Měsíční résumé prof. Trubce, Bh.D. – listopad 2019

V listopadovém přehledu novinek z vědeckého výzkumu včely medonosné bychom chtěli vyzdvihnout článek o malém úlovém broukovi – Aethina tumida. Zajímavý je také způsob, jakým se včela pohybuje na vodní hladině. Dočtete se rovněž o rakouské občanské vědě a další zajímavosti od profesora Trubce.


Včela medonosná používá svých křídel k pohybu na vodní hladině

Honeybees use their wings for water surface locomotion
Roh C, Gharib M
Proc Natl Acad Sci U S A. 2019 Dec 3;116(49):24446-24451. doi: 10.1073/pnas.1908857116. Epub 2019 Nov 18

Včely používají na hladině vody unikátní biolokomoční strategii. Ve chvíli, kdy je povrchové napětí přichytí k hladině, jejich mokrá křídla ztratí schopnost produkovat vztlak. Včely se však adekvátně pohybují, přičemž dosahují rychlosti až 3 délky těla za sekundu. Včela používá k pohonu po hladině svá mokrá křídla stejně jako křídlový člun. Jejich pohyb uděluje okolní vodě hydrodynamický moment v podobě asymetrických vln a hlouběji v podobě tryskového proudu, čímž generuje průměrný vztlak kolem 20-μN. Kinetika křídla ukazuje, že rovina mávnutí křídla je zkosená a mění se dle směru pohybu křídla. Proud pod mechanickým modelem napodobujícím pohyb včelích křídel dále ukázal, že vodě je udělen horizontální nenulový moment, což demonstruje vztlak. Navíc bylo pozorováno periodické urychlování a zpomalování vody, což poskytuje dodatečný dopředný odráživý pohyb. Pohyb včel po hladině vody na principu „mořské rakety“ je kineticky i dynamicky odlišný od klouzavého pohybu [J. H. Marden, M. G. Kramer, Science 266, 427-430 (1994)], chůze po vodě [J. W. M. Bush, D. L. Hu, Annu. Rev. Fluid Mech. 38, 339-369 (2006)], a tažného pohonu [J. Voise, J. Casas, J. R. Soc. Interface 7, 343-352 (2010)]. Postulujeme, že schopnost aktivního pohybu po hladině vody může zvýšit šanci na přežití včelám sbírajícím vodu, když spadnou do vody.


Občanská věda podpořila studium sezónní diverzity a monoflorality pylu sesbíraného rakouskými včelami

A citizen science supported study on seasonal diversity and monoflorality of pollen collected by honey bees in Austria
Brodschneider R, Gratzer K, Kalcher-Sommersguter E, Heigl H, Auer W, Moosbeckhofer R, Crailsheim K
Sci Rep. 2019 Nov 12;9(1):16633. doi: 10.1038/s41598-019-53016-5

Rakouští včelaři se jako občanští vědci (citizen scientists) zúčastnili studie „C.S.I. Pollen“ a po dobu tří týdnů sbírali do pylochytů pyl ze včelstev včely medonosné. Studie probíhala od dubna do září v letech 2014 a 2015 a měla za cíl odhalit sezónní dostupnost zdrojů pylu po včely. Shromážděno bylo 1622 vzorků pylu a ty byly palynologicky analyzovány pomocí světelné mikroskopie na co nejnižší taxonomické úrovni. Celkem bylo za oba roky detekováno 239 typů pylu z více než 85 čeledí. Většina vzorků obsahovala skupiny „různý neznámý“, pampeliška (Taraxacum-form) a jitrocel (Plantago spp.), zatímco nejvíce pylových zrn bylo z jetele plazivého (Trifolium repens-form), jitrocele a vrby (Salix spp.). Na jaře byly nejzastoupenějším zdrojem pylu stromy, v létě byliny. V průměru včelstvo přineslo 16,8 ± 4,7 (2014) a 15,0 ± 4,4 (2015) typů pylu. Tyto hodnoty se však liší dobou sběru a ukazují sezónní vzory. To je potvrzeno i Simpsonovým indexem diverzity, který měl medián 0,668. V obou letech bylo 50 % analyzovaných vzorků částečně (>50% podíl jednoho typu pylu) a 4,2 % vysoce (>90 %) monoflorální. Výskyt monoflorálních vzorků vrcholil na začátku a na konci sezóny, kdy byla nejnižší diverzita pylu.


Obsah minerálů ve voskových plástech včely medonosné jako měřítko dopadu environmentálních faktorů

Mineral Content in Honeybee Wax Combs as a Measurement of the Impact of Environmental Factors
Gajger IT, Kosanović M, Oreščanin V, Kos S, Bilandžić N
Bull Environ Contam Toxicol. 2019 Nov;103(5):697-703. doi: 10.1007/s00128-019-02713-y. Epub 2019 Sep 13

Znečištění prostředí kovy je třeba neustále sledovat z důvodu jejich převážně negativního vlivu na živé organismy. Protože včelí produkty uložené v úlech jsou považovány za užitečné bioindikátory, cílem této studie bylo: a) stanovit a porovnat koncentraci esenciálních a toxických kovů v nově postavených plástech a ve starých plástech používaných dvě až tři sezóny a b) porovnat obsah minerálů ve včelím vosku mezi včelstvy vystavenými různým stupňům znečištění prostředí. Použitím disperzivní rentgenové fluorescence byla stanovena koncentrace deseti prvků (Cr, Pb, Cu, Ni, Fe, Zn, Mn, Sr, Rb, Ca) ve vosku 18 včelstev ze tří včelnic kontinentálního Chorvatska. Výsledky ukázaly, že vliv stáří plástů a geografický původ (reprezentující různé úrovně znečištění prostředí) na obsah prvků ve vosku je evidentní pro toxické prvky chrom, olovo, měď a nikl a pro esenciální prvky železo, zinek, mangan a stroncium, nikoliv však rubidium. Kromě detekce přítomnosti prvků v prostředí umožňují voskové plásty stanovit i úroveň kontaminace. Včelařům může analýza pomoci v rozhodování, například při přesunu včelstev na vhodnější stanoviště. Výsledky mohou být užitečné také při stanovení povolených limitů toxických prvků v určitých zeměpisných oblastech.


Globální oteplování podporuje biologickou invazi škůdců včely medonosné

Global warming promotes biological invasion of a honey bee pest
Cornelissen B, Neumann P, Schweiger O
Glob Chang Biol. 2019 Nov;25(11):3642-3655. doi: 10.1111/gcb.14791. Epub 2019 Sep 11

Změna klimatu a biologická invaze jsou dvě hlavní globální environmentální výzvy. Obě se mohou ovlivňovat, například změnou vlivu a distribuce invazivních druhů. Ačkoliv invazivní druhy hrají klíčovou roli v poškození zdraví včel, vliv změny klimatu na závažnosti těchto onemocnění je stále neznámý. Malý úlový brouk (SHB, Aethina tumida) je parazitem včelstev. Je endemický v subsaharské Africe, jeho populace nalezneme však na všech kontinentech kromě Antarktidy. Protože se kuklí v půdě, úspěšnost množení je dána hlavně dvěma abiotickými faktory, teplotou a vlhkostí, což může být změnou klimatu ovlivněno.

V práci jsme zjišťovali globální rizika invaze SHB dle současného a budoucího klimatického scénáře. Modelovali jsme přežití a čas vývoje během kuklení v závislosti na teplotě a vlhkosti půdy s použitím publikovaných a nových experimentálních dat. K validaci modelu byla využita data o výskytu brouka. Model jsme propojili s globálními půdními daty, abychom tak mohli klasifikovat geografické oblasti (s přesností na 10’’, tj. 18,6 km na rovníku) na nevhodné, okrajové a vhodné pro úspěšnost kuklení SHB. Při současném klimatu výsledky ukazují, že mnoho dosud nekolonizovaných oblastí je pro množení vhodných, což znamená riziko invaze. Budoucí scénáře globálního oteplování výrazně zvyšují vhodnou klimatickou oblast SHB a s tím spojený potenciál šíření, a to zejména v mírném pásmu severní polokoule. Tím vzniká nutnost zvýšení a adaptace mitigačních opatření a péče. Naše analýza poprvé ukazuje vliv globálního oteplování na škůdce včely medonosné a může pomoci rizikovým oblastem se adekvátně připravit. Závěrem uvádíme, že toto je jasný příklad, jak globální oteplování zesiluje biologickou invazi škůdců s výrazným potenciálem globálně poškodit důležité druhy opylovatelů.


Seleničitan sodný zvyšuje antioxidační aktivitu a imunitní funkce včely medonosné a zvyšuje obsah selenu v mateří kašičce

Sodium Selenium Enhances the Antioxidative Activities and Immune Functions of Apis mellifera (Hymenoptera: Apidae) and Increases the Selenium Content in Royal Jelly
Chi X, Wei W, Zhang W, Liu Z, Wang H, Xu B
Environ Entomol. 2019 Nov 19. pii: nvz131. doi: 10.1093/ee/nvz131. [Epub ahead of print]

Selen (Se) je esenciální prvek, který hraje významnou roli v životních aktivitách. V této studii jsme zkoumali vliv roztoku sacharózy obsahující seleničitan sodný na včelu medonosnou. Vhodnou koncentraci seleničitanu pro včely jsme stanovili laboratorně dle délky života a poté jsme ve včelstvu zkoumali vliv seleničitanu sodného na antioxidační aktivitu, fenoloxidázovou aktivitu, vývoj hltanové žlázy, obsah selenu v tělesných tkáních a v mateří kašičce a také příslušnou míru transkripce genů. Laboratorní pokus ukázal, že hladina seleničitanu sodného 0,57 mg/l může prodloužit život. Po dávkování 0,3 mg/l a 0,6 mg/l jsme zjistili, že dávka 0,6 mg/l dokáže zvýšit antioxidační a imunitní aktivitu šestidenních larev i jednodenních a devítidenních dospělých včel (P < 0,05), zvyšuje hladinu selenu v tkáních i v mateří kašičce (P < 0,05) a zvyšuje expresi příslušných genů (P < 0,05).


Úspěch uhnízdění včel žijících v dutinách stromů klesá s časem uplynulým od posledního lesního požáru

Nesting success of wood-cavity-nesting bees declines with increasing time since
Simanonok MP, Burkle LA
Ecol Evol. 2019 Oct 2;9(22):12436-12445. doi: 10.1002/ece3.5657. eCollection 2019 Nov.

Včely ke svému přežití potřebují v blízkém okolí potravní zdroje a podmínky k uhnízdění. Časové a prostorové vzorce výskytu a množství těchto zdrojů však mohou být narušeny například lesními požáry. Nebezpečí časového či prostorového oddělení potravních a hnízdních zdrojů je hlavní obavou samotářských včel žijících v dutinách stromů, neboť sbírají potravu pouze v blízkém okolí svého hnízda. Důležitost hnízdních zdrojů pro včely je často odvozena pouze ze sledování létavek sbírajících potravu, hnízdící včely jsou ve svém společenství sledovány pouze vzácně, zejména pak v podmínkách po narušení prostředí.

Testovali jsme, jak se mění bohatství druhů, úspěšnost hnízdění a hnízdní a potravní zdroje podle stupně narušení požárem a času, který od požáru uplynul. Sledovali jsme hnízdící včely pomocí hnízdních boxů v místech čtyř proběhlých požárů a jednoho kontrolního stanoviště na jihozápadě Montany v USA. Sledování v čase jsme nahradili sledováním míst s různou dobou (3-25 let) od proběhlého požáru. Zjistili jsme, že úspěch hnízdění a bohatství druhů s rostoucím časem od požárů klesá. Na kontrolním stanovišti bez požáru byl hnízdní úspěch nulový. Hnízdní a potravní zdroje se velmi lišily mezi místy s různým stupněm i dobou od požáru, což však nemělo významný vliv na hnízdní úspěch. Naším závěrem je, že spálené oblasti mohou být příhodným místem pro včely hnízdící v dutinách stromů. Vzhledem k chystaným změnám v protipožárních opatřeních a jiným hrozbám pro divoké včely může být tato práce důležitým zdrojem informací pro udržování a zachování včel žijících v dutinách stromů.


Diskriminační učení vyššího řádu včel ve virtuálním prostředí

Higher-order discrimination learning by honey bees in a virtual environment
Buatois A, Laroche L, Lafon G, Avarguès-Weber A, Giurfa M
Eur J Neurosci. 2019 Nov 30. doi: 10.1111/ejn.14633. [Epub ahead of print]

Studium neelementárního učení představuje náročnou výzvu, neboť události, které se objekt učí, bývají nejednoznačné, pokud jde o výsledek metody posilovaného učení. Elementární učení naproti tomu závisí na jednoznačných asociacích. Negativní vzorce (NP) jsou modelovým příkladem neelementárního učení. Subjekt se musí naučit, že jednotlivé elementy jsou posilujícím prvkem, zatímco jejich společný výskyt nikoli (A+, B+ vs. AB-). Naučení NP vyžaduje pochopení, že AB je odlišné od lineárního součtu svých komponent, čímž se předejde nejednoznačnosti posilujícího vlivu stimulu (tj. A a B jsou jednou posilujícím stimulem, podruhé ne). Včela medonosná je v současnosti jediným hmyzem, který zvládne NP, jak vyplynulo z pokusů omezených zejména na čichovou doménu.

V práci jsme testovali schopnost včel naučit se NP ve zrakové doméně. K tomuto účelu jsme použili prostředí virtuální reality, ve kterém přivázaná včela staticky kráčela na sférickém pohyblivém pásu a byl jí promítán obraz na polokruhovitou obrazovku. Včely se elementárním způsobem naučily složenou mřížku vytvořenou ze střídavě zelených a modrých pruhů a znalost generalizovaly na morou i zelenou mřížku. Po procesu učení NP čtvrtina včel inhibovala elementární procesy a signifikantně více reagovala na jednobarevnou mřížku než na kombinovanou. U jiných včel jsme použili alternativní metodu, která dosáhla částečného NP učení. Tyto výsledky nabízejí atraktivní perspektivu studia různých forem visuálního učení v prostředí řízené virtuální reality vedoucí k pochopení mechanismů učení.


Dělba práce ve střevním mikrobiomu včely medonosné při trávení rostlinných polysacharidů

Division of labor in honey bee gut microbiota for plant polysaccharide digestion.
Zheng H, Perreau J, Powell JE, Han B, Zhang Z, Kwong WK, Tringe SG, Moran NA
Proc Natl Acad Sci U S A. 2019 Nov 27. pii: 201916224. doi: 10.1073/pnas.1916224116. [Epub ahead of print]

Včely získávají sacharidy z nektaru a lipidů a aminokyseliny z pylu, který také obsahuje polysacharidy včetně celulózy, hemicelulózy a pektinu. Tyto potenciální zdroje energie mohou být štěpeny a fermentovány enzymatickou aktivitou mikrobiomu, což vede ke vzniku krátkých mastných kyselin dostupných hostiteli. Podíl jednotlivých druhů mikrobiot na trávení polysacharidů byl však dosud neznámý.

Analýzou genomu a metagenomu bakterií izolovaných ze střevního mikrobiomu včely medonosné jsme zjistili, že hlavní podíl na štěpení hemicelulózy a pektinu mají BifidobacteriumGilliamella. Obě mají velkou mezikmenovou diverzitu v genech spojených se štěpením polysacharidů. Kmeny včely medonosné mají takových genů více než kmeny čmeláků. U Bifidobacterium jsou geny produkující enzymy metabolizující cukry svázány s geny určenými k využití polysacharidů, stejně jako tomu je s Bacteroides ve střevě člověka. Exprese genů produkujících enzymy se zvyšuje za přítomnosti určitých typů hemicelulózy, a to jak in vitro, tak in vivo. Metabolická analýza prokázala, že včely kolonizované jinými kmeny produkovaly jiný metabolický profil obohacený o specifické monosacharidy, což korespondovalo s předpovědí podle údajů o genomu. Ostatní tři hlavní složky střevního mikrobiomu (Snodgrassella a 2 typy Lactobacillus) polysacharidy tráví minimálně nebo vůbec. Všechna tato zjištění ukazují, že individuální kmenové složení mikrobiomu určuje jeho metabolické schopnosti a potenciálně ovlivňuje výživu hostitele. Navíc specializace odhalená naší studií posiluje obecnou stabilitu mikrobiomu střeva včel.


Přirozené prostředí zmírňuje podmínky „hody-hladomor“, kterým je včela medonosná vystavena v zemědělské krajině

Native habitat mitigates feast-famine conditions faced by honey bees in an agricultural landscape
Dolezal AG, St Clair AL, Zhang G, Toth AL, O’Neal ME
Proc Natl Acad Sci U S A. 2019 Nov 25. pii: 201912801. doi: 10.1073/pnas.1912801116. [Epub ahead of print]

Příkladem, že se intenzivní zemědělství může podílet na poklesu opylovatelů, mohou být alarmující ztráty včelstev v oblastech, kde dominují jednoleté plodiny (např. středozápadní USA). Čím více přirozených a polopřirozených oblastí je přeměňováno na monokultury, tím více rostou obavy nad současným a budoucím dopadem na opylovatele.

Abychom předpověděli, jak zjednodušování krajiny ovlivňuje včely, provedli jsme opakovanou longitudinální studii růstu včelstev včely medonosné a posouzení kvality jejich výživy v regionu s intenzivním zemědělstvím, kde je většina krajiny obětována produkci kukuřice a sóji. Včelstva v blízkosti sójových polí obklopená více kultivovanou krajinou překvapivě rostla během sezóny více než včelstva v méně kultivovaných oblastech. Nezávisle na okolní krajině všechna včelstva zaznamenala na začátku srpna prudký pokles váhy a sezónu končila s omezenými zásobami tuku u jednotlivých včel, což oboje předpovídá neúspěšné přezimování. Vzory dostupnosti potravy a stav výživy včelstev napovídá, že pokles na konci sezóny byl způsoben podvýživou v období extrémně omezeného sběru potravy. Abychom ověřili, zda zlepšení kvality stanoviště dokáže předejít tomuto stavu, provedli jsme samostatný experiment, kdy včely s přístupem k přirozeným trvalkám (prérie) neprošly úbytkem váhy ani tukových zásob. To ukazuje, že rychlý pokles váhy v zemědělské krajině není nevyhnutelný. Obecně výsledky ukazují, že intenzivně obhospodařované oblasti, které poskytují jen krátkodobý zdroj potravy, nedokážou zajistit kvalitní podmínky pro výživu včel. Od nutričního stresu v takových oblastech dokáže ulevit pouze obnovení biodiverzity.


Vyladění časného čichového zpracování závislé na zkušenostech dospělce včely medonosné

Experience-dependent tuning of early olfactory processing in the adult honey bee, Apis mellifera
Jernigan CM, Halby R, Gerkin RC, Sinakevitch I, Locatelli F, Smith BH
J Exp Biol. 2019 Nov 25. pii: jeb.206748. doi: 10.1242/jeb.206748. [Epub ahead of print]

Plasticita centrálního nervového systému závislá na zkušenostech umožňuje živočichům adaptaci na podněty v různých časových obdobích. V této studii jsme zkoumali dopad vliv zkušenosti létavek na časném čichové zpracování porovnáním přirozeně sbírajících létavek včely medonosné s létavkami, které prošly v dospělosti trvalým omezením čichových vjemů. Umístili jsme skupiny příbuzných včel označených podle věku do dvou prostředí, která se lišila čichovými stimuly. V obou byla poskytována potrava dle libosti. V jednom z prostředí jsme omezili čichové zkušenosti létavek jejich umístěním do stanu, ve kterém byla sacharóza i pyl spojen s pouze jednou vůní. Druhé prostředí umožňovalo létavkám volný sběr, a mohly se tedy setkat s celou škálou přírodních čichových vjemů spojených s potravou. Zjistili jsme, že u včel vystavených omezeným čichovým vjemům došlo ke změně ve vývoji tykadlového laloku mozku. Měřili jsme glomerulární odpověď na čichové vjemy použitím kalciového zobrazení mozku a zjistili jsme, že přirozené čichové zkušenosti rovněž zvýšily variabilitu glomerulární odpovědi na vůně mezi jedinci. Dále jsme pozorovali, že včely s omezenými vjemy nedokázaly rozlišit relevantní složky směsi vůní, které jejich volně sbírající sestry rozlišit uměly. Tato studie zdůrazňuje vliv individuální zkušenosti na časné čichové zpracování na různých úrovních.


Diverzifikované rostlinné výsadby podporují včelí společenstva po odkvětu jabloní v sadech

Diversified Floral Resource Plantings Support Bee Communities after Apple Bloom in Commercial Orchards
Heller S, Joshi NK, Leslie T, Rajotte EG, Biddinger DJ
Sci Rep. 2019 Nov 21;9(1):17232. doi: 10.1038/s41598-019-52601-y

Přírodní prostředí zahrnující různé kvetoucí druhy rostlin, poskytuje potravu a hnízdní podmínky opylovatelům a jiným užitečným členovcům. Ztráta takových prostředí v zemědělských oblastech a v jiných člověkem změněných oblastech může být faktorem současného poklesu množství hmyzu. Uměle založené výsadby mohou tento pokles kompenzovat. Aby se ukázalo, jaký vliv na včelí společenstva mají výsadby divokých rostlin v blízkosti jabloňových sadů, byla provedena víceletá celosezónní studie. Také jsme zkoumali podmnožiny včel, jako známé opylovatele ovocných stromů, vzácné druhy opylovatelů a včely sbírající během květu jabloní. Během této studie bylo nalezeno 138 druhů včel zahrnujících 100 druhů na květinových výsadbách a 116 druhů v jabloňových sadech. Výskyt vzácných druhů se významně nelišil mezi sady a květinami. Během květu jabloní bylo více známých opylovatelů ovocných stromů nalezeno na jabloních než na květinách. Avšak po odkvětu jabloní se výskyt známých opylovatelů ovocných stromů na květinách významně zvýšil, což naznačuje potenciál květinových výsadeb poskytovat dodatečné zdroje potravy a hnízdní příležitosti v době, kdy květy jabloní nejsou k dispozici.


Molekulární klon viru chronické paralýzy včel (CBPV) způsobuje úmrtí kukel včely medonosné

A molecular clone of Chronic Bee Paralysis Virus (CBPV) causes mortality in honey bee pupae (Apis mellifera)
Seitz K, Buczolich K, Dikunová A, Plevka P, Power K, Rümenapf T, Lamp B
Sci Rep. 2019 Nov 7;9(1):16274. doi: 10.1038/s41598-019-52822-1

Z mnoha chorob, které narušují zdraví včely medonosné, je syndrom chronické paralýzy dospělých včel jedna z nejlépe popsaných. Virus chronické paralýzy včel (CBPV), který chorobu způsobuje, je pozitivní jednovláknový RNA virus se segmentovaným genomem. Segment 1 kóduje tři domnělé otevřené čtecí vzorce (ORF) včetně RNA dependentní RNA polymerázy a další nestrukturní regiony kódující protein. Segment 2 kóduje čtyři domnělé ORF, které obsahují předpokládané geny strukturních proteinů.

V této studii jsme postavili reverzní genetický systém pro CBPV klonováním DNA kopií obou segmentů viru. Produkce viru byla sledována na dospělých včelách a kuklách jako infekčních modelech. Replikace a produkce virových částic byla po aplikaci RNA obou segmentů do včel pouze zahájena. Protože injekce těchto klonovaných RNA způsobila klinické symptomy podobné divokému typu infekce CBPV, došli jsme k závěru, že nový molekulární klon splňuje Kochovy postuláty. Náš klon umožní hloubkovou analýzu patogeneze CBPV a pomůže zvýšit znalost této důležité choroby včel.

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *