| Anotácia: | Článkonožce, zahrňujúce hmyz, pavúky a kôrovce v súčasnosti predstavujú najrozmanitejšiu skupinu morských, sladkovodných aj suchozemských organizmov (príbuzné pomalky sú jedinými organizmami perzistujúcimi v otvorenom vesmíre). Predstavujú základ prakticky všetkých ekosystémov už od prvohôr, čomu zodpovedá aj ich vznamné zastúpenie vo fosílnom zázname (aj trilobity). Okrem množstva druhov, ktoré napríklad u suchozemského hmyzu nemá obdobu, je dôležitá aj kvalita zachovania, často obsahujúca unikátne mikroštruktúry v jantároch. Preto sú ideálnou skupinou na analyzovanie evolučných vzorov, zákonitostí a premenných, ktorým fylogenéza podlieha (do veľkej miery neprebádané). Projekt preto pokrýva širokú škálu článkonožcov (priamo na Slovensku máme na nalýzu materiál z celého sveta vrátane jantárov z čias dinosaurov a otvorený prístup k svetovým depozitom – spolupracujeme s organizáciami s vyše 50 krajín sveta) s dôrazom na najpočetnejšie skupiny s bohatým fosílnym záznamom, umožňujúce porovnať výsledky z principiálne rôznych analýz (molekulárne údaje, morfológia, fosílie), ale aj topológiu evolučných stromov a sietí naprieč rôznymi skupinami (početnossť trichotómií, dlhých vetiev, paralelizmov, ghost ranges, tempo diverzifikácie a vymieraní). Súčasťou štúdie je aj opis všetkých nových fosílnych (a niektorých žijúcich) článkonožcov z nášho územia. Poznatky rozšírime aj prostredníctvom víťazov celoštátnej súťaže nadväyujúce na predošlé projekty pre UNESCO a MŽP.
|
| Výsledky: | Projekt je so 65 vedeckými publikáciami indexovanými v databáze CC jedným z najúspešnejších projektov agentúry v histórii. Popularizácia výsledkov projektu presiahla 500 milion kliknutí na weboch vo viac ako 200 krajinách (3 titulné stránky BBC etc.). Zapojení študenti získali medzinárodné ocenenia a priestor v najprestížnejších popularizačných médiách (Scientific American, BBC). Do projektu vstúpil Minister ŠVVaŠ. Spracovali sme materiál z 80 krajín a prebehol aj výskum v náročných terénnych podmienkach. Na vzorke z hlbokomorských sedimentoch Cerovej sme po prvý krát použili prevratnú metódu vizualizácie a obnovy tretieho rozmeru stlačenej fosílie. Venovali sme sa novým pomalkám (najodolnejšie organizmy planéty), muškovitým (najnebezpečnejší hmyz poškodzujúci dobytok na Balkáne, žijúci aj u nás), evolučným zákonitostiam (aj na prípade prvokov), fosílnym desaťnožcom, rovnakonožcom a fosílnym švábom. Objasnili sme vznik živorodosti napriež spektrom organizmov.
- V rámci hmyzu sme pokryli aj územie SVK a opísali 16-milión rokov starú bzdochu z hlbokomorských sedimentov Cerovej s vyvinutím (spolupráca s 5S a KVANT) nových revolučných etód 3D zobrazovania vrámci svetového priestoru. Sústredili skme sa ale najmä na skupinu Dictyoptera, kde sme opísali nové živočíchy z obdobia Permu až dnešných čias z rôznych území sveta (RUS, KAZ, SVK, CZE, BOT, LIB, SYR, MYA, USA, MEX, BRA, CHN, CAN, VIE). Aj dielčie výsledky sa ukázali byť prevratnými a vyslúžili si pozornosť svetových médií aj najprestížnejších svetových vedeckých popularizačných periodík. V nádväznosti bola zhrnutá živorodosť naprieč časovou škálou a naprieč celým spektrom organizmov od baktérií až po človeka (viac ako 150 línií). Zdá sa, že za vznikom ich živorodosti bol, podobne ako za vznikom ašej placenty, parazit. Dokázali sme, že šváby upratovali po dinosauroch a teda, že druhohorny boli do veľkej miery zbavené trusu stavovcov. To je dôležité zo systémového hľadiska, pretože hromadenie trusu by podporilo eróziu a znemožnilo rast podrastu. Navyše sme v potrave identifikovali rozklad dreva s čím je spojený vznik spoločenského spôsobu života u termitov. Dokázali sme, že najbežnejšie súčastné šváby boli počas eocénu prítomné okrem Európy a Ázie aj v oboch Amerikách, kde neskôr náhle vyhynuli. Ak ich tam dnes reintrodukujeme, ľahko prežijú, lebo za posledných viac ako 10 milión rokov sa nenašiel nikto, kto by ich miesto, niku, zaplnil. Analyzovali sme taktiž jaskynné fauny a opísali snáď najbizarnejšieho živočícha z lávových jaskýň vo Vietname.
- Študované boli vybrané skupiny desaťnožcov (Decapoda) a rovnakonožiek (Isopoda). Výskum bol zameraný na taxóny vyžadajúce revíziu, t.j. najmä fosílne „ráčiky-duchovia“ a morské rovnakonôžky. Navyše boli opísané viaceré fauny kôrovcov resp. druhov z vybraných oblastí vrátane Európy (napr. Slovensko, Rakúsko, Nemecko, Maďarsko, Francúzsko, Španielsko, Holandsko), Afriky (Senegal), Ázie (Pakistan, Irán) a Ameriky (Karibik). Pozornosť bola venovaná aj evolučným aspektom študovaných skupín. Hlavné vedecké výsledky zahŕňajú: 1) revízia „ráčikov-duchov“ zameraná na systematiku, tafonómiu a fylogenézu, 2) objasnenie evolúcie vonkajšieho parazitizmu u morských rovnakonožiek, 3) objav najstaršej (asi 210 miliónov rokov starej) fosílnej larvy rakovcov (Malacostraca). Nakoniec boli zaznamenané výskyty unikátnych javov resp. živočíchov ako je machovková epibióza na desaťnožcoch, výskyt fosílnych krabov rodu Cenomanocarcinus z kriedových usadenín Nemecka a Rakúska resp. revízia fosílneho záznamu kreviet rodu Axius či homárov rodu Homarus.
- Všeobecnými zisteniami z fylogenetických analýz nálevníkov je, že parafýlia je prirodzená súčasť evolučnej histórie organizmov a vyskytuje sa na všetkých úrovniach diverzifikácie. Na druhej strane monofýlia je v mnohých prípadoch len výsledkom vymierania, ktoré “vyhľadaní” parafyletický obraz fylogenézy. Vďaka komplexnému prístupu bol odhalený aj problém pleziomorfnej a homopláznej „pasce“ v priebehu fylogenézy. Selekčný tlak môže viesť k nezávislému vzniku podobných morfológií na jednej strane (homoplázna pasca), kým starobylý stav orálnej ciliatúry môže zostať zachovaný v rámci rôznych línií na strane druhej (pleziomorfná pasca). Tieto zistenia podporujú Mayrovu-Bockovu teóriu evolučného pučania vnútri kmeňových línií v súvislosti s vplyvom prostredia. Významným metodickým prínosom bola analýza o využití ITS1-5.8S-ITS2 regiónu a sekundárnej štruktúry ITS2 molekuly na vymedzenie druhov na modeli nálevníkov. Bolo zistené, že celý ITS región umožňuje vymedziť väčšinu druhov, ale samotné ITS2 sekvencie prestupujú hranice viacerých druhov, čo veľmi pravdepodobne súvisí s ancestrálnym polymorfizmom. Kompenzačné zmeny báz neboli zaznamenané v helixoch ITS2 molekuly pri jednotlivých druhoch, čo naznačuje, že CBC-analýza (compensatory base change analysis) nie je vždy schopná efektívne diskriminovať druhy.
- V rámci výskumu muškovitých (Insecta: Diptera: Simuliidae) bol na troch modelových skupinách blízko príbuzných druhov v západnom Palearkte zisťovaný ich skutočný taxonomický status a historické formovanie areálov. Bola pritom používaná integrovaná metóda využívajúca analýzu morfologických, chromozomálnych a molekulárnych metód. Prvou modelovou skupinou bol druh Simulium colombaschense, v minulosti považovaný za najnebezpečnejší druh mušky, ktorý v priebehu dvadsiateho storočia spôsobil mimoriadne straty na dobytku v oblasti Balkánu. V rámci známeho areálu druhu v strednej a juhovýchodnej Európe bolo zistených až päť cytoforiem, avšak len dve z nich sú významnými parazitmi dobytka. Okrem toho minimálne dve cytoformy, ktoré javia známky dlhodobej izolácie a pravdepodobne sú samostatnými druhmi, majú obmedzený areál v juhovýchodnej Európe a paradoxne ich možno považovať za druhy ohrozené vyhynutím v dôsledku regulácie riek. Jednotlivé cytoformy majú odlišné areály, zistené výskyty nasvedčujú o ich alopatrickom rozšírení, pričom jednotlivé cytoformy vyzerajú byť viazané na veľké rieky a ich povodia. Druhou skúmanou modelovou skupinou boli zástupcovia podrodu Wilhelmia, druhy Simulium lineatum a S. balcanicum. Na rozsiahlom areáli, siahajúcom od Britských ostrovov až po Ďaleký východ bolo v minulosti opísaných viacero blízko príbuzných druhov, líšiacich sa morfologicky len nepatrne, tieto boli neskôr postupne všetky synonymizované s druhom S.lineatum, výnimkou bol druh S. balcanicum, aj v jeho prípade bola jeho existencia spochybňovaná. Cytotaxonomickým výskumom bola potvrdená reprodukčná izolácia medzi obomi druhmi, vrátane rozdielnych a iba úzko sa prekrývajúcich areálov oboch druhov. Odlišné cytoformy boli zistené na Blízkom východe aj Ďalekom východe, pravdepodobne ide o evolučne mladé, avšak už samostatné druhy. Treťou modelovou skupinou boli európske druhy rodu Prosimulium, ktoré na rozdiel od predchádzajúcich obývajú skôr menšie vodné toky v horskom prostredí, vďaka čomu majú iné typy areálov. Cytotaxonomický aj molekulárny výskum na druhu Prosimulium hirtipes ukázal, že ide o komplex podobných druhov. Kým samotný P. hirtipes bol zistený aj v strednej Európe aj v Škandinávii a rozdiely na molekulárnej aj chromozomálnej úrovni medzi týmito vzdialenými populáciami boli minimálne, na Apeninskom polostrove sa vyskytuje geneticky dobre izolovaný druh Prosimulium italicum, ktorý je navyše sám komplexom minimálne dvoch cytoforiem. V strednej Európe boli zaznamenané aj vzorky s odlišnou molekulárnou a cytotaxonomickou charakteristikou, pravdepodobne reprezentujúce ďalší reprodukčne dobre rozlíšiteľný druh. Výsledky poukazujú na fakt, že v rámci Európy narastá genetická aj druhová diverzita v rode Prosimulium od severu na juh, pričom v južnej Európe sa nachádzajú taxóny, ktoré sú dlhšiu dobu izolované a majú podstatne menšie areály.
- Z kmeňa Tardigrada boli objavené dva druhy rodu Echiniscus (skupina druhov arctomys) s mimoriadne komplexnou kutikulárnou štruktúrou, ktorá ich výrazne odlišuje od ostatných zástupcov tohoto druhového komplexu (vzor tvorený tuberkulami, pórami, pseudopórami a infrakutikulárnymi piliermi). Každý z týchto evidentne blízko príbuzných druhov bol nájdený na prekvapujúco vzdialených miestach (Taliansko a Havajské ostrovy) (Degma & Schill 2015, Degma et al. v tlači). Vzťah týchto osobitých druhov k ostatným členom skupiny arctomys resp. ostatným druhom rodu Echiniscus by mala objasniť analýza ich genetických markerov, ktoré sa dnes štandardne využívajú v molekulárnej taxonómii pomaliek na úrovni druhov a populácií (podjednotka cytochróm oxidázy coxI, proteín kodujúci fragment mitochondriálnej DNA a fragment jadrovej DNA ITS-2). Na získanie týchto sekvencií sú ale potrebné nové živé jedince z typových lokalít aspoň jedného z oboch druhov, pričom séria vzoriek machov z typovej lokality druhu z Talianska je už k dispozícii a časť z nich už bola analyzovaná avšak s negatívnym výsledkom.
Popularizácia. Tri z výskumov boli pokryté na úvodnej stránke BBC, spolu vo viac ako 200 krajinách (Scientific American, New Scientist, Der Spiegel, Die Welt, The Washington Post, Yahoo headlines etc.). Výsledok o čistení druhohôr dinosaurami z konce 2013 bol vyhlásený za jeden z najdôležitejších v PLOS ONE (spomedzi 19.000 vedeckých článkov). Celková čítanosť naších výskumov presiahla 1,4 miliardy, na SVK sumárna čítanosť iba v jednom roku riešenia presiahla 0,35M. Do projektu Superškoly vstúpil Minister Školstva SR a CVTI a už v tejto sezóne prebieha pre 25,000 žiakov ZŠ. Projekt sa zvažuje v centrále UNESCO ako platforma pre mnohé krajiny.
Do projektu sa zapojili traja PhD študenti a mnohí študenti na úrovnieach bcl a mgr (ktorých sa tiež podarilo umiestniť na zahraničné stáže (USA, CHN, LIB). Objav najstaršieho jedovatého hmyzu z Libanonského jantáru publikovanom v Cretaceous Research (IF= 2,2) študentom Hemenom Sendi prevzala úvodná stránka BBC; potom BBC Earth ˃200 krajín.
Realizovali sa aj rozsiahle terénne práce v mnohých krajinách. Výskum kopálových lesov v ECU pod záštitou Ministra Školstva, Vedy, Výskumu a športu Juraja Draxlera (s celoštátnou žiackou súťažou) prebrala úvodná stránka BBC (a BBC Travel).
|
