Housenky makadlovky (Pectinophora gossypiella) jsou noční můrou producentů bavlny na celém světě. Poprvé byla zjištěna v USA v roce 1917, kdy tento invazivní druh hmyzu začal slibně se rozvíjející odvětví těžce dusit. Průlom v ochraně polností přinesl až rok 1996 a pěstování geneticky modifikované plodiny obsahující gen z bakterie - Bt bavlníku.
Delta-endotoxin
Bt plodiny se škůdcům brání toxinem, který v přírodě produkují bakterie Bacillus thuringiens. Tato bakterie se do povědomí dostala v roce 1901, kdy zlikvidovala japonské chovy bource morušového. V roce 1918 se přišlo na to, že housenky zabíjí protein delta-endotoxin. Jde o krystalickou látku vyráběnou bakteriemi podle jejich genu Cry. Proteinem chrání spóry. Tím, jak housenky požíraly s listím i bakteriální zárodky, otrávili se. Protein, navzdory názvu delta-toxin, sám o sobě jedem není. Ten z něj udělá až prostředí hmyzího střeva, kde se dlouhá molekula zkrátí odštěpením obou konců. Ke štěpení delta-endotoxinu a tvorbě jedovaté substance nedochází ve střevech všeho hmyzu, ale jen u toho, který má v útrobách patřičné zásadité prostředí. Vzniklá kratší molekula se naváže na kadheriny střevních buněk a smrští se. To střevní stěnu perforuje. Během 2 až 5 dní je s housenkami a motýli konec. Pro lidi, zvířata a mnoho dalšího hmyzu delta-endotoxiny nebezpečné nejsou a to je důvod, proč se přikročilo k vnášení bakteriálních Cry genů do zemědělských plodin. Podle typu vneseného genu pak rostlina vytváří pouze specifický typ delta-endotoxinu namířený proti škůdci, který je pro rostlinu největší hrozbou. Na rozdíl od širokospektrálně působících insekticidů, které zabíjejí hmyz šmahem, je Bt-toxin úzce selektivní - ničí jen to, co se začne rostlinou živit.
Rezistence
Prvním, kdo na polích s Bt bavlníkem objevil exempláře housenek, které Bt toxin přestal zabíjet, byl entomolog Bruce Tabashnik. Týkalo se to oblasti států Mississippi a Arkansas a tím prvním rezistentním škůdcem prolomivším ochranu rostlin se stala můra šedavka kukuřičná. Její odolnost se během krátké doby u některých exemplářů zvýšila více než tisíckrát. Bylo jasné, že se pěstování Bt-rostlin dostane brzo do problémů. Naštěstí se ukázalo, že riziko lze zažehnat agrotechnickým opatřením. Stačí k tomu v blízkosti porostů s geneticky modifikovanými plodinami vysadit pásy rostlin geneticky nemodifikovaných. Jde o jakási azylová území, kde hmyz není účinkům toxinů vystaven. Těmto ostrůvkům se říká refugia. Díky nim se vnímaví jedinci páří s těmi, co se na sousední ploše vyvinuli v rezistentní formu. Vzniklí kříženci jsou heterozygotní a proto je toxin zabije, odolnost je totiž spojena jen s homozygotností. Tímto jednoduchým opatřením se daří vznikající rezistentní formy držet na uzdě. Podmínkou ale je, aby plochy s geneticky nemodifikovanými porosty neklesly pod určitou mez. Pokud se opatření zanedbá a vzniknou velké plochy jen ze samých Bt plodin (bez refugií), naprostá většina housenek sice zhyne, ale ten nepatrný zlomek, kterému se podaří přežít, se mezi sebou začne pářit a počet rezistentních jedinců roste geometrickou řadou.
Program konečného řešení – eradikace
I když se na polích Bt bavlníku pomocí ploch bez Bt plodin daří situaci s výskytem rezistentních škůdců zvládat, zcela snížit ztráty tato technologie nedovoluje. Na neošetřených plochách (refugiích) musíme paradoxně organizovat cílený chov škůdce a ten se stává trvalou hrozbou i pro další plochy s jinými rostlinami a plodinami, které housenkám také chutnají. Proto vědci přišli s nápadem totálního vymýcení makadlovky. Spolehli se na mocnou sílu chtíče a svůj úspěch dali v šanc radovánkám hmyzích samečků. Poněkud riskantní byznys, když si uvědomíme, že jde vlastně o kriply, neboť samečci jsou geneticky poničení. Právě v tom je jejich kouzlo. S divokými samičkami se páří, ale jejich potomstvo není životaschopné. Neplodný hmyz tak na sebe absorbuje reprodukční potenciál divoké populace. Pokud se do polí vpašuje dostatečně velký počet „sterilních“ jedinců, množení volně žijící populace se zastaví. Myšlenka to není nová, ale je to poprvé, co byla použita jako součást technologie v kombinaci s pěstováním Bt plodiny.
V Americe nezůstalo jen u plánů. Se sterilizací samců začali v roce 2005. Nejprve byla ve Phoenixu postavena farma na chov makadlovky. Sterilizace se provádí ozařováním. Nejcitlivější jsou chromozomy v reprodukčních orgánech a tak stačí malá dávka a ošetření jedinci jsou z pohledu reprodukce k ničemu, chuť pářit se jim zůstává. Během čtyř let se na arizonské platáže vypustily zhruba 2 miliardy ozářených jedinců.
Hmyzí chovná farma ve Phoenixu spadá pod resort zemědělství. Hmyzí housenky se distribuují na místa určení letecky. (Kredit: USDA)
| Líheň vajíček (Kredit: USDA) |
Hala líhnutí larev |
| Úpravna vody pro nenasytné housenky. |
Dočasný domov housenek před expedicí. (Další obrázky zde.) |
Obavy
Se zaváděním nové technologie mají ochranáři problém. Namítají, že strategie vypouštění sterilních samců ohrozí reprodukci volně žijící populace. Tyto kritiky vedoucí týmu Tabashnik odbývá čtyřmi větami: "To je otázka logistiky. Můžeme dodat dost sterilního hmyzu, aby zcela vyšachoval ze hry volně žijící populaci? Řekněme, že máte na poli milion škůdců. Neexistuje způsob, jak byste mohli uvolnit miliardy sterilního hmyzu na pole během týdne!" Z toho tvrzení ale také vyplývá, že kdyby někdo nabyl úmyslu aplikovat metodu sterilních samců samostatně, bez návaznosti na Bt plodiny, dobrý úmysl by skončil nezdarem. Na normálních polích to nefunguje, na to nejsme schopni tolik samečků vyrobit. Význam to má jen na polích s Bt rostlinami.
Zavedení Bt plodin umožnilo zemědělcům snížit potřebu stříkat na pole jedovaté látky. Podobně, jako si bakterie zvykají na antibiotika, škůdci si vyvíjí odolnost k toxinům. Jsou v tom velmi zruční a tak se farmáři museli k postřikům mnohde vracet. Nejpoužívanější strategií k omezování vzniku rezistentních jedinců se stalo zmíněné pravidelné střídání ploch Bt a klasické bavlny. Udržitelná ochrana ale stojí na důsledném vytváření lokalit, kde se škůdce může uživit bez toho, aniž by požíral Bt toxin.
Vypouštění hmyzích samců přenášejících neplodnost je nová strategie, která výhody pěstování Bt bavlny ještě umocňuje. Tabashnikova skupina s tím začala experimentovat již v roce 2006. Ukázalo se, že na polích s Bt bavlníkem lze tímto způsobem mandlovku prakticky vyhubit. Kombinace dvou technologií – pěstování Bt plodin spolu s vypouštěním sterilních samců slibuje výhody dlouhodobé a ekologické ochrany. Na těchto plochách není třeba aplikovat postřiky a nemusí se vytvářet pásy s klasicky pěstovanými plodinami, nechávanými škůdci na pospas. Na nich totiž zemědělci tratí, protože na nich musejí svému škůdci podstrojovat, aby mu v jeho destrukčním tažení nestálo nic v cestě.
Ekonomika
Od chvíle, kdy v Arizoně program vypouštění modifikovaných samců spustili (2006), populace makadlovky bavlníkové výrazně klesla. V roce 2009 se již nacházely pouze dvě larvy na 16 600 tobolek non-Bt bavlny. Jde o hodnotu vztaženou na celý stát Arizona. Od roku 2005 do 2009 kleslo napadení plodiny o 99,9 %. Spolu s tím se adekvátně snížila i spotřeba postřikových látek a pojezdů techniky - obojí kleslo na historické minimum. Zatímco v období 1990 až 1995 pěstitelé bavlny přicházeli díky makadlovce o 18 000 000 dolarů ročně, v letech 2006 až 2009 jejich roční ztráty činily jen 172 000 dolarů.
Ve srovnání s rokem 1995, kdy ještě pěstitelé bavlny na škůdce používali insekticidy, se potřeba jedů snížila o 88 %. V přepočtu na peníze sterilní samci ušetřili arizonským farmářům za čtyři roky (1996 až 2009) 200 milionů dolarů.
V eradikačním programu makadlovky bavlníkové všichni táhli za jeden provaz. Šlo o partnerství mezi pěstiteli, jejich sdruženími, ministerstvem zemědělství, universitou i poradenskou a servisní službou. Do programu se zapojili téměř všichni pěstitelé a díky tomu se stal projekt tak úspěšný.
Prameny: Nature Biotechnology, University of Arizona, USDA