Jak funguje vnitřní kompas motýlů monarchů?

Američtí motýli danaové stěhovaví (Danaus plexippus) z příbuzenstva našich baboček patří k snad nejznámějším motýlům na světě. Svůj přídomek nezískali náhodou. Během svého stěhování po severoamerickém kontinentu dokážou uletět tisíce kilometrů. Jak to však tito motýli dělají, aby během svých dlouhých cest neztratili směr?Američtí motýli danaové stěhovaví (Danaus plexippus) z příbuzenstva našich baboček patří k snad nejznámějším motýlům na světě. Svůj přídomek nezískali náhodou. Během svého stěhování po severoamerickém kontinentu dokážou uletět tisíce kilometrů. Jak to však tito motýli dělají, aby během svých dlouhých cest neztratili směr?

Motýli jsou jednou z nejatraktivnějších skupin hmyzu, a na výsluní zájmu laiků i amatérských či profesionálních entomologů se proto vyhřívají již od nepaměti. Není tedy divu, že platí za jednu z nejlépe prozkoumaných skupin organismů vůbec. Díky tomu, že některé druhy lze také poměrně snadno rozmnožovat v laboratorních podmínkách, si je oblíbili i specialisté na vnitřní pochody v organismech. Fyziologové a vývojoví biologové na nich čím dál častěji testují nejrozmanitější hypotézy o fungování nejrůznějších biologických procesů. Čím více toho však o motýlech víme, tím záhadnější se nám začínají zdát. V jejich světě se totiž setkáme s řadou neuvěřitelných přizpůsobení (adaptací), před jejichž složitostí bledne většina přístrojů, které byl doposud schopen sestrojit člověk. K nejzajímavějším „zařízením“, která lze v drobných hmyzích tělech nalézt, patří jejich vnitřní „hodinky“ a „kompasy“. Právě jejich výzkum je mezi profesionály v posledních letech velkým šlágrem. Nás může těšit, že svou troškou do mlýna přispěl k jejich poznání i jeden z českých vědců z Entomologického ústavu AV ČR v Českých Budějovicích.

Nejtoulavější z motýlů
 Motýli danaové stěhovaví, jsou známí také pod několika dalšími přezdívkami. Američané jim říkají motýli monarchové (monarch butterflies), v Austrálii si zase vysloužili přezdívku tuláci (wanderers). I mezi motýly, kteří jinak často cestují s velkým zalíbením (mezi našimi motýly jsou za cestovatelské šampiony považováni lišajové), jsou tito původem severoameričtí krasavci skutečnými rekordmany. Většinu roku tráví na mnoha nejrůznějších místech, roztroušených po větší části Spojených států a také jižní Kanady. Na zimu se však stahují do podstatně jižnějších oblastí. Populace, které obývají pás země mezi Tichým oceánem a Skalistými horami, nacházejí svá zimoviště v pobřežním pásu Kalifornie. Jejich východněji žijící příbuzní putují ještě více na jih, do oblasti centrálního Mexika. Díky svým enormním letovým schopnostem se monarchové rozšířili mimo svou původní pravlast v Severní Americe i do dalších oblastí. Od 19. století je lze nalézt i v Austrálii a také na Novém Zélandu. Dokázali dokonce přeletět i Atlantik a poměrně hojní jsou na Azorských ostrovech a také na Madeiře, odkud příležitostně zalétnou i do západní Evropy.

21. STOLETÍ upřesňuje:
Ačkoliv má většina monarchů toulavou povahu, neplatí to zdaleka pro všechny. Exempláře poddruhu D. plaxippus megalippe, který se vyskytuje na Floridě, v Georgii a dále na jih přes Karibik až k povodí Amazonky, zůstávají po celé období svého života v oblasti, kde se vylíhli.

Putující generace
 Proč vlastně monarchové své cesty vůbec podnikají? Zdá se, že za jejich cestami stojí jejich potravní specializace. Jejich larvy dokážou pozřít pouze listy rostliny klejichy z  řádu hořcotvarých rostlin (rod Asclepias), dospělci se zase krmí na jejích květech. Klejichy začínají přirozeně růst nejprve na jihu, a putující motýli tak vlastně sledují dráhu jejich postupného rozkvétání směrem na sever. Celá trasa však může měřit až 4000 km. Uletět ji celou najednou přesahuje možnosti jednoho jedince, který většinou nežije déle než 2 měsíce. Motýli se proto musí po cestě množit a na sever doletí až několikátá (třetí až pátá) generace. V nejsevernějším bodě jejich putování již není potrava tak kvalitní a motýli zde proto svou pouť končí. Poslední generace, která dorazí na daleký sever, je pak skutečně zvláštní. Motýli zde vstoupí do stadia tzv. diapauzy, během níž se zpomalí jejich metabolismus a také sníží jejich touha po potomstvu. Takto speciálně vybavení motýli pak mají dostatek síly na to, aby podnikli namáhavou cestu zpět do svých zimovišť, kde se konečně rozmnoží a celý cyklus se začne opakovat. Jak ale motýli vědí, kdy se mají rozmnožovat a kdy si naopak podobné choutky nechat zajít? Jak poznají, kudy mají letět a jak se trefí přesně do svých tradičních zimovišť? Právě takové otázky jsou pro vědce mimořádně zajímavé. Jak ale sami přiznávají, je plné porozumění všem složkám jejich navigace zatím ještě hudbou budoucnosti.

Do nitra motýlů
 Celý cyklus putování monarchů po severoamerickém kontinentu je tedy značně komplikovaný a mnohokrát přerušovaný stále novými a novými generacemi. Pro biology jsou však tato přerušování dobrým signálem, že v cestovatelských návycích motýlů musí jasně převládat naprogramovaná, tedy genetická složka. Zkoumání vnitřního světa monarchů včetně jejich genetické výbavy se dlouhodobě věnuje laboratoř na lékařské fakultě americké University of Massachusetts pod vedením prof. Stevena Repperta. Vyzbrojen moderní laboratorní technikou se zde do výzkumů pouští rozsáhlý mezinárodní tým vědců, jehož členem byl po jistou dobu Ivo Šauman. Ten dnes vede Oddělení vývojové biologie v Entomologickém ústavu AV ČR v Českých Budějovicích a v řadě výzkumů, započatých v zámoří, zde pokračuje.

21. STOLETÍ informuje:
Doc. RNDr. Ivo Šauman, Ph.D., se dlouhodobě zabývá především způsoby, jimiž živočichové (a zejména hmyz) synchronizují své vnitřní pochody v čase (biologické rytmy). Při svých výzkumech pracoval například s můrami martináči či zavíječi, plošticemi ruměnicemi či bezkřídlými rybenkami. Své výsledky publikuje v prestižních světových vědeckých časopisech, např. v Genetics, Neuron či PLoS Biol.

Neztratit se v čase
 Když se vypravíme do nitra organismu, narazíme na obrovské spektrum pochodů, které jsou také závislé na precizní synchronizaci, jinými slovy nějakých „vnitřních hodinkách“. Tyto vnitřní hodinky jsou spíše rytmicky se opakující komplikovanou kaskádou vznikání a rozkládání speciálních proteinů, která je řízena k tomu vyhrazenými buňkami nervové soustavy (tzv. „pacemarkery“). Do nastavování těchto vnitřních rytmů zasahuje především světlo, svou roli může však sehrát i teplota, potrava či kontakty mezi jedinci. Při výzkumu orientačních schopností motýlů vědci zákonitě narazili na spojení jejich prostorové orientace s orientací časovou. A proč je právě čas tak důležitý? Jejich prostorová orientace je totiž závislá na relativní poloze Slunce, a tedy úhlu dopadu polarizovaného světla do speciálních receptorů v jejich očích. Jelikož se však poloha Slunce na obloze v průběhu dne mění, musí cestující motýl vědět přesně „kolik je hodin“, aby dokázal tuto změnu zavést do svých vnitřních „kalkulací“ správného směru (tzv. časově kompenzovaný sluneční kompas).

Jak propojit čas a prostor?
Při propojování časové a prostorové orientace motýlů hrají hlavní roli zvláštní proteiny, tzv. kryptochromy. Tyto látky byly nejprve objeveny u rostlin. To, že je nacházíme také u živočichů včetně lidí, naznačuje, že jsou skutečně velmi pradávné povahy a musely se objevit už u společných předků všech živočichů a rostlin. U živočichů hrají tyto látky centrální roli zejména v regulaci cirkadiálních (čtyřiadvacetihodinových) rytmů. Výzkumy Reppertova týmu ukázaly, že u motýlů monarchů nacházíme velmi starodávnou verzi kryptochromového systému. Monarchové mají dva typy těchto molekul (CRY1 a CRY2). Zatímco první z nich se podílí na přenosu informace o vnějším světle do nervové soustavy (jako např. u much drosofil), druhý z nich se podílí na udržování vazeb mezi vznikem a rozkládáním proteinů, které vytvářejí základní cirkadiánní (tedy zhruba 24 hodinový) vnitřní rytmus organismu (jako například u myší). A právě molekula CRY2 tedy hraje roli „mostu“ mezi časovou a prostorovou orientací motýlů. „Díky studiu motýlů získáváme cenné poznatky o problému, jak vlastně mozek zpracovává informace o čase a prostoru. Tyto výzkumy mají význam, který daleko přesahuje motýly samotné.“ shrnuje význam výsledků prof. Reppert.

Monarchové a jejich příbuzní
 Podčeleď Danainae, která zahrnuje nejbližší příbuzné motýla monarchy, čítá po celém světě na 300 druhů. Většina z nich žije v tropickém pásu Asie, Afriky a Jižní Ameriky. Druh Danaus plexippus má dva velmi příbuzné druhy na Jamajce (D. cleophie) a v povodí Amazonky (D. erippus). Exotické danaidy, kteří patří mezi nejznámější a také nejkrásnější motýly na světě, v našich luzích a hájích bohužel nepotkáme. Z taxonomického hlediska, tedy z hlediska vzájemné příbuznosti druhů, však u nás běžně potkáme řadu „bratranců“ těchto exotických krasavců. Vědci totiž řadí danay do velké čeledi denních motýlů babočkovitých (Nymphalidae). Tato skupina má po celém světě na 5000 druhů, u nás jich entomologové napočítali 71. Velká část druhů této čeledi patří mezi naše úplně nejhojnější motýly. Kromě známých baboček (např. velkých druhů jako je babočka osiková či babočka admirál) řadíme k babočkám i například luční motýly okáče, bělopásky, perleťovce nebo nádherné batolce duhové, kteří mění zbarvení křídel podle toho, z jakého úhlu se na ně díváme.

Motýlí agroturistika v Mexiku
 Ačkoliv Mexiko není dnes díky obavám z prasečí chřipky příliš atraktivní turistickou destinací, patřilo vždy a v budoucnu jistě i patřit bude k vyhledávaným místům odpočinku, zejména pro movité turisty ze Spojených států. Kromě lákadel typu pláže v Acapulcu, řady doutnajících vulkánů či lidových slavností nejrůznějších indiánských kmenů zná Mexiko i jeden unikátní jev, kvůli kterému se do něj sjíždějí odborníci i laikové z celého světa.  Fascinující podívanou zde zajišťují právě obrovitá hejna motýlů monarchů, kteří se v prostoru o velikosti zhruba Hradce Králové, v oblasti středomexických států México a Michoacán, slétávají z oblastí Severní Ameriky, ležících východně od Skalistých hor. V době, kdy se motýli páří (únor–březen), jsou jimi doslova obsypány veškeré větve stromů a keřů tak, že div nepraskají. Návštěvníci, kteří přijíždějí do rezervace autem, jej často musí zanechat na parkovišti, neboť koncentrace motýlů je příliš vysoká na to, aby byli schopni se svým vozem dovést bezpečně do cíle. Za vstupné do rezervace zaplatí návštěvníci v přepočtu okolo 80 korun, pro snadnější pohyb ve vysokohorském terénu (nadmořská výška se pohybuje mezi 2700–3500 m n. m.) si mohou unavení turisté pronajmout i koně či oslíky.

Jed jako obrana
 Jakmile se na motýla monarchu podívá trénované oko entomologa, okamžitě se mu v hlavě ozve slovo jed. Monarchové jsou skutečně krásným příkladem takového vzhledu, který má všem potenciálním predátorům oznámit: „Na mně si nepochutnáš, jsem odporný a nejspíše také jedovatý!“ Jedovatou obranu prozradí typická černo-červená barevná kombinace – černou zastávají křídelní žilky, které jinak slouží k zásobování tkáně křídel živinami, červená či oranžová jsou pole mezi nimi. Motýli si ovšem jed na svou obranu sami nevyrábějí. Látky, zvané kardenolidy, získávají už jako housenky ze šťáv svých hostitelských rostlin klejich (rod Asclepias). Jejich jedová obrana proto láká mnoho napodobovatelů, kteří se s investicí do jedu obtěžovat nehodlají. Takovému způsobu napodobování, kdy se nejedovatý druh „schová“ za podobně vypadající druh jedovatý, říkají biologové batesovská miméze. Motýly monarchy nápadně napodobuje bělopásek druhu Limenitis archippus. Není tomu však dlouho, co bylo zjištěno, že tento druh motýla je ve skutečnosti také jedovatý. Z kategorie batesovského mimetika (??) se tak přestěhoval do kategorie mimetika műllerovského (??), kdy jedovatý druh napodobuje jiný jedovatý druh.

Publikováno:
Další články autora
Právě v prodeji
Tip redakce

Související články

Aby zuby nebolely

Aby zuby nebolely

Jako zuby moudrosti se označují třetí stoličky. Které se obvykle...
Ledovce v Antarktidě se mění

Ledovce v Antarktidě se mění

Jak se v průběhu času měnily ledovce v Larsenově ledovcovém šelfu v...
V čem si odnést zmrzlinu?

V čem si odnést zmrzlinu?

První jedlé kornouty či kužely pro servírování různých potravin se objevují...
Netopýři jako vzor pro letadlo

Netopýři jako vzor pro letadlo

Netopýr je podle některých vědců doslova úžasné stvoření. „Díváte-li se na ně,...
Krása ptačího pohybu

Krása ptačího pohybu

Ptáci (Aves) jsou pokládáni za potomky drobných teropodních dinosaurů, konkrétně...
Čeští vědci zjistili, jak zvířata vnímají magnetické pole Země

Čeští vědci zjistili, jak zvířata...

Vědci z Masarykovy univerzity v Brně zjistili, že se zvířata dokáží...
Seznamte se! Balistika!

Seznamte se! Balistika!

Balistika, neboli věda o pohybu a účinku střely, je neocenitelným pomocníkem...
Jak se loví krokodýli?

Jak se loví krokodýli?

Navštivte spolu s výzkumníky území, na kterém žijí krokodýli. Kolik lidí musí být, aby...
Seznamte se! Píst!

Seznamte se! Píst!

Píst je pohyblivá součástka strojů sloužící k přenosu síly mezi mechanickým...
Co způsobuje superschopnosti želvušek?

Co způsobuje superschopnosti...

Želvušky jsou známé svou schopností přežít v extrémních podmínkách. Nevadí jim teploty od...

Nenechte si ujít další zajímavé články

Územní ztráta Habsburků: Vyměnil Ferdinand II. Lužici za 72 tun zlata?

Územní ztráta Habsburků: Vyměnil...

„Já s těmi kacíři nemohu uzavřít mír! Je mou...
3x zabijáci v lavicích: Komu se v hlavě honily zrůdné myšlenky? (2.díl)

3x zabijáci v lavicích: Komu se v...

Jsou mladí a neklidní. Hlavou se jim však mnohdy...
FOTO MĚSÍCE: Yetti má kamaráda!

FOTO MĚSÍCE: Yetti má kamaráda!

Vtipných fotografií není nikdy dost. A na webu...
Lisabon na pokraji zkázy: Zachránil ho duchapřítomný ministr!

Lisabon na pokraji zkázy: Zachránil...

Z výstavných lisabonských paláců zbyly ruiny. Co...
Nová fakta o objevení Austrálie: Přepíše dějiny malá kresba klokana?

Nová fakta o objevení Austrálie:...

Nenápadná jeptiška Caterina de Carvalho z Caldas da...
Boj o Čínu: Rozhodla o vítězství komunistů korupce?

Boj o Čínu: Rozhodla o vítězství...

„To nevypadá dobře!“ Čankajšek krátce vykoukne z okna a...
3x zabijáci v lavicích: Komu se v hlavě honily zrůdné myšlenky?

3x zabijáci v lavicích: Komu se v...

Jsou mladí a neklidní. Hlavou se jim však mnohdy...
Ötzi: „Kosí“ vědce kletba pravěkého šamana?

Ötzi: „Kosí“ vědce kletba...

V horském sedle ötztalských Alp, ve výšce 3210 metrů,...
Anders Breivik: Falešný policista střílel do dětí!

Anders Breivik: Falešný policista...

Vládní čtvrť Regjeringskvartalet v norském Oslu tepe...
Poznejte své IQ

Poznejte své IQ

V našem profesionálně sestaveném testu ihned zjistíte přesné výsledky a obdržíte certifikát.