Ako farmársky škodca núti vedcov prehodnotiť rýchlosť evolúcie – The Wire Science

Ako farmársky škodca núti vedcov prehodnotiť rýchlosť evolúcie – The Wire Science

Samica červca jabloňového. Foto: Joseph Berger/Bugwood.org, CC BY 3.0


  • Železničné červy začínajú evolučným biológom ponúkať miesto v prvom rade zrýchlenej formy evolúcie, ktorá sa kedysi považovala za nemožnú.
  • Po privezení jabĺk do Severnej Ameriky okolo roku 1620 začali do jabĺk klásť vajíčka aj železničné červy, ktoré dovtedy kládli vajíčka len do plodov hlohu.
  • Nedávna štúdia výskumníkov z NCBS Bengaluru zistila, že červy dokázali využiť príležitosť, pretože ich mozog sa vyvinul veľmi rýchlo.

Minneapolis: V priebehu tisícročí poľnohospodárstvo zmenilo krajinu a ekosystémy. Keď sme rastliny prepravovali cez oceány, nevedomky sme umožnili aj rozkvet a vývoj iných druhov. Niektoré, ako napríklad motýľ kapustový, sa so svojimi hostiteľskými rastlinami rozšírili na všetky kontinenty okrem Južnej Ameriky a Antarktídy. Iní sa vyvinuli, aby využili nové ponúkané zdroje.

Jedným z takýchto škodcov sú železničné červy. Už 180 rokov otravujú malých pestovateľov jabĺk v Severnej Amerike. Náhodou tiež začínajú ponúkať evolučným biológom miesto v prvom rade zrýchlenej formy evolúcie, ktorá sa kedysi považovala za nemožnú.

Európski osadníci priviezli jablká do Severnej Ameriky okolo roku 1620. Keď votrelci kolonizovali kontinent, robila sa aj jabloň. A ako pribúdalo jabĺk, železničných červov – ktoré dovtedy kládli vajíčka len do plodov hlohu pýrového (Crataegus mollis) strom – začali klásť vajíčka aj do týchto plodov.

Nedávna štúdia výskumníkov z Národného centra biologických vied (NCBS) v Bengaluru zistila, že červy dokázali využiť príležitosť, pretože ich mozog sa vyvinul veľmi rýchlo.

Benjamin Walsh, štátny entomológ z Illinois, prvýkrát navrhol toto vysvetlenie v roku 1864, iba päť rokov po Charlesovi Darwinovi. O pôvode druhov bola zverejnená. Walsh špekuloval, že železničné červy prešli na jablká z jabĺk – ako sa plody hlohu nazývajú – rozštiepením na usporiadať preteky. Hostiteľská rasa je subpopulácia hmyzu živiaceho sa ovocím, ktorý preferuje špecifického hostiteľa.

Tak sa začali nazývať napríklad železničné červy, ktoré kládli vajíčka do jabĺk jablkové mušky, nové hostiteľské preteky. Zvyšok obyvateľstva bol tzv hlohové muchy.

Zmena hostiteľa je viac ako vec vkusu. Hostiteľské plody sú miesta, kde sa tieto muchy pária a kladú vajíčka. Ak jedna subpopulácia druhu uprednostňuje iného hostiteľa, on a ďalšie subpopulácie sa nepária a časom sa môžu stať samostatnými druhmi.

„Väčšina biológov dlho zastávala názor, že evolúcia nových druhov vyžaduje, aby boli populácie úplne fyzicky izolované,“ povedal Thomas Powell, odborný asistent na Binghamtonskej univerzite v New Yorku. The Wire Science.

Walshov nápad spochybnil túto predstavu. „Presun hostiteľov je jedným z najbežnejších spôsobov [in which] objavuje sa nový hmyz,“ povedal Shannon Olsson, hlavný výskumník v NCBS, ktorý na muchách pracuje od roku 2005. (Jej tím tiež študuje kávovníka, škodcu kávovníka v Indii.)

Dve hostiteľské rasy, jablkové muchy a hlohové muchy, nespĺňajú kritériá na to, aby boli považované za samostatné druhy. “Nemôžete rozoznať muchu jablkovú od muchy hlohu geneticky ani morfologicky,” povedal Olsson. “Môžu sa navzájom páriť a produkovať plodné potomstvo.”

Namiesto toho sa považujú za dve hostiteľské rasy podstupujúcich speciácia.

Zatiaľ čo hostiteľské rasy majú veľa podobností, líšia sa v jednom kľúčovom aspekte: správanie. Viac ich priťahujú chemické zlúčeniny uvoľňované ich príslušnými hostiteľskými plodmi ako emisie iných plodov.

Najpálčivejšou otázkou v tejto oblasti je podľa Powela určenie génov, ktoré poháňajú tento rozdiel. Lepšie pochopenie ich správania by mohlo túto záhadu rozlúštiť.

Kamarát

Jablkové muchy a hlohové muchy sa pária v rôznych ročných obdobiach, keď ich príslušný hostiteľ plodí: háky v auguste, jablká v septembri.

Hinal Kharva, doktorandka na NCBS a autorka novej štúdie, a jej spolupracovníci, aby zistili, ako predkovia mušiek hlohu zmenili načasovanie ich párenia, cestovali v lete 2018 do USA, kde zbierali larvy jabloní a hlohu, alebo červy.

Normálne, keď dospelá mucha nakladie vajíčka do ovocia, ich červy ho skonzumujú. Akonáhle ovocie spadne zo stromu, červy vylezú a idú pod zem, kde sa hormonálne zmeny premenia na kuklu (ekvivalent kukly u motýľov). Zimujú ako kukly, v kľude.

Červy, ktoré Kharva nazbieral, sa v laboratóriu stali kukly a skončili transportované do Indie v mraziacom boxe. Po návrate do Bengaluru ich vložila do chladničky, aby zodpovedali ich pôvodným zimným podmienkam.

V apríli, keď chlad v Severnej Amerike ustúpi, kukly opúšťajú dormanciu a začínajú svoju cestu do dospelosti. V tomto štádiu sú jablkové muchy v porovnaní s hlohovými muchami, pretože ich rodičia sa objavili v auguste, čo im dáva náskok.

Medzi hmyzom veľa chemikálií, ktoré ovplyvňujú správanie, ovplyvňuje aj vývoj. Zahŕňajú neurotransmitery ako dopamín a serotonín.

Keď Kharva v apríli vybrala kukly z chladničky, sledovala ich prechod do dospelosti a merala hladiny dopamínu a serotonínu a niektorých ďalších neurochemikálií v ich telách. Na svoje prekvapenie zistila, že jablkové mušky mali kratšie vývojové obdobia a nižšie hladiny serotonínu a dopamínu.

“Nie je dôvod, aby si rozvíjali mozog rýchlejšie.” Jablkové muchy vychádzajú o mesiac skôr ako hlohové muchy, ale oba ich životné cykly trvajú rok,“ povedal Olsson.

Pre jablkové muchy to začalo v auguste a pre hlohové muchy v septembri. Po opustení dormancie sa zdalo, že jablkové mušky záhadne urýchlili svoj vývoj.

Kharva povedala, že verí, že niektorí predkovia dnešných jablkových mušiek sa mohli vyvíjať rýchlejšie ešte predtým, ako sa objavili jablká. Prírodný výber pôsobí na rozmanitosť vlastností. A s nižšími hladinami neurochemikálií, povedal Kharva, “možno tieto rané objavujúce sa muchy mali odlišné mozgy.”

To znamená, že ich „zmenený“ mozog a absencia hlohu im umožnili rýchlo prejsť na novo predstavené jablká.

Amitabh Joshi, profesor z Jawaharlal Nehru Center for Advanced Scientific Research povedal, že ich výsledky sú presvedčivé – ale že ich práca nedokazuje, že rýchlejší vývoj alebo nižšie hladiny neurochemikálií skutočne ovplyvňujú správanie.

Olsson súhlasil: môžu umelo znížiť alebo zvýšiť neurochemikálie vo vyvíjajúcej sa kukle, aby skontrolovali, či to zmení ich preferenciu ovocia ako dospelých – ale tieto experimenty ešte nevykonali.

Ak áno a tieto zistenia obstoja, mohlo by to znamenať, že „niektoré z tých istých génov, ktoré riadia načasovanie životného cyklu, ovplyvňujú aj chémiu mozgu, aby ovplyvnili správanie,“ povedal Powell.

Menšie genetické rozdiely by mohli zmeniť zdanlivo nezávislé veci o biológii zvieraťa. To, dodal Powell, znamená, že obmedzenia evolúcie nových druhov pri absencii geografického oddelenia nemusia byť také silné, ako sa pôvodne predpokladalo.

To zase znamená, že evolúcia – dokonca aj v zložitých mnohobunkových organizmoch – by mohla byť rýchlejšia a že organizmy by mohli reagovať reflexnejšie na meniace sa prostredie, ako sa predtým myslelo.

Siddhant Pusdekar je kandidátom na doktorandský program ekológie, evolúcie a správania na University of Minnesota.

Ako farmársky škodca núti vedcov prehodnotiť rýchlosť evolúcie – The Wire Science

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *