21. 7. 2022
Když se čmelákům nedostává pylu, sami si zařídí, aby rostliny rozkvetly, čímž si zajistí vydatný přísun potravy.
Vztahy mezi rostlinami a jejich opylovači fascinovaly už Charlese Darwina. I dnes nacházíme v symbióze hmyzu a kvetoucích rostlin celou řadu překvapivých adaptací a strategií. S neuvěřitelným příběhem nyní přicházejí švýcarští vědci vedení Consuelem De Moraesem, působícím na věhlasné Eidgenössische Technische Hochschule v Curychu, známé po celém světě pod zkratkou ETH.
Vědci z De Moraesova týmu se soustředili na problémy spojené s načasováním kvetení rostlin a aktivitami jejich opylovačů. Pokud by se sezona kvetení rostlin rozešla s obdobím, kdy mají opylovači vysokou potřebu pylu a nektaru, znamenalo by to vážné komplikace pro obě strany. Rostliny by čelily propadu v produkci semen, protože by jejich květy zůstaly neopylené. Hmyz by se potýkal s nedostatkem potravy. Eusociálním společenstvům blanokřídlých opylovačů, jako jsou včely a čmeláci, by tak hrozil kolaps a zánik.
Se změnami klimatu vyvstává před hmyzími opylovači hrozba jarního nedostatku pylu a nektaru se stále větší naléhavostí. Hmyz vylétá ze zimních úkrytů v závislosti na teplotě a při mírných zimách a časných nástupech jara se čmeláci po zimě probouzejí k životu časněji než dříve. Kvetení rostlin ovšem nezávisí ani tak na teplotách, ale spíše na délce dne. V teplém brzkém jaru tedy rostliny kvetení neuspíší a nástup aktivity opylovačů se s nástupem kvetení rozchází. I proto je nově objevená strategie čmeláků, popsaná ve studii zveřejněné vědeckým časopisem Science, vnímána jako velmi významná.
De Moraes a jeho spolupracovníci velmi pečlivě sledovali jarní aktivity čmeláků zemních (Bombus terrestris). Přitom zjistili, že při nedostatku pylu čmeláci pasivně nevyčkávají, jak se pro ně nepříznivá situace vyvine, ale dokážou se o sebe postarat.
Urychlené kvetení
Vědci si povšimli, že čmeláci někdy okusují listy nejrůznějších druhů rostlin. Může toto chování souviset s nedostatkem pylu, který pro čmeláky představuje hlavní zdroj proteinů? De Moraes a spol. sledovali v laboratorních podmínkách čmeláky, kteří dostávali pylu dostatek, a čmeláky, kteří trpěli jeho nedostatkem. Výsledek byl jednoznačný. Hladoví čmeláci se pokoušeli vykousnout díry do listů nekvetoucích rostlin. Toto chování bylo následně pozorováno i v přírodě u kolonií volně žijících čmeláků, a to v průběhu celé sezony.
De Moraese a jeho kolegy záhadné chování čmeláků zaujalo a začali je zevrubněji zkoumat. Ukázalo se, že rostliny s poškozenými listy uspíší kvetení. Brukev černá (Brassica nigra) s listy okousanými od čmeláků kvetla o dva týdny dříve než brukve, které čmeláci nepoškodili. Rajčata (Solanum lycopersicum) donutili čmeláci poškozením listů k urychlení kvetení o celý měsíc. Čmeláci tedy zjevně dokážou celkem nenáročným, ale zato velmi účinným způsobem uspíšit nástup kvetení různých druhů rostlin v době, kdy trpí nedostatkem pylu. Chovají se jako zahradníci, kteří zasahují do organismu rostlin tak, aby z nich sklidili co nejlepší úrodu.
Evoluční hádanky
Známý entomolog a odborník na chování čmeláků Lars Chittka z londýnské Queen Mary University se v komentáři pro časopis Science zamyslel nad otázkou, jak se mohlo toto chování vyvinout. Možná si jednotlivé čmeláčí dělnice povšimly, že si okusováním listů zajistí do budoucna zvýšený přísun pylu. Odměna by přišla s odstupem několika týdnů, ale byla by velmi významná. Čmeláci jsou překvapivě chytří a mnohé informace si zapamatují na celý život. Vládnou i dokonalým orientačním smyslem, takže by pro ně zapamatování „pokousaných“ rostlin a jejich vyhledání s odstupem několika týdnů zřejmě nepředstavovalo neřešitelný problém. Chittka přesto považuje za velmi nepravděpodobné, že by si čmelák dokázal spojit okusování listů z doby před několika týdny se současnou úrodou pylu. Navíc ve vrcholné sezoně žijí dělnice obvykle jen měsíc a neměly by na vytvoření potřebné asociace mezi oběma událostmi dost času.
Alternativní vysvětlení se opírá o myšlenku, že dělnice získává už okusováním listů významný a bezprostřední přínos, např. konzumuje proteiny s tekutinou vytékající z poškozených rostlinných pletiv a pokrývá jimi aspoň zčásti výpadek v příjmu živin z pylu. Teprve následně by přicházel benefit pro celou čmeláčí kolonii v podobě bohatší úrody pylu z rostlin s poškozenými listy. De Moraes ovšem tuto možnost považuje za nepravděpodobnou, protože čmeláci se zdrží na poškozeném listu jen velmi krátce a za tu dobu nenačerpají tolik živin, aby to jejich organismus výrazněji pocítil.
Možná se čmeláci mylně domnívají, že se na nekvetoucí rostlině někde přece jen skrývá pyl, a proto po něm pátrají i na tak ne vhodných místech, jako jsou listy. Mohlo by takové pátrání vyústit až v okusování listů? Ani to se nezdá pravděpodobné, protože i dělnice, která poprvé vylétne z kolonie sbírat nektar a pyl, květy bezpečně pozná a neplete si je s jinými částmi rostliny. Na druhé straně je známo, že v některých těžko přístupných květech se čmeláci dostanou k nektaru tak, že se prokoušou k nektariím přes stěnu květu. Toto tzv. loupení nektaru se čmeláci učí. Zpočátku přitom dost váhají a nejednou koušou na naprosto nevhodných místech. Teprve s postupem času se naučí najít na květu to správné místo. Je snad okusování listů, které následně přináší zvýšenou úrodu pylu, variací na loupení nektaru?
Lars Chittka nenabízí na vzrušující otázky spojené s evolucí čmeláčího „zahradničení“ odpověď. Doufá, že další výzkum odhalí, jak se čmeláci ke strategii okusování listů dopracovali a jak se stalo, že to jejich koloniím přinášelo dostatečně velký efekt, aby se strategie prosadila v celé čmeláčí populaci. A věhlasný entomolog pak dále sám klade další zajímavé otázky. Zajímá ho mimo jiné i to, proč se čmeláci vůbec zdržují s okusováním listů na nekvetoucích rostlinách, místo aby vyrazili dál a pátrali po rozkvetlých rostlinách.
Zdaleka ne všechny nekvetoucí rostliny totiž mohou na okusování reagovat kvetením a tvorbou pylu. Čmeláci by měli například vyloučit mechy a kapradiny, protože ty nekvetou a pyl a nektar neprodukují. Stejně tak by dělnice bezúspěšně okusovaly i již odkvetlé rostliny. Chittka se domnívá, že čmeláci mohou vytipovat rostliny vhodné k okusování podle toho, zda na nich najdou poupata. Odkvetlé rostliny, mechy a kapradiny totiž poupata nasazená nemají.
Šance pro zemědělce?
Výsledek experimentu je zajímavý i z botanického hlediska. Jaké mechanismy se skrývají za urychleným kvetením rostlin s poškozenými listy? Nástup kvetení můžou urychlit některé typy stresové zátěže. To je obranný mechanismus, kterým si má rostlina zajistit produkci semen v případě zhoršených podmínek, jež ohrožují její existenci. Zatím však nebylo popsáno, že by rostliny urychlovaly nástup kvetení v reakci na poškození býložravci.
Z evolučního hlediska dává smysl i jiné vysvětlení. Poškození listu je pro rostlinu signálem, že je tu poptávka po pylu ze strany opylovačů. Za takové situace je pro rostlinu výhodné uspíšit nástup kvetení, protože má dobré vyhlídky na úspěšné opylení. Opylovači jsou tu a shánějí se po květech. Dřívější nástup kvetení však s sebou nese i významné nevýhody. Rostlina, která si s kvetením pospíší, ztrácí možnost výměny pylu s jinými příslušníky vlastního druhu kvetoucími v původním termínu.
A tak Lars Chittka považuje za reálnou i možnost, že je rostlina čmeláčím okusováním donucena k časnějšímu kvetení v rozporu se svými vlastními zájmy. Ve prospěch této teorie svědčí fakt, že mechanické poškození listů kovovou pinzetou nebo čepelkou nástup kvetení neurychlí. To by naznačovalo, že čmelák vpraví do nakousnutého listu chemikálii, která ovlivní fyziologické pochody v rostlině tak, že se kvetení uspíší. Pokud takové látky čmeláci ve svém arzenálu skutečně mají, budou se o ně silně zajímat zemědělci a zahradníci, kterým by „urychlovače“ nástupu kvetení přinášely značný ekonomický efekt.
Z ryze ekologického hlediska představuje objev týmu Consuela De Moraese dobrou zprávu. Potvrzuje, že vztahy mezi opylovači a rostlinami jsou pojištěny na mnoha úrovních a oběma stranám se v nich zřejmě nabízí větší „manévrovací prostor“, než jsme si dokázali představit. Opylovači a rostliny tak mají šanci si k sobě najít cestu i za změněných podmínek globálního oteplení.
Jaroslav Petr
Použitá literatura:
Chittka L.: The secret lives of bees as horticulturalists?
Science 368, 824-825, 2020
Pashalidou F. G. et al.: Bumble bees damage plant
leaves and accelerate flower production when
pollen in scarce. Science 368, 881-884, 2020
