Jak prostředí ovlivňuje mikrobiom divokých včel?

Mikrobiom divokých včel se vyznačuje velkou rozmanitostí bakterií, které jsou přímo spojeny s prostředím, v němž včely žijí a forážují. Studie ukazují, že včely, jako jsou různé druhy rodu Megachile (např. Megachile parallela, Megachile rotundata) a rodu Osmia (např. Osmia bicornis, Osmia caerulescens), mají mikrobiom, který je charakterizován přítomností klad bakterií rodu Lactobacillus a dalších bakteriálních kmenů, které jsou rozšířeny nejen na květinách, ale i v samotném těle včel (Lozo et al. 2015; McFrederick et al. 2017). Tento mikrobiom hraje klíčovou roli v trávení pylu, ochraně proti patogenům a celkovém zdraví včely.

Včely, které hnízdí v rostlinných stoncích, jako například Ceratina calcarata, mají ještě širší spektrum mikroorganismů, včetně bakterií rodu Lactobacillus, Wolbachia, Acinetobacter, Erwinia a dalších. Některé z těchto bakterií jsou pravděpodobně získávány z květů, které včely navštěvují, a mohou mít zásadní vliv na jejich zdraví a vývoj (Chari et al. 2015; McFrederick and Rehan 2016).

U divokých včel se mikroorganismy přenášejí převážně environmentálními cestami, což je zásadní rozdíl oproti společenstevním včelám, jako jsou včely medonosné nebo bzučivky. U těchto sociálních včel existuje silná podpora pro šíření bakterií skrze interakce mezi členy kolonie, ale u divokých včel, které žijí osaměle, jsou procesy přenosu mikrobioty složitější. V tomto případě mikroorganismy často přicházejí z prostředí, kde včely foráží, nebo z materiálů, které používají k hnízdění, jako jsou půda, listy a pryskyřice.

Solitární způsob života divokých včel vytváří výzvy v přenosu mikroorganismů mezi generacemi. U včel, které snášejí vajíčka do oddělených hnízdních komor, je kontakt mezi dospělými jedinci a larvami minimální. I přes tuto výzvu matky včely smíchávají pyl s nektarem a slinnými sekrety, čímž zavádějí do potravy larev mikroorganismy, které jsou prospěšné pro jejich růst a ochranu proti patogenům (Gilliam et al. 1984, 1990).

Mikrobiom včel není pouze výsledkem jejich interakce s květinovými zdroji, ale také je ovlivněn místními klimatickými a environmentálními podmínkami. Například teplotní změny mohou ovlivnit relativní množství různých bakterií ve mikrobiomu včel, přičemž některé bakterie, jako je Lactobacillus, jsou častější v oblastech s nižšími teplotami (Voulgari-Kokota et al. 2019c; Nguyen and Rehan 2022b). Geografické rozdíly také hrají významnou roli, kdy včely z různých regionů mohou mít odlišné mikrobiomové komunity v závislosti na místních podmínkách, jako je množství zelených ploch nebo charakter krajiny.

Důležité je rovněž to, jak urbanizace a antropogenní činnosti ovlivňují mikrobiom včel. Studie ukazují, že urbanizace nemá zásadní vliv na acquisici mikrobioty u divokých včel, přičemž faktory jako dostupnost zelených ploch a bohatství včelích komunit mohou mít naopak pozitivní vliv na přítomnost prospěšných bakterií, jako je Lactobacillus (Nguyen and Rehan 2022b). U některých druhů včel, jako je Osmia lignaria, jsou prospěšné bakterie častější v oblastech s větší biodiverzitou a dostupností přirozených stanovišť.

Pokud jde o udržování mikrobioty, solitární včely čelí výzvám, které pramení z jejich způsobu života. Na rozdíl od sociálních včel nemají včely možnost přenosu mikrobioty mezi jednotlivými jedinci v hnízdě, což znamená, že jejich mikrobiom je více závislý na vlivu prostředí, než na sociálních interakcích, které by jinak podporovaly konzistenci mikrobioty mezi členy kolonie (McFrederick et al. 2012, 2017). To může mít dalekosáhlé důsledky pro jejich zdraví, schopnost vývoje a přežití.

Mikrobiom divokých včel je tedy složitým a dynamickým systémem, který je výsledkem interakcí mezi včelami a jejich prostředím. Od květin, přes geografické podmínky až po urbanizované oblasti – všechny tyto faktory hrají klíčovou roli při formování mikrobioty včel. Je tedy nezbytné pochopit, jakým způsobem prostředí ovlivňuje mikrobiom včel, abychom zajistili jejich ochranu a podporu v budoucnosti.

Jak květiny ovlivňují přenos patogenů mezi včelami?

Chování včel při sběru nektaru a pylu na květinách hraje klíčovou roli v kontaminaci a přenosu patogenů. Například bzučivé včely, které se při sběru pylu často "škrábou" na květech, jsou schopny nasbírat mnohem více mikroorganismů než včely sbírající nektar. Tento proces je označován jako "scrabbling" a může vést až k 23% vyšší akumulaci mikroorganismů, než když včely pouze sbírají nektar. Naopak metoda "buzzing", při níž včely používají vibrace k uvolnění pylu z květních částí, vede k podstatně pomalejšímu nárůstu mikrobiálního znečištění (o 79% pomalejšímu). Tento jev naznačuje, že určitý způsob sběru potravy může výrazně ovlivnit množství patogenů, které včely přenášejí.

Kromě chování včel samotných mohou květiny a jejich morfologické vlastnosti přímo ovlivnit pravděpodobnost přenosu patogenů. Bylo prokázáno, že květiny s vyšším počtem reprodukčních struktur, jako jsou okvětní lístky, pylové váčky, pestíky a nektar, mohou zvyšovat riziko kontaminace patogeny. Tyto vlastnosti prodlužují dobu, po kterou se včely zdržují na květinách, čímž se zvyšuje pravděpodobnost kontaktu s infikovaným pylem nebo nektarem. Květiny, které mají hlubší a složitější struktury, také zvyšují kontakt včely s kontaminovanými částmi rostliny, což dále zvyšuje riziko přenosu patogenů mezi jednotlivými včelími koloniemi.

Zajímavé je, že včely jsou schopny rozeznávat květiny, které byly nedávno navštíveny jinými včelami, a tím se vyhnout těmto květům, aby se minimalizovalo riziko kontaminace. Tento mechanismus může mít evoluční výhodu nejen pro optimalizaci sběru potravy, ale také pro snižování expozice patogenům. Takto vyvinutá chování mohou včely používat nejen pro selekci kvalitnějších potravních zdrojů, ale i pro snížení rizika infekce.

Dalším faktorem, který ovlivňuje přenos patogenů, jsou specifické chemické látky produkované květinami, jako jsou alkaloidy a polyfenoly. Některé rostliny obsahují chemické sloučeniny, které mají inhibiční účinek na růst mikroorganismů způsobujících onemocnění včel. Například látky jako anabasine, ampelopsin nebo terpeny jako eugenol a thymol byly prokázány jako účinné v boji proti mikroorganismům, které jsou spojeny s včelími nemocemi. Takové rostliny mohou tedy nejen podporovat zdraví včel, ale i zpomalovat šíření nemocí včelí kolonie.

Chování a preference včel při hledání potravy mají tedy mnohem hlubší význam než pouhá volba květin na základě jejich kvantitativní nabídky. Je důležité si uvědomit, že včely nejsou pouze pasivními nositeli pylu, ale aktivně se podílejí na regulaci rizika šíření patogenů. Kromě toho, že včely mohou reagovat na změny v květinových vlastnostech, mohou se také rozhodnout navštěvovat květiny, které jsou buď méně kontaminovány, nebo naopak poskytují mikrobiální ochranu díky své chemické struktuře.

Ačkoliv se chování včel při sběru nektaru a pylu může na první pohled jevit jako jednoduchý proces, existuje celá řada faktorů, které mohou ovlivnit pravděpodobnost přenosu patogenů. Tyto faktory zahrnují nejen morfologické a chemické vlastnosti rostlin, ale i způsob, jakým jednotlivé včely sbírají potravu. Vědecké výzkumy, jako jsou experimenty s různými druhy květin a včelími koloniemi, ukazují, že i malé změny ve způsobu sběru potravy mohou mít výrazný vliv na šíření nemocí mezi včelami.

Jak barcoding (DNA kódy) pomáhá v identifikaci včel: Případová studie globálního úsilí

Barcoding, tedy metoda identifikace organismů pomocí krátkých sekvencí DNA, se stala od svého popularizování v roce 2003 velmi účinným nástrojem pro identifikaci vzorků členovců, zejména v těch skupinách, kde je tradiční identifikace prakticky nemožná. Tento postup, který původně vznikl pro identifikaci motýlů, se rychle stal nepostradatelným nástrojem pro entomology po celém světě, a to nejen pro jejich výzkumy, ale i pro ochranu biodiverzity.

V roce 2008 byla v Torontu v Kanadě zahájena ambiciózní kampaň s cílem vytvořit globální DNA barcodingovou knihovnu pro všechny divoké včely na světě, což znamenalo více než 20 000 druhů. Tento projekt, nazvaný Bee-BOL, měl ambiciózní cíl pokrýt alespoň 10 % celkové včelí fauny na Zemi. V roce 2009 bylo do veřejných databází přidáno více než 10 000 sekvencí DNA, které zahrnovaly asi 2000 druhů, což představovalo přibližně 60 % rodů včel na světě. Tento globální projekt ukázal, jak silný nástroj DNA barcoding představuje nejen pro taxonomii, ale i pro ochranu biodiverzity.

V Kanadě se již od počátku 2000. let DNA barcoding podílel na tvorbě seznamu včelích druhů. První vyhodnocení včelí diverzity v Kanadě se soustředilo pouze na Nový Skotsk, kde bylo barcodováno přibližně 75 % známé včelí fauny. Podobně jako v jiných regionech DNA barcoding potvrdil svou účinnost při identifikaci druhů na základě genetických rozdílů mezi jednotlivci v rámci jednoho druhu a mezi příbuznými druhy. V roce 2017 byla barcodingová knihovna kanadských včel téměř dokončena s více než 12 600 sekvencemi DNA, což pokrývalo přibližně 95 % druhů zaznamenaných v Kanadě. Nicméně, stále existovaly generické mezery, přičemž některé rody byly obtížné úplně pokrýt kvůli přítomnosti kryptických taxonů, což naznačovalo potřebu hlubší taxonomické práce.

Ve stejném období, tedy kolem roku 2016, byla v Chile provedena DNA barcodingová analýza včelí fauny, která byla považována za relativně dobře známou. Chile, s odhadovanou endemicitou včelí fauny kolem 70 %, se ukázalo být zajímavé pro tuto analýzu. Výsledky ukázaly, že skutečný počet druhů v Chile je mnohem vyšší, než se původně předpokládalo. Původní odhad počtu druhů v Chile činil 424, ale díky DNA barcodingu se tento počet odhadoval na 559 druhů, což pro dlouho zkoumanou faunu představovalo překvapivý výsledek.

Také v Evropě se v posledních letech v oblasti DNA barcodingu včel začaly projevovat konkrétní iniciativy. V Británii, Německu a Francii se barcoding ukázal jako efektivní nástroj pro identifikaci jednotlivých druhů včel. Projekt Magnaccy a Browna z roku 2012, který se zaměřil na irské osamělé včely, například prokázal, že DNA barcoding může účinně doplnit tradiční morfologické metody a umožnit přesnější identifikaci i v případě problematických druhů. Tyto studie nejenom zlepšily taxonomickou pokrytí evropské včelí fauny, ale rovněž poskytly nové nástroje pro její ochranu.

Přestože DNA barcoding neodhaluje všechny detaily (například pro některé nedávno divergující druhy nemusí být identifikace zcela jasná), je to stále velmi užitečný nástroj pro rychlou a přesnou identifikaci včel a dalších hmyzu. Tento přístup umožňuje nejen urychlit taxonomické studie, ale i poskytovat cenné údaje pro ochranu přírody, protože identifikace druhů je klíčová pro porozumění ekologickým rolím, které tyto organismy v přírodních ekosystémech hrají.

Kromě přínosů pro taxonomii a ochranu přírody je důležité si uvědomit, že barcodingová data mohou sloužit jako cenný nástroj pro monitoring biodiverzity v širším měřítku. Použití DNA barcodingu pro systematické mapování fauny na celosvětové úrovni vytváří základ pro porovnání ekologických změn, které by jinak zůstaly nepozorovány. Význam tohoto přístupu je tedy nejenom v identifikaci nových druhů, ale i v jeho schopnosti pomoci včas odhalit ekologické hrozby a podpořit efektivní ochranu přírody.

Jak správně kvantifikovat místní květinové zdroje a proč je to důležité pro ochranu včel?

Kvantifikace květinových zdrojů je klíčovým aspektem pro porozumění dynamice ekosystémů a ochraně biodiverzity, zejména pokud jde o včely a jejich polní opylování. Jak ukazují současné výzkumy, výrazný pokles divokých včel na celosvětové úrovni je důsledkem komplexního souboru faktorů, z nichž hlavní příčinou je ztráta a degradace květinových zdrojů. To souvisí především s expanzí intenzivního zemědělství, které vede k zániku přirozených a polopřirozených ekosystémů. V mnoha oblastech došlo k fragmentaci krajiny, což výrazně zmenšilo dostupnost květinových zdrojů pro opylovače, a tím i ohrožení včelí populací.

Zvýšení květinových zdrojů v krajině je považováno za jedno z hlavních opatření, která mohou pomoci zmírnit tento negativní trend. Je možné to dosáhnout různými způsoby – přímým zaséváním divokých květin nebo prostřednictvím změny zemědělských praktik na ekologičtější. I přesto, že účinnost těchto opatření může záviset na specifických podmínkách každého regionu, existuje stále více důkazů, že zvyšování rozmanitosti a dostupnosti květinových zdrojů pomáhá udržovat početnost a rozmanitost včelích populací.

Důležitou roli hraje i typ květinových zdrojů, které se v krajině nacházejí. Například různé druhy květin poskytují odlišné odměny pro včely – některé květiny nabízejí více nektaru, jiné zase pylu. Důležitá je nejen kvantita, ale i kvalita těchto zdrojů. Některé druhy květin mohou včelám poskytovat výživné odměny po dlouhou dobu, což je klíčové pro jejich reprodukci a přežití v náročných podmínkách. Doposud však nebyla vyvinuta univerzální metodika pro kvantifikaci těchto zdrojů, což značně komplikuje monitoring a efektivní správu krajiny.

Dalšími faktory, které ovlivňují květinové zdroje, jsou phenologické změny a struktura krajiny. Mnohé studie ukazují, že včely reagují na dostupnost květinových zdrojů s určitým zpožděním a jejich početnost může klesat v závislosti na sezónních změnách a dostupnosti alternativních zdrojů v krajině. Například samotářské včely mohou vykazovat nižší početnost v oblastech, kde jsou k dispozici pozdní sezónní květiny, zatímco u bumblebees je to naopak, jejich početnost roste s rozmanitějšími a dříve kvetoucími zdroji.

Vztah mezi květinovými zdroji a zdravím včelí populace je tedy složitý a vyžaduje nejen pochopení prostorových, ale i časových aspektů dostupnosti květinových zdrojů. Je nezbytné zajistit, aby byly informace o květinových zdrojích dobře dostupné a používané pro efektivní plánování ochrany a management krajiny.

Význam kvantifikace květinových zdrojů má také širší dopad na politiku ochrany přírody a biodiverzity. Politiky, které podporují výsadbu květinových pruhů nebo podporují ekologičtější zemědělské praktiky, mohou pomoci zvýšit dostupnost těchto cenných zdrojů pro opylovače. Zajištění přístupnosti a interoperability dat o květinových zdrojích, v souladu s principy FAIR, je nezbytné pro efektivní rozhodování a rozvoj ochranných programů zaměřených na včely.

Pro zajištění dlouhodobé ochrany včelích populací je rovněž nezbytné věnovat pozornost vlivu změny klimatu, která může mít zásadní dopad na interakce mezi rostlinami a opylovači. Zvyšování teploty a změny v sezónnosti mohou ovlivnit synchronizaci kvetení a tím dostupnost potravy pro včely v klíčových obdobích. Proto je důležité monitorovat a přizpůsobovat ochranné strategie aktuálním podmínkám a zajistit, aby chráněné oblasti a jiné ekosystémy fungovaly jako stabilní zdroje pro opylovače i v měnícím se klimatu.