negativním faktorům v současnosti dostává do popředí. Hmyz je klíčovým prvkem v koloběhu života na Zemi – slouží jako potrava, vykonává důležitou roli jako opylovači a rozkladači. Zkoumání a pochopení adaptability hmyzu na tyto měnící se podmínky prostředí je zásadní pro předpověď jeho přežití. Monitoringu se nevyhnou ani klíčoví opylovači jako jsou čmeláci. U čmeláků se může  stres vyvolaný změnami projevovat například nedostatečným přísunem živin nebo zmenšením a roztříštěním populací. Ve více zemědělsky zasažených oblastech mohou být tendence populací více se izolovat, což vede k nižší genetické variabilitě a vyšší tendenci k inbreedingu neboli křížení v populaci s omezenou variabilitou genů. To může vést například ke snížení životnosti či zvýšení náchylnosti ke stresorům vnějšího prostředí.

Čmelák skalní – královna
Zdroj: Wikipedie
Autor: Ivar Leidus

Čmeláci se běžně používají jako efektivní modelové druhy pro hodnocení adaptace hmyzu na antropogenní stresory. Vědci v tomto případě zkoumali účinky zemědělského tlaku na dva běžné evropské druhy – čmelák rolní (Bombus pascuorum) a čmelák skalní (Bombus lapidarius). Ke studiu změn ve hmyzích populacích je vhodná metoda sekvenování genomů. Sekvenování DNA asociované s restrikčními místy (někdy zvané jako restrikční mapování genomů) bylo použito k identifikaci lokusů pod selekčním tlakem napříč zemědělskými a přírodními gradienty na 97 místech v Evropě. Bylo identifikováno 191 unikátních lokusů u B. pascuorum a 260 lokusů u B. lapidarius, které jsou pod selekčním tlakem a souvisejí se zemědělskými stresory. Cílem studie bylo identifikovat genomické regiony a odpovídající geny zobrazující rozdílné selektivní tlaky u čmeláků mezi přirozenými (přírodními) a zemědělskými oblastmi. Celkem bylo sekvenováno přes 200 vzorků od obou druhů rodu Bombus, získaných ze 16 států Evropy. Lokusy byly následně rozděleny do tří kategorií podle místa odběru rozlišené na přirozené až úplně přeměněné.

Čmelák rolní – dělnice
Zdroj: Wikipedia
Autor: André Karwath

Prostřednictvím RADSeq (metoda sekvenování) z lokalit napříč evropským gradientem od zemědělské po přírodní krajinu byli vědci schopni odhalit známky lokální adaptace a selekčního tlaku vyvolaného souvisejícími stresory. Pomocí metody BLAST (lokalizace genů) přiřadili k výzkumu několik kandidátních genů, které se mimo jiné podílejí na neurologickém vývoji, struktuře svalů a detoxikaci. Výsledky této studie ukazují, že evropští čmeláci se zatím přizpůsobovat dokáží, nicméně zemědělská činnost je ovlivňuje a populace nemusí zůstat stabilní. Další studie, využívající metody jako je například sekvenování celého genomu, by nám mohly v budoucnu lépe napovědět, jak tyto informace využít pro účely ochrany přírody. Tyto výsledky poskytují poznatky o zemědělství jako stresoru pro čmeláky a jsou signálem pro ochranářská opatření ve světle probíhajících antropogenních změn. Až v létě uvidíte čmeláka, možná si po přečtení tohoto článku vzpomenete, jak se jim v posledních letech ve skutečnosti daří a že i oni se musejí přizpůsobovat překážkám, které jim člověk staví do cesty.

Hart AF, Verbeeck J, Ariza D, Cejas D, Ghisbain G, Honchar H, Radchenko VG, Straka J, Ljubomirov T, Lecocq T, Dániel-Ferreira J, Flaminio S, Bortolotti L, Karise R, Meeus I, Smagghe G, Vereecken N, Vandamme P, Michez D and Maebe K (2022) Signals of adaptation to agricultural stress in the genomes of two European bumblebees. Front. Genet.

Tereza Žirovnická