Silenky a noční motýli
1. 10. 2008
Letní ráno na louce u Budče, nedaleko Prahy. Ve čtveřici rozlehlejších stanů procházíme mezi květináči se silenkami bílými. Pro většinu z nás běžný plevel. Ale pro botaniky je to fascinující model, na němž sledují, co ovlivňuje reprodukční úspěch rostlin. Jejich konečným cílem je pak pochopit chování invazních rostlin. Ano, i obyčejná silenka se totiž v některých oblastech světa začala měnit z nenápadné rostlinky na nežádoucího útočníka.
Ač se to většině z nás laiků asi nezdá, věda je skutečně fascinující dobrodružství poznávání. Odhalování skrytých tajemství přírody přitom zdaleka neprobíhá jen v superlaboratořích se špičkovou technikou a ohromnými vědeckými týmy. Podstatná část tohoto příběhu se odehrává na obyčejných loukách nedaleko Prahy. A současně ve Virginii, na východním pobřeží Spojených států.
James Stone studuje ekologii daleko na severu – na Aljašce, na Univerzitě ve Fairbanksu. Genetička Helena Štorchová vede laboratoř reprodukce rostlin v Ústavu experimentální botaniky naší Akademie věd. Jejich společnou pozornost přitáhly velké a dosud nezodpovězené otázky biologie: Proč u většiny mnohobuněčných organizmů na naší planetě existuje pohlavní rozmnožování? A proč se u rostlin vyvinulo do tolika různých variací?
Toto je objekt velkého zájmu naší dvojice. Běžná polní bylina, silenka obecná. Pro rostlinné biology se právě ona stala modelem, na němž chtějí pochopit, jak způsob rozmnožování může nenápadnou silenku změnit v jiné části světa na invazní rostlinu.
Muž a žena, samec a samice. Už prvňáčkové vědí, že pro vznik nového života se musejí spojit jedinci obojího pohlaví. Je to však v přírodě vždy? Zdaleka ne. Květ denivky – stejně jako květy většiny dalších rostlin obsahuje samičí i samčí pohlavní orgány. Pestík ukrývá ve své spodní části – semeníku – samičí pohlavní buňky. Samčí orgány jsou tyčinky s prašníky, obsahujícími pyl. Po oplození samičích buněk pylem vznikají semena. Denivky a velká většina dalších rostlin jsou tedy rostliny oboupohlavní – hermafroditi.
Ke svému výzkumu si biologové vybrali Kovárské stráně v jednom z údolí nedaleko Kladna. Silenka se tu vyskytuje v hojném počtu. Vybraní jedinci ovšem přesídlili do květináčů. Badatelé sledují jejich interakci s hmyzími opylovači. Je to jedno z horkých témat současné biologie.
Pestré květy lákají opylovače – především hmyz. Pokud se však žádný nedostaví, nemusí být vše ztraceno. Blizna může být opylena pylem téhož květu. Semínka však budou pravděpodobně méně životaschopná, než kdyby vznikla přenosem pylu z jiného jedince. I u rostlin se totiž projevuje nepříznivý důsledek příbuzenského křížení. Není tedy lepší mít pohlaví oddělená, jak je tomu třeba u savců? Asi ano. Jenže zvířata si to mohou dovolit. Jsou pohyblivá, sameček si svou samičku snadno najde.
Rostliny tráví svůj život přisedle a je pro ně výhodné mít pojistku pro případ, že čmelák nepřiletí nebo vítr nezafouká. Život je však nesmírně mnohotvárný a i pro některé rostliny se časem ukázalo výhodné mít pohlaví oddělená, vyskytovat se v podobě samiček a samečků. Říkáme jim rostliny dvoudomé. Mezi ně patří třeba vrby, kopřiva, ale také chmel nebo konopí.
Silenka obecná patří k takovým druhům rostlin, které rafinovaně kombinují obě možnosti. Vytvářejí jedince s oboupohlavními květy, ale také jedince jednopohlavní – samičí. Oboupohlavní jedinci vytvoří potomstvo i v tom případě, že jsou široko daleko jediní. To se může snadno stát, jestliže vítr či pták zanese semeno velmi daleko od mateřské rostliny. Naopak osamělá samička šanci na potomstvo nemá, bez pylu semínka nevzniknou.
Samičky se však prosadí lépe než hermafrodité v početných skupinách. Jejich potomstvo je různorodější, geneticky zdatnější, protože se na něm podílí výhradně pyl jiných jedinců. Teoretické úvahy jsou logické, ale funguje to doopravdy tak? To musí prokázat až pokus v přirozeném prostředí. Každý ze čtveřice stanů na Kovárských stráních má svůj účel: první je přístupný pro hmyz ve dne v noci. Druhý stan je určen pouze pro denní návštěvníky. Tam se sledují především včely a mouchy pestřenky. A cíl jejich letu – pyl z tyčinek na hermafroditních květech. Na samičích květech včela pyl nenalezne. Ale ví to předem? Rozpozná samičí a oboupohlavní květy na dálku?
Třetí stan – ten se otvírá jen na noc. Pro noční opylovače. Noční motýli – neboli můry – mlsají nektar z květů obojího pohlaví. Anebo létají přednostně jen na samičí květy, které obsahují nektaru více? To ukáží záběry z kamer s nočním viděním. A čtvrtý stan na Kovarských stráních slouží jako kontrola bez jakéhokoli přístupu pro hmyz.
Silenka obecná pochází z Asie. K nám do Evropy se dostala před mnoha tisíci lety spolu s prvními zemědělci. Některé populace však zřejmě žily v Evropě i v době ledové. S jejich potomky se můžeme setkat na alpských loukách. Její další skok za Atlantik mají na svědomí Evropané, kteří silenku přivezli do Ameriky spolu s krmivem pro koně a dobytek. Dnes ji najdete na celém světě.
Květy silenek a jejich opylovači. Ač to na první pohled nevypadá, jde o unikátní mezinárodní výzkum, v němž biologové srovnávají životní podmínky silenky obecné u nás a na americkém kontinentě. James Stone sledoval silenky loni v horské stanici Mountain Lake ve Virginii, na východním pobřeží Spojených států. Na Jamesově domovské univerzitě v aljašském Fairbanksu mohou silenky studovat jen v místních sklenících. Nechají tu vyklíčit semena dovezená z Kovárských strání a porovnají zdatnost potomků, pocházejících z hermafroditů a samičích rostlin. A jak James hodnotí rychlé šíření silenky na východní pobřeží Spojených států?
James D. Stone, Ph.D. kandidát, University of Alaska Fairbanks, USA: Jedním z cenných poznatků je zjištění, že když chybějí rostlinní predátoři, jaké má rostlina v Evropě, rostlina se může stát více invazní a pak představuje ekologickou hrozbou.
Od kvetoucích silenek na Kovárských stráních, nedaleko slavné Budče s nejstarší stojící kamennou stavbou u nás, která pamatuje dobu svatého Václava, vede přímé spojení až do mikrosvěta, do světa rostlinných buněk. Proniká tam Helena Štorchová se svými spolupracovníky. Jejich cílem jsou buněčné organely mitochondrie – jakési mikroelektrárny, dodávající energii buňce i celé rostlině.
Ta je zapotřebí především při tvorbě ohromného množství pylových zrnek. Proto i malé poškození genetické informace mitochondrií může vést k tomu, že rostlina nedokáže vyrobit pyl, stane se samičkou. Genetici hledají v genomu těchto buněčných organel odpověď na otázku, který z genů je odpovědný za narušení mitochondriální funkce a rozhoduje tak o pohlaví jedince.
Není to lehký úkol. Jeho vyřešení povede k pochopení životní strategie silenky obecné i ostatních rostlin, které se vyskytují v podobě samiček i hermafroditů. Není jich málo, odhadem asi desetina všech druhů vyšších rostlin.
Autor: Vladimír Kunz