Co chutná nohám otakárků?

21. květen 2012
Asijský otakárek Papilio xuthus na rostlině rodu Lycoris

Některé druhy motýlů jsou v rámci svého rozmnožovacího cyklu specificky vázány na jedinou rostlinu. Jaké detektory pro rozpoznání této domovské rostliny používají zkoumal tým japonských vědců.

Bělásek zelný (Pieris brassicae) sice neklade vajíčka jen na listy zelí, ale jeho housenky dávají přednost skupině zemědělských plodin vyšlechtěných z brukve zelné (Brassica oleracea). Podobně kladou samičky babočky kopřivové (Aglais urticae) vajíčka na listy kopřivy dvoudomé (Urtica dioica) a zajistí tak svým housenkám jejich oblíbenou potravu.

Někdy jde význam souhry mezi motýlem a hostitelskou rostlinou mnohem dále než k zajištění dostatku živin. Například americký babočkovitý motýl monarcha stěhovavý (Danaus plexippus) klade vajíčka na klejichy (Asclepias). Housenky se živí klejichovým listím navzdory tomu, že rostlina obsahuje toxické kardenolidy. Tyto látky steroidní povahy narušují činnost srdeční svaloviny a pro obratlovce jsou jedovaté. Housenky hromadí kardenolidy v těle a jsou díky tomu chráněny před většinou svých nepřátel. Část kardenolidů přečká i proměnu housenky v motýla. I když se dospělý monarcha stěhovavý klejichou neživí, její jedy ho i nadále chrání.

Výběr hostitelské rostliny je pro motýly důležitý, ale není jednoduchý. Některé housenky dokážou pořádat jen listy poměrně úzké skupiny rostlin a výjimkou nejsou ani druhy, které jsou vázány na jeden jediný rostlinný druh. Samičkám motýlů se nabízejí nejrůznější zástupci flóry a ony se nesmí splést. Na druhé straně může změna hostitelské rostliny nastartovat vznik nového druhu motýlů. Konzumenti nové potravy se oddělí od populací původního druhu a začnou žít vlastním životem.

Bělásek zelný - vajíčka

Netradiční ochutnávka

Jak pozná motýl tu správnou hostitelskou rostlinu? Když samička usedne na list rostliny v úmyslem naklást na ni vajíčka, prověří ji nejprve intenzivním bubnováním končetin. Samička dupe ze všech sil prostředním párem nohou do povrchu listu. Koncovými články předních nohou pak zkoumá molekuly, které se z podupaného povrchu listu uvolňují do ovzduší. Samička hledá tu správnou směs látek a podle ní určí vhodnou rostlinu pro budoucí pokolení. Některé látky samičku ke kladení vajíček lákají, jiné ji naopak odpuzují. Optimální volba závisí na tom, aby předním nohám motýla pošlapaný list rostliny co nejvíce voněl a chutnal.

V poslední době se podařilo biologům proniknout do tajů motýlího výběru hostitelské rostliny na molekulární úrovni. Začínáme tak chápat komunikaci mezi rostlinami a motýly v celé její složitosti.

Koncová část předních nohou motýlů, tzv. tarsus, a zvláště pak její poslední článek je vybaven spoustou speciálních orgánů, tzv. sensill. Každé sensillum je opatřeno jedním neuronem, zajišťujícím reakci na mechanické podněty a čtyřmi neurony reagujícími na podněty zcela specifických chemických látek. Už to ukazuje, že konečky předních končetin sice slouží motýlovi k hmatání, ale mnohem důležitější je jejich schopnost identifikovat nejrůznější molekuly.

Vajíčka motýla monarchy stěhovavého na ostnoplodu druhu Gomphocarpus physocarpus

Široké spektrum vůní jako pojistka

Japonští vědci si vybrali pro studium tohoto motýlího detektoru asijského otakárka Papilio xuthus. Jeho samičky kladou vajíčka jen na některé druhy rostlin z čeledi routovitých (Rutaceae), například na citrusy nebo na keře z rodu Zanthoxylum známé jako čínský či japonský pepř.

Hmyz si podle svých genů vyrábí asi sedmdesát proteinů, jejichž pomocí vnímá chutě a asi šedesát proteinů, s jejichž pomocí zaznamenává vůně a pachy. Jednotlivé proteiny se v chuťových a čichových buňkách kombinují, takže spektrum chutí a vůní, které umí hmyz rozlišit, je neskonale pestřejší než sortiment genů pro jejich detekci.

Japonští biologové sledovali, které geny pro chuťové a čichové receptory se mají v sensillách přední končetiny otakárka čile k světu. Jeden takový gen kóduje chuťový receptor zajišťující reakci neuronů na molekuly senefrinu. Tato látka je známá z plodů tzv. hořkého čili sevillského pomerančovníku. Navzdory názvu odkazujícímu na španělské město je hořký pomerančovník (Citrus aurantium) domovem v jižní a východní Asii podobně jako otakárek Papilio xuthus. Senefrin tak může být jedním z identifikačních znaků, podle kterých pozná samička otakárka vhodnou hostitelskou rostlinu. Pokusy ukázaly, že v přírodě sice využívá samička nejméně deset chuťových a pachových vodítek, ale v zásadě stačí k přesvědčení samičky o správné volbě jen dvě – chiro-inositol a právě senefrin. Obě látky však musí působit současně.

Housenka monarchy stěhovavého

Když vědci vyblokovali otakárkům gen pro tvorbu chuťového receptoru reagujícího na senefrin, dočkali se u motýlů výrazné změny chování. Samičky i nadále ze všech sil bubnovaly na listy zkoumaných rostlin. Pokud byl list navoněn jen senefrinem a chiro-inositolem, samička ho záhy opustila. List jí voněl jen jednou z klíčových molekul, protože senefrin nedokázala vnímat. To jí k rozhodnutí naklást vajíčka nestačilo.

Zajímavá byla reakce motýlů na extrakt z listů hořkého pomerančovníků s kompletní sadou identifikačních molekul. I když samička nedokázala ze spektra vůní a chutí vnímat velmi důležitý senefrin, nedala se ošálit a vajíčka nakladla. Zbývající identifikační znaky hořkého pomerančovníku jí přesvědčily o správnosti volby. Z toho je patrné, že otakárek je pojištěn proti náhlým evolučním změnám hostitelské rostliny. Kdyby samička potřebovala k rozeznání pomerančovníku všechny signální molekuly, stačila by jediná mutace, která by rostlinu zbavila některé vůně nebo chuti, a pomerančovník by byl před otakárky bezpečně chráněn. Jak ale ukázal pokus, takové „přerušení vztahů“ otakárkům a pomerančovníkům nehrozí.

Spustit audio
autor: Jaroslav Petr