26. 4. 2023
Samotářské včely přicházejí na svět s plně funkčními biologickými hodinami, zatímco včela medonosná si se spuštěním vnitřní časomíry dává na čas. Je to její klíč k eusocialitě?
Společenský čili eusociální hmyz, jako jsou mravenci, vosy nebo včely, se vyvinul ze samotářských předků. Jedním z charakteristických rysů eusociálního hmyzu jsou změny aktivit v závislosti na věku. Když se nový jedinec vyklube z kukly, věnuje se činnostem v hnízdě. Obvykle pečuje o potomstvo. Protože v hloubi hnízda panuje absolutní tma, nepotřebuje tento jedinec udržovat čtyřiadvacetihodinový režim a pracuje nepřetržitě bez ohledu na denní dobu. S přibývajícím věkem se tento jedinec přesouvá z nitra hnízda na jeho periferii a nakonec hnízdo opouští a vyráží za potravou. Výpravy mimo hnízdo podniká většinou ve dne. To je také důvod, proč se jeho původně nepřetržité aktivity stávají závislými na denní době.
Samotářští příbuzní sociálních druhů hmyzu podřizují své aktivity čtyřiadvacetihodinovému rytmu od samého počátku. Jak vyplynulo z nové studie německých bioložek Kathariny Beerové a Charlotte Helfrich-Foersterové z Julius-Maximilians -Univesität ve Würzburgu, publikované ve vědeckém časopise Frontiers in Cell and Developmental Biology, u společenských a samotářských včel stojí za tímto význačným rozdílem v aktivitách odlišný nástup funkcí vnitřních biologických hodin.
Jak tikají biologické hodiny
Beerová a Helfrich-Foersterová sledovaly vývoj biologických hodin u včely medonosné (Apis mellifera) a samotářské včely zednice rezavé (Osmia bicornis). Samotářská zednice patří k významným volně žijícím hmyzím opylovačům. Areál jejího výskytu se táhne od Blízkého východu do Evropy a severní Afriky. Samičky zednice rezavé přezimují ve svém rodném hnízdě. Zjara vylétají ven, páří se a budují si vlastní hnízdo v dutých stoncích. Sbírají pyl a nektar mnoha rostlinných druhů a skladují jej v hnízdě tvořeném řadou vzájemně oddělených komůrek. Do každé komůrky klade samička jedno vajíčko a k němu dodá zásobu pylu a nektaru potřebnou pro zdárný vývoj larvy.
Německé bioložky pozorovaly aktivitu včel a zároveň analyzovaly produkci bílkoviny PDF (zkratka pojmu pigment dispersing factor), která diriguje chod vnitřních hodin. Do experimentu zařadily jak čerstvé mladušky včely medonosné, tak i samičky a samečky zednice rezavé vyklubané z kukly.
Jak se dalo očekávat, mladé včely medonosné během čtyřiadvaceti hodin neměnily svou aktivitu. Naopak aktivity 88% samiček i samečků zednice podléhaly zřetelnému čtyřiadvacetihodinovému rytmu. Zbývajících 12% zednic, u nichž se čtyřiadvacetihodinový životní rytmus neprojevoval, záhy uhynulo. U včel medonosných se změny ve čtyřiadvacetihodinové aktivitě objevily až po dvou dnech života. Znamená to, že samotářské včely přicházejí na svět s vyvinutými a plně funkčními biologickými hodinami, zatímco společenské včely medonosné mají v prvních dnech života biologické hodiny nefunkční.
Co se děje v neuronech
Beerová a Helfrich-Foersterová se podívaly do hlavních nervových uzlin obou druhů včel a pátraly tam po bílkovině PDF. Její produkci mají na starosti specializované neurony. Ty vyrábějí bílkovinu PDF v nárazech a ovlivňují tak životní aktivity hmyzu. Zatímco u zednic se periodická produkce PDF v příslušných neuronech držela na stabilní úrovni, u včely medonosné produkce PDF postupně zesilovala s tím, jak nervový systém a biologické hodiny vyzrávaly.
Právě nefunkčnosti biologických hodin u velmi mladých včel přisuzují Beerová a Helfrich-Foersterová schopnost mladušek pracovat nepřetržitě čtyřiadvacet hodin denně. Jde podle nich o adaptaci na eusocialitu. Odchov včelího plodu je pro včelstvo klíčová záležitost a schopnost včel se mu věnovat na sto procent představuje významnou evoluční výhodu. Včelstva, kde by měly mladé včely vyvinuté vnitřní biologické hodiny a pod jejich diktátem by pracovaly jen část dne, by nedokázala odchovat tolik potomstva a byla by slabá.
Jaroslav Petr
