Vliv chemikálií na populace hmyzu

Za použití knihovny více než 1000 chemikálií zkoumali vědci a spolupracovníci Evropské laboratoře molekulární biologie (EMBL), jak agrochemikálie ovlivňují populace hmyzu. Výzkum zjistil, že vystavení larev ovocných mušek nefatálním (takovým, která neohrozí jejich život) množstvím některých chemikálií změnilo jejich chování, zatímco vyšší hladiny po akutní expozici ohrozily jejich dlouhodobé přežití. Při zvýšení okolní teploty o čtyři stupně se výsledky zhoršily. Podobné změny byly pozorovány i u komárů a motýlů. Tato zjištění dokladují, že používání chemikálií přispívá k celosvětovému poklesu populace hmyzu tím, že nepříznivě ovlivňuje vývoj a chování. Výzkum může vést ke zlepšení hodnocení chemické bezpečnosti, potravinové bezpečnosti a zdraví zvířat a lidí.

Navzdory lidem, kteří nesnášejí smradlavé brouky či komáry, hraje hmyz klíčovou roli v koloběhu života v prostředí naší planety. Světově uznávaný biolog E. Wilson výstižně prohlásil, že pokud hmyz zmizí, naše životní prostředí se zhroutí. 

Vědci zaznamenali, že chování hmyzu se mění a že hmyzí populace klesají v průměru o 2 % - 3 % ročně. Potenciální příčiny této změny mohou být: ztráta přirozeného prostředí v důsledku nadměrného rozvoje průmyslu a zemědělství, změny klimatu a používání chemikálií. 

Chemické prostředky pomáhají i škodí

Výzkumníci a spolupracovníci EMBL zkoumali, jak pesticidy, herbicidy a další agrochemikálie ovlivňují populace hmyzu. Systematicky vystavovali larvy ovocných mušek více než 1 000 druhům molekul obsažených v jedinečné chemické knihovně EMBL, která uchovává různé agrochemikálie ve formátu snadno použitelném pro velkoplošné screeningy. 

Larvy ovocných mušek pocházely z více geografických lokalit a vědci sledovali jejich vývojovou dobu, chování a dlouhodobé přežití po dobu jejich životního cyklu. Zjistili, že 57 % testovaných chemikálií významně změnilo chování larev ovocných mušek, a to i v množstvích, o kterých je známo, že nejsou smrtelná. Vyšší hladina chemikálií pak ohrozila dlouhodobé přežití mušek. „Zjistili jsme, že když jsme vystavili larvy i jen velmi nízkým dávkám chemikálií, expozice způsobila rozsáhlé změny ve fyziologických procesech, které jsou důležité pro vývoj a chování,“ řekl Lautaro Gandara, první autor článku, který o těchto zjištěních informoval v časopise Science a postdoktorand ve výzkumné skupině Crocker společnosti EMBL. „Tyto změny se zhoršily, když jsme zvýšili teplotu v pěstebních komorách o čtyři stupně, což je rozhodnutí zrozené z myšlenky, že globální teploty jsou na vzestupu a mohou působení pesticidů na larvy ovlivnit.”

Růst teploty umocňuje účinky

Vědci začali zvýšením teploty v pěstebním prostředí o dva stupně (z 25 °C na 27 °C). Když neviděli velký rozdíl, zvýšili teplotu dále na 29°C, což je stále reprezentativní pro letní teplotní rozsahy velké části světa. Pak zaznamenali výrazný dopad.

Míchání chemikálií umocňuje účinky

„Dále jsme smíchali některé z nejčastěji detekovaných chemikálií v ekologicky relevantních dávkách, a vystavili jsme jim ovocné mušky v době líhnutí. Pak jsme viděli mnohem silnější efekt“, řekl Justin Crocker, vedoucí skupiny EMBL a hlavní autor vědecké práce. „Pozorovali jsme 60% pokles míry snášení vajec, což předznamenalo pokles populace, ale také další změněné chování, jako je častější „hrbení“, chování pozorované u kontrolní skupiny jen zřídka.” (Hrbení - hunching je, že larvy ohýbají nebo kroutí svá těla přehnaným způsobem. Může signalizovat stres nebo nepohodlí, ale také zásadní problémy, jako je otrava, neurologické účinky nebo narušení fyziologických procesů.)

„Navenek se hrbení může zdát bezvýznamné, ale i malé změny v chování mohou ovlivnit zdatnost, pokud nepříznivě ovlivní například krmení, páření a migraci”, dodal Crocker. „Vědci musejí pochopit, jak živočichové interagují mezi sebou a s prostředím, aby předpověděli jaký dopad na ekosystém budou mít změny – ničení stanovišť nebo změna klimatu.”

Zatím není jasné, zda toto „hrbení“ souvisí s dalšími změnami, jako je např. snížená rychlost snášení vajec. Je možné, že tato dvě chování spolu nesouvisejí. Ovšem je pravděpodobné, že larvy, které tráví spoustu času hrbením, místo aby se krmily, nebudou v přirozeném prostředí prosperovat.

Výzkum je plodem spolupráce

Gandara a Crocker se pro tuto studii spojili s několika dalšími vědci. Jean-Baptiste Masson a François Laurent z Institutu Pasteur spolu s týmem Christiana Tischera v EMBL poskytli k lepšímu pochopení behaviorálních efektů přístup k výpočtům s vysokým statistickým rozlišením založeným na umělé inteligenci. Mezi další spolupracovníky EMBL patřila Zimmermann Group s chemickou knihovnou, Savitski Group pro odborné znalosti proteomiky a Zimmermann-Kogadeeva group pro odborné znalosti výpočetní biologie. Spolupracovníci Vicky Ingham, vedoucí skupiny v Univerzitní nemocnici v Heidelbergu, a Arnaud Martin, docent biologie na Univerzitě George Washingtona, pomohli výzkumníkům EMBL rozšířit rozsah jejich experimentu tak, aby zahrnoval i komáry a motýly druhu Painted Lady (babočka bodláková). Výsledky byly podobné, čímž byl ověřen experimentální přístup a závěry i na jiných zástupcích hmyzu. 

Každý má své místo v ekosystému planety

Hmyz – i ten, který považujeme za škůdce –, je pro planetu důležitý. Hmyz opyluje rostliny, které jíme, hmyz je důležitou součástí potravního řetězce. Dlouhou dobu lidé spekulovali o různých důvodech změn chování hmyzu. Tento výzkum pomáhá objasnit jeden významný přispívající faktor. Jedním z největších poznatků z této práce je, že i malá množství určitých chemikálií mají dopad. 

Chování zvířat hraje klíčovou roli při udržování rovnováhy ekosystémů. Navíc s klesajícími populacemi hmyzu klesá i genetická rozmanitost, která je pro druhy zásadní, aby se snáze přizpůsobily změnám prostředí v současnosti i v budoucnosti.

„Pozitivním aspektem této práce je, že máme nové znalosti o tom, které chemikálie mohou způsobit určité molekulární změny v organismu a související změny chování a vývoje“, řekl Crocker. „Poskytnutím údajů o dopadu a toxicitě chemikálií se tyto testy mohou promítnout do regulačních a průmyslových postupů, které lépe ochrání lidské zdraví a životní prostředí.”

Evropská laboratoř molekulární biologie (EMBL)

 Evropská laboratoř biologických věd, vede a koordinuje výzkum o živé přírodě v celé Evropě, poskytuje školení pro studenty a vědce, řídí vývoj nových technologií a metod v biologických vědách a nabízí nejmodernější výzkumnou infrastrukturu pro širokou škálu experimentálních a datových služeb. EMBL je mezivládní organizace s 29 členskými státy, jedním přidruženým členem a jedním potenciálním členem. Má 6 laboratoří v Barceloně, Grenoblu, Hamburku, Heidelbergu, Hinxtonu u Cambridge a v Římě.

Zdroj: Pervasive sublethal effects of agrochemicals as contributing factors to insect decline | bioRxiv