Znajdź zawartość

Gdy mszyce atakują roślinę, zaczyna ona wysyłać chemiczne wołanie o pomoc. Z odsieczą przybywają np. biedronki, a wtedy mszyce zaczynają nadawać własny sygnał alarmowy i rozpraszają się. Naukowcy z zespołu doktora Martina De Vosa, który najpierw pracował w Instytucie Boyce'a Thompsona, a obecnie jest powiązany z holenderską firmą Keygene, manipulowali tym systemem ostrzegawczym. Zauważyli, że w sytuacji, gdy roślina ciągle nadawała charakterystyczny dla mszyc sygnał SOS, owady ignorowały komunikat pozbawiony w tej sytuacji znaczenia i nie rozbiegały się już na wszystkie strony. Jak łatwo się domyślić, ułatwiało to polowanie biedronkom, które mogły liczyć na naprawdę spore żniwo. To wyścig zbrojeń między roślinami a mszycami – uważa De Vos. Większość gatunków mszyc ucieka, gdy wyczuje feromon – (E)-β-farnezen (EBF). Jest on wydzielany przez zaatakowane owady i często przyciąga kolejne drapieżniki. Naukowcy podkreślają, że ogrodnicy zawsze mieli nadzieję, że mechanizm ten uda się jakoś wykorzystać w walce z mszycami. De Vos dodaje, że chodzi nawet nie tyle o same szkody powodowane przez Aphidoidea, co o przenoszone przez nie wirusy roślinne. Hodując mszyce na roślinach zmienionych genetycznie w taki sposób, by produkowały owadzi feromon alarmowy, stworzyliśmy nieustraszone mszyce, które nie miały zamiaru nigdzie uciekać. To zjawisko zwane habituacją, przypominające przebywanie w jednym pomieszczeniu ze skunksem – po jakimś czasie przestaje się wyczuwać jakąkolwiek woń – wyjaśnia współautor badania opublikowanego w piśmie Proceedings of the National Academy of Sciences dr Georg Jander. Co ciekawe, zobojętniałe mszyce rosną szybciej od swoich przeciętnych pobratymców (najprawdopodobniej dlatego, że spędzają mniej czasu na reagowaniu na fałszywe alarmy). Nie wychodzą na tym za dobrze, gdy niebezpieczeństwo jest jak najbardziej realne, ponieważ pojawienie biedronek kompletnie je zaskakuje. Akademicy zademonstrowali, że wystawienie na oddziaływanie (E)-β-farnezenu zmienia u mszyc ekspresję genów. Aphidoidea ulegają habituacji w ciągu życia 3 pokoleń. Jeśli rośliny nie wytwarzają feromonu alarmowego, odzwyczajają się po upływie tego samego czasu. Można sobie wyobrazić imponujące tempo tych przekształceń, skoro mszyce przychodzą na świat już ciężarne. Przed naukowcami do identycznego rozwiązania uciekła się sama natura. Niektóre gatunki roślin, np. ziemniaki, mogą wytwarzać EBF. Jego ilość zależy od odmiany.

Rośnie świadomość ekologiczna, coraz więcej ludzi zwraca uwagę na dbałość o środowisko. Produkty „naturalne", „organiczne" są coraz bardziej popularne, można nawet powiedzieć, że są w modzie. Również rządy wielu państw wspierają takie produkty i technologie, czy to przy pomocy przepisów, czy to przy pomocy dotacji finansowych. Niestety, bezmyślne pójście za prostym hasłem naturalności może przynieść więcej szkody, niż pożytku, na przykład w rolnictwie - co wykazali naukowcy z kanadyjskiego Uniwersytetu Guelph. Profesor Rebecca Hallett, wykładowczyni nauk o środowisku oraz doktorantka Christine Bahlai przeprowadziły badania porównawcze popularnych syntetycznych i organicznych pestycydów. Skupiono się na zwalczaniu popularnych szkodników: mszyc. Porównano sześć różnych pestycydów, stosowanych do walki z tymi pluskwiakami: dwa klasyczne, sztuczne środki, dwa nowoczesne, o zmniejszonej szkodliwości i dwa organiczne - oparty na oleju mineralnym, duszący mszyce oraz zawierający grzyby infekujące te szkodniki. W części teoretycznej badania skorzystano z dużej bazy danych na temat różnych substancji i związków chemicznych, zawierającej szczegółowe dane o ich szkodliwości dla środowiska, flory i fauny, kumulacji w glebie, szkodliwości dla człowieka (działanie na skórę, kumulowanie się w pożywieniu), itd. Sprawdzono w ten sposób wszystkie składniki badanych środków owadobójczych. W części doświadczalnej sprawdzano ich skuteczność i działania uboczne na eksperymentalnym polu soi, w szczególności wpływ na naturalnych wrogów mszyc: biedronki i pluskwiaki z rodziny dziubałkowatych. W obu częściach badania wykazano, że naturalne, organiczne pestycydy są bardziej szkodliwe dla środowiska od czysto chemicznych środków. Ponieważ środek oparty na oleju mineralnym działa poprzez zaduszanie szkodników, wymaga stosowania go w dużych ilościach. Oba badane organiczne pestycydy działały mniej skutecznie od syntetycznych, ponadto zabijały bardzo dużo biedronek i dziubałkowatych - naturalnych sprzymierzeńców człowieka w walce z mszycami. Zmniejszenie populacji tych drapieżników wymaga z kolei dalszego zwiększenia ilości stosowanych środków mszycobójczych. Ostatecznie okazało się, że środki organiczne były dużo mniej efektywne zarówno od nowych, jak i klasycznych środków chemicznych. Stwarzały także większe zagrożenie dla środowiska. Nie można zatem automatycznie zakładać, jak podkreślają autorki badania, że organiczne oznacza lepsze i zdrowsze dla środowiska i człowieka. Należy szczegółowo analizować działanie konkretnych produktów i porównywać je. Powinni to wziąć pod uwagę zarówno rolnicy, jak i władze, tworzące przepisy środowiskowe. Również przeciętny konsument powinien uświadomić sobie, że naturalny niekoniecznie oznacza zdrowszy i nie działać jedynie pod wpływem reklamy i proekologicznych haseł.

Po zbadaniu tysięcy odmian jabłoni naukowcy stwierdzili, że jesienne czerwone liście komunikują owadom, że dysponują bronią chemiczną. Jaskrawe kolory byłyby zatem barwami wojennymi, związanymi z walką drzew ze szkodnikami. Zmarły w 2000 roku brytyjski biolog ewolucyjny William Hamilton twierdził, że czerwień liści to wyraźny komunikat: "Jestem zdrowym drzewem, które dysponuje wystarczającymi nakładami energii, by wytworzyć nowe barwniki, w dodatku trujące". Mowa, oczywiście, o antocyjanach. Wg innych naukowców, pigmenty te chronią rośliny przed szkodliwym działaniem słońca w czasie, gdy rozkładają się chloroplasty. Hamilton nie zgadzał się jednak z tą teorią, podkreślając, że nie pozwala ona wyjaśnić, czemu niektóre drzewa zawsze pokrywają się pięknymi barwami jesieni, a inne nie. By odpowiedzieć na to pytanie, Marco Archetti z Uniwersytetu Harvarda porównał ze sobą dzikie odmiany jabłoni, które ewoluowały w obecności owadów, z gatunkami hodowlanymi, mającymi dawać duże i słodkie owoce (nie są one odporne na działania insektów). Jeśli weźmiemy gatunek z jesiennymi kolorami i pozwolimy mu ewoluować bez kontaktu z owadami, populacja przestanie się pokrywać czerwienią – dowodzi Archetti. Zespół biologów odkrył, że w Wielkiej Brytanii (w Brogdale) czerwone liście występują tylko u 2,8% spośród 2170 udomowionych odmian. W Azji Środkowej, gdzie jabłonie pojawiły się po raz pierwszy, jesień odciska swoje barwne piętno aż na 62% dzikich drzew i na 2/5 odmian hodowlanych. Utrata płomiennego zabarwienia nie miałaby sensu, gdyby w grę wchodziła ochrona biochemii liści. Jeśli jednak ogrodnicy dobieraliby odmiany cenione ze względu na inne cechy, wszystkie elementy układanki zaczęłyby się splatać w spójną całość. Archetti zauważył również, że mszyce (Aphidodea), popularne szkodniki jabłoni, unikają w sadach drzew z czerwonymi liśćmi. Kiedy naukowiec przenosił późną wiosną owady na drzewa innego sadu, rośliny, których liście zaczerwieniły się jesienią, okazały się dla nich dużo bardziej niegościnne niż te, które pozostawały wtedy zielone lub były żółte. Larwy żerujące na tych pierwszych rzadziej osiągały dorosłość. Wydaje się jasne, że w przypadku jabłoni i mszyc mamy do czynienia z koewolucją. Jesienią mszyce opuszczają zamieszkiwane wcześniej drzewa, by spółkować i złożyć jaja. Aphidodea mogą szkodzić roślinom na dwa sposoby. Po pierwsze wykluwające się wiosną larwy żywią się ich sokami. Po drugie, owady te roznoszą choroby, np. wywoływaną przez bakterie Erwinia amylovora zarazę ogniową. Chociaż mszyce nie mają receptorów wyspecjalizowanych w czerwieni, na początku tego roku Archetti i Thomas Döring opublikowali artykuł, w którym wykazali, że owady te inaczej reagują na czerwień, a inaczej na zieleń.

W konkursie o tytuł mistrza symbiozy mszyce grochowe (Acyrthposiphon pisum) byłyby najprawdopodobniej jednym z faworytów. Ich przystosowanie do współpracy zaszło tak daleko, że nie tylko przejęły one geny od swoich dawnych towarzyszy, lecz nawet... udostępniają kodowane przez nie białka kolejnym mikroorganizmom, które zechcą zamieszkać w ich niewielkich ciałach. Opisywane sekwencje DNA zostały przejęte po dwóch dawnych symbiontach mszyc. Dzięki nim ich obecni partnerzy, bakterie z gatunku Buchnera aphidicola, znajdują schronienie wewnątrz ich ciał, w zamian dzieląc się wytwarzanymi przez siebie substancjami. Współpraca ta jest tak bliska, że genom bakterii nie zawiera już części genów, które byłyby im potrzebne do samodzielnego życia. Jednym z genów, które zostały usunięte z genomu B. aphidicola, jest ldcA - sekwencja odpowiedzialna za przetwarzanie składników ściany komórkowej. Podobny gen jest jednak obecny w materiale genetycznym mszyc. Co ciekawe, nie przypomina on sekwencji występującej u obecnego symbionta, lecz jego wersję występującą u bakterii z rodzaju Wolbachia, które obecnie nie żyją w symbiozie z mszycami. [bakterie] Wolbachia nie żyją obecnie w mszycach grochowych ani w większości gatunków mszyc, choć są symbiontami niektórych innych owadów. Transfer [genów] nastąpił prawdopodobnie w organizmie przodka kilku gatunków mszyc, z których jeden był prawdopodobnie zamieszkiwany zarówno przez wolbachię, jak i buchnerę, tłumaczy Atsushi Nakabachi z instytutu RIKEN, jeden z autorów odkrycia. Oprócz ldcA, badacze zidentyfikowali u mszyc jeszcze jeden gen pochodzący od mikroorganizmów. Nazywa się on rlpA i pochodzi najprawdopodobniej od bakterii z rodzaju Bradyrhizobium, lecz dotychczas nie ustalono, w jaki sposób miałby on pomagać obecnym "lokatorom" organizmów mszyc. Zjawisko przekazywania fragmentów DNA z bakterii do gospodarzy wykazywano już wcześniej, lecz nigdy dotąd nie udowodniono transferu kompletnych genów, czyli w pełni funkcjonalnych sekwencji zawierających informacje potrzebne do wytworzenia określonych cząsteczek. To [odkrycie] wskazuje, że organizmy, w tym zwierzęta, są znacznie bardziej elastyczne, niż sądzono, i mogą być z łatwością "łączone" z innymi organizmami, podsumowuje Nakabachi.

Choć na temat ewolucji i związanych z nią zmian genetycznych wiemy dość dużo, dotychczas nie byliśmy w stanie uchwycić ich "w akcji". Na szczęście, dzięki omyłkowemu zawleczeniu jednego z gatunków owadów na nowe tereny, zyskaliśmy doskonałą okazję do obserwacji tego zjawiska. Autorami studium są naukowcy z University of Arizona. Badali oni tempo degeneracji genomu gatunku Buchnera aphidicola - bakterii symbiotycznych względem mszyc grochowianek (Acyrthosiphon pisum). Mikroorganizmy te przystosowały się tak doskonale do bytowania w organizmach insektów i wykorzystują tyle produktów ich organizmów, że niektóre geny przestały im być potrzebne. Ponieważ mniejsza liczba aktywnych genów pozwala na zaoszczędzenie energii i zwiększenie prawdopodobieństwa przeżycia, przedstawiciele B. aphidicola dążą do utraty znacznej części swojego DNA. Amerykańscy naukowcy postanowili zbadać, jak szybko zachodzi to zjawisko. Wybór gatunków poddanych obserwacji nie był przypadkowy - ich wzajemna interakcja zachodzi od zaledwie 135 lat, gdyż tyle czasu minęło od przypadkowego zawleczenia mszyc grochowianek na terytorium Stanów Zjednoczonych. Mamy dobry zapis historyczny tego gatunku [owadów] - mówi główna autorka badań, Nancy Moran. Ponieważ ten konkretny gatunek mszyc nie pochodzi z Ameryki Północnej, wiemy, że górny limit genetycznej dywergencji [czyli powstawania różnic genetycznych pomiędzy osobnikami - przyp. red.] symbiotycznych bakterii pochodzących od pojedynczej mszycy wynosi 135 lat lub mniej. Naukowcy z Arizony zsekwencjonowali cały genom siedmiu różnych szczepów B. aphidicola - pięciu żyjących w naturalnych warunkach w Ameryce Północnej oraz dwóch hodowanych w laboratorium. Ku zaskoczeniu badaczy okazało się, że tempo narastania zmian było aż dziesięciokrotnie większe, niż zwykło się przyjmować dla bakterii najbardziej podatnych na dywergencję. Przeprowadzone studium może być bardzo istotne dla zrozumienia procesu ewolucji oraz dopasowania się organizmów do warunków środowiska. Jego wyniki, które opublikowano na łamach czasopisma Science, możemy także, do pewnego stopnia, wykorzystać do badania pochodzenia i rozwoju naszego gatunku.

Studium 53 hiszpańskich miodów wykazało, że miód spadziowy (czyli wytworzony ze spadzi zebranej z pędów roślin) zawiera więcej przeciwutleniaczy niż miód nektarowy (produkowany z nektaru). Skład miodu zależy od tego, gdzie pszczoły zbierały surowiec. Spadź, nazywana inaczej rosą miodową, jest słodką cieczą, pojawiającą się na liściach, igłach oraz zielonych pędach przede wszystkim latem. Niektórzy się na pewno zdziwią, gdy usłyszą, że to odchody mszyc, miodówek, czerwców i innych owadów ssących, które żywią się sokami roślin. Nektar jest zbierany z nektarników kwiatowych oraz pozakwiatowych. Oprócz dwóch wymienionych na początku miodów, polskie normy wyróżniają jeszcze jeden mieszany typ: miód nektarowo-spadziowy. Miód to naturalne źródło przeciwutleniaczy, a miód spadziowy jest w tej dziedzinie najlepszy — przekonuje Rosa Ana Pérez z Instituto Madrileño de Investigación y Desarrollo Rural, Agrario y Alimentario w Madrycie. Każdy z 53 miodów poddano serii badań fizykochemicznych. Uwzględniono 39 miodów nektarowych, 5 miodów spadziowych oraz 9 miodów nektarowo-kwiatowych. Okazało się, że pH, kwasowość, absorpcja sieciowa, przewodnictwo elektryczne i ogólna zawartość polifenoli silnie wpływają na zdolność pszczelego produktu do zwalczania wolnych rodników. Związek między zdolnością do zwalczania wolnych rodników a składem białkowym miodu był bardzo istotny w przypadku 18 z 20 uwzględnionych przez Hiszpanów aminokwasów. Korelacja była silniejsza, niż wynikałoby to z samej zawartości polifenoli. Rezultaty sugerują więc, że skład aminokwasowy miodu jest ważnym wskaźnikiem jego właściwości "antyrodnikowych" (Journal of the Science of Food and Agriculture).

Zamachowców samobójców można znaleźć nie tylko wśród ludzi, ale także w świecie zwierząt. Okazuje się, że do takiej metody ochrony przed drapieżnikami, m.in. biedronkami, uciekają się mszyce. Środek rażenia, olejek gorczyczny, uzyskują ze zjadanych roślin. Zawiera on silnie drażniący napastnika izotiocyjanian allilu. Niestety, osobnik, który przeprowadza atak z jego użyciem, także ginie. Poświęca się jednak dla dobra całej kolonii. W sokach wyssanych z kapusty znajdują się nietoksyczne glukozynolaty. Krążą one potem we krwi owadów. Podobnie jak roślina, mszyce dysponują ważnym dla metabolizmu glukozynolatów enzymem: myrozynazą. Magazynują ją w mięśniach głowy i klatki piersiowej. Kiedy pojawia się niebezpieczeństwo, myrozynaza jest wprowadzana do krwioobiegu, gdzie katalizuje gwałtowną reakcję, w wyniku której powstaje broń chemiczna w postaci izotiocyjanianu allilu. Brytyjsko-norweski zespół entomologów podzielił mszyce na grupy, które karmiono na 4 różne sposoby. Podczas gdy mszyce pozbawione glukozynolatów często padały ofiarą biedronek, owady trzymane na diecie bogatej w te substancje świetnie radziły sobie z odstraszaniem drapieżników. Biolodzy zaobserwowali ponadto, że ilość przechowywanego glukozynolatu zależała od tego, czy dany gatunek mszycy rozwijał skrzydła, czy nie. W przypadku owadów latających stężenie tego związku spadało od momentu pojawienia się zawiązków skrzydeł. Nasze badanie wykazało, że mszyce posiadające skrzydła przestają magazynować ten związek w krwi, kiedy stają się dorosłe. Podczas obrony przed drapieżnikami nie muszą się uciekać do olejku gorczycznego, ponieważ mogą po prostu odlecieć – opowiada dr Glen Powell z Wydziału Biologii Imperial College London.