Tabák, lišajové a ploštičky: Drtivý účinek zdvojené obrany

Starořímskou zásadu „tres faciunt collegium“ čili „tři tvoří spolek“ naplňuje přímo dokonale trio planého tabáku Nicotina attenuata, housenek lišaje Manduca sexta a dravých ploštiček rodu Geocornis. Všechny váže spleť vazeb, které vědci rozplétají nejen uprostřed pouští amerického Utahu, ale také v laboratořích biochemiků a genových inženýrů. Výsledky výzkumu slibují vyšší úrodu zemědělcům, kteří se chtějí vyhnout syntetickým insekticidům.

Invaze třikrát jinak

Je teplá letní noc a na nebi nad pouští Velké pánve, kterou ze západu ohraničují zasněžené vrcholky Sierry Nevady a na východě impozantní hradba Skalistých hor, září hvězdy. Ticho protne jemné zavrnění křídel samičky lišaje Manduca sexta. Můra elegantním manévrem přistává na listu planého tabáku Nicotiana attenuata a klade na něj jedno vajíčko za druhým. Také vedlejší rostliny tabáku dostaly můří návštěvu a rovněž na nich zůstala snůška vajíček, z nichž se líhnou malé housenky.

Housenky poháněné neukojitelným apetitem se pouštějí do díla. Krmí se listy tabáku, ale osud těchto otesánků hmyzí říše se na různých rostlinách dramaticky liší. Kolem jedné rostliny tabáku se záhy objevují dravé ploštičky Geocornis, pro něž jsou listy obsypané housenkami prostřeným stolem. Housenky se zdají být malátné a atakům ploštiček se ani moc nebrání. Obranná armáda tabák záhy očišťuje od trapičů. Také další rostlina obsypaná housenkami ploštičky láká. Jenže tady dravý hmyz ve většině případů odchází s nepořízenou a prázdným žaludkem. Housenky totiž ploštičkám kladou zuřivý odpor a dokážou se útoku ubránit. Na další z rostlin housenky nerušeně hodují a ploštičkám je to evidentně jedno.

Pozvánka k hostině

Tajemství rozdílu mezi na první pohled stejnými rostlinami tabáku musíme hledat v laboratořích německých a amerických genových inženýrů. Vytvořili tabáky-invalidy, které na rozdíl od běžných rostlin neumějí vyrábět některé látky. 

Tabák napadený housenkami vylučuje do okolí těkavé molekuly. Jejich produkci však spouští pouze v případě, že se obsah buněk z jeho poškozených listů smísí s některými komponentami housenčích slin. Tím si tabák zajistí, že těkavé látky nesou zaručenou zprávu o housenčí invazi. Když na rostlinu šlápne člověk a rozdrtí jí listy podrážkou boty, rostlina „mlčí“ a těkavé látky neuvolní. 

Zpráva: „Bacha, housenky!“ je určena v první řadě sousedním rostlinám. Když těkavé látky doputují k jejich listům, rostliny tuto zprávu zachytí a začnou s předstihem produkovat molekuly, které housenkám nesvědčí. Část poplašné zprávy je chemicky přeměněna na látky, jež jsou určeny ploštičkám. Fungují jako pozvánka k hostině. Jakmile ploštičky ucítí tuto vůni, vydají se za jejím zdrojem. Vědí, co najdou – rostlinu tabáku obsypanou malátnými housenkami.

Když volání nepomůže

Když genoví inženýři zablokovali rostlinám tabáku geny, jež jsou klíčové pro produkci těkavých poplašných látek, rostliny se nedovolaly pomoci. Ploštičky o jejich napadení housenkami neví, i když běhají těsně kolem okusovaného tabáku. Dalším tabákům výzkumníci ponechali schopnost „volat o pomoc“, ale proměnili je v bezbranné organismy, které se samy ataku housenek nedokážou vzpírat. 

Za normálních okolností totiž rostlina vyrábí například látky, které zablokují housenčí trávící enzymy. Housenka se může krmit, jak chce, ale pozřenou potravu špatně tráví a nezískává z ní potřebné živiny. Na takové rostlině škůdce zmalátní, a když se dostaví vyhladovělé ploštičky, nedokáže se jim bránit. 

Pokud ale genoví inženýři vyblokují tabáku geny zodpovědné za tuto důmyslnou chemickou ochranu, není rostlině její úpěnlivé volání o pomoc nic platné. Housenky se živí rostlinnými pletivy, rostou a sílí. Přilákané ploštičky pak narazí na důkladně napasené housenky plné sil. Zápolení s těmito housenkami není pro hmyzí dravce snadná záležitost. 

Zapomenuté dovednosti 

Tým vedený Ianem Baldwinem z Ústavu Maxe Plancka v německé Jeně zjistil při pokusech v pouštích Utahu, že poplašná zpráva vysílaná rostlinou okousanou housenkami má pro rostlinu stejný význam jako její vnitřní obrana narušující housenkám trávení. Pokud rostlina housenky nejprve oslabí a pak na ně povolá komando ploštiček, zbaví se škůdců tak dokonale, že ji to náležitě posílí. Takové rostliny mají více pupenů a tvoří více semen. Získávají tak výraznou výhodu ve srovnání s rostlinami, jež samy s housenkami nezápolí nebo si na ně nepovolávají ploštiččí posilu. Když evoluce vybavila tabáky tímto obranným arzenálem, výrazně zvýšila jejich šance na přežití. 

„Jsem si jistý, že Charlese Darwina by tato studie potěšila, protože ukazuje, jaké výhody přináší rostlinám obrana kombinující dva různé mechanismy – vnitřní přímou obranu látkami narušujícími housenkám trávení a nepřímou obranu látkami, které lákají k oslabeným housenkám jejich přirozené nepřátele,“ píše v komentáři pro nový vědecký časopis eLife britský biolog John Pickett z Rothamsted Research. 

TIP:  Volba riskantního stravování- Housenky hazardují, aby žily

Mnohé zemědělské plodiny během šlechtění na vysoké výnosy a kvalitu sklizně o podobné obranné mechanismy přišly. Dnes je musí zemědělci chránit před škůdci pomocí insekticidních postřiků. Pokud bychom dokázali v plodinách ztracené dovednosti opět vzkřísit, stoupla by jejich odolnost. Zemědělci by měli s ochranou před škůdci méně starostí a nemuseli by používat tolik insekticidů. To by prospělo nejen kapse pěstitelů, ale především přírodě.