Są organizmy, które występują wszędzie na Ziemi, a niektóre z nich potrafią nawet przetrwać w przestrzeni kosmicznej, tak jak niesporczaki. Kto z nas mógłby jednak przypuszczać, że na Svalbardzie, w strefie klimatu polarnego, oprócz reniferów, lisów i niedźwiedzi polarnych można przy odrobinie szczęścia spotkać... mszyce? Podobnie jak nasze rodzime gatunki, aby przetrwać, rozmnażają się i żerują na roślinach żywicielskich. Na tym podobieństwa się kończą. Co je wyróżnia? To pytanie zadała sobie prof. dr hab. Karina Wieczorek z Wydziału Nauk Przyrodniczych UŚ.

Prof. dr hab. Karina Wieczorek

Trzy gatunki z północy

– Temat moich badań jest niszowy. Niewiele osób kojarzy obszary polarne z występowaniem owadów, w tym mszyc. Ja z kolei zajmuję się nimi przez całe zawodowe życie. Stwierdziłam, że mszyce arktyczne mogą okazać się bardzo ciekawym tematem, i nie myliłam się – mówi prof. Karina Wieczorek.

Pierwsze opisy gatunków mszyc pojawiły się około 300 lat temu i dotyczyły owadów żyjących w strefie umiarkowanej. Na Svalbardzie zidentyfikowane zostały jak dotąd tylko trzy gatunki mszyc, a czas ich odkrywania rozpoczął się w drugiej połowie XX wieku. Początek to rok 1958 i gatunek Sitobion calvulus. Jego kolejne morfy opisano w 2003 roku, natomiast dziesięć lat później ukazał się ważny artykuł na temat pasożytów tych owadów. Podobna historia poznawania mszyc ze Svalbardu dotyczy gatunków Acyrthosiphon svalbardicum i Pemphigus sp. Prof. Karina Wieczorek rozpoczęła badania w 2018 roku, koncentrując uwagę przede wszystkim na układzie rozrodczym wyjątkowych owadów z północy.

Trudno powiedzieć, w jaki sposób tam trafiły. Aby przetrwać, muszą się rozmnażać i czymś żywić. Jak wyjaśnia biolożka, podstawą ich występowania musi być więc m.in. określona roślina rodzicielska i sprzyjające warunki klimatyczne. Mszyce ze Svalbardu to tzw. ścisłe monofagi. Oznacza to, że dany gatunek owada jest zainteresowany dokładnie jednym gatunkiem rośliny.

– Gdybyśmy sobie próbowali wyobrazić krajobraz Svalbardu, najbliżej mu do obszarów górskich. Nie ma tam drzew, jest za to tundra pokryta mszakami, porostami i drobnymi roślinami zielnymi. W takich warunkach bardzo trudno jest znaleźć choćby jedną mszycę, a jednak wiemy, że one gdzieś tam są – mówi badaczka.

Wyróżnia je właśnie miejsce występowania – najdalej wysunięte na północ. W innych regionach arktycznych mszyce występują zdecydowanie niżej pod względem szerokości geograficznej. Oczywiście jest to stan wiedzy na dziś, a być może kiedyś naukowcy odkryją gatunki bytujące gdzieś dalej na północ.

Poszukiwanie jest jednak trudne ze względu na ekstremalnie krótki okres wegetacyjny. W Polsce już w marcu pojawiają się pierwsze założycielki rodu. Od kwietnia zaczyna przybywać ich potomstwa – bezskrzydłych lub uskrzydlonych dzieworodnych samic, w lipcu i sierpniu występują już masowo. Jesienią natomiast pojawia się pokolenie obupłciowe – jajorodne samice i samce. Jeśli warunki pogodowe są sprzyjające, mogą pojawiać się nawet do końca listopada. Mszyce ze Svalbardu nie mają aż tyle czasu. Można je zazwyczaj obserwować od połowy czerwca do końca sierpnia. Mają więc tylko niewiele ponad dwa miesiące na żerowanie i rozmnażanie się. Muszą się spieszyć. Ten specyficzny styl życia sprawia, że trudno je znaleźć. Nie ma dróg na skróty. Na miejscu musi być specjalista. Nie da się zebrać materiału „przy okazji” realizacji innych badań. Jest to zresztą żmudna praca. Wiele godzin trzeba spędzić na kolanach i delikatnie przetrząsać rośliny żywicielskie w poszukiwaniu chociaż jednego owada. Zdarza się, że po 24 godzinach poszukiwań nie znajduje się nic.

– Odwiedziłam Svalbard pod koniec sierpnia 2018 roku. W czasie intensywnych poszukiwań udało mi się zebrać jedynie 100 samic i tylko 16 samców, w tym trzy kopulujące pary, które zdążyłam utrwalić, aby przeprowadzić szczegółowe analizy układu rozrodczego obu płci. Uważam, że to ogromny sukces – podkreśla prof. Karina Wieczorek.

Jej zdaniem trzy gatunki występujące na Svalbardzie mają w sobie coś wyjątkowego. Są endemiczne, a to oznacza, że żyją wyłącznie na tym obszarze. Co więcej, mają swoje wybrane lokalizacje i tylko tam można je zaobserwować. W ich przypadku są to okolice dwóch fiordów na Spitsbergenie.

Na pewno znaczenie ma występujący tam dębik ośmiopłatkowy (Dryas octopetala).

– Co ciekawe, jest to jednak roślina powszechnie występująca w rejonach górskich, na przykład w Tatrach. Na próżno jednak szukać tam mszyc. To z kolei oznacza, że nie wystarczy roślina żywicielska. Muszą występować jakieś dodatkowe warunki sprzyjające pojawieniu się określonych gatunków tych owadów w danym miejscu. To ciekawa zagadka naukowa, na rozwiązanie której musimy jednak jeszcze poczekać – przyznaje autorka badań.

Naturalni wrogowie mszyc ze Svalbardu

Acyrthosiphon svalbardicum, samica jajorodna

Specyficzne miejsce występowania trzech gatunków owadów wiąże się także z listą naturalnych sprzymierzeńców i wrogów. Wiemy, że w warunkach klimatu umiarkowanego niektóre gatunki chętnie współpracują z mrówkami, unikają natomiast biedronek. W przypadku mszyc ze Svalbardu sytuacja jest inna. Nawet jeśli występowałyby tam mrówki, nie ma podstaw do współpracy. Jest za to niska temperatura i są... pasożyty. Infekują mszyce w taki sposób, że składają jaja do wnętrza organizmu owada, który przez to staje się tworem podobnym do mumii. Jego wnętrze zostaje pożarte przez larwy. Prof. Karina Wieczorek przyznaje, że podczas zbierania materiału można trafić na charakterystyczne suche skorupki. Są to mszyce zjedzone od środka.

Właściwie jedyną bronią tych owadów jest rozmnażanie. Jak wyjaśnia prof. Karina Wieczorek, różnice w sposobie rozmnażania między mszycami ze Svalbardu a tymi, które możemy spotkać w naszym regionie, są ogromne.

– Mówiąc w dużym skrócie, w naszej strefie klimatycznej w okresie wiosennym z jaja wylęga się założycielka rodu, potem rodzą się kolejne pokolenia bezskrzydłych dzieworódek. Gdy ich liczebność wzrasta, pojawiają się uskrzydlone dzieworódki, które przenoszą się na kolejną roślinę. Taki cykl trwa nieprzerwanie aż do jesieni. Fotoperiod, czyli skrócenie długości dnia, warunkuje u mszyc pojawienie się form seksualnych. Mamy wtedy i samca, i samicę jajorodną. Osobniki dorosłe po kopulacji składają jaja będące formą przetrwalną, a następnie giną – mówi badaczka.

Na Svalbardzie z powodu skrócenia sezonu wegetacyjnego proces ten przebiega nieco inaczej. Z jaja wykluwa się założycielka rodu, rodzi samce i samice jajorodne, które po kopulacji składają jaja. Ten proces powtarza się przez około półtora miesiąca. Co ciekawe, proces ten warunkują czynniki genetyczne, a nie fotoperiod. W tym czasie na Svalbardzie dzień trwa bowiem 24 godziny.

Na uwagę zasługuje także sam układ rozrodczy mszyc ze Svalbardu.

– Razem z prof. Piotrem Świątkiem z Wydziału Nauk Przyrodniczych Uniwersytetu Śląskiego badamy elementy tego układu. Już teraz wiemy, że u mszyc z gatunku Acyrthosiphon svalbardicum występuje sporo ciała tłuszczowego. Gdy preparowałam owady, tłuszcz z nich wręcz wpływał, choć warto dodać, że jego obecność nie wpływa na wielkość owada. Pierwsze skojarzenia są oczywiste. W klimacie polarnym jest zimno, a tłuszcz chroni organizm przed niskimi temperaturami. Sprawdzimy, czy tak jest w rzeczywistości i czy jest to cecha powtarzalna dla innych svalbardzkich gatunków mszyc – mówi badaczka.

Drugim aspektem badań, do tej pory nie poruszanym jeszcze w nauce, będzie sprawdzenie endosymbiontów. Chodzi o bakterie, dzięki którym mszyce są w stanie trawić pokarm. Nie wiadomo jeszcze, o jakim składzie gatunkowym endosymbiontów możemy mówić w przypadku mszyc ze Svalbardu.

– Zagadek jest znacznie więcej. Mimo mojego wieloletniego doświadczenia miałam spore problemy z odpowiednim do badań histologicznych utrwalaniem mszyc z gatunku Acyrthosiphon svalbardicum. Spróbuję się dowiedzieć, z czego to wynika – przyznaje autorka badań.

Pewne jest natomiast to, że mszyce skorzystają na skutkach zmian klimatu, zarówno w kontekście zmiany cyklu życiowego, jak i rozszerzania swojego zasięgu, co oczywiście będzie działało na ich korzyść. – Mszyce, jak już wspominałam, zdecydowanie „idą na ilość”.

Projekt badawczy pt. Arktyczne mszyce bez tajemnic – badania porównawcze struktur układu rozrodczego i mikrobiomu endemicznych gatunków mszyc występujących na Spitsbergenie został dofinansowany w ramach programu Inicjatywa Doskonałości Badawczej UŚ.