Vedci zistili, že v premene bežne neškodných, samotársky žijúcich púštnych kobyliek až na niekoľkomiliardové roje, ktoré pustošia úrodu a vegetáciu najmä v rozvojových krajinách, hrá kľúčovú úlohu neuroprenášač sérotonín, nazývaný aj „droga šťastia".
Nálety kobyliek na poľnohospodárske plodiny a záhradnú či prírodnú zeleň patria k biblickým pliagam. Autori textov Starého zákona ich iste zaradili pre ničivosť a zhubnosť pre ľudí, najmä výslednému hladomoru.
V súčasnosti sa najviac vyskytujú v tropických a subtropických oblastiach.
Podľa správ stredovekých kroník však nebývali výnimkou ani v Európe, vrátane jej škandinávskeho severu. Je to aj jeden z podporných dôkazov existencie teplého tzv. stredovekého klimatického optima, počas ktorého sa napríklad vinná réva pestovala dokonca až v Škótsku a pšenica až na Islande.
V USA kobylky plienili vegetáciu i plodiny ešte v časoch osídľovania Západu belochmi, no koncom 19. storočia zmizli, čo sa dosiaľ nevysvetlilo.
Celkom nedávno - v novembri 2008 - pustošil Austráliu šesť kilometrov dlhý roj kobyliek.
Roj kobyliek nad poľom v strednom Queenslande v Austrálii.
Foto: Australian Government, DAFF
Takto kobylky v Austrálii spustošili mladú pšenicu.
Foto: Australian Government, DAFF
Spoločenská pažravosť
Kobyliek (podrad Ensifera) dnes žije asi osemtisíc druhov. Mnohopočetné roje, skazonosné pre poľnohospodárov i ostatných ľudí a všeobecne pre vegetáciu, však z nich vytvára iba približne tucet.
Najznámejšia a v našej ére reálne i potenciálne najničivejšia je saranča všežravá (Schistocerca gregaria). Dospelé jedince sú dlhé až vyše 7-centimetrov a dosahujú hmotnosť vyše dvoch gramov. Denne skonzumujú ekvivalent svojej hmotnosti. Za potravou bežne preletia aj takmer 100 kilometrov. Taký presun stihnú počas zhruba šesť hodín.
Nevítané návštevy rojov týchto sarančí postihujú približne dvadsať percent suchozemskej plochy. Odhaduje sa, že od nich závisí blahobyt alebo bieda desatiny ľudstva.
Saranča všežravá bežne žije samotársky a nepredstavuje pre vegetáciu svojho púštneho či polopúštneho domovského prostredia vážnejšiu hrozbu. Ročne sa narodí viac generácií - ak sú klimatické podmienky priaznivé, až päť. Samička zväčša nakladie vajíčka iba vtedy, keď dostatočne zapršalo.
Mladé saranče si hľadajú potravu, pričom vyvíjajú úsilie, aby sa nestretávali. No keď s postupným vysychaním prostredia v oblastiach s vysokými teplotami ubúda vegetácie, nevyhnutne sa zoskupujú vo zvyšujúcich zelených ostrovčekoch. Ich správanie sa rýchlo zmení - od averzie voči blížnym k vyhľadávaniu sarančej spoločnosti.
Dve identity v jednom genóme
Vedci v minulosti vymedzili viac faktorov správania, ktoré očividne napomáhajú tomu, že predtým samotársky hmyz vytvára roje. Napríklad dotyky zadných končatín, keď na seba jedince tejto saranče pri zhlukovaní sa na zvyškoch vegetácie narážajú. Na týchto končatinách totiž majú citlivé senzorické vlásky. Odborníci na saranče ďalej usúdili, že vzniku rojov napomáha samotné vzájomné videnia sa a zachytávanie pachu iných sarančí.
Samotárska a spoločenská fáza saranče všežravej sa vzhľadom dosť líšia. Entomológovia ich preto až do roku 1921 považovali za samostatné druhy. Zhlukovanie vedie k výrazným zmenám sfarbenia i vzorovania tela, anatómie, ako aj správania sarančí. Samotárska saranča má základnú zelenú, neskôr svetlohnedú farbu a lieta iba v noci. Dospelá spoločenská je v základe jasnožltá a nadobúda mohutnejšie svalstvo, aké vyžadujú diaľkové lety.
Genóm saranče očividne obsahuje inštrukcie pre vývoj oboch týchto fáz a predmetné gény sa aktivujú podľa okolností. Zistilo sa, že odlišné znaky spoločenskej fázy určuje vyše 500 génov. Bolo jasné, že v pozadí musí byť zoskupovanie samotárskych sarančí. No od roku 1921 sa vznášala vo vzduchu otázka: ako môže mať prostá prítomnosť iných sarančí taký prevratný účinok na vývoj sarančieho jedinca?
Neskoré larvie štádium čiže nymfa saranče všežravej - vľavo je nymfa spoločenskej saranče, vpravo samotárskej pri pohľade zboku...
Foto: Tom Fayle
...a spredu.
Foto: Tom Fayle
Dospelé samce spoločenskej (vľavo) a samotárskej saranče.
Foto: Tom Fayle
Odpoveď po 88 rokoch
Päťčlenný britsko-austrálsky tím z Oxfordskej, Cambridgeskej a Sydneyskej univerzity na čele s Michaelom Ansteyom (z prvej zo spomenutých univerzít) teraz konečne odhalil biochemického sprostredkovateľa rojového správania sarančí. Bádatelia to oznámili v najnovšom čísle časopisu Science.
Zistili, že spoločenské saranče majú pri rojení sa na špecifických miestach nervovej sústavy (konkrétne v hrudníku) až trikrát viac sérotonínu ako samotárske. Jeho väčšie množstvo v prvom rade pomáha sarančiam utlmiť bežnú averziu voči blížnym (pozri informačný blok o sérotoníne na konci článku). No nielen to.
Laboratórne pokusy so simuláciou vznikajúcich rojov potvrdili, že samotárske saranče sa zmenia na rojové už za dve hodiny, ak sa dotýkajú zadnými končatinami. Práve v tomto kontexte sa sarančiam - hoci je to iba na necelých 24 hodín - približne strojnásobuje obsah sérotonínu v hrudnej časti nervovej sústavy.
Detail na hlavu nymfy samotárskej saranče...
Foto: Tom Fayle
...a na hlavu jej dospelého jedinca.
Foto: Tom Fayle
Laboratórne hry so sérotonínom
Keď však vedci samotárskym sarančiam vstrekli chemické látky, ktoré blokujú účinky sérotonínu na jeho receptory, saranče sa nemenili na spoločenské ani pri styku končatín, ani pri videní a zachytávaní pachu ich blížnych. K takému istému výsledku viedlo nasadenie chemických látok, ktoré blokujú prirodzenú tvorbu sérotonínu v tele.
Keď ďalej vstrekli samotárskym sarančiam priamo sérotonín, dosiahli tým ich premenu na spoločenské aj v neprítomnosti iných sarančí.
Posledný pokus sa týkal chemických látok, ktoré podporujú prirodzenú tvorbu sérotonínu v organizme. Ich nasadenie ďalej posilnilo spoločenské rojové správanie sarančí, ktoré predtým pobudli vo vzájomnej prítomnosti a dotýkali sa pri tom zadnými končatinami.
Záver: spúšťačom zvýšenej tvorby sérotonínu sú prejavy špecifického správania a vyššia hladina sérotonínu zasa následne ďalej mení vývoj a správanie sarančí.
„Poznali sme už síce podnety, ktoré spôsobujú úžasnú premenu sarančí v štýle pánov Jekylla a Hydea, nikomu sa však dosiaľ nepodarilo odhaliť zmeny nervového systému, ktorými sa saranče, neznášajúce spoločnosť blížnych, menia na monstrózne roje. Otázka, ako saranče premieňajú svoje správanie, znamenala pre vedcov záhadu takmer 90 rokov. Teraz konečne máme dôkazy, ktoré na ňu poskytujú odpoveď," povedal Michael Anstey.
Michael Anstey (vľavo) sleduje v laboratóriu správanie sarančí s jedným z cambridgeských členov tímu, Swidbertom Ottom.
Foto: Malcolm Burrows
Takto to funguje pri nútenom zoskupovaní samotárskych sarančí v laboratóriu. Hore sú znázornené zmyslové vnemy, ktoré získava samotárska saranča v spoločnosti iných - vidí a cíti ich, ako aj vníma senzorickými chĺpkami na zadných končatinách. V tele sa jej následne - najmä v hrudných neurónoch - vylučuje zvýšené množstvo sérotonínu. Červená stopka vľavo pod telom vyjadruje výsledok zablokovania účinkov alebo samotnej tvorby sérotonínu: samotárske správanie. Zelená značka vpravo výsledok injekcie sérotonínu alebo látok, napodobujúcich jeho účinok: spoločenské správanie, aj keď saranča nebola v prítomnosti iných sarančí.
Ilustrácia: Stephen Rogers
Hlasy od rieky Cam
Doplnil ho Swidbert Ott: „Sérotonín ďalekosiahle ovplyvňuje to, ako sa my ľudia správame a interagujeme, takže je úžasné zistenie, že účinkom tej istej chemickej látky sa bežne plachý a nespoločenský hmyz zhromaždí do obrovských skupín. Mnohé chemické látky, ktoré sme v tomto výskume použili, aby sme manipulovali s hladinou sérotonínu, boli v tom či onom čase klinicky testované alebo používané, napríklad pri liečbe depresií."
Takisto cambridgeský člen tímu Stephen Rogers: „Pažravá spoločenská fáza je stratégia, ktorá sa zrodila zo zúfalstva a poháňa ju hlad, rojenie sa je reakcia s cieľom nájsť nové pastviny. Ako sarančiam po posledných vzácnych dažďoch vysychá ich púštne životné prostredie, obzerajú sa po potrave, čo ich dáva dokopy. Zožerú čokoľvek v dohľade a keď vyčerpajú všetky možnosti, vznik migrujúceho roja je v zásade nevyhnutný"
Napokon do tretice cambridgeský člen tímu Malcolm Burrows: Máme samotárskeho tvora, púštnu kobylku. No len čo pridáme trošku sérotonínu, pripojí sa lúpeživému gangu! Dúfame, že toto lepšie pochopenie mechanizmu, ktorý spôsobuje takú veľkú zmenu správania, pomôže tohto škodcu kontrolovať, a vo všeobecnejšom kontexte pochopiť pomerne často sa vyskytujúce náhle a rozsiahle zmeny znakov správania živočíchov."
Nymfy spoločenských sarančí v jednej z laboratórnych klietok.
Foto: Tom Fayle
A čo prax?
Objav Michaela Ansteya s kolegami samozrejme neznamená, že ľudstvo už má v rukách riešenie problému s kobylkami. Ako však v komentári Science zdôraznil Paul Stevenson z Lipskej univerzity (Nemecko), zahŕňa značný potenciál na vysporiadanie sa s týmto hmyzím škodcom. Pravdaže, iba ak vedci nájdu praktické spôsoby, ako rojace sa kobylky chemicky vrátiť do fázy, v ktorej žijú samotársky. To sa im ale nepodarí len tak hneď.
Prekonať treba viaceré veľké prekážky. Po prvé, ako prípravky proti rojeniu sarančí aplikovať? Najúčinnejšie by boli ešte predtým, ako sa saranče začnú zhlukovať. No vtedy je ich hustota asi 3 na hektár. Po druhé, nie je doriešené, ako prípravok dostať do hmyzieho tela cez kutikulu a puzdro, obaľujúce nervový systém. Po tretie, prípravok by musel účinkovať výlučne na saranče a neovplyvňovať ostatný hmyz, inak nie je ekologicky prijateľný.
Širší význam nového objavu dobre vystihol posledný dosiaľ necitovaný člen tímu a jeden z koordinátorov (s Malcolmom Burrowsom) celého výskumu, Stephen Simpson z Oxfordskej a Sydneyskej univerzity: „Nijaký iný biologický systém nepoznáme tak podrobne od nervových buniek až k populáciám - saranče ponúkajú účelný model, ako preklenúť medzeru od molekúl k ekosystémom, čo je jedna z najväčších výziev modernej vedy."
V takýchto laboratórnych klietkach vedci držali samotárske saranče - hmyzie jedince sa vzájomne nevideli a prúdenie vzduchu respektíve vetranie bolo zariadené tak, aby sa ani nezacítili.
Foto: Swidbert Ott
Chemické šťastie
Sérotonín čiže 5-hydroxytryptamín patrí k takzvaným neuroprenášačom. Tieto látky sprostredkúvajú signály medzi špecifickými neurónmi a inými bunkami - samotným prenosom i zmenami intenzity signálov.
Vylučujú sa v nervových spojoch čiže synapsách na elektrochemické i čisto elektrické podnety. No základné množstvá neuroprenášačov sa v organizme vylučujú nepretržite.
Sérotonín je známy prakticky pri všetkých živočíchoch. Vylučujú ho špecifické bunky najmä v centrálnej nervovej sústave a v tráviacom trakte. (Napríklad 80- až 90-percent ľudského sérotonínu je z čriev.) Pomerne veľa sa ho však nachádza aj v mnohých rastlinách - výnimkami nie sú ani ovocie a zelenina - a hubách.
Pomenovaný bol podľa dvoch faktov: prvý raz ho objavili v krvnom sére a ovplyvňuje tónus hladkého svalstva.
Má rad ďalších fyziologických účinkov, napríklad a zrážanlivosť krvi, zvracanie, telesnú teplotu, spánok, sexuálne prejavy, chuť do jedla, regeneráciu pečene a celkovú látkovú výmenu, delenie buniek a tvorbu kostí. Určuje ale aj náladu a práve pre pozitívny vplyv na stavy ako zlosť, agresia a depresia je známy ako „droga šťastia".
Ako vždy - rozhoduje dávka
Biochemické dráhy, ktoré súvisia s vplyvmi sérotonínu v organizme, sú cieľom mnohých prípravkov využívaných pri liečbe psychických porúch.
Pokusy, pri ktorých ľudskí dobrovoľníci hrali modelové hry, ukázali, že hladina sérotonínu je priamo úmerná tolerancii jednotlivca voči iným osobám, najmä ak tieto osoby konajú nefér a predmetný jendotlivec má právo cítiť sa dotknutý. V tomto kontexte neudivuje, že s hladinou sérotonínu stúpa i spoločenská znášanlivosť sarančí.
Kladný účinok, samozrejme, závisí na správnej dávke: primnoho sérotonínu alebo jeho receptorov v organizme má veľmi nebezpečné fyziologické i psychické účinky.
(Poznámka na záver: Keby náhodou niektorého čitateľa pohoršilo slangové slovo „fičia" v titule, azda by si mohol pred reakciou priblížiť cez filmový dokument alebo spravodajský šot dojem, akým pôsobí roj sarančí, útočiaci na plodiny či dosiaľ zelenú prírodnú vegetáciu. Iste sú aj na webe. Priamu skúsenosť s tým, našťastie, má z možných čitateľov málokto. „Fičia" totiž platí doslova, nielen v konotácii s užívaním takých či onakých stimulujúcich látok.)
Hlavné zdroje: Science z 30. januára 2009; Komuniké American Association for the Advancement of Science a University of Cambridge, obe z 29. januára 2009.
