Autor: Martin Hůla
Podle výsledků několikaletého izraelského výzkumu mohou pupalky slyšet své opylovače a na jejich přílet se připravit. Za tuto nečekanou schopnost patrně vděčí květům, které u nich hrají roli uší.
Výzkum týmu profesorky Lilach Hadany z Telavivské univerzity, který byl publikován v preprintovém archivu BioRxiv, nabízí přesvědčivé důkazy, že rostliny pupalky drummondovy (Oenothera drummondii) dokážou rozeznat zvuk blížícího se opylovače. Běžné izraelské pobřežní květiny během několika minut reagují zvýšením koncentrace cukru v nektaru svých květů. Autoři navíc identifikovali květy jako orgány, které zvuky zachycují. Hluk přilétajícího opylovače rozechvívá okvětní lístky, na což reagují buněčné receptory tlaku. Květiny s ušima se tak rázem přesunuly ze stránek obskurních renesančních rukopisů mezi biologickou realitu.
Téměř 90 % všech kvetoucích rostlin spoléhá při reprodukci na opylovače. Efektivní lákání hmyzu, drobných savců nebo ptáků, kteří mohou přenést pyl z jednoho květu na druhý, květinám výrazně zvyšuje biologickou zdatnost. Jednotlivé druhy proto v tomto směru vynakládají značné úsilí. Různě tvarované, barevné nebo voňavé květy lákají opylovače k návštěvám a pyl nebo sladký nektar jim slouží jako potrava. Zvýšením množství nebo kvality pylu či nektaru rostlina zlepšuje šanci, že spokojený opylovač na rostlině stráví více času nebo v blízké budoucnosti navštíví jedince stejného druhu.
Pro rostlinu je však produkce „odměn“ velmi nákladná. Nektar se působením mikroorganismů kazí a často jej krade také hmyz, který k opylení rostliny vůbec nepřispívá. Přeborníky jsou v tomto ohledu zejména mravenci. Pro rostlinu by tedy bylo ideální, kdyby dokázala zvýšenou produkci odměny načasovat na dobu, kdy se nejspíš setká se svým opylovačem.
Pupalka drummondova (Oenothera drummondii)
Podle autorů nového výzkumu slouží přinejmenším v některých případech ke správnému načasování produkce odměn zvuky létajících opylovačů. Reakce rostlin na světlo, mechanické dráždění nebo přítomnost chemických sloučenin dobře zdokumentovaly stovky výzkumníků. Mohou ale rostliny reagovat na zvuk? Mávání křídel vytváří zvukové vlny. Ty mohou rozvibrovat celé květy nebo jejich části a skrze dobře známé mechanoreceptory obsahující bílkoviny reagující na změny tlaku následně spustit sled dějů vedoucí ke zvýšení koncentrace cukru v nektaru.
Tým profesorky Hadany se rozhodl testovat své hypotézy na pupalce dummondově. Jejími opylovači jsou lišajovité můry a včely, v obou případech poměrně hluční zástupci hmyzu. Vědci nejprve zjišťovali, jak se mění koncentrace cukru v nektaru a vibrace korunních lístků po vystavení květu zvukové nahrávce prolétajícího opylovače. Následně ověřili, zda se tato produkce mění podle typu zvyku a jeho frekvence.
Výzkumníci přenesli rostliny do experimentální místnosti, pomocí tenké teflonové trubičky z květů odsáli všechen nektar a změřili, jakou má koncentraci cukru. Následně po dobu tří minut vystavili rostliny některému ze zvuků. Ihned poté z každého květu odebrali nově vytvořený nektar a opět změřili koncentraci sacharidů. Celkem takto otestovali přes 550 květů, přičemž zjišťovali i možné rozdíly mezi rostlinami pěstovanými v různých ročních obdobích (jaro, podzim) a podmínkách (venku, ve skleníku).
Změna koncentrace cukru v nově vytvořeném nektaru podle typu zvukového stimulu. Osa x – typ stimulu. Silent = žádný zvuk, High = zvuk o vysoké frekvenci v desítkách KHz, Low = zvuk o nízké frekvenci kolem 1KHz, Bee = nahrávka včely. Osa y – koncentrace cukru v nově vytvořeném nektaru (v %); Indoors = rostliny pěstované uvnitř, Outdoors = rostliny pěstované venku. Podle Veits et al. 2019.
Výsledky všech experimentů shodně ukázaly, že pěstební podmínky nehrály žádnou roli. Taktéž koncentrace cukru v nektaru byla před začátkem experimentu u všech květů stejná a objem nově vytvořeného nektaru po skončení experimentu podobný. Když však badatelé květy vystavili zvuku opylovače nebo umělému zvuku o podobné frekvenci, byl jejich nově vytvořený nektar průměrně o 20 % sladší než u rostlin vystavených tichu či zvukům o výrazně vyšší frekvenci.
Dřívější výzkumy prokázaly, že včely umí rozeznat rozdíl v koncentraci cukru již na úrovni několika jednotek procent. Obohacení by tak měly bez problémů rozeznat. Nemáme přitom důvod očekávat, že se v tomto ohledu budou jiné skupiny hmyzu příliš lišit.
Rostliny tedy opravdu reagovaly na přicházející zvuk. Zda jej zachytávaly květy, a ne například listy či stonek, výzkumníci testovali v dalším experimentu. Při něm vědci opakovali stejnou proceduru. Květy pupalek však uzavřeli do zvukotěsných sklenic. V tomto případě k žádnému zvýšení koncentrace cukru nedošlo. Květy tedy byly pro zachycení zvuku nepostradatelné.
Fyzické rozvibrování květů badatelé ověřili i pomocí laseru. Květy v odpovědi na zvuk včely nebo lišajovité můry skutečně mechanicky vibrovaly. Zvuky jiných frekvencí žádné vibrace nezpůsobovaly. Amplituda vibrací navíc závisela na přítomnosti neporušených korunních lístků. Při jejich postupném odebírání amplituda, a s ní citlivost rostlinného „sluchu“, výrazně klesaly.
Z výsledků tedy vyplývá, že rostliny pupalky drummondovy dokáží zachytit zvuk blížících se opylovačů. Vděčí za to tvaru svých květů, které vlivem přicházejících zvukových vln vibrují. Přináší však schopnost rozpoznat přítomnost opylovače rostlinám nějakou praktickou výhodu? Výzkumníci se rozhodli otestovat také tuto otázku. Několik nocí natáčeli divoce rostoucí pupalky a zaznamenávali každý průlet opylovače v jejich blízkosti. Pokud poblíž rostliny v předchozích šesti minutách nějaký opylovač proletěl, šance, že kolem rostliny proletí další, stoupla více než devětkrát.
Pozorovaný jev tedy má biologické opodstatnění. Rostlina po průletu prvního opylovače zvýší atraktivitu svých květů, což se jí vyplatí, protože velmi pravděpodobně brzy přiletí další opylovači. Tato reakce je navíc o dost spolehlivější než například reakce na denní dobu, protože bere v potaz nepravidelnosti v chování opylovačů (například vlivem povětrnostních podmínek). Opylovači zase rozeznají sladší nektar a mohou se tak naučit dávat stejně vypadajícím květům přednost nebo se u nich déle zdržet. To pochopitelně zvýší efektivitu opylení.
Objev rostlinného sluchu nabízí zcela nový pohled na možnosti komunikace rostlin s jejich okolím. Přestože článek ještě neprošel standardním recenzním řízením v některém z vědeckých časopisů, autoři už teď plánují, jak navázat do budoucna. Plánují například zopakovat pokus v přirozeném prostředí, kde se na pozadí vyskytují různé zvuky, zjistit, jak reagují další druhy rostlin, a pozorovat, zda opylovači opravdu dávají přednost květinám, které byly předtím vystaveny jejich zvuku. Velmi přínosná by byla také studie zaměřená na vlastnosti rostlinných uší, tedy květů, protože jejich velikost, tvar nebo hustota mohou určovat typ zachycovaných podnětů. Teoreticky by rostliny mohly reagovat také na zvuky dalších zvířat, rostlin nebo živlů. Otevírá se před námi nové a rozsáhlé pole výzkumu a my teprve uvidíme, jaké další překvapivé výsledky přinese.
Zdroj: Ma Veits, I Khait, U Obolski, … & Lilach Hadany (2019): Flowers respond to pollinator sound within minutes by increasing nectar sugar concentration. bioRxiv, online.