Jan Hrček: Rozložit složitou síť a pak ji postupně skládat

Strukturu potravního řetězce housenek a jejich parazitoidů¹⁾ v deštných pralesích Papuy-Nové Guineje popisoval již ve své doktorské práci. Zároveň vyvíjel metody pro molekulární detekci larev parazitoidů uvnitř housenek. V postdoktorském výzkumu se zaměřil na účinky symbiotických bakterií mšic a interakci mezi mšicemi a houbovými patogeny. A do budoucna se chystá objevovat druhovou rozmanitost octomilek i jejich nepřátel.

Nová Guinea, housenky a jejich příživníci

Papua-Nová Guinea je jednou z posledních oblastí, kde dosud přežívají souvislé porosty neporušeného tropického lesa s ohromující rozmanitostí rostlin a živočichů. Jan Hrček se coby student profesora Vojtěcha Novotného na ostrov dostal zcela logicky. Profesor Novotný zde, na břehu korálové laguny, založil před více než deseti lety vědeckou základnu. Původně maličká stanice se mezitím rozrostla na několik budov, včetně klimatizované laboratoře s moderním vybavením nezbytným pro ekologický výzkum, ve které se kromě stálé „posádky“ místných vyškolených pracovníků pravidelně střídají a bádají vědci a studenti z Biologického centra Akademie věd, Přírodovědecké fakulty v Českých Budějovicích i z celého světa, aby zde zkoumali unikátní společenstva rostlin a hmyzu.

„Původně jsem se chtěl na Nové Guineji zabývat opylováním, v té době mne více než housenky a mšice zajímaly včely, ale pak jsem si vzal téma, které mi doporučoval profesor Novotný – parazitoidy housenek. Nakonec jsou to pořád blanokřídlí – a navíc jsem tak dobře zapadl do hlavního proudu papuánského projektu.“

Jak známo, Vojtěch Novotný se intenzivně zabývá otázkou počtu druhů herbivorního hmyzu, jeho potravní specializace. Díky svému dlouholetému výzkumu počtu druhů hmyzu na stromech novoguinejského lesa mohl opravit (v legendárním článku v Nature z roku 2002) do té doby platný názor o počtu druhů hmyzu na Zemi z třiceti milionů na čtyři až šest milionů. Dnes tedy například víme, že v „jeho“ pralese na Nové Guineji žije na dvou stech druzích stromů téměř deset tisíc druhů býložravého hmyzu. Že tento systém zahrnuje zhruba padesát tisíc potravních vztahů mezi určitým druhem hmyzu a druhem stromu.

Tato zjištění byla možná díky detailnímu zkoumání pralesa a vlastnímu chovu housenek, které se živí listím stromů.

Spolu s housenkami se v „domácím chovu“ líhli i jejich parazitoidi. Dlouhou dobu je nikdo nezpracovával. Až se do toho pustil Jan Hrček. „Dostal jsem tím pádem do rukou unikátní materiál, který bych jinak neměl šanci nasbírat. Byla to mnohaletá práce dvacítky Papuánců – tolik vzorků nikdo jiný k dispozici neměl!“ A u parazitoidů Jan Hrček už zůstal.

Pitvání i genetický koktejl

Vojtěch Novotný zkoumá úroveň rostlina–housenka, Jan Hrček se pustil do bádání na úrovni housenka–parazitoid. První prvoautorský článek Hrčka se zabýval molekulární detekcí parazitoidů v housenkách, další články popisovaly celé potravní sítě housenek a jejich parazitoidů. Jak lze molekulárně biologickými metodami zjistit, zda je housenka parazitovaná, a jak určit druh vnitřního, dosud nedospělého parazitoida? Jan Hrček vysvětluje: „Jedna cesta je housenku pitvat a hledat v ní parazity. Pokud však nejsou ve stadiu dospělce, nedají se morfologicky určit, musí se osekvenovat.“ Sekvence se pak porovná s databází dospělých organismů. To je hlavní metoda, kterou Hrček použil. Jeho článek vyšel v Molecular Ecology Resources. Později vyvinul Jan Hrček ještě další metodu molekulární detekce přítomnosti a druhů parazitoidů v housenkách, tu však dosud nepublikoval. „Při ní se vynechá pitvání, housenka se rovnou rozdrtí a pomocí specializovaných primerů se v ní hledá parazitoid. Musí být předem jasné, který gen je vhodný k detekci přítomnosti parazitoida, tedy kde jsou jasné rozdíly mezi hostitelem a parazitoidem. Takový gen ale zároveň není většinou moc variabilní, takže už nepomůže určit druh parazitoida. Proto musí následovat další krok, identifikace pomocí genu, jehož variabilita postačuje k rozlišení druhů. Pak teprve mohu určit konkrétního parazitoida.“

Parazitoidi skrytých housenek

Při další práci se Jan Hrček spojil s odborníky na taxonomii, vytvořil si síť expertů na jednotlivé skupiny, kam materiál posílal a odkud se mu za čas určený vracel. Zároveň využíval i moderní metody sekvenování, zejména DNA barkódování (druhová identifikace za pomoci krátkého úseku DNA), se kterým tehdy molekulární genetici začínali (Vesmír 91, 96, 2012/2). Výsledná morfologická a molekulárně biologická data skládal dohromady a používal ze začátku hlavně v spoluautorských článcích o ekologii a taxonomii housenek a parazitoidů publikovaných v PNAS, American Naturalist, Molecular Ecology Resources, Journal of Natural History a PLOS One. Mimo jiné jeden tehdy nově objevený lumčík pocházející z papuánských chovů nyní nese jméno Vojtěcha Novotného (Vojtechirogas novotnyi).

Novější články Jana Hrčka řeší specializaci housenek a jejich parazitoidů. „Když se řekne housenka, tak si ji každý představí hlavně chlupatou, výraznou, lezoucí po rostlině. Přitom naprostá většina housenkové biomasy jsou zavíječi, obaleči schovaní v listech. Dosud si jich nikdo moc nevšímal, projekt profesora Novotného se zaměřil právě na ně.“

Více je známo o parazitoidech hmyzu, který minuje mezi horní a dolní pokožkovou vrstvou listu. Housenka je dostatečně skryta, parazitoid s ní, takže mu stačí žít a parazitovat vně housenky, nemusí tím pádem bojovat s imunitním systémem. Jinak je tomu u housenek volně lezoucích. Jim, a tím pádem i jejich příživníkům, hrozí predace, tudíž parazitují uvnitř housenky. Jako vetřelci. Tyto druhy jsou pak poměrně silně specializované často jen na úzkou skupinu blízce příbuzných druhů. Článek Jana Hrčka publikovaný na konci doktorátu v časopise Oecologia ukázal, že parazitoidi opomíjených zavíječů a obalečů (kteří jdou jakousi střední cestou a schovávají se jenom trochu) jsou mnohem bližší volně lezoucím housenkám, a proto je na zavíječe a obaleče navázáno velké druhové bohatství specializovaných parazitoidů.

Oxford a bakterie mšic

Poprvé Jan Hrček navštívil Papuu-Novou Guineu v roce 2006, podruhé se vrátil v roce 2009. V roce 2008 přednášel na entomologickém kongresu v Durbanu. Mladého vědce po přednášce zastavil profesor Charles Godfray, legenda ekologie z Oxfordské univerzity. „Přišel za mnou, že se mu moje přednáška líbila, a mně se začal plnit sen. Od začátku doktorátu jsem si přál u něj pracovat, Oxford jsem několikrát navštívil, chtěl jsem, aby tam o mně věděli a abych měl větší šanci na přijetí.“ Po doktorátu plánoval napsat žádost o grant Marie Curie, ale do Oxfordu se nakonec dostal trochu jinak: profesor Godfray dostal grant, kde byla i postdoktorandská pozice, Jan Hrček se přihlásil a byl vybrán. „Důležitou roli hrály mé výsledky, ale zcela určitě také to, že mne osobně znali a že jsem z líhně Vojty Novotného, jehož vnímají velmi pozitivně.“

Kdyby Jan Hrček býval dostal prestižní stipendium Marie Curie, mohl by dva roky pracovat na vlastním projektu, ale s omezenými materiálními podmínkami k výzkumu a tak trochu mimo hlavní dění ve skupině. Grant šéfa znamenal, že se na tři roky zapojil do práce laboratoře profesora Godfraye, vedl řešení grantu a měl navíc k ruce laborantku.

Začal se věnovat výzkumu endosymbiotických bakterií, které žijí v mšicích (viz obr.). „Je to velmi úzká a velmi zajímavá symbióza. Bakterie obývají přímo vnitřek buněk mšic a svým hostitelům pomáhají odolávat přirozeným nepřátelům, parazitoidům nebo nemocem. Mšice ,chytne‘ bakterii a ta jí pomáhá přežít. Naplňuje se tu původní Lamarckova představa: Když zvířata potřebují nějakou vlastnost, tak ji prostě získají. Mšice se vyskytují v prostředí bohatém na parazitoidy, proto proti nim potřebují odolnost. Když získají bakterii od okolních mšic, je velmi pravděpodobné, že takto dostanou ochranu hned, nemusí si ji vyvíjet.“

Bakterie mšic zkoumá několik laboratoří na světě. Hrčkovi se však před rokem povedl terénní experiment, který dokázal, že tato obrana funguje i mimo laboratoř. „Nebyl to nijak geniální experiment, ale propojil jsem tak deset let laboratorního bádání s realitou přírody.“ Momentálně vědec připravuje manuskript k publikaci těchto výsledků.

Octomilky a znovu tropy

Symbiózou bakterií a mšic se bude Jan Hrček zabývat v Oxfordu ještě nejméně rok. Pak plánuje návrat do Českých Budějovic a založení vlastní laboratoře v Entomologickém ústavu v rámci oddělení profesora Novotného. A zároveň by se chtěl orientovat na trochu jiný problém než dosud: na společenstva octomilek a jejich parazitoidů. „Chtěl bych dělat i to, co jsem se naučil u Vojty Novotného: popisovat složitou realitu v tropech. Teď je má práce v Oxfordu spíš experimentálního rázu, líbilo by se mi více propojit laboratoř a terén. Proto jsem si vybral ke zkoumání systém, který někde reálně existuje a je zakotvený.“

Hrček si vybral výškový gradient v Austrálii a na Nové Guineji. „Chtěl bych si všechny druhy, které tam žijí, přivézt do laboratoře, rozložit onu potravní síť a zase ji postupně skládat. Zjišťovat, jaké druhy kde žijí, zda je pro ně důležitější teplotní optimum, nebo zda je jejich výskyt ovlivněn spíš mezidruhovými interakcemi, kompeticí, parazitismem…

Specializací Jana Hrčka jsou složité potravní sítě, kde figurují desítky druhů, nikoli jednotlivý řetězec. „Parazitoid má několik hostitelů a housenka nebo larva mouchy zase figuruje jako hostitel pro několik druhů parazitů. Mne zajímá, jak tento systém funguje jako celek, nikoli jen jednotlivé druhy. A co na tento celek má vliv – v posledních letech se hodně hovoří o globální změně klimatu. Co se s tím společenstvem, s potravní sítí stane při změnách teplot? A popravdě řečeno, projekt jsem si navrhl tak, abych se tu a tam mohl do tropů znovu podívat, aby tam mohli jezdit studenti z mé laboratoře. Tropy se mi pořád líbí a baví mě hledat odpověď na otázku, proč jsou tak biologicky rozmanité.“

A Jan Hrček také pořád zůstává věrný své odborné lásce: Mezi parazitoidy octomilek totiž patří lumčíci, žlabatky, chalcidky. „To všechno jsou blanokřídlí.“

Partnerem seriálu o mladých vědcích je Akademie věd ČR, která vznik tohoto seriálu podpořila.