Studium migrace motýlů pomocí izotopů

Možná jste viděli v přírodovědných dokumentárních filmech úžasné záběry mračen a hroznů oranžových motýlů monarchů v mexické džungli. Díky databázi Mezinárodní agentury pro atomovou energii (IAEA) a použití stabilních izotopových metod nyní mohou vědci určit migrační cestu monarchů i různých jiných druhů hmyzu. Ve studii nedávno publikované v časopise Diversity skupina vědců představila výsledky mapování migrace šesti druhů motýlů z Kanady a Spojených států do Mexika. Jedná se o první studii svého druhu k určení původu a migračních cest těchto motýlů. Na základě vědeckých údajů mohou úřady vyvinout strategie na ochranu tohoto hmyzu na jeho cestě.

„Izotopové techniky nabízejí nesrovnatelnou výhodu oproti tradičním metodám sledování, protože jsou neinvazivní a nevyžadují opětovné odchytávání stejných zvířat,“ uvedl Leonard Wassenaar, vedoucí izotopové hydrologické laboratoře IAEA. „Vědět, odkud motýli pocházejí, pomáhá stanovit ochranné strategie potřebné během jejich migrace, ale i v oblastech, kde se rozmnožují. Spojení mezi geografickými polohami v ročním životním cyklu motýlů nelze identifikovat bez použití izotopových metod,“ dodal. Do studie byli zařazeni tito motýli: Libytheana carinenta (babočkovití, podčeleď cípatci, v angličtině American Snout, americký čenich), Danaus gilippus, danaus královský (babočkovití, v angl. Queen butterfly , královnin motýl, blízký příbuzný známého monarchy stěhovavého), Phoebis sennae (běláskovití, v angl. Cloudless Sulphur, odkazuje na sírově žlutou barvu), Asterocampa leilia, batolec, v ang. Empress Leilia, císařovna Leilia), Euptoieta claudia, babočkovití, v angl. Variegated Fritillary butterfly a Zerene cesonia, běláskovití, v angl. Southern Dogface. (České názvy se nepodařilo dohledat, pozn. red.)

Deuterium v dešťové vodě

Konvenční přístupy používané ke sledování pohybu zvířat spoléhají již více než století na externí značkování a rádiové a satelitní sledování, což je však pro malé a krátkožijící živočichy nevhodné. V roce 1996 pak výzkum Leonarda Wassenaara a Keitha Hobsona, kteří byli v té době izotopovými vědci v Kanadě a zkoumali životní prostředí, prokázal, že k určení původu jednotlivých zvířat lze použít izotopové techniky. Jejich výzkum je založen na měření deuteria - izotopu vodíku - v dešťové vodě, která je přímo absorbována rostlinami nebo přijímána zvířaty a lidmi. Protože dešťová voda a její obsah deuteria jsou jedinečné pro oblast, kde prší, slouží obsah deuteria v dešťové vodě jako přímý ukazatel, který vědci mohou použít k identifikaci původu jednotlivých zvířat. Množství deuteria se měří např. ve vlasech, křídlech, drápech, peří nebo kostech. U motýlů se obsah deuteria měří v křídlech a ukazuje na oblast, kde se hmyz narodil.

Izotopy se již po celá desetiletí používají k přesnému stanovení migračních cest některých druhů hmyzu, jako je např. motýl monarcha (Danaus plexippus), migrační vzorce a cesty desítek dalších druhů motýlů, hmyzu a dalších stěhovavých zvířat teprve čekají na odhalení.

Vzory migrace motýlů: řetěz, skok a panmixie

Studie odhalila, že čtyři ze šesti studovaných druhů motýlů přiletěly do Mexika ze severu Spojených států nebo z jižní Kanady. Studie také odhalila další informace o migračním stylu jednotlivých druhů motýlů. Nejdelší migrační cestu má motýl Libytheana carinenta. Způsob jeho migrace je označován jako „řetězová migrace“. To znamená, že motýli narození v severních částech subkontinentu se na zimu usadili v Mexiku až poté, co ti, kteří se narodili v jižních částech, již migrovali dále na jih.

Další motýl, Danaus gilippus, praktikuje tzv. „skokovou migraci“. To znamená, že jednotlivé motýlí královny narozené v jižních částech subkontinentu podnikly krátkou cestu dále na jih. Jejich protějšky narozené na severu cestovaly na zimu dále na jih než motýli rodící se na jihu, jinými slovy „přeskakovali“ kolem těch narozených v jižnějších oblastech.

Třetí druh, motýl Zerene cesonia, praktikuje „panmixii“, což znamená, že se jednotliví motýli navzájem náhodně mísí a usazují se během migrační cesty, bez ohledu na oblast původu.

Dálkoví migranti: Libytheana carinenta, Euptoieta Claudia, Danaus gilippus a Zerene Cesonia. Čím tmavší oblast v mapě, tím více motýlů cestujících do Mexika odkud pochází (Zdroj IAEA)

Určení rodných míst motýlů z jejich křídel

Pro studium migračních cest šesti motýlích druhů vědci shromáždili vzorky motýlů, kteří byli zabiti projíždějícími auty na konkrétní silnici v horském údolí, kudy motýli nejraději migrují. Vzorky byly z období od září do listopadu 2019. Pro stanovení migrační cesty vědci určili jejich místo narození analýzou deuteria v křídlech a porovnáním s údaji o dešťových izotopech přítomných v databázi IAEA (klikněte zde pro více informace o technice: World Wildlife Day 2020: Decoding the Secrets of Animal Migration with Isotopes and IAEA Data | IAEA)

„Tento typ výzkumu je důležitý, protože na jedné straně nám pomáhá porozumět vývoji vzorců chování u zvířat a na druhé straně nám z hlediska ochrany přírody pomáhá předvídat, které populace mohou být zranitelnější vůči různým událostem podél migrační trasy, jako jsou klimatické jevy, kolize s automobily či ztráta stanovišť,“ uvedl Keith Hobson, výzkumník z University of Western Ontario v Kanadě a spoluautor studie.

Co víme o migraci motýlů monarchů stěhovavých

Tento hmyz hraje po celé své migrační cestě klíčovou roli jako opylovač nespočetných druhů divokých květin. Každý říjen cestují miliony monarchů po dobu dvou měsíců ze Spojených států a Kanady do hor v centrálním Mexiku, kde zimují. V březnu začínají svůj návrat „domů“, ale cesta zpět na sever trvá čtyři až pět měsíců. Než překonají 3 500 kilometrů, obvykle se narodí několik generací motýlů. Delší doba cestování je dána tím, že generace narozená na severu žije 8krát až 10krát déle než generace narozená na jihu, což rodákům ze severu umožňuje dokončit cestu na jih do dvou měsíců.

„Zatímco za nerušených podmínek mohli dříve motýli monarchové snadno přežít zimní režim ve vysokých nadmořských výškách v lesích, nyní někteří umírají kvůli studeným větrům na holinách způsobených nelegální těžbou dřeva v horách Mexika,“ řekl Wassenaar. Ilegální avokádové plantáže nahrazují několikahektarová zimní stanoviště motýlů a nechávají motýly uvízlé a umírající. Mnoho jich nich také umírá na pesticidy používané hlavně na tzv. kukuřičném pásu Spojených států, živné ploše motýlů.

Wassenaar a Hobson zachytili poprvé kompletní migrační cyklus severoamerických monarchů v roce 1996. Shromáždili 1 200 vzorků z 13 hibernačních kolonií a po celém kontinentu, zkontrolovali vzorce koncentrace deuteria v křídlech a porovnali je s databází IAEA Global Network of Isotopes in Precipitation (GNIP), aby určili původ motýlů a určili jejich migrační trasy.

„Dokončení studie nám trvalo jeden rok, ale s tradičními metodami bychom potřebovali desetiletí, abychom se dostali ke stejným závěrům,“ řekl Wassenaar. IAEA prostřednictvím své globální databáze izotopů hraje základní roli při umožňování aplikace izotopů ke studiu migrace zvířat. Ukázalo se, že použití izotopů ke snadnému a nákladově efektivnímu propojení všech geografických oblastí využívaných migrujícími druhy je základem pomoci vědcům, kteří se snaží spojit vzorce úbytku populace druhů s ničením stanovišť, změnami ve využívání půdy, infekcemi a škůdci a klimatickými faktory.

GNIP

GNIP je celosvětová síť pro sběr údajů o izotopech vodíku a kyslíku ve srážkách (psali jsme o ní v článku https://www.3pol.cz/cz/rubriky/jaderna-fyzika-a-energetika/2516-sedesat-let-mezinarodni-site-izotopy-ve-srazkach. Program GNIP, který zahájila v roce 1960 IAEA a Světová meteorologická organizace (WMO), pomáhá vědcům studovat globální vodní cyklus, původ, pohyb a historii vody. Díky stovkám monitorovacích webů ve více než 90 zemích, které generují více než 130 000 záznamů o izotopech měsíčně, je databáze GNIP dnes vzácným zdrojem pro mnoho vědců v oblasti životního prostředí. Dnes se GNIP a jeho přesná měření izotopů deuteria široce používají ke studiu migrace mnoha zvířat, od netopýrů, ptáků, hmyzu až po ryby.

Zdroje: Mexico: Butterfly Migration of Six Species Studied Using IAEA Data | IAEA

World Wildlife Day 2020: Decoding the Secrets of Animal Migration with Isotopes and IAEA Data | IAEA