PNAS - LITS

POTRAVNÍ SPECIALIZACE SPOLEČENSTEV HERBIVORNÍHO HMYZU VE VZTAHU KE
GRADIENTU ZEMĚPISNÉ ŠÍŘKY
V lednu 2015 vyšel ve významném vědeckém časopise Proceedings of the National Academy of
Sciences (PNAS) článek popisující zajímavé aspekty potravní specializace společenstev
herbivorního
hmyzu
ve
vztahu
ke
gradientu
zeměpisné
šířky
(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25548168). Jedním ze spoluautorů, který k výzkumu
významně přispěl, byl i pracovník katedry biologie a ekologie Přf OU, doc. Mgr. Pavel Drozd,
Ph.D., který se na studii podílel v rámci projektu GAČR „Proč mají tropické lesy více druhů
hmyzích herbivorů a parazitoidů než lesy mírného pásma?“ (GAČR 14-042583), jehož je naše
katedra spoluřešitelským pracovištěm.
Herbivorní hmyz je velice užitečným modelem studia potravní specializace. Interakce mezi ním a
rostlinou je jednou z nejdůležitějších ekologických asociací na naší planetě vůbec, i díky tomu, že
představuje dominantní tok energie v ekosystému. Šířka potravní specializace je definována jako
počet taxonů rostlin, na kterých se daný druh hmyzu živí. Jednotlivé druhy se mezi sebou značně
liší v počtu hostitelských taxonů, ve většině případů jsou ale úzce specializované. Není však jisté,
jestli šířka potravní specializace tvoří kontinuum od výhradných specialistů ke generalistům, nebo
jestli se jedná o dvě víceméně diskrétní skupiny. Jako se dvěma samostatnými kategoriemi s nimi
většinou vědci také zacházejí, navzdory možným chybám v odhadu diverzity společenstev (včetně
odhadů globální biodiverzity). Panuje také značná nejistota ohledně vztahu potravní specializace k
zeměpisné šířce a druhové bohatosti rostlin. Variabilita v šířce potravní specializace je přitom velmi
podstatná - umožňuje koexistenci kompetitorů, přetrvání druhů při disturbanci prostředí, diverzitu
interakcí a stabilitu celých sítí interagujících druhů. Jsou tak důležité důvody (na úrovni základního
i aplikovaného výzkumu) ptát se, proč některé druhy hmyzu preferují jediného hostitele a jiné se
naopak živí celým spektrem rostlin, dále jaký tvar má distribuce tohoto vztahu a jestli různé regiony
naší planety podporují různou míru specializace. Pochopení variability v míře specializace na zdroje
je přitom nezbytné při řešení otázek koevoluce, struktury společenstev, ekosystémových procesů,
gradientu druhové bohatosti podél zeměpisné šířky a také evolučních procesů speciace a extinkce.
Výše zmíněnými otázkami se zabývalo již více studií. Jejich výzkum však byl doposud limitován
nedostatkem komplexních souborů dat, jenž by umožnily srovnání různých regionů a zahrnovaly
velký počet druhů herbivorního hmyzu. Tato studie se od předešlých liší v několika ohledech.
Většinou se šířka potravní specializace vyjadřuje jednoduše jako počet konzumovaných taxonů.
Tento přístup ovšem příliš nezohledňuje rozdílnost vlastností rostlin, které jsou podmíněny
fylogeneticky. Vědci proto tentokrát vyjádřili šířku potravní specializace jako fylogenetickou
vzdálenost mezi čeleděmi hostitelských rostlin. Především však měli k dispozici ohromný datový
soubor o více než 7 500 druzích herbivorního hmyzu a jeho interakcích s více než 2000 druhy
rostlin ze 165 čeledí. Tato data pocházela ze 17 míst celého světa, od Kanady po Brazílii a od Velké
Británie po Japonsko a Papuu – Novou Guineu. Takovýto široký rozsah lokalit ve vztahu k
zeměpisné šířce umožnil testovat, zda specialisti a generalisti tvoří dvě oddělené kategorie nebo se
spíše jedná o kontinuální škálu, či zda se šířka potravní specializace mění s rostoucím počtem
hostitelských druhů rostlin směrem k rovníku.
Vědci zjistili, že distribuce šířky potravní specializace je velmi zešikmená a je charakterizována
dominancí úzce specializovaných druhů herbivorního hmyzu a mnohem menším počtem druhů
generalistů s velmi variabilním roszahem hostitelů. Takováto distribuce se nejlépe shoduje s
modelem distribuce Paretova mocninového zákona. Rozložení specialistů a generalistů je tedy
kontinuální. Tato distribuce platila nejen pro housenky, hlavní modelovou skupinu, ale také pro
ostatní skupiny herbivorního hmyzu a dokonce i pro parazitoidy housenek. Směrem k rovníku pak
roste u herbivorního hmyzu poměr specialistů ke generalistům. Maximální šířka potravní
specializace se však se zeměpisnou šířkou nemění, a to i přesto, že v tropech je větší počet
dostupných hostitelských rostlin. Větší diverzita rostlin naproti tomu podporuje společenstva
specializovanějšího herbivorního hmyzu a přispívá k latitudinálnímu gradientu, ale nevysvětluje jej
úplně - na jeho vysvětlení se podílí jen asi čtvrtinově.
Získaný kvantitatinvní popis frekvence specialistů a generalistů jedůležitý nejen pro pochopení
evoluce a ekologie vztahu rostlina – hmyz na úrovni základního výzkumu, zjištěné poznatky navíc
ovlivňují naše chápání ekologie potravních sítí a mohou mít významné implikace pro ekosystémový
management a obnovu.
Obrázek č. 1: A – studované plochy (Výzkumy zaměřené na Lepidoptera – oranžové body,
Výzkumy zaměřené na ostatní hmyz – zelené body, Výzkumy zaměřené na obě skupiny – červené
body). B – Distribuce šířky potravní niky pro Lepidoptera, C – Distribuce šířky potravní niky pro
ostatní herbivorní hmyz. Histogramy ukazují počty herbivorů asociované s různým počtem
hostitelských čeledí. D a E – Tvarový parametr (α) pro modely distribuce Paretova mocninného
zákona (bílé kruhy), geometrické (bílé trojúhelníky) a Poissonovy (bílé čtverce) a pozorované
distribuce dat (barevné symboly). Tvarový parametr (α) indikuje shodu s distribucí podle Paretova
mocninného zákona s vysokou koncentraci specialistů a dlouhý „ocas“ generalistů.
Obrázek č. 2: Trendy v distribuci šířky potravní specializace