Tajemství termitů: dlouhověkost a po miliony let fungující řád

Ne každý hmyz má jepičí život. Královské páry termitů se dožívají i několika desítek let. Rekordy v dlouhověkosti drží také z evolučního hlediska – jejich vyspělé kolonie existovaly už v éře dinosaurů. Dlouhověkostí termitích královen a králů se zabývá tým Roberta Hanuse v Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR. V suterénu pracoviště v Praze-Dejvicích vědci už několik desetiletí chovají laboratorní kolonie termitů. Co se jim podařilo zjistit o jejich „elixíru mládí“? V čem jsou si včely, mravenci a termiti vlastně podobní a čím se zástupci společenského hmyzu naopak liší? Těmto tématům se věnuje nové číslo A / Magazínu.

Článek si můžete poslechnout v audiopodobě:

Načetli: Jitka Kostelníková a Justin Svoboda // Edit: Jitka Kostelníková // Master: Jan Mesany // Epizoda vznikla s podporou Strategie AV21.

Long live the Queen! Ať žije královna! Provolávali ještě nedávno Britové, když chtěli vzdát hold Alžbětě II. Zdá se, že jejich přání byla vyslyšena, vždyť panovnice se dožila 96 let a její předchůdkyně, královna matka, zesnula dokonce ve věku 101 let a 238 dní.

Díky lepším životním podmínkám a vyspělé medicíně dnes na stovku dosahuje stále více lidí, a to nejen z královských paláců. Jsou ale světy, kde je úctyhodný věk výsadou právě jen královen a králů – a sice světy skrývající se v termitištích. U některých druhů se odhaduje, že královský pár, tedy hlavní rodinná jednotka termitího společenství, se může dožít až dvou (a možná i více) desítek let. Na hmyz nevídané stáří!

Česká termití škola
Dlouhověkost termitích královen a králů je jedním z témat, kterým se zabývají vědci v Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR. Mají k tomu unikátní podmínky, protože v suterénu svého sídla v Praze-Dejvicích už několik dekád chovají laboratorní kolonie termitů.

Kolonie termitů v suterénu ústavu se živí smrkovým dřevem a obsahuje desítky tisíc jedinců.

Na počátku šedesátých let 20. století sem první exempláře tohoto tropického hmyzu přivezl vědec Ivan Hrdý, na kterého entomologové a organičtí chemici dodnes vzpomínají jako na zakladatele „české termití školy“. Hmyz tehdy nasbíral především v terénu v Číně, Vietnamu a na Kubě, tedy v zemích, kam se za socialismu bylo možné vydat.  

Jakkoli může vypadat spojení chemie a šestinohých potvůrek překvapivě, smysl dává. Ve druhé půlce minulého století byla velká společenská poptávka po postřicích na hubení hmyzu, který škodil tehdejší čím dál intenzivnější zemědělské produkci – vzpomeňme třeba na kampaň proti „americkému broukovi“, tedy mandelince bramborové.

V té době byl trendem vývoj umělých hmyzích hormonů a výzkum feromonů – přírodních chemických látek, jimiž spolu komunikují jedinci daného druhu. Vědci věřili, že kdyby odhalili chemickou podstatu těchto substancí, mohli by je použít k odpuzování hmyzu.   

I díky tomu se v Praze podařilo rozjet nesmírně zajímavé vědecké projekty, zpočátku s výrazným aplikačním potenciálem, které ale postupně přinášely také zásadní poznatky v základním výzkumu komunikace hmyzu. 

Poklad v suterénu
Posledních skoro pětadvacet let se v termití laboratoři v dejvickém ústavu pohybuje Robert Hanus, současný vedoucí výzkumné skupiny Chemie společenského hmyzu. Začátkem tisíciletí se k tématu dostal při studiu Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy, a právě tehdy se začal psát příběh některých konkrétních dlouhověkých královen a králů termitích hnízd.

Robert Hanus z Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR (CC)

„Jednoho dne jsem ještě coby magisterský student přišel do práce a zjistil, že se jedna z našich kolonií, původem z Kuby, rojí. Jako řádný hospodář jsem tedy okřídlené krále a královny roztřídil a umístil do skleněných nádobek, v nichž si postupně vytvořili nové kolonie, které rostly a rostly,“ vzpomíná dnes Robert Hanus.

Pravidelně nové kolonie kontroloval a sledoval kondici královského páru, později po něm štafetu sledování termitích paláců převzali jeho studenti. Výsledkem byla nepřetržitá řada unikátních dat o termitích „rodinách“ a dlouhověkosti jejich členů.

„V době zakládání kolonií se nám mohlo jen zdát o pokročilých technikách typu sekvenování genomu. Až o mnoho let později jsem si uvědomil, jaký poklad máme vlastně k dispozici,“ dodává vědec. Spolehlivě vedené zápisky o stavu termitišť a stáří králů a královen dejvičtí výzkumníci zkombinovali s moderními genetickými metodami, a otevřeli tím možnosti pozoruhodných zjištění. 

Život v komunitách
Entomologové, ale i laičtí pozorovatelé z řad včelařů si už dříve povšimli daru dlouhověkosti a plodnosti, jemuž se těšily královny včely medonosné. Dnes už víme, že ještě větší rekordmanky – a také rekordmani – se skrývají v termitištích.

V čem jsou si včely, mravenci a termiti vlastně podobní a čím se tito zástupci společenského hmyzu naopak liší? Spojuje je podobný styl života v koloniích – velkých rodinných jednotkách. Jednotliví příslušníci hnízda spolupracují na jeho výstavbě a údržbě, při krmení a péči o potomstvo i při obraně komunity. Dohromady tvoří superorganismus, který funguje podle jasně daných a po desítky až stovky milionů let fungujících pravidel.

V termitišti žijí až miliony obyvatel: vedle královského páru (uprostřed) také vojáci (s prodlouženou hlavovou částí) a dělníci.

Velmi podobně řízené společenské chování přitom vzniklo nezávisle na sobě. Zatímco včely a mravenci patří mezi blanokřídlý hmyz a jsou si relativně příbuzní, termiti jsou jim oběma velmi vzdálení. Je to trochu paradox, protože právě termity a mravence si hodně lidí plete (např. v angličtině se termitům říkávalo white ants, tedy bílí mravenci). Ve skutečnosti termity od mravenců dělí desítky milionů let samostatného vývoje. Nejenže tedy nejsou „jedna rodina“, jsou dokonce úhlavními nepřáteli. Termiti se živí rozkladem dřevní nebo půdní hmoty a mravenci jsou predátoři, kteří termity ohrožují.

Nejbližšími žijícími „bratranci“ termitů jsou švábi. Samostatná linie termitů se od svých švábích příbuzných oddělila někdy před 150 miliony let. Nejstarší fosilní nález termita se datuje do období před 130 miliony let, což z něj činí nejstarobylejšího zástupce společenského hmyzu. Do dnešní doby vědci popsali zhruba tři tisícovky druhů termitů, kteří obývají všechny kontinenty světa (kromě Antarktidy).

K rozdílům mezi termity a blanokřídlým společenským hmyzem patří ještě odlišná role pohlaví. Jedinci termitů si udržují dvě sady chromozomů, podobně jako obratlovci, v termitištích tak
najdeme dělnice a dělníky, vojáky i vojačky a také krále a královnu. U včel a mravenců to funguje jinak. Většina osazenstva úlů a mravenišť jsou samičky. Role samců se omezuje v podstatě jen na oplodnění královny. Jakmile ji splní, zahynou. 

Seznamte se s královnou
O dlouhověkosti mravenčích nebo včelích samců tak nemůže být řeč. Proto se odborné studie věnující se tomuto tématu zaměřují výhradně na královny. Pouze u termitů do terminologie vstupují také králové.

Hlavní plodící pár kolonie je v každém termitišti zpravidla jeden (jsou druhy, které fungují trochu jinak). „Král zůstává s královnou po celý život a pravidelně ji oplodňuje. Výsledkem je fakticky jedna velká rodina: maminka, tatínek a někdy až miliony potomků,“ říká Robert Hanus.

Některá hnízda jsou velká jako tenisák, jiná dosahují velikosti gorily.

Z prvních vajíček zakladatelského páru nového termitiště se líhnou miniaturní jedinci – larvy, zpočátku zcela závislé na péči svých rodičů. V pokročilých koloniích pak péči o termití mládež přebírají starší generace sourozenců. Larvy se během vývoje rozrůzňují na dělníky a vojáky. Každá z těchto kast má svou jasně danou funkci a přesně ví, co a kdy má dělat. Kolonie roste a začíná fungovat jako stroj na výrobu vajíček.

Královna-matka naklade denně v rekordních případech až několik tisíc vajíček, takže za dvacet let svého panování může přivést na svět kolem dvaceti milionů potomků. Takový způsob bytí dá jistě zabrat a na vzhledu panovnice se brzy projeví. Spíše než důstojnou sličnou dámu si tak termití královnu představme jako tlustou matronu, jež svou velikostí několikanásobně převyšuje partnera. Zatímco běžný obyvatel termitího hnízda včetně „pana krále“ měří obvykle pár milimetrů, královna-matka, jež se mění v továrnu na vajíčka, může dosahovat délky lidské dlaně. Vypadá jako pořádně vypasená housenka, která rozhodně nepřipomíná hbitého šestinohého jedince. 

Hbitost ostatně není schopnost, kterou by královna potřebovala. Prakticky se nehýbe, je spolu s partnerem „zazděná“ v královské komoře, kterou po celý dlouhý život neopustí. Přístup k ní umožňují otvůrky, jimiž přicházejí pečující dělníci a také královská stráž, tedy vojáci. Ti panovnický pár chrání, zatímco dělníci je čistí, krmí a odnášejí královnou nakladená vajíčka.

Ponurý osud prvního páru vyvolává pochyby, zda je pro ně dlouhověkost výhodou, nebo prokletím. Jedním dechem pak vyvstává otázka, kdo vlastně v kolonii vládne: skutečně král a královna? Nejsou daleko spíše rukojmími svých potomků, kteří se z nich snaží vytěžit maximum vajíček? „Evoluce si ovšem takové citlivé otázky neklade a zajímá se především o to, nakolik jsou její projekty úspěšné v prostoru a čase, a u termitů je tento úspěch nepochybný,“ podotýká Robert Hanus. Termiti se řadí mezi nejpočetnější živočichy tropů a subtropů a jejich kolonie tam fungují po desítky milionů let.

Elixír mládí
Za tu dobu se u termitů vyvinula celá řada mechanismů, které dohromady utvářejí pomyslný elixír mládí a zodpovídají za obdivuhodnou dlouhověkost králů a královen. Vědecké studie se věnují například roli enzymů, které odbourávají oxidativní stres, nebo úloze hormonů jako regulátorů vývoje, metabolismu a stárnutí.

Tým Roberta Hanuse se na problematiku podíval z jiného úhlu. Svou pozornost zaměřil na telomerázu, což je enzym, který v buněčných jádrech eukaryotních organismů funguje jako biologický opravář telomer – speciálních struktur na koncích chromozomů. Telomery se dají přirovnat k plastovým koncům na tkaničkách, které zabraňují třepení vláken. Podobně telomery chrání genetickou informaci v chromozomech před poškozením během buněčného dělení.

Když je opravář málo aktivní, buňky rychleji stárnou a můžou se rozvinout různé degenerativní procesy. Pokud je naopak nezdravě hyperaktivní, podporuje růst nádorových buněk (proto je jeho poznání tak důležité u člověka).

Inspirací pro Roberta Hanuse byla pozorování kolegů z Biologického centra AV ČR u královen včely medonosné. U nich telomeráza vykazuje mnohem vyšší aktivitu než u dělnic a trubců. Zatímco u obratlovců včetně člověka se její funkce studuje poměrně hodně, u hmyzu se dosud jednalo spíše o výjimky. „K našemu překvapení byla souvislost telomerázy a dlouhověkosti u hmyzu téměř neprobádaná. Odpověď na otázku proč je jednoduchá. Octomilka, která je nejčastějším hmyzím studijním modelem, tento enzym zcela postrádá a pečuje o zdraví svých chromozomů jiným způsobem,“ připomíná Robert Hanus.

„Oslovili jsme kolegy z Biologického centra, kteří učinili zmíněný objev u včel, a začali jsme společně bádat. Nevycházeli jsme z údivu. Enzym se ukázal u králů a královen všech zkoumaných druhů termitů vysoce aktivní ve srovnání s dělníky a vojáky,“ říká Robert Hanus.

„Souvislost enzymu telomerázy a dlouhověkosti u hmyzu byla dlouho téměř neprobádaná,“ říká Rober Hanus. (CC)

Zjistili také, že telomeráza je u termitího plodného páru činná nejen tam, kde se dalo čekat, ale i v orgánech, ve kterých je její aktivita na první pohled zbytečná. „Vykazuje vysokou činnost v tkáních, jejichž buňky už se nedělí, a nepotřebují tak prodlužovat žádné chromozomy, například v nervové pásce, což je analogie míchy a mozku,“ dodává vědec.

Při pohledu hlouběji do buněk pak badatelé odhalili, že telomeráza u králů a královen pracuje i mimo jádro. A to v mnohem větší míře, než u krátkověkých dělníků a vojáků. Její funkce vně jádra může souviset s ochranou před stresem v mitochondriích (buněčných „elektrárnách“), ale zřejmě i s dalšími aspekty, přičemž všechny nějakým způsobem prodlužují život buňky.

Ať žije královna!
K opotřebení organismu pochopitelně postupně dochází také u dlouhověkých králů a královen. Opravné mechanismy se oslabují a klíčové biomolekuly stárnou. A vidět je to i pouhým okem. „Hmyz, který žije dvacet let, má někdy třeba ulomené chodidlo na nožičce či další šrámy. U královny se stárnutí pozná také podle barvy zásobárny tuků, která je v mládí krásně bílá a během času žloutne,“ doplňuje Robert Hanus.

Blížící se konec panování královského páru osazenstvo hnízda cítí a spouští se boj o moc. Někteří nedospělí jedinci (nymfy) se začnou přetvářet v náhradní pohlavní jedince (říká se jim neotenici). Vyvinou se jim pohlavní orgány, spáří se a samičky začnou klást vajíčka. U některých druhů se neotenické královny vyskytují v hnízdě spolu s původní královnou, většinou však matka svou přítomností vzniku konkurence brání. Regulovat počet náhradníků v hnízdě není pouze v zájmu královny, ale také dělníků a vojáků, protože starat se o nadbytečné množství králů a královen je přítěží. 

Zdravá, aktivně plodící královna vylučuje feromon, kterým ostatním dává na vědomí, že si každý má hledět svého a nemusí zbytečně vynakládat energii na rozmnožování. A naopak. Když královna chybí, neplodí nebo umírá, nepřítomnost královského feromonu její dcery upozorní, že by se měly snažit proměnit a vyvinout v náhradnice.

V mládí je královna bílá. Jak stárne, postupně žloutne.

„Význam královského feromonu je obrovský, přesto jej vědci až donedávna neuměli chemicky popsat. Zatímco u včely medonosné jsou tyto látky známé už od šedesátých let dvacátého století, u mravenců, vos a čmeláků se na ně přišlo mnohem později, stejně jako u termitů,“ říká Robert Hanus.

První identifikaci královského feromonu zveřejnili japonští badatelé zhruba před patnácti lety u jednoho japonského druhu nižších termitů. Ve stejnou dobu jako oni na tématu začal se svými studenty pracovat také Robert Hanus.

Královský parfém
Termiti se rozlišují na nižší (méně než třetina ze tří tisíc druhů) a vyšší, kteří tvoří většinu. Rozluštění chemické podstaty královského feromonu vyšších termitů se podařilo právě až českým vědcům. V roce 2022 vydali studii, v níž popsali substanci vylučovanou královnou druhu Embiratermes neotenicus.

Tento druh, který obývá amazonské tropické pralesy, je výjimečný propracovaným systémem náhradních královen, jenž funguje trochu jinak než ten popsaný výše. Královnu zakladatelku totiž už v rané fázi vývojového cyklu hnízda nahrazuje skupina desítek až stovek náhradních královen, jež vznikají z neoplozených vajíček (jde o partenogenetické množení, jehož výsledkem jsou v podstatě matčiny klony).

Vzniklé samičí nymfy pak trpělivě čekají na vhodné načasování, kdy bude možné královnu-matku nahradit, tedy na její smrt. Jakmile se transformují v královny, vytváří se jakýsi harém, v němž se jediný král rozmnožuje s desítkami až stovkami malých královen, čímž vznikají dělníci a vojáci, ale také okřídlení králové a královny, kteří opouštějí hnízdo a zakládají nové kolonie. Zároveň však také královny v harému příležitostně kladou neoplozená vajíčka, jež se vyvíjejí v nové klonální královny a doplňují harém.

Regulace množství náhradnic a signalizace upozorňující, že je potřeba plodit, se děje právě prostřednictvím královského feromonu, který vědci identifikovali jako látku ze skupiny seskviterpenů, konkrétně (3R,6E)-nerolidol. „Je to voňavá terpenická látka, která bývá běžnou součástí parfémů. Je jasné, že termití královny svým poddaným musejí nějak vonět. My lidé samozřejmě tuto látku u termitů necítíme, protože se vyskytuje ve velmi malých koncentracích,“ podotýká Robert Hanus.

Vědci zjistili, kde a jak královský feromon vzniká. Má ho na svědomí jeden speciální enzym, který je vysoce aktivní v kůži královny, zatímco u jiných členů termitiště vůbec přítomný není. Působení královského feromonu na osazenstvo termitiště výzkumníci vyzkoušeli také experimentálně. Odebrali z kolonie princezny (nymfy, které se můžou stát náhradními královnami) a vystavili je vůni parfému hlavní panovnice. Jeho přítomnost jim dala jasně najevo, ať se vůbec nepokoušejí měnit v královnu. Naopak, když se vonná látka odstranila, spustila se přeměna nymf v náhradní matky.

Pokusy dále prokázaly, že královský parfém funguje i na dálku. Princezny jej cítily, i když byly v prostoru za kovovou mřížkou, a reagovaly přesně tak, jak jim komunikační signál od královny velel. Chtělo by se říct, že termiti mají pořádně citlivý nosík. Ve skutečnosti ale mají čichové receptory hlavně na tykadlech.

Od tykadel k evoluci
Tykadla jsou vůbec zajímavým předmětem zkoumání. Zásobu tykadélek k analýzám si pražští vědci nedávno přivezli přímo z terénu z jihoamerické Francouzské Guyany. Přestože si v dejvickém suterénu desítky let udržují životaschopné kolonie určitých druhů termitů, pro širší záběr výsledků výzkumu potřebují pravidelně vyjíždět do tropů, sledovat termity v jejich přirozeném prostředí a odebírat vzorky na místě.

Robert Hanus se nejčastěji a zároveň nejraději vrací právě do Francouzské Guyany. Jednak hovoří plynně francouzsky, takže se domluví s místními, ale především je tato jihoamerická země součástí Francie, a tudíž také Evropské unie. Platí tam tedy evropská legislativa a vědci se nepotýkají se zbytečnými byrokratickými překážkami, jakým čelí kupříkladu v Africe.    

Čeští badatelé navázali spolupráci s univerzitním kampusem v Kouru, kde mimochodem stojí kosmodrom, z nějž startují evropské vesmírné mise. „V Kouru máme k dispozici malý tropický domeček, kde jsme si zřídili laboratoř s mikroskopem. Díky tamnímu zázemí přímo na místě připravujeme vzorky stejně, jako bychom byli v Praze. Takto jsme si právě nachystali tykadélka, která v současné době zkoumáme u nás v laboratoři,“ vysvětluje vědec.

A z tykadel se toho dá vyčíst skutečně hodně – například identifikovat kandidátní receptory (přijímače) konkrétních feromonů. Vedle královského parfému, který reguluje plození v termitišti, existují feromony obranné, bojové, poplašné, potravní, stavební, stopovací a mnohé další. Ke každému z nich se dají přiřadit enzymy zodpovědné za jejich vznik a také receptory v tykadlech, které umožňují jejich příjem.

Kandidátních receptorových proteinů má každý termití druh zhruba padesát. Proteiny a jejich geny lze stopovat hluboko do jejich evoluční minulosti. Ví se, kdy zhruba který protein a jeho gen vznikly, a podle toho je možné identifikovat, kdy se vyvinul určitý typ komunikace. „Otevírá nám to příležitost podívat se na evoluci. Definovat, kdy a jak se z předka švábů a termitů, kteří ještě moc nekomunikovali, vyvinuli termiti, již čile komunikují pomocí mnoha rozmanitých látek,“ dodává Robert Hanus a předesílá tak blízkou budoucnost, do které se chce ve svém výzkumu vydat.

Pohled vpřed
Zároveň ale má i jiné větší či menší badatelské sny. Jedním z nich je rozluštit chemickou podstatu stavebního feromonu, který termitům usnadňuje konstrukci hnízd. Skládají cihličku po cihličce, řadu po řadě, přesně vědí, kdy mají přidat další patro, kdy zazdít komůrku nebo udělat strop. Podle voňavé signalizace poznají, že určitý úsek už stojí nějakou dobu a je tedy třeba pokračovat jiným směrem. Chemický základ této signalizační látky je však zatím neznámý.

Ne zcela uzavřenou kapitolou je samozřejmě také dlouhověkost královen a králů. Kolonie termitů v pražském suterénu stále prosperují. Nejstarším královnám a králům je nyní třiadvacet let a mají se k světu. Naposledy loni na podzim úspěšně obhájila s tímto tématem doktorát studentka z dejvického týmu Marie Pangrácová a na výzkum spjatý s pomyslným elixírem mládí u termitů navazují i kolegové z jiných badatelských skupin, takže se dají očekávat další pozoruhodné výsledky.

Zajímavou otázkou je také pátrání po příčinách evoluční úspěšnosti termitů. Disponují schopností trávit celulózu, s čímž jim pomáhají speciální střevní bakterie a bičíkovci, které si v sobě hýčkají. Tým Roberta Hanuse ale přišel ještě na jinou vychytávku a tou je schopnost vyrábět si kyselinu linolovou, jednu ze základních mastných kyselin. „Na rozdíl od jiných živočichů tak termiti nejsou závislí na potravním přísunu těchto látek a mohli se stát experty na požírání mrtvého dřeva, čímž doslova ovládli tropické oblasti,“ doplňuje vědec. Tuhle konkurenční výhodu si termiti vštípili velmi dávno. Gen pro enzym, jenž dokáže vyrábět kyselinu linolovou, totiž zdědili od svých předků asi před 160 miliony let.

Podobně fascinující pohledy na evoluci hmyzu umožňují momentálně se rozvíjející pokročilé genetické metody. V případě termitů to znamená ohlédnout se pěkně hluboko do historie. Vždyť pevninu si podmanili daleko předtím, než se objevily první kolonie včel a mravenců a než jsme přišli my, lidé. Lepší poznání strategií přežití těchto hmyzích metuzalémů tak bude určitě stát za to.

Článek vyšel pod názvem Ať žijí král a královna. Příběh nesmrtelných termitů v A / Magazínu 1/2025:

1/2025 (verze k listování)
1/2025 (verze ke stažení)

Čtvrtletník A / Magazín vydává Akademie věd ČR. Výtisky zasíláme zdarma všem zájemcům. Kontaktovat nás můžete na adrese predplatne@ssc.cas.cz.

Text: Leona Matušková, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČR
Foto: Jana Plavec, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČR; Robert Hanus; Aleš Buček; Shutterstock

 Text a fotografie označené CC jsou uvolněny pod svobodnou licencí Creative Commons.

Přečtěte si také

• Plasty by se mohly vyrábět z oxidu uhličitého získaného z atmosféry, říká chemik
• Čeští vědci spolupracují na vývoji ekologických a levných solárních článků
• Nebezpečné látky obsažené v náplních elektronických cigaret poškozují plíce
• Nový vodíkový elektrolyzér ukládá energii z obnovitelných zdrojů
• Chemičkou jsem se chtěla stát už od čtrnácti let, říká Adéla Šimková
• Vědci vyvinuli novou kontrastní látku, která pomůže včas odhalit skryté nemoci
• Rostliny v sobě mají neuvěřitelné chemické bohatství, říká Tomáš Pluskal
• Krotitelé molekul: vědci objevili, jak zvýšit kapacitu molekulárních čipů
• Od vynálezu k praxi. Firma vyzkouší metodu jednodušší výroby metanolu
• Badatelé představili 3D materiály pro rekonstrukční a plastickou chirurgii