Projekti / Programi
Vibracijska komunkacijska omrežja: od žuželk do rastlin
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.03.01 |
Naravoslovje |
Biologija |
Zoologija in zoofiziologija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| B005 |
Biomedicinske vede |
Zoologija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 1.06 |
Naravoslovne vede |
Biologija |
vibracijska komunikacija, komunikacijsko omrežje, vibracijska krajina, biotski šum, antropogeni šum, rastlinska obramba, transkripcijsko profiliranje
Raziskovalci (18)
Organizacije (3)
Povzetek
V predlaganem raziskovalnem projektu bomo uporabili integrativen in interdisciplinaren pristop k raziskovanju virov in mehanizmov selekcije, ki izhajajo iz interakcij v vibracijskih komunikacijskih omrežij in pomembno vplivajo na evolucijo strategije sporazumevanja. Dolgo spregledana temeljna značilnost komunikacije je, da se v naravi vsako sporazumevanje odvija v omrežju; to je v skupini vseh osebkov, ki se nahajajo v dosegu oddanih signalov in ne-le v dvojici oddajnik-sprejemnik. Čeprav so vibracijsko komunikacijo do nedavno obravnavali le kot redek način sporazumevanja, omejen izključno le na kratke razdalje, in v kontekstu spolne komunikacije tudi zaseben komunikacijski kanal, je zdaj prepoznana kot eden od evolucijsko najstarejših in tudi najbolj razširjenih načinov sporazumevanja živali. Vibracijska komunikacija je bila izpostavljena kot verjetno najprimernejši modelni sistem za raziskave in napovedovanje učinkov okolja na vlogo in evolucijski razvoj signalov ter strategij sporazumevanja, kljub temu pa biotska krajina vrst, ki se sporazumevajo z vibracijskimi signali, in vibracijska zvočna krajina njihovih habitatov, predstavljata praktično neraziskani področji. Najnovejše raziskave tudi kažejo, da rastline neprestano zbirajo informacije iz okolja preko različnih senzoričnih modalitet, vključno z vibracijami, ki se prenašajo po rastlinah, in se na njih tudi odzivajo.
Glavni namen predlaganega projekta je postaviti izčrpno temeljno ogrodje, ki bo umestilo vibracijsko komunikacijo v ustrezen ekološki kontekst. V delovnem sklopu DS1 ‘Ekologija vibracijske krajine’ bomo določili ekološki kontekst, v katerem se odvija vibracijska komunikacija v naravi, s čimer bomo pridobili informacije o naravnih vibracijskih združbah in opisali vire biotskega ter antropogenega šuma. V DS2 ‘Sporazumevanje v šumu’ bomo na osnovi raziskav vibracijske komunikacije med partnerjema v prisotnosti biotskega in antropogenega šuma opisali osnovne mehanizme strategij sporazumevanja, ki se pojavljajo v naravnem okolju. DS3 ‘Intra- in interspecifične interakcije’ bo povezal raziskave komunikacijskih omrežij, ki vključujejo tekmece in izkoriščevalce, njegov namen pa je razkriti vplive socialnega okolja in plenilcev na strategije sporazumevanja. V DS4 ‘Interakcije med žuželkami in rastlinami’ bomo preučili interakcije med prekrivajočimi se vibracijskimi signali in biotskim šumom ter kako se ti sestavljeni signali prenašajo po rastlinah. Opisali bomo odziv rastlin na vibracije, ki jih povzroči grizenje žuželk ter s tarčno in netarčno študijo izražanja genov pridobili nujno potrebne empirične podatke za razvoj alternativnih pristopov pri obvladovanju žuželčjih škodljivcev.
V raziskavah interakcij v komunikacijskih omrežjih bomo preučevali sisteme spolne komunikacije škržatkov iz rodu Aphrodes in zelene smrdljivke (Nezara viridula), ekonomsko pomembne interakcije med koloradskim hroščem (Leptinotarsa decemlineata) in krompirjem (Solanum tuberosum) pa bomo uporabili za študij vloge vibracij pri proženju rastlinskih obrambnih mehanizmov.
Rezultati predlagane raziskave bodo pospešili napredek na področju biotremologije in posredovali tudi nov vpogled v procese, ki so osrednjega pomena za razumevanje temeljnih procesov sporazumevanja nasploh. Poleg tega bodo rezultati pomembno prispevali k raziskavam ekologije akustične krajine in vpliva antropogenega šuma. Hkrati pa imajo temeljne raziskave, izvedene v sklopu projekta tudi velik potencial za praktično uporabo v kmetijstvu. Projekt poleg znanstvene odličnosti podpira tudi prenos znanja in promocijo znanosti.
Pomen za razvoj znanosti
Splošnega pomena sporazumevanja z vibracijami, ki se prenašajo po podlagi, smo se začeli zavedati pred manj kot desetletjem. Čeprav so poleg kemičnih signalov vibracijski signali najstarejši način komunikacije in hkrati tudi najbolj razširjen način sporazumevanja z zvokom, so vibracijski signali še vedno najslabše poznan komunikacijski kanal. Čeprav je pomen selekcijskega pritiska fizičnih lastnosti okolja (podlage) na evolucijo vibracijskih signalov že prepoznan, so bili potencialni vplivi biotske krajine dolgo zapostavljeni, predvsem zaradi našega temeljnega nepoznavanja kompleksnosti vibracijske krajine.
Predlagani raziskovalni projekt predstavlja prelomno študijo, ki bo pospešila napredek na področju biotremologije. To področje je v zadnjem času pritegnilo tudi pozornosti širše raziskovalne skupnosti predvsem na zaradi raziskav na vretenčarjih, vendar pa nevretenčarji zaradi njihove izjemne raznolikosti in kompleksnosti njihovih komunikacijskih omrežij predstavljajo idealen sistem za preučevanje interakcij, ki oblikujejo evolucijo tega komunikacijskega kanala. V projektu se bomo posvetili nekaj najpomembnejšim odprtim vprašanjem na področju biotremologije in vzpostavili izčrpno osnovo za umestitev vibracijske komunikacije v ustrezen ekološki kontekst. Upoštevajoč dejstvo, da sodijo izbrane modelne vrste žuželk v družini, ki skupaj štejeta preko 27.000 vrst, bodo podrobnejše raziskave selekcijskih pritiskov na evolucijo sistemov vibracijske komunikacije pri teh vrstah razkrile strategije, pomembne za razumevanje strategij vibracijske komunikacije nasploh. Posredno pa bodo prispevale tudi nujno potreben in kritičen vpogled v procese, ki so ključni za razumevanje splošnih osnov sporazumevanja.
Izven področja biotremologije bodo predstavljali rezultati predlaganega projekta pomemben prispevek k ekologiji akustične krajine in k študijam vpliva antropogenega šuma, saj bodo bistveno prispevali k razširitvi obsega raziskav na teh področjih. Členonožci so najštevilčnejša in najbolj raznolika skupina živali in so ključen element vseh ekosistemov, večina pa se jih zanaša na informacije, ki jih vsebuje vibracijski kanal. S spremljanjem vibracijske krajine lahko v prihodnosti pridobimo neprecenljive informacije o vplivu podnebnih sprememb in antropogenega šuma na zgradbo združb.
Poleg tega predvidevamo, da bo predlagana molekularna študija interakcij med žuželkami in rastlinami razkrila nove povezave med vibracijami, ki se prenašajo po rastlinah, in rastlinsko obrambo pred rastlinojedi, s tem pa dala nove podatke o še ne razjasnjenih biokemičnih obrambnih mehanizmih.
Ker projekt posega na več hitro rastočih področij raziskav, ima potencial, da z rezultati poda nove raziskovalne usmeritve, kot tudi sooblikuje raziskovalne trende v prihodnosti. Rezultati imajo visok potencial za objave v vodilnih mednarodnih znanstvenih revijah.
Pomen za razvoj Slovenije
Poleg potenciala, da postane osnova za novo raziskovalno področje, je predlagana raziskava bistveno več kot le študija temeljnih znanstvenih vprašanj. Z njo bomo pridobili tudi nujne potrebne empirične podatke za razvoj alternativnih pristopov nadzora žuželčjih škodljivcev. Kmetijstvo se trenutno sooča z izzivom odkrivanja ustreznih in okoljsko sprejemljivih načinov nadzora, ki omogočajo zmanjšanje vnosa škodljivih kemikalij v okolje. Številne trajnostne strategije nadzora, kot sta organsko kmetovanje in integriran nadzor škodljivcev, za prekinitev parjenja izkoriščajo na kemične signale (feromone) škodljivcev, vendar pa prepoznavanje in lokalizacijo spolnih partnerjev pri mnogih škodljivcih omogočajo vibracijski signali. Prekinitev parjenja s predvajanjem motilnih vibracij je popolnoma nov pristop, ki bi ga morali upoštevati pri iskanju alternativnih strategij nadzora teh škodljivcev. Naše raziskave so že pokazale, da lahko tudi na terenu dosežemo izjemno učinkovito prekinitev parjenja s predvajanjem vibracijskih signalov; vendar pa je naše razumevanje temeljev tega pojava še nepopolno.
Hipoteza, da lahko vibracije, ki jih povzročajo rastlinojedi med hranjenjem, sprožijo rastlinske obrambne mehanizme, je prav tako izjemno zanimiva s stališča uporabe izsledkov raziskav. Če bo učinek dokazan, se lahko pojav izkoristi za razvoj tehnike predvajanja ustreznih vibracijskih signalov, ki “pripravijo” posevek na prihod škodljivca. Tako pripravljene rastline se močneje in hitreje odzovejo na napad in se s tem lažje branijo pred škodljivci. Če bo omenjen pristop deloval na krompirju, bomo učinkovitost umetnega predvajanja vibracij, ki jih z grizenjem proizvaja ličinka žuželčjega škodljivca na krompirju, kasneje lahko hitro prenesli tudi na paradižnik, ki je bližnji sorodnik krompirja in pri katerem je vibracijsko stimulacijo lažje izvesti v praksi. Temeljne raziskave, opisane v tem predlogu, imajo torej velik potencial za praktično uporabo v kmetijstvu. Pri tem so člani projektne skupine že dokazali, da so sposobni prenesti temeljne znanstvene izsledke v prakso.
Poleg tega je lahko pristop s spremljanjem vibracijske krajine, podobno kot pri zvočni krajini, potencialno uporaben za oceno biotske raznovrstnosti in habitatov, ki so tudi osnova za predloge varstvenih ukrepov.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Zaključno poročilo
