Pouštní běžci si mohou pamatovat až 14 pachů najednou a spojovat je s jídlem, uvádí studie. Sborník Národní akademie věd. Navíc, když se hmyz jednou naučil pachy, pamatuje si je po celý svůj krátký život, 26 dní.
Cataglyphis fortis
žijí na Sahaře a živí se mrtvým hmyzem. Hledají potravu
přesunout až na vzdálenost jeden a půl kilometru od hnízda, takže jedním z důležitých úkolů pro ně je najít cestu domů. Mravenci se pohybují podle slunce a ujeté vzdálenosti
podle „vestavěného počítadla kilometrů“. Hmyz pozná vchod do hnízda podle
. Navíc fortis
najít potravu čichem. Rozpoznají pach mrtvého hmyzu, který je několik metrů daleko, a navíc vytyčují trasy, aby využili bočního větru, což zvyšuje jejich šance na nalezení potravy.
V nové studii se etologové Roman Huber a Markus Knaden z Institutu Maxe Plancka pro chemickou ekologii v Jeně ptali, zda se fortis může naučit spojovat pachy s jídlem, pamatovat si je a poté je rozpoznat při hledání potravy.
Aby to vědci otestovali, studovali 900 kolonií mravenců, kteří žijí v solných jezerech Tuniska, a provedli řadu experimentů s jejich účastí. Nejprve byli mravenci vycvičeni ke krmení relativně daleko (šest metrů) od hnízda. Jako krmítko vědci použili nádobu obsahující Petriho misky se strouhankou a umístili ji tak, aby byla v přímé linii od hnízda. Hmyz se mohl dostat k potravě pomocí žebříku umístěného na boku nádoby. Aby vědci vytvořili podmínky podobné přírodním podmínkám, zřídili pro mravence umělý vítr, který foukal kolmo na cestu procházející od hnízda ke krmítku. Dva metry před krmítko, ve směru na něj kolmém, ve směru větru, umístili vědci otevřenou zkumavku s pachovou látkou. Pokud se hmyz s vůní otočil ke zkumavce a přiblížil se k ní na pět centimetrů, vědci to považovali za pozitivní signál a známku toho, že se mravencům vůně líbí. Vědci tedy testovali 32 rostlinných pachů, které později použili.
Ve druhé sérii experimentů vědci smíchali jeden z pachů se strouhankou chleba, která ležela v krmítku, a nechali hmyz 15 minut z tohoto krmítka jíst. Vědci testovali pouze jednu látku na mravencích z jedné kolonie. Ve výsledku se ukázalo, že fortis přitahovalo 23 z 32 pachů.
Aby autoři článku zjistili, jak rychle se vytváří asociace mezi pachem a potravou, nasypali jednu z pachových látek na strouhanku a okamžitě z krmítka odstranili žebřík, po kterém mohli mravenci slézt do krmítka a zpět . Fortis, aby se dostal k potravě, skočil do krmítka a dostal se k potravě, ale pak se sám nemohl dostat zpět. Poté, co byli všichni dělníci z kolonie zavřeni do krmítka, vědci vrátili žebřík zpět a umožnili mravencům vrátit se do hnízda. Vědci pak testovali, zda si fortis pach pamatuje, nebo ne. Ve výsledku se ukázalo, že ano, pamatovali si to a poprvé.
Dále vědci zkontrolovali, jak dlouho si hmyz pamatuje pach. Pokus mírně upravili a místo nasypání pachové hmoty na strouhanku v krmítkách ji nanesli na vnitřní stěny nádoby, ve které krmítka stála. Poté vycvičili mravence, aby to rozpoznali, a poté testovali, zda si mravenci pach pamatují. Experiment byl opakován po dobu 26 dnů poté, co byla látka aplikována na stěny boxu. Ukázalo se, že 80 procent mravenců si pach pamatuje den po tréninku a 45 procent hmyzu ho poznalo po 26 dnech (za zmínku stojí, že průměrná délka života mravenců dělnických ve skutečnosti je šest dní a ukazuje se, že že jakmile se naučí rozeznávat vůni, hmyz si ji pamatuje na celý život).
Konečně vědci zjistili, kolik pachů Fortis dokáže rozpoznat. Postupně trénovali hmyz pomocí 14 látek a každých 15 minut měnili krmítka s různými vůněmi. Po tréninku byli mravenci schopni rozpoznat každý ze 14 pachů.
Zajímavé je, že hmyz byl schopen rozpoznat pachy spojené s jídlem mnohem rychleji než pach svého hnízda a pamatoval si je déle. „Dvě různé pachové vzpomínky dávají smysl. Mravenec se během svého života setkává s mnoha druhy potravy. Vzhledem k tomu, že potravu poznává především čichem, je pro něj důležité znát vůni vhodné potraviny, aby ji v budoucnu našel. Naproti tomu hnízdo bude vonět vždy stejně po celou dobu mravenčího krátkého života. K nalezení vchodu do hnízda tedy není potřeba mimořádná paměť. “ říká jeden z autorů studie, Markus Knaden.
Vědci již dříve zjistili, jak dřevní mravenci nacházejí cestu domů Cephalotes goniodontes, kteří žijí v džunglích Střední a Jižní Ameriky. Vytyčují cesty s minimálním počtem „křižovatek“, které jim umožňují neztratit se a zůstat daleko od své kolonie.
Nebezpečný invazivní hmyz – mravenci rudí – nachází vhodná místa k budování nových kolonií podle pachu látek, které aktinobakterie vylučují. Tyto stejné bakterie potlačují růst plísní, které jsou pro mravence nebezpečné a zároveň využívají hmyz k osídlení. Čínští biologové přišli na složitost vztahu mezi mravenci, bakteriemi a houbami a popsali je v časopise PLOS Pathogeny.
Hlavním nebezpečím pro půdní hmyz, včetně mravenců, jsou parazitické houby, které se usazují pod chitinózní schránkou hmyzu a uvolňují toxiny, které nakonec zabijí jejich hostitele. Mezi těmito houbami je slavný cordyceps, který mění chování mravenců a mění je na „zombie“. Dříve vědci zjistili, že růst takových hub potlačují aktinobakterie – vytvářejí zóny bezpečné pro hmyz. Zůstalo však nejasné, jak přesně mravenci nacházejí takové oblasti, kde mohou vytvořit novou kolonii.
Honmeig Huang z Jihočínské zemědělské univerzity a jeho kolegové z Číny a Německa se rozhodli zjistit, jak rudí ohniví mravenci nacházejí „zóny bez plísní“ (Solenopsis invicta). Jedná se o invazivní hmyz a jeho kousnutí může být pro člověka nebezpečné. Původně žili v Jižní Americe, v 1990. letech se dostali do Spojených států a od začátku 21. století se dostali do Austrálie, na Nový Zéland a do Číny. Autoři studie navrhli, že mravence přitahuje vůně geosminu nebo 2-methylizoborneolu, látek produkovaných aktinobakteriemi. Právě tento zápach může podle jejich názoru sloužit jako signál pro mravence, který naznačuje, že na tomto místě lze postavit mraveniště.
Aby vědci ověřili tuto hypotézu, zkoumali vzorky půdy z různých stanovišť mravenců na dvou místech v oblasti Guangzhou. Pomocí plynové chromatografie a hmotnostní spektrometrie hledali ve vzorcích geosmin a 2-methylizoborneol a poté pomocí polymerázové řetězové reakce určili, zda jsou v půdě přítomny aktinobakterie. Kvantitativní PCR analýza potvrdila, že obsah Streptomyces и Nocardiopsis v půdě byl výrazně vyšší v „příznivých“ oblastech. V půdách byly zjištěny geosmin a 2-methylizoborneol, jejichž obsah byl výrazně vyšší v půdě z příznivých hnízdišť.
Autoři navíc potvrdili, které houby mravence zabíjejí. K tomu sbírali mrtvé královny a uchovávali je na vlhkém filtračním papíru, dokud z jejich těl nevyrostly houby. Houby byly poté shromážděny a pěstovány v živném médiu. Díky tomu určili druhovou identitu hub – patřily k rodům Aspergillus, Metarhizium и Beauveria, „příbuzný“ slavného cordycepsu ophiocordyceps. V tělech samic, které uhynuly na příznivé půdě, nebyly nalezeny žádné stopy patogenních hub.
V dalším experimentu se vědci potřebovali ujistit, že bakterie skutečně potlačují růst plísní. K tomu pěstovali houby v Petriho misce a poté přidali aktinobakterie. U všech se ukázalo, že dokážou omezit růst plísní – průměr kolonie v misce s přídavkem bakterií byl výrazně menší než u kontroly (bez nich).
Nakonec v poslední fázi experimentu zjišťovali, zda mravenci skutečně dokážou rozlišit půdu a aktinobakterie. Použili olfactometr, zařízení sestávající ze skleněné komory se třemi „chodbami“. Ve dvou chodbách byly vzorky půdy z míst příznivých i nepříznivých pro mravence a třetí, prázdná, sloužila jako kontrola. Vědci umístili asi 40 dělnic a asi tucet královen do středu komory a pozorovali jejich pohyby: do které chodby se mravenci vydali. Experiment se opakoval pětkrát a před každým opakováním byla komora vytřena alkoholem, aby se vymazaly pachové stopy, vzorky půdy byly vyměněny a do bludiště byli zavedeni noví, dosud „nezkušení“ mravenci. V důsledku toho bylo zjištěno, že asi 170 mravenců z 200 studovaných se plazilo směrem k rameni s příznivou půdou.
Tyto výsledky potvrzují, že aktinobakterie Streptomyces и Nocardiopsis skutečně vylučují speciální látky, které přitahují mravence – geosmin a 2-methylizoborneol, a samotné půdní bakterie potlačují růst entomopatogenních hub, které mohou rodině mravenců ublížit. Získaná data, jak vědci poznamenávají, jsou prvním potvrzením vlivu chemických signálů půdních mikroorganismů na výběr hnízda pro nově spářené matky.
Mravenec červený je jedním z nejnebezpečnějších druhů invazních mravenců a škůdcem zemědělských plodin. Zjištění by mohla pomoci omezit šíření S. invicta změnou půdní mikroflóry.
Natálie Guskové
Našli jste překlep? Vyberte fragment a stiskněte Ctrl + Enter.
Změna tří genů způsobila partenogenezi u ovocných mušek
Vědci poprvé indukují partenogenezi pomocí editace genomu
Genetici z amerických a britských univerzit zjistili, které geny jsou zodpovědné za fakultativní partenogenezi u Drosophila. Provedli cílené změny v muších genech ovlivňujících fluiditu membrán (Desat2), tvorbu centriolu (Polo) a rychlost proliferace (Myc). Samice much z vytvořené genetické linie úspěšně vstoupily do sexuální reprodukce, ale byly také schopny partenogeneze po dobu nejméně dvou generací. Studie byla publikována v časopise Current Biology. Partenogeneze – vývoj živých organismů z neoplozeného vajíčka – je mezi zvířaty rozšířená. Na fylogenetickém stromě čistě partenogenetické druhy často koexistují s těmi, které praktikují „normální“ sexuální reprodukci. Někdy je dokonce možné popsat sporadické případy výskytu partenogeneze u jednotlivých zástupců nepartenogenetických druhů. Proto může genetické pozadí partenogeneze podle evolučních standardů vzniknout rychle a mělo by být v tomto případě relativně nekomplikované. Konkrétní molekulární mechanismy partenogeneze však často zůstávají nerozluštěné. U mušek neschopných partenogeneze se vajíčko zastaví ve stadiu I. metafáze meiózy a další vývoj (dokončení dělení, oddělení polárních tělísek a další mitotická dělení) pokračuje až po oplození. Existují ale i fakultativní partenogenetické linie, v nichž partenogenetičtí potomci tvoří desetiny až deset procent populace. Dr. Alexis L. Sperling) z University of Cambridge s kolegy z amerických univerzit v Memphisu a Caltechu studovali mechanismus fakultativní partenogeneze u much druhu Drosophila mercatorum. Genetici vybrali a sekvenovali genomy a transkriptomy fakultativních a obligátních partenogenetických kmenů D. mercatorum a porovnali je mezi sebou. Během partenogeneze byla změněna exprese 44 genů, spojených především s tvorbou centriol a regulací buněčného cyklu. Navzdory skutečnosti, že předci D. mercatorum a studovanější D. melanogaster se rozcházel před více než 40 miliony let, srovnávací genomická data umožňují znovu vytvořit změny nalezené v genomu méně známého genomu pomocí známějšího modelového objektu. Vědci znovu vytvořili D. melanogaster identifikoval změny v genové aktivitě pomocí editace genomu CRISPR, genových duplikací a zavedení antisense RNA nebo enhancerových sekvencí do genomu genů. Nejvyšší úroveň partenogeneze byla zaznamenána u skupin transgenních D. melanogaster, u kterého byla zvýšena aktivita genů Polo (regulátor tvorby centriolu) nebo Myc (regulátor buněčného cyklu), nebo aktivita Slmb (ubikvitin ligáza, která podporuje degradaci Myc) a Desat2 (enzym syntetizující nenasycené mastné kyseliny a reguluje fluiditu membrány) geny byly sníženy. Každé třetí obligátně partenogenetické vajíčko D. polární tělíska mercatorum nebo samičí pronuklea vstoupila do mitotických dělení, čímž vznikla embrya (stejný obrázek byl pozorován v každém osmém případě fakultativních partenogenetických linií). Počet polárních těles schopných spontánně vstoupit do mitózy (a tím vytvořit embryo) se zvýšil se zvýšenou aktivitou genů Myc a Polo. Navíc se mnoho much z partenogenetických linií po celularizaci stává nediploidními (nejčastěji triploidními) v důsledku narušení tvorby vřeténka. Vědci obdrželi 21 tisíc samic much D. melanogaster, homozygotní pro mutantní alely genů Polo, Myc a Desat2, a držel je v nepřítomnosti samců. Celkem samice vyprodukovaly 143 dospělých potomků (průměrně 0,7 potomků na 100 much), což zase dalo dvě partenogenetické dospělé potomky druhé generace (1,4 procenta předchozí generace). Linie zvířat schopných partenogeneze během několika generací tak byla poprvé získána pomocí editace genomu. Na základě získaných dat autoři navrhují následující mechanismus fakultativní partenogeneze. Zvýšení fluidity membrány (membrána cytoplazmatického a endoplazmatického retikula) ovlivňuje tvorbu centra organizujícího mikrotubuly a následně vřeténka. Jeho tvorba zjednodušuje vstup do mitózy. Takové změny by se mohly stát evolučně výhodnou akvizicí, když se mouchy rozšíří do chladnějších oblastí (zvýšená fluidita membrán, spojená s poklesem desaturázové aktivity, zlepšuje přežití much při nízkých teplotách). Podrobnosti o původu partenogenetických linií much však dosud nebyly plně prozkoumány – soudě podle disproporce mezi malými změnami v genomu a výraznými transkriptomickými změnami, některé změny v partenogenetické D. mercatorum může mít epigenetický charakter (význam epigenomu pro partenogenezi byl již dříve prokázán v experimentu na myších).
