Mšice se rodí těhotné: embrya v embryích

Na stonku růže v červnu porodí bezkřídlá zelená mšice velká jako špendlíková hlavička – a její novorozená dcera je už těhotná. To je ta podivná, ověřená pravda skrytá za frází „mšice se rodí těhotné”: mláďata přicházejí na svět s embryi další generace, která se v nich už začínají tvořit. Žádné vejce. Žádný otec. Žádné čekání. Jen živá matrjoška matek, která se rozvíjí rychleji než téměř cokoli jiného na vaší zahradě.

Stručně: Mšice se rodí těhotné: přes léto se většina rozmnožuje živorodou partenogenezí a rodí živé klony bez páření. Každá ještě nenarozená dcera už v sobě nese vlastní embrya, takže v jednom těle jsou naskládány tři generace. Díky tomuto „teleskopování” se mšice dokáže rozmnožit zhruba za týden. Charles Bonnet jako první prokázal panenské rozmnožování u zvířat pomocí jediné izolované mšice v roce 1745.

Mšice se rodí těhotné: porod, který v sobě už skrývá další porod

Buďme přesní, protože skutečnost je ještě podivnější než ono heslo. Na jaře a v létě se většina mšic rozmnožuje pomocí živorodé partenogeneze – složitého termínu, který se dá rozložit na dvě jednoduché myšlenky. Partenogeneze znamená panenské rozmnožování: žádné páření, žádná spermie, potomci jsou klony matky. Živorodost znamená, že se rodí živá mláďata: žádné vejce se neklade, ven vyleze vrtící se nymfa. Spojíte-li to dohromady, dostanete samici, která nikdy nebyla oplodněna a která rodí živé dcery, jež také nikdy nebyly oplodněny.

A teď ten zvrat. Uvnitř té těhotné matky každá vyvíjející se dcera už začala formovat svá vlastní embrya ještě předtím, než se sama narodí. Generace jsou tak naskládány na sebe. Biologové tomu říkají „teleskopické generace” a právě to je důvod, proč se jedna mšice dokáže z novorozeněte stát babičkou zhruba za týden.

Ukazuje se, že populární úsloví situaci ještě podceňuje. „Rodí se těhotné” je sice přesné – ale skrývá třetí panenku v řadě.

Ruská matrjoška, jak se sluší a patří: tři generace v jednom těle

Většina zjednodušených schémat rozmnožování mšic ukazuje dvě vnořené postavy: matku a v ní stočenou dceru. Realita jde o vrstvu hlouběji. Ta nenarozená dcera není jen embryo – už v sobě nese zárodečné buňky, základ vajíček, z nichž jednou vzniknou její vlastní dcery. Jedna těhotná mšice tak v jednom okamžiku nese své vlastní tělo, své vyvíjející se dcery i nejranější buňky svých vnuček. Babička, matka, vnučka – tři generace sdílející jedno malé zelené tělíčko.

Toto zhuštění není náhodný důsledek tísně. Ekologové Pavel Kindlmann a Anthony Dixon ve studii z roku 1989 publikované v časopise Functional Ecology argumentovali, že teleskopování je vývojová strategie: tím, že mšice začne s embryi další generace brzy, výrazně zkrátí čas mezi jednotlivými porody. Každá ušetřená hodina se pak během léta znásobí. Celá stavba těla je navržena pro rychlost.

{IMAGE_2}

A když si postavíte tělo pro rychlost a k tomu úplně vynecháte celý obřad hledání partnera, matematika se rychle stává děsivou. Jeden viktoriánský biolog si to spočítal na papíře a číslo, ke kterému došel, zní dodnes jako tisková chyba.

Huxleyho kvintilion: matematika, která znejistila viktoriánského biologa

V roce 1858 Thomas Henry Huxley – nejvášnivější veřejný obhájce Darwina – zveřejnil studii o rozmnožování mšic v časopise Transactions of the Linnean Society of London. Na základě tehdejších znalostí o tempu rozmnožování spočítal, co by se stalo, kdyby přežili všichni potomci jediné zakládající samice. Jeho závěr: jedna oplodněná mšice by bez jakéhokoli dalšího oplodnění mohla dát vzniknout „kvintilionu mšic” – jedničce následované osmnácti nulami.

Aby to čtenářům dostatečně došlo, Huxley sáhl po lidském měřítku. „Velmi statný muž váží dva miliony grainů,” napsal – a pak přišla věta, která ho přežila: samotné desáté pokolení, pokud by přežili všichni jeho příslušníci, by „obsahovalo více hmoty než 500 000 000 statných mužů.” Desátá generace jediné mšice by tak vážila víc než populace celého kontinentu.

Moderní firemní propočty se pohybují ve stejně děsivých číslech. Zemědělská společnost BASF odhaduje, že by jedna mšice mohla za ideálních, ničím neomezených podmínek teoreticky založit rod čítající zhruba 600 miliard potomků během jediného roku. Obě čísla jsou hypotetická – na Zemi neexistuje nic, co by nechalo přežít úplně všechny mšice – ale odpovídají na otázku, které se populární videa raději vyhýbají. Kolik jich vlastně je? Ne „hodně.” Číslo s minimálně dvanácti nulami.

Ženeva, 1745: jedna nymfa, jedna skleněná nádoba a první důkaz panenského rozmnožování

Dlouho před objevením genetiky se mladý přírodovědec Charles Bonnet, tehdy ještě ne třicátník, rozhodl vyřešit spor pozorováním. V Ženevě izoloval jedinou novorozenou mšici pod sklem – odříznutou od jakéhokoli možného partnera – a sledoval ji sousto po soustu, den za dnem. Mšice, sama a nedotčená, přesto plodila potomky. Zhruba měsíc Bonnet zaznamenával, jak se z panenského hmyzu objevuje generace za generací.

Šlo o první experimentální důkaz partenogeneze u zvířat, publikovaný v jeho díle Traité d’insectologie z roku 1745. A tady přichází ta tiše nádherná část: je to 280 let starý experiment, který si dnes může zopakovat kdokoli zvídavý. Stačí izolovat jednu nymfu mšice, udržovat ji nakrmenou a osamocenou a sledovat ji. Žádná laboratoř, žádné povolení – jen trpělivost a lupa. Bonnetova metoda byla celým tím objevem.

Panenské rozmnožování navíc není výsadou jen mšic. Objevuje se napříč živočišnou říší i na místech mnohem podivnějších než keř růže – včetně slavného případu, kdy rejnok v nádrži zřejmě otěhotněl bez jakéhokoli partnera. Mšice si z toho jednoduše udělaly svůj běžný způsob rozmnožování.

Cestující, který nikdy neodejde: Buchnera a 160 milionů let ve stejných buňkách

Tady je ta skrytá postava, o které se žádná zahradnická příručka nezmiňuje. Každá mšice v sobě nosí trvale usídlenou bakterii Buchnera aphidicola, umístěnou ve specializovaných buňkách zvaných bakteriocyty. Mšice sají floémovou míz – bohatou na cukry, ale zoufale chudou na esenciální aminokyseliny, které si hmyz sám vyrobit neumí. Buchnera je vyrábí za ni. Bez bakterie by mšice hladověla i s plným žaludkem; bez mšice by bakterie sama o sobě nedokázala přežít. Ani jedna z nich není bez druhé úplná.

Výzkum, který shrnul mikrobiolog Paul Baumann se svými kolegy v časopise Annual Review of Microbiology, datoval toto partnerství na zhruba 160 milionů let – obě linie jsou neoddělitelné už od dob dinosaurů. A protože se mšice rozmnožuje tak, že v sobě nosí živá embrya, nepředává dál jen své geny. Do každého embrya ještě před narozením zabalí i bakterii Buchnera. Ta se dědí podobně jako barva očí: je součástí výbavy každé další mšice, generaci za generací, a to už déle, než na souši vládnou kvetoucí rostliny.

Počítání nocí: jak si letní klony náhle vzpomenou na pohlavní rozmnožování

Pokud jsou mšice čistě samičí klony, odkud se tedy berou samci? Protože na podzim se skutečně objeví.

Spouštěčem není teplota ani kalendář. Je to tma. Jak léto ustupuje, mšice měří prodlužující se noc – takzvanou skotoperiodu, nikoli délku dne – a po sérii dostatečně dlouhých nocí klonální matky změní, co produkují. Najednou rodí samce a pohlavní, vejce kladoucí samice. Ti dva se spáří starým osvědčeným způsobem a samice pak naklade oplodněné vejce s tvrdou skořápkou, stavěné na to, aby přežilo zimu – diapauzní vejce, které přečká chlad a na jaře se z něj vylíhne nová zakládající samice. Celé klonální impérium léta se tak stáhne zpět do jediného přezimujícího vejce.

Jak se tento přepínač čte na molekulární úrovni, zmapovala studie z roku 2009 v časopise BMC Genomics, kterou vedl Gaël Le Trionnaire se svými kolegy a která sledovala změny v aktivitě genů a bílkovin při přechodu hrachové mšice z nepohlavního do pohlavního režimu. Upřímně řečeno je to nejlepší závěrečný zvrat v biologii hmyzu – tvor, který stráví celé léto jako řada identických dcer a pak, na povel čisté tmy, znovuobjeví pohlavní rozmnožování, aby vytvořil semínko pro příští rok.

Proč vaše růže přesto přežijí: slunéčko, síťokřídlý dravec a vosa zevnitř

Když si přečtete čísla výše, nabízí se logická otázka, proč se nebrodíme mšicemi až po kolena. Odpověď zní: stálá armáda predátorů, kteří berou kolonii mšic jako švédský stůl bez omezení. Larvy slunéček – ostnaté, tvarem podobné malým aligátorům, naprosto odlišné od úhledného dospělce – dokážou spořádat stovky mšic na jednoho jedince. Larvy zlatoočky obecné, přezdívané „lvi mšic,” dělají totéž. Larvy pestřenek se pasou v kolonii zespodu.

A pak je tu tiše hrůzostrašná parazitická vosička. Samička vosičky rodu Aphidius přistane na mšici, podvine si zadeček a naklade jediné vajíčko přímo dovnitř živého hmyzu. Larva se vyvíjí uvnitř a mšici zevnitř postupně vyžírá, dokud se její tělo neztvrdne do papírové hnědé schránky – takzvané „mumie” – s další vosičkou zapečetěnou uvnitř. Entomolog Ian Grettenberger z UC Davis, citovaný v pořadu Deep Look stanice KQED, upozorňuje, jak velká část této regulace probíhá neviditelně, přímo v terénu, ještě předtím, než zahradník vůbec sáhne po postřiku.

Tato rovnováha je tím skutečným příběhem a stojí za to říct to na rovinu: přemnožení mšic málokdy představuje krizi, kterou je třeba „vybombardovat” – jde spíš o potravní impuls, na který predátoři na zahradě zpravidla už reagují.

Co všechno přepisuje jedno těhotné novorozeně

Odhoďte to heslo stranou a mšice tiše vyvrací několik věcí, které považujeme za univerzální. Že k rozmnožování jsou potřeba dva rodiče – ne. Že samice musí nejdřív dospět, než může nosit mláďata – ne. Že zvíře je jediný organismus, a ne linie vnořená sama do sebe – také skvěle ne. Mšice je řetězec matek stlačený do jednoho těla, nosí v sobě 160 milionů let starou bakterii, dokáže se rozpoutat do miliard jedinců a na signál tmy sbalí celé léto zpátky do jediného vajíčka.

Až příště smetete kolonii mšic z růže, stojí za to podívat se ještě jednou. Ta lezoucí zelená skvrna v sobě pohání jeden z nejrychlejších, nejstarších a nejdokonaleji vyladěných rozmnožovacích systémů na planetě – a každé novorozeně v ní už v sobě nese to další.

Časté otázky

Rodí se mšice opravdu těhotné? Ano. Po většinu roku se samičky mšic rozmnožují živorodou partenogenezí – živě rodí bez páření – a vyvíjející se dcery začínají formovat vlastní embrya ještě před narozením. Novorozená mláďata skutečně přicházejí na svět a už v sobě nesou další generaci.

Kolik generací mají mšice za rok? Záleží na druhu a podnebí, ale čísla jsou vysoká: u mšice zelné (Brevicoryne brassicae) bylo zaznamenáno až 41 generací během jediné sezóny a mnoho druhů v teplém počasí vyprodukuje novou generaci zhruba každý týden.

Páří se mšice vůbec někdy? Ano – na podzim. Dlouhé noci spustí u klonálních matek produkci samců a pohlavních samic, které se spáří a nakladou odolné, oplodněné vejce, jež přezimuje a na jaře se z něj vylíhne nová zakladatelka.

Proč mají mšice uvnitř sebe bakterie? Bakterie zvaná Buchnera aphidicola žije ve vyhrazených buňkách mšic a vyrábí esenciální aminokyseliny, které v rostlinné míze chybí. Obě strany jsou na sobě vzájemně závislé už zhruba 160 milionů let; bez bakterie Buchnera by mšice nemohla přežít.

Zdroje a poznámky

• Huxley, T.H. (1858). „On the agamic reproduction and morphology of Aphis,” Transactions of the Linnean Society of London – výpočet „kvintilionu” / „500 milionů statných mužů”.
• Kindlmann, P. & Dixon, A.F.G. (1989). „Developmental constraints in the evolution of reproductive strategies: telescoping of generations in parthenogenetic aphids,” Functional Ecology.
• Baumann, P. a kol., Annual Review of Microbiology – endosymbióza Buchnera aphidicola datovaná na zhruba 160 milionů let.
• Le Trionnaire, G. a kol. (2009). „Transcriptomic and proteomic analyses of seasonal photoperiodism in the pea aphid,” BMC Genomics.
• Bonnet, C. (1745). Traité d’insectologie – první experimentální důkaz partenogeneze u zvířat.
• Zemědělský přehled společnosti BASF o reprodukčním potenciálu mšic; Ian Grettenberger, Katedra entomologie a nematologie UC Davis, v pořadu KQED Deep Look.

Mšici lze snadno rozmáčknout a snadno přehlédnout, přesto je možná tím nejtišeji radikálním zvířetem na zahradě – novorozeně, které v sobě už nese své vnučky, panenská linie čítající víc jedinců než armády, partnerství s bakterií starší než květiny, kterými se živí. Podíváte-li se na obyčejné dost zblízka, přestane být obyčejné vůbec.

Často kladené otázky

Otázka: Rodí se mšice opravdu těhotné?

Ano, a je to ještě podivnější, než fráze naznačuje. Přes jaro a léto se většina mšic rozmnožuje živorodou partenogenezí – panenským rozením živých mláďat, která jsou klony matky. Uvnitř těhotné mšice každá vyvíjející se dcera už začala formovat vlastní embrya ještě před narozením. Jedna mšice tak může v jednom okamžiku nést vlastní tělo, své dcery i zakládající buňky svých vnuček – tři generace v jednom malém tělíčku.

Otázka: Co jsou to teleskopické generace?

Jde o naskládání generací uvnitř jediné mšice. Nenarozená dcera není jen embryo – už v sobě nese zárodečné buňky, z nichž jednou vzniknou její vlastní dcery. Ekologové Pavel Kindlmann a Anthony Dixon ve studii z roku 1989 v časopise Functional Ecology argumentovali, že jde o záměrnou vývojovou strategii: tím, že mšice začne s embryi další generace brzy, výrazně zkrátí čas mezi porody, takže se každá ušetřená hodina během léta znásobí.

Otázka: Jak rychle se mohou mšice množit?

Děsivě rychle. Protože se samička rodí už těhotná, může se z novorozeněte stát rozmnožující se dospělec zhruba za 7 až 10 dní a mšice zelné mohou během jedné sezóny vystřídat až 41 generací. V roce 1858 Thomas Henry Huxley vypočítal, že by potomci jedné mšice, pokud by všichni přežili, mohli dosáhnout počtu kvintilion – jedničky s osmnácti nulami. Firma BASF odhaduje za ideálních podmínek zhruba 600 miliard potomků za rok.

Otázka: Kdo jako první prokázal, že se mšice mohou rozmnožovat bez páření?

Přírodovědec Charles Bonnet, v Ženevě v roce 1745. Izoloval jedinou novorozenou mšici pod sklem, odříznutou od jakéhokoli možného partnera, a sledoval, jak přesto plodí potomky – generaci za generací z panenského hmyzu po dobu zhruba jednoho měsíce. Publikováno v jeho díle Traité d’insectologie, šlo o první experimentální důkaz partenogeneze u zvířat, a je to 280 let starý experiment, který si dnes může zopakovat kdokoli zvídavý.

Ilustrace jsou vytvořeny umělou inteligencí. Článek byl ověřen a redakčně upraven člověkem. Naše redakční standardy.