Jak mikrobiota ovlivňuje zdraví a ekologii divokých včel: Nové perspektivy a výzvy pro výzkum

Mikrobiota hraje klíčovou roli v ekologii a zdraví divokých včel. Podobně jako u včel medonosných a bumblebees, mikrobiota u těchto druhů ovlivňuje jejich interakce s prostředím a celkovou vitalitu. Například, při přechodu včel z larevního stádia na pupa a dospělce dochází k dynamickým změnám ve složení mikrobioty. Tento proces, pozorovaný u druhů jako Nomia melanderi a Ceratina calcarata, ukazuje, jak mikrobiota reaguje na vývojové fáze hmyzu (Kapheim et al. 2021; Nguyen and Rehan 2022a). Studie naznačují, že přirozené prostředí, dostupnost květinových zdrojů a místní podmínky výrazně ovlivňují mikrobiální společenstva u různých druhů divokých včel, včetně Osmia lignaria, což podtrhuje vztah mezi krajinnými charakteristikami a esenciálními bakteriálními populacemi (Voulgari-Kokota et al. 2019c; Cohen et al. 2020).

Mikrobiota divokých včel vykazuje velkou variabilitu mezi jednotlivými druhy. Zatímco včely medonosné a bumblebees mají relativně stabilní složení střevní mikrobioty, u solitérních včel jsou nalezeny mnohem rozmanitější bakteriální komunity. Různé bakterie, jako jsou Acetobacteraceae, Bacillaceae, Burkholderiaceae, Clostridiaceae, Enterobacteriaceae, a další, byly zjištěny u několika druhů solitérních včel (Keller et al. 2013; McFrederick and Rehan 2016). Tento rozmanitý mikrobiom je často specifický pro jednotlivé druhy včel, přičemž některé bakterie mohou být získávány z prostředí a přenášeny prostřednictvím okolního prostředí.

Když zohledníme vztah mezi mikrobiotou divokých včel a rostlinami, ukazuje se, že květiny hrají zásadní roli nejen jako zdroj potravy, ale i jako prostředí pro mikroorganismy. Mikrobiota včel je silně spojena s pylovými zásobami, což ukazuje přímou souvislost mezi včelami a rostlinným světem (McFrederick et al. 2017; Voulgari-Kokota et al. 2019c). V případě včel Osmia ribifloris vedlo snížení bakteriální hustoty v pylových zásobách k vyšší úmrtnosti larev a pomalejšímu růstu, což zdůrazňuje křehkost a význam mikrobioty v jejich životním cyklu (Dharampal et al. 2019).

Zajímavé je, že mikrobiota jednotlivých druhů včel může mít také specifické ekologické funkce. U včel, které hnízdí v půdě, jako jsou Anthophora, bakterie rodu Bacillus hrají roli v metabolické konverzi a uchování zásob pro larvy (Gilliam et al. 1984, 1990; Keller et al. 2013). Naproti tomu u včel, které hnízdí v rostlinách, jako je Xylocopa californica, stejné kmeny Bacillus vykazují enzymatickou aktivitu, která se podílí na katabolismu proteinů, lipidů a sacharidů (Gilliam et al. 1984; Voulgari-Kokota et al. 2019c).

Význam mikrobioty v životě divokých včel a její vztah s okolním prostředím podtrhuje nutnost dalších výzkumů zaměřených na hlubší pochopení těchto ekologických vazeb. Studie zaměřující se na mikrobiomy podceňovaných včelích rodin, jako jsou Halictidae, Colletidae nebo Andrenidae, by mohly přinést nové cenné informace, které by obohatily naše pochopení role mikrobioty v životě včel a její interakce s ekosystémy (McFrederick et al. 2014; Rubin et al. 2018; Kapheim et al. 2021). To by vedlo k rozšíření znalostí o ekologických vazbách mezi včelami a jejich mikrobiomem, a tím i lepší ochraně těchto důležitých opylovačů.

Přestože moderní sekvenační techniky umožnily podrobnější analýzu mikrobiomů včel, stále existují značné mezery v našem porozumění těmto komplexním systémům. Tyto nové techniky a přístupy nám umožňují studovat nejen složení mikrobioty, ale i ekologické interakce mezi včelami, rostlinami a mikroorganismy, což má zásadní vliv na zdraví a pohodu včelích populací. Pokračující výzkum a analýza těchto komplexních ekologických sítí může poskytnout klíčové informace pro ochranu divokých včel a jejich životního prostředí.

Jakým způsobem morfologické rysy květin přitahují divoké včely?

Morfologické vlastnosti rostlin, které jsou opylovány hmyzem, jsou výsledkem dlouhodobé koevoluce mezi těmito rostlinami a jejich opylovači. Tento vztah je zásadní pro reprodukční úspěch rostlin, neboť efektivní přenos pylu na stigma květu umožňuje oplodnění a vznik semen. Bez přítomnosti opylovačů by mnoho rostlin nebylo schopno přežít a šířit se, a to je případ i některých rostlin, které by se jinak mohly zdát samoprašné. Tento proces je známý jako entomogamie, což je opylování prostřednictvím hmyzu.

Rostliny, které se spoléhají na hmyz pro opylování, vyvinuly různé morfologické a biochemické adaptace, které zajišťují, že přitahují správné druhy opylovačů, zejména včely. Mezi těmito adaptacemi jsou například vizuální atraktory, které zahrnují jasně vybarvené okvětní lístky, nebo zápachové signály, které včely dokážou vnímat na základě jejich specifických smyslových schopností. Květiny, které produkují silné aromatické látky, mohou přitahovat včely z velkých vzdáleností, což zajišťuje větší šanci na efektivní opylení.

V některých případech mohou rostliny kombinovat různé typy atraktorů, jako jsou vůně a vizuální stimuly, které se spojují do komplexní senzorické zprávy pro včely. Některé květiny využívají kombinace barev a tvarů, které odrážejí specifické vlnové délky světla, jež jsou pro včely obzvlášť lákavé. Takovéto adaptace jsou výsledkem dlouhodobého selekčního tlaku, který stimuluje změny v morfologii rostlin tak, aby zvýšily jejich přitažlivost pro opylovače.

Mezi techniky, které rostliny používají k přenosu pylu, patří i takzvané „skoro-uzavřené“ květy. Tento mechanismus zajišťuje, že pyl je přenášen pouze tehdy, když včela vykoná určitou činnost, například zavrtí květ nebo vyvine tlak na jeho strukturu. Tato strategie omezuje přístup k pylu a zajišťuje, že opylovatel musí být skutečně schopný přenést pyl z jedné rostliny na druhou. Takto rostliny zajišťují efektivní křížové opylení, což je důležité pro genetickou diverzitu a zdraví populací rostlin.

Pokud jde o divoké včely, jejich vztah k těmto rostlinám je výsledkem dlouhé evoluce, během níž byly oba druhy formovány k vzájemné výhodě. Kromě přenosu pylu hrají včely klíčovou roli v ekosystémech, podporují biodiverzitu a zajišťují stabilitu potravních řetězců. Avšak i v tomto vztahu se mohou objevit "cheateři", což jsou rostliny, které využívají opylovače, ale nenabízejí jim žádnou odměnu ve formě nektaru. Takové rostliny mohou způsobit narušení rovnováhy mezi rostlinami a opylovači, což může mít dlouhodobé důsledky pro celkovou efektivitu opylování v ekosystému.

Koalice mezi rostlinami a divokými včelami je tedy nejen výsledkem dlouhého procesu selekce, ale i neustálé interakce, která může být občas narušena podmínkami prostředí nebo aktivitami člověka, jako je změna krajiny a znečištění.

Tento vztah je rovněž důležitý z hlediska ochrany biodiverzity. Znalost morfologických adaptací rostlin a jejich vzorců přitažlivosti pro včely pomáhá navrhovat účinné strategie ochrany. Je nezbytné podporovat výsadbu rostlin, které jsou opylovačům přívětivé, a to i v urbanizovaných oblastech, kde je úbytek přirozených stanovišť výrazný. Vhodné zahradní plány a krajinné strategie mohou pomoci obnovit přirozené podmínky pro opylovače a tím přispět k zachování tohoto klíčového ekologického vztahu.

Jak sekundární metabolity v nektaru ovlivňují vztahy mezi rostlinami a opylovači?

Rostliny, jejichž květy produkují nektar, již dlouho fascinují vědce a přírodovědce, a to nejen pro jejich schopnost lákat opylovače, ale i pro složitost chemických interakcí, které probíhají v rámci těchto vztahů. Nektar, jehož primární funkcí je být lákadlem pro různé druhy opylovačů, není pouze jednoduchým sladkým nápojem. Je to komplexní směs, která obsahuje nejen cukry, ale také různé sekundární metabolity, které mohou mít výrazný vliv na chování opylovačů, a dokonce i na ekologické interakce mezi rostlinami a zvířaty.

Nektar je známý tím, že poskytuje opylovačům energetickou odměnu ve formě cukrů, přičemž chemie tohoto nektaru se může měnit nejen mezi různými druhy rostlin, ale i během jednoho kvetení. Sekundární metabolity, jako jsou alkaloidy, fenolické sloučeniny, neproteické aminokyseliny nebo terpenoidy, mohou ovlivnit jak samotnou chuť nektaru, tak i chování opylovačů. Některé tyto látky mohou odradit nevítané návštěvníky nebo zamezit nepoctivým způsobům "krádeže" nektaru, jako je tomu u některých nektarových lupiči, kteří se pokoušejí získat nektar bez toho, aby přispěli k opylení.

Kromě toho bylo prokázáno, že složení nektaru se mění v průběhu kvetení rostliny, což vede k tomu, že rostliny mohou využívat různé chemické strategie k přilákání specifických opylovačů. Například během celého období kvetení se může koncentrace cukrů a typy aminokyselin v nektaru lišit, což může ovlivnit výběr opylovačů, a to jak v závislosti na jejich fyziologických potřebách, tak na jejich předchozích zkušenostech s danými rostlinami.

V některých případech, kdy rostlina potřebuje zajistit opylení, mohou sekundární metabolity sloužit nejen jako ochrana před nevítanými návštěvníky, ale také jako signalizační systém pro přilákání konkrétních opylovačů, kteří jsou schopní provést efektivní opylení. Různé druhy opylovačů, včetně včel, motýlů, much a kolibříků, mohou na nektar reagovat odlišně v závislosti na chemickém složení nektaru, což znamená, že rostliny mohou specificky zaměřit své květy na určité druhy opylovačů.

Vliv sekundárních metabolitů na vztah mezi rostlinami a opylovači je hluboce propojen s ekologickými interakcemi a má široký význam pro udržitelnost ekosystémů. Zajištění účinného opylení je základem pro přežití mnoha rostlinných druhů, což má přímý dopad na biodiverzitu a stabilitu přírodních společenstev.

Je důležité si uvědomit, že sekundární metabolity v nektaru nejsou pouze pasivními látkami, ale hrají aktivní roli v řízení ekologických vztahů a evolučních tlaků mezi rostlinami a jejich opylovači. Každý chemický detail v nektaru může vést k různým dynamikám v chování opylovačů a ovlivnit jejich efektivitu při opylování. To znamená, že jakékoli změny v chemii nektaru, například v důsledku environmentálních změn nebo genetických variací rostlin, mohou mít významný dopad na ekologické interakce a stabilitu těchto vztahů.

Z hlediska aplikace do ochrany přírody nebo zemědělství by porozumění těmto dynamikám mohlo pomoci při vývoji strategií pro zlepšení opylení a ochrany biodiverzity, přičemž by se mohly zaměřit na zachování zdravých a stabilních vztahů mezi rostlinami a jejich opylovači.

Jaký vliv mají změny krajiny na biodiverzitu v temperátních a středomořských biomech?

Temperátní lesy, především listnaté lesy, rostou v podmínkách značné klimatické heterogenity, přičemž dvě konstantní vlastnosti tohoto biomu jsou přítomnost studené zimy, kdy rostliny procházejí obdobím vegetačního klidu, a výskyt srážek po většinu roku. Takové lesy bývají domovem pro několik druhů listnatých stromů, jako jsou duby (Quercus spp.) a buky (Fagus sylvatica, F. orientalis), ačkoliv tento biotop často zahrnuje i různé otevřené plochy, které jsou různými způsoby zasaženy lidskou činností.

Otevřené oblasti, jako jsou vřesoviště, vlhké travní porosty nebo suché stepi, se mohou objevit v lesích v závislosti na klimatických a půdních podmínkách. V těchto otevřených prostředích je hojnost včelí fauny, zvláště v méně zalesněných oblastech. V tomto biotopu je možné nalézt zástupce téměř všech včelích rodů, přičemž některé triby, jako jsou Panurgini, Anthophorini, Eucerini nebo Melectini, jsou zastoupeny méně, a některé rody, jako je Ancyla nebo Ensliniana, jsou zcela nepřítomné a vyskytují se pouze v jižní Evropě.

Lidé zasahovali do krajiny tohoto biomu již po tisíce let. Původní lesy byly nahrazovány otevřenými plochami, které byly vhodné pro pastvu a pěstování plodin. Tyto plodiny byly často příznivé pro včely, zejména rostliny jako jetel nebo sainfoin, které poskytovaly hojné pastviny pro opylovače. Fertilita půdy v tomto biotopu umožnila velký růst lidské populace, ale s tím přišla i intenzifikace zemědělství, která měla neblahý vliv na otevřené krajiny. Pastviny byly nahrazeny intenzivním chovem dobytka, což vedlo k postupné zalesňování dříve otevřených ploch.

Středomořský lesní biotop je charakteristický specifickými klimatickými podmínkami, kde jsou teploty v létě vysoké, zimní mrazy krátké nebo zcela chybí, s deštěm soustředěným převážně mezi říjnem a březnem. Tento biotop je velmi bohatý na druhy rostlin, což se projevuje ve formacích, které mohou být suché a připomínat step, nebo v hustých lesích, zejména v údolích. Středomořské rostliny mají tendenci být přizpůsobeny suchým podmínkám, což se projevuje výskytem křovinatých a stálezelených rostlin, jako jsou různé druhy dubů, borovic a dalších dřevnatých rostlin.

I přesto, že oblast byla lidmi silně ovlivněna, středomořský region stále vykazuje vysokou biodiverzitu včel, což je přičítáno ekologické odolnosti této oblasti vůči různým stresorům. Včely jsou zde velmi rozmanité, přičemž některé rody, jako například Anthophorini, mají zde výraznou diverzitu. Naopak, druhy jako jsou bumblbees (včely rodu Bombus) se zde vyskytují méně hojně, přičemž v některých horkých oblastech již chybí úplně. S nárůstem nadmořské výšky však opět dochází k větší frekvenci těchto druhů.

Lesní stepi jsou další oblastí s nízkými srážkami a výraznými rozdíly mezi zimními a letními teplotami. V těchto oblastech se lesy vyskytují pouze v izolovaných „ostrovech“ a okolní krajina je tvořena převážně travnatými nebo keřovitými společenstvy. Stepi v tomto biotopu jsou silně zasaženy suchem, což činí tento region vysoce náchylný k erozi a degradaci půdy. Přesto zde rostlinná diverzita stále přežívá, a to i v podobě křovinatých rostlin a různých druhů trávy a leguminóz.

I když změny krajiny způsobené lidskou činností ve všech těchto biotopech vedly k úbytku některých druhů včel a opylovačů, pozitivní příklady obnovy krajiny ukazují, že správné zásahy mohou významně přispět k obnovení biodiverzity. Rehabilitace původních prostředí a zlepšení podmínek pro hnízdění a život opylovačů mohou zvrátit tento trend a přinést pozitivní výsledky pro ochranu těchto důležitých ekosystémů.