Chemická komunikace v říši hmyzu
Prostředkem komunikace kůrovců – stejně jako u mnoha jiných druhů hmyzu – jsou vůně, přesněji řečeno semiochemikálie, z nichž se skládá celý komplexní „voňavý jazyk“.
Tyto pachové signály zahrnují například feromony, které patří mezi nejvýznamnější a nejúčinnější komunikační prostředky mezi jedinci stejného druhu hmyzu. Agregační feromony kůrovců pomáhají například broukům svolat ostatní jedince ke společnému útoku na strom, aby přemohly jeho obranu, nebo slouží k lákání partnera k páření. Kromě toho však brouci reagují i na chemické látky uvolňované jinými organismy, jako jsou těkavé látky produkované houbami, které s nimi žijí ve vzájemné symbióze nebo působí jako patogeny. Důležité jsou také pachy samotných hostitelských i nehostitelských dřevin.
Jak to funguje?
Kůrovci i jejich přirození nepřátelé vnímají pachy pomocí specializovaných čichových receptorů, které se nacházejí na tykadlech. Tyto receptory jsou bílkoviny umístěné v membránách nervových buněk, které se obvykle nacházejí ve dvojicích uvnitř chloupků zvaných sensily.
Signál vznikne teprve tehdy, když se molekula dané chemické látky naváže na odpovídající receptor. Hmyz dokáže rozpoznat pouze určité látky – vůči ostatním je „čichově slepý“. O tom, co tato pachová informace znamená a jakou reakci vyvolá, rozhoduje až mozek. Ten zprávu zpracuje a vyšle příkaz buď svalům, nebo endokrinnímu systému. V přírodním prostředí tak existují jak látky, které hmyz přitahují (např. k potravě, k partnerovi nebo ke kolonii), tak i repelentní látky, které jej odpuzují, varují před toxickým prostředím nebo signalizují přítomnost nepřítele.
Chemická mapa lesa v hlavě kůrovce
Význam jednotlivých typů chemické komunikace a specifický chemický „jazyk“ se liší v závislosti na způsobu života a druhu kůrovců – například podle toho, zda jejich hlavním hostitelem je listnatý nebo jehličnatý strom. V současné době působí v lesích střední Evropy největší škody kůrovci specializovaní na jehličnany. Jejich populace se v mnoha oblastech vymkly kontrole. Nejznámějším a nejnebezpečnějším je lýkožrout smrkový, ale škody způsobují také lýkožrout severský na smrku, nebo jeho příbuzní lýkožrout modřínový na modřínu, či vrcholkový, který napadá borovice.
U těchto druhů hrají klíčovou roli pachy samotných „hostitelských“ stromů – konkrétně těkavé látky, původem z pryskyřice, které stromy uvolňují, když jsou ve stresu nebo začínají odumírat. Zda brouk některou z těchto vůní rozpozná jako atraktivní, závisí na jeho ekologické specializaci – tedy na tom, zda preferujeodumřelé stromy, nebo je schopen se rozmnožovat i ve stále živých, ale oslabených stromech, jako právě lýkožrout smrkový. Tyto pachy broukům signalizují nejen vhodný druh hostitelského stromu, ale i jeho fyziologický stav, podle čehož se rozhodnou, zda strom napadnou. Naopak pachy listnatých „nehostitelských“ dřevin slouží jako signál, že daný porost není vhodný pro vývoj ani pro páření, a brouky odpuzují.
Pomocí vědeckých experimentů bylo například prokázáno, že atraktivita agregačního feromonu lýkožrouta smrkového se významně zvyšuje přidáním těkavých terpenů ze smrkové pryskyřice. Naopak jeho účinek může být zcela potlačen přídavkem pachů pocházejících z listů a kůry břízy. U lýkožrouta modřínového a vrcholkového bylo zjištěno, že nereagují na základní těkavé látky zdravých stromů svého hostitele – tyto druhy lépe vnímají látky, které byly metabolizovány houbami nebo jinými mikroorganismy v průběhu odumírání stromu.
U kůrovců napadajících listnaté stromy hrají důležitější roli jiné typy chemických látek – zejména fenolické sloučeniny a těkavé látky ze zelených listů, které jsou typické pro jejich konkrétní hostitelské dřeviny.
Vůně symbiotických hub – klíčový signál pro ambrosiové brouky
Komunikace kůrovců s jejich symbiotickými houbami je nejlépe prozkoumána u tzv. ambrosiových brouků, kteří přenášejí spory svých hub ve specializovaných orgánech zvaných mykangia. Z těchto spor si pak ve dřevě napadených stromů zakládají „houbové zahrádky“. Symbiotické houby broukům pomáhají štěpit nestravitelnou celulózu, detoxikovat obranné látky stromů a koncentrovat klíčové živiny, jako je dusík a fosfor, kterých je ve dřevě přirozeně velmi málo.
Ambrosioví brouci, v našich podmínkách zejména druhy drtníků Xylosandrus a Xyleborus, čichově reagují na těkavé látky produkované jejich specifickou houbou, ale i na důležité metabolity, které jim houba poskytuje. Tito brouci jsou navíc všeobecně přitahováni ethanolem – látkou vznikající fermentací ve stresovaných nebo odumírajících stromech. Ethanol nejen signalizuje vhodný substrát, ale navíc podporuje růst jejich symbiotických hub.
Také lýkožrouti, kteří se živí lýkem, přenášejí druhy hub pro ně prospěšné – především z rodu Ophiostoma. Pachy těchto hub, a rovněž vůně vzniklé jejich metabolizováním hostitelských terpenů, jsou pro lýkožrouty významné v různých fázích kolonizace stromů.
Přirození nepřátelé také naslouchají
Chemické látky produkované kůrovci nebo stromy napadenými těmito škůdci a jejich symbiotickými houbami nevnímá jen samotný hmyz, ale i jeho přirození nepřátelé. Například dravý brouk pestrokrovečník mravenčí (Thanasimus formicarius) je přímo přitahován feromonem lýkožrouta smrkového, což mu umožňuje efektivně lokalizovat svou kořist. Parazitoidi jako lumčíkovití (Braconidae) a kovověnkovití (Pteromalidae) kladou vajíčka do nebo na larvy kůrovců pod kůrou stromů. Tento drobný hmyz – vosičky a mouchy – obvykle nelokalizuje své hostitele přímo na základě feromonů brouků. Místo toho jej přitahují těkavé látky vzniklé metabolickou přeměnou pryskyřice hostitelského stromu, které jsou modifikovány činností samotných brouků nebo jejich symbiotických hub. Tyto chemické signály pak napadený strom vysílá do okolí.
Semiochemikálie v ochraně lesa
Poznatky o chemickém komunikačním systému hmyzu nacházejí čím dál širší uplatnění v praxi lesního hospodářství. Nejznámější aplikací je využití agregačních feromonů, které se vyrábějí pro několik druhů kůrovců a umisťují se ve formě odparníků do feromonových pastí.
Zpočátku se předpokládalo, že silný atraktivní účinek těchto feromonů umožní významně snížit početnost škodlivých druhů pomocí masového odchytu. V praxi se však tato strategie ukázala jako neefektivní – i když byly odchyceny stovky kilogramů brouků, šíření zbylé populace se tím nezastavilo. Navíc samotný účinek agregačních feromonů vede ke shromažďování vysoké hustoty brouků, kteří následně napadaly stromy v blízkosti pastí.
V současnosti se feromonové návnady používají především ke sledování populací kůrovců, rozšíření jednotlivých druhů, k určení termínů ukončení vývoje nových generací a k odhadurelativní populační hustoty. Významný potenciál mají také při detekci invazních druhů škůdců s vysokým rizikem šíření – zejména na vstupních místech, jako jsou přístavy a železniční stanice, kde je možné včas reagovat a zabránit jejich zavlečení.
Pokročilé směsi: atraktanty a repelenty
Pro zesílení účinku feromonových odparníků se testují kombinace feromonů s dalšími látkami pocházejícími z hub nebo stromů. Atraktivitu feromonů mohou zvýšit například základní metabolity symbiotických hub nebo terpeny – ať už původní, či metabolizované těkavé látky z pryskyřice stromů. Zároveň se hledají směsi, které nebudou přitahovat přirozené nepřátele kůrovců, jako jsou pestrokrovečníci nebo parazitoidi, čímž se zamezí jejich nechtěnému odchytu.
V oblasti semiochemikálií se testují k ochraně stromů před napadením kůrovci také přírodní repelenty, často označované jako anti-atraktanty – tedy látky, které snižují atraktivitu agregačních feromonů. Mezi tyto látky patří například obranné složky samotných hostitelských stromů, vůně ze zelených listů nehostitelských druhů, metabolity přeměněné houbami, nebo univerzální kůrovčí anti-agregační signál verbenon, který kůrovcům signalizuje, že daný strom je již obsazený a že potravní zdroje v něm byly vyčerpány. Tyto látky, které kůrovci rozpoznávají tykadly, jsou aplikovány na stromy ve formě odparníků s různým složením a koncentracemi.
Přestože tato metoda – založená na přírodních a ekologicky bezpečných látkách aplikovaných v menších než gramových množstvích – vykazuje slibné výsledky, její širší aplikaci pro ochranu celých lesních porostů zatím brání několik faktorů. Patří mezi ně samotná velikost porostů, mnohdy obtížná dostupnost terénu, problémy s rovnoměrným dávkováním, velké rozměry stromů. Brouci jsou také schopnipřekonat pachovou bariéru a kolonizovat strom i přes přítomnost repelentu.
Tyto metody však mohou najít své uplatnění zejména při ochraně cenných lesních fragmentů, stejně jako v arboristice a příměstském lesnictví, při ochraně parků a solitérních stromů. Z tohoto důvodu zůstávají nadále předmětem intenzivního výzkumu.
Směrem k ekologičtější ochraně
Výzkum v oblasti semiochemikálií stále postupuje – nejen jako fascinující vědecká disciplína, ale také jako praktický nástroj pro ochranu našich lesních ekosystémů. Metody založené na působení semiochemikálií by však měly být vnímány jako doplněk ke konvenčním ochranářským opatřením. V době klimatických změn je nutné uplatňovat komplexní a preventivní přístup. Základem je pěstování věkově i druhově rozmanitých lesů, přizpůsobených konkrétním lokalitám i měnícímu se klimatu. V takovém kontextu mohou být „měkké“ metody ochrany, jako jsou semiochemikálie, plně integrovány do lesnické praxe.
