i

Aktuální číslo:

2024/6

Téma měsíce:

Éčka

Obálka čísla

Kam mizí hmyz

Vliv neonikotinoidů na opylovače zemědělských plodin
 |  2. 5. 2023
 |  Vesmír 102, 288, 2023/5

Patrně vám neunikly zprávy o úbytku hmyzu, zejména motýlů a blanokřídlých, napříč bohatými zeměmi. Jaká je hlavní příčina? Jde snad o ztrátu stanovišť a zdrojů zaviněnou hospodařením v krajině? Nebo hmyz likviduje používání chemických prostředků, jež k intenzivnímu hospodaření patří? Či máme za hlavní viníky označit změnu klimatu a patogeny? Ačkoliv o příčinách úbytku hmyzu víme poměrně málo, lze předpokládat, že hlavní viník se skrývá v souběhu nastíněných faktorů.

Ukazuje se, že širší přírodovědná veřejnost stále nemá jasno v problematice přípravků užívaných v ochraně plodin. Zejména Česko vliv chemizace zemědělství v posledních dekádách dost podceňovalo. Souviselo to s uniformizací krajiny od kolektivizace zemědělství v padesátých letech minulého století. Po krátkém zlepšení v devadesátých letech následovala korporátnědotační uniformizace. Ani v nejintenzivněji obhospodařovaných zemích západní Evropy, např. v Nizozemí či Dánsku, nenajdeme tak rozsáhlé bloky orné půdy jako u nás. Naopak je tam více stromořadí, zídek, vodních nádrží či živých plotů. Odpřírodnění českého venkova bije do očí, proto se na ně přírodovědci soustředili. Nahrávalo jim vyřazování látek omezujících růst škodlivých organismů (biocidů) s nejhorší pověstí z prodeje a víra v prozíravost předpisů přijímaných Evropskou unií (EU). V zemích, kde si krajinu tolik nezničili, se naopak pozornost zaměřovala na vliv insekticidních přípravků, zejména na takzvané neonikotinoidy, což je skupina insekticidů na bázi přírodního alkaloidu nikotinu. Pro jejich vliv na necílové organismy rozhodla EU o radikálním omezení až zákazu těchto přípravků necelé dvě dekády poté, co je výrobci uvedli na trh.

Opylovači, zejména pak ti z řádu blanokřídlého hmyzu, hrají klíčovou roli ve všech suchozemských ekosystémech. Na opylování živočichy je závislá produkce většiny druhů zeleniny, ovoce a ořechů. Obzvláště znepokojivá je situace včel, které zajišťují na 80 % celkového opylování hmyzem a jejichž množství kleslo v Evropě mezi lety 1985–2005 o čtvrtinu.

Neonikotinoidy se představují

Neonikotinoidy se v devadesátých letech začaly využívat pro 120 druhů plodin ve 140 zemích světa, donedávna patřily mezi nejpoužívanější insekticidy. Jsou účinné proti skupinám hmyzu se sacím a kousacím ústním ústrojím, tedy mšicím, třásněnkám, křísům, molicím a některým motýlům a broukům. Vedle hubení hmyzu se využívají i proti parazitům psů a koček. Výhodou neonikotinoidů je jejich zacílení na hmyz, rostlinám a obratlovcům škodí minimálně. Způsobuje to různá citlivost nikotinových acetylcholinových receptorů, kterých má hmyz – na rozdíl od obratlovců – hodně. Evropa za nejkontroverznější z neonikotinoidů pokládá imidakloprid (první na trhu), klothianidin a thiamethoxam.

Neonikotinoidy se aplikují na semena plodin nejen tradičně postřikem, ale také mořením. Z namořených semen se tak tyto látky dostanou do celé rostliny, včetně pylu a nektaru. Takové rostliny mohou být toxické pro většinu býložravého hmyzu. Chemická příbuznost s nikotinem, který vykazuje psychotropní účinky na řadu živočichů, napovídá, že mechanismem účinku bude ovlivnění neuromotorických procesů. [1]

Včely s horší navigací

Včela medonosná je pro testování insekticidů vhodným organismem, protože známe její biochemii, fyziologii i etologii; včelstva rovněž bývají v častém kontaktu s chemicky ošetřovanými plodinami typu řepky olejné či slunečnice. Výzkum ukázal, že právě včely reagují na neonikotinoidy zhoršením střednědobé a vizuální paměti i schopnosti učení. Při studiu vlivu na navigační schopnosti byly asi 600 včelám umístěny na hrudníky přístroje pro radio-frekvenční identifikaci (RFID), jejichž signál snímaly čtečky na vstupech do úlů. I malé dávky thiamethoxamu zvýšily ztráty jedinců, kteří kvůli dezorientaci nenašli cestu zpátky. Podobné účinky zjistili jiní autoři pro imidakloprid a klothianidin. [2]

Ovlivněna je i celková aktivita a reprodukce. Při dávce 1,25 ng imidaklopridu na jedince jsou včely stále aktivní, zatímco při dávce dvojnásobné strnou. Látky ovlivňují i reprodukci; podání thiomethaxamu a klothianidinu může snížit početnost potomstva o 13 %, na polovinu klesá životaschopnost trubčích spermií, zpožďuje se vývoj larev. Ukázalo se, že orálně podávané prostředky thiamethoxam a klothianidin jsou pro včely smrtící již v množstvích uvedených na komerčně využívaných produktech. Klothianidin byl při kontaktním podávání škodlivý až smrtící dokonce ve dvacetkrát menším množství, než jaké se běžně využívá na polích. To vše pro včely představuje značné riziko.

Existují i studie, odhalující opačné účinky. Kolonie přikrmované thiomethoxamem přinášely víc pylu než kolonie kontrolní. Pokud včely dostaly na výběr cukernaté roztoky s pesticidy a bez nich, překvapivě si vybraly ty s neonikotinoidy. Nerozpoznaly jejich chuť a nevyhýbaly se jim. [3] Variabilita zjištění nás možná nemusí překvapovat, vždyť i na člověka má nikotin různorodé účinky, od stimulačních po relaxační. Poruchu včelí navigace vlivem přírodního nikotinu popsal už jeden ze zakladatelů hmyzí etologie Karl von Frisch. Všiml si, že intoxikované včely selhávají v „tanci“, kterým se dělnice informují o výskytu potravy.

Nezapomeňme ale, že v mnoha laboratorních experimentech jsou včely krmeny jen roztokem s neonikotinoidy, kdežto v přírodě sbírají pyl a nektar také na volně rostoucích rostlinách, čímž se koncentrace neonikotinoidů naředí a jejich efekt tak zeslábne. Známe ale i případy, kdy až 97 % neonikotinoidů, které včely přinesly do úlů se sebraným pylem, nepocházelo ze zemědělských plodin, ale z rostlin na okrajích polí.

Velký úbytek včel v současnosti ale nemusí způsobovat jen neonikotinoidy. Včely mohou ohrožovat četné bakteriální infekce nebo mohou být napadeny, nejčastěji kleštíkem včelím (Varroa destructor), morem včelího plodu či virem pytlíčkového plodu. Ovšem to, jestli včelstva přežijí do další sezony, také ve velké míře závisí na zkušenosti včelařů. Další faktor, který se významně podílí na početnosti včel, může být kombinace měnícího se počasí s probíhajícími klimatickými změnami.

Vliv na samotářské včely

Samotářským včelám neonikotinoidy ztěžují zakládání kolonií. Mechanismem je nejspíš opět ovlivnění nervového systému. V kulturách řepky olejné ve Švédsku zkoumali vliv klothianidinu. Samotářské včely obtížněji zakládaly hnízda a vychovávaly potomstvo, jejich kolonie se zmenšovaly. Zednice rezavá (Osmia bicornis) měla při kontaktu s thiamethoxamem problémy s reprodukcí a zakládáním nových kolonií. U zednice O. lignaria zase imidakloprid zpomaloval vývoj posledního larválního stadia. Podobně účinkoval nektar s příměsí klothianidinu a thiamethoxamu.

Výsledkem všech těchto zátěží je snížení celkové diverzity samotářských včel. Ukázala to analýza změn rozšíření 62 druhů v Anglii během 18 let. Zjistilo se totiž, že včely spíše než řepku využívaly květy z okolí polí, do nichž neonikotinoidy pronikly z půdy. V některých případech si samotářské včely umějí s neonikotinoidy poradit. Genom zednice rezavé produkuje enzym, který některé pesticidy metabolicky rozkládá, a tak brání jejich negativním dopadům.

Čmelákům klesá plodnost

Neonikotinoidy působí toxicky i na čmeláky. Ovlivňují zejména jejich reprodukci. Chované kolonie čmeláků zemních (Bombus terrestris) dostávaly cukernatý roztok bez nebo s přídavkem imidaklopridu, a to v koncentraci běžné pro řepku olejnou, v koncentraci dvojnásobné a koncentraci desetkrát vyšší. Po návratu čmeláků do přirozeného prostředí ztratily kolonie až 12 % hmotnosti a měly méně královen. Severoameričtí čmeláci B. impatiens, krmení pylem s přídavkem imidoklopridu, žili kratší dobu a selhávali v plození potomstva. O třetinu klesla plodnost dělnicím z mikrokolonií bez královen, krmeným různými koncentracemi imidaklopridu. Také kombinace imidaklopridu a napadení parazitickými houbami z rodu hmyzomorka (Nosema) může vést k úhynu celé kolonie. Autorům tohoto typu studií však bylo vytýkáno nerealisticky velké dávkování insekticidů, které v nižších dávkách čmeláky neovlivňují.

Také čmelákům, podobně jako včelám, ztěžují neonikotinoidy hledání potravy. Potvrdily to studie z laboratorních i skleníkových podmínek. Autoři přišli na to, že ve srovnání se včelami čmeláci v tělech nashromáždili desetkrát větší množství imidoklopridu. V důsledku toho měli – na rozdíl od včel – problémy s příjmem potravy. Po 48 hodinách toxickou látku vyloučili a začali se chovat jako obvykle. Ani oni tedy nepoznají neonikotinoidy v potravě.

Vyhýbaví brouci a mouchy

I brouci a dvoukřídlí patří mezi opylovače. Například dvoukřídlé pestřenky často zajišťují opylování ve sklenících. Protože však nejsou hlavními opylovači hospodářských plodin, nepatří v kontextu zemědělské ekologie k tolik sledovaným organismům. Existuje jen málo studií, zaměřených na jejich vztah k neonikotinoidům. Zajímavý byl experiment se žlutými pastmi s imidaklopridem a bez něj. Brouci se vyhýbali pastem s velmi nízkou koncentrací insekticidu představující komerční dávkování, mouchy dokonce ještě koncentraci o dva řády nižší. [4]

Mechanismus účinku neonikotinoidů

Neonikotinoidy jsou rozpustné ve vodě, proto se přes půdu dostanou i do jiných než pěstovaných rostlin. Rostliny je transportují cévními svazky, ukládají je zejména do listů. Hmyz se s nimi dostane do styku přímým kontaktem nebo vdechováním aerosolů. Vážou se na nikotinové acetylcholinové receptory buněk (nAChRs). Hmyz je při intoxikaci excitován, ale po delší době nebo větších dávkách ochrne, je paralyzován a hyne.

Po požití imidaklopridu vzniká v hmyzím organismu imidakloprid-olfein. Ten potlačuje syntézu mastných kyselin a narušuje mevalonátovou dráhu. Neonikotinoidy také působí na nadjícnovou nervovou uzlinu, která přestává plnit své obvyklé funkce. Na molekulární úrovni dochází k poruše tvorby bílkovin. Bylo také prokázáno, že tyto insekticidy působí na hltanové (hypofaryngální) žlázy, které včelím dělnicím slouží k tvorbě mateří kašičky. Neonikotinoidy dále narušují vylučování (exkreci) a osmoregulační systém v malpighických trubicích [vylučujících škodlivé a nepotřebné látky z těla hmyzu, pozn. red.], stejně jako procesy ve střevech. Mohou také narušovat expresi genů zodpovědných za imunitu a detoxikaci organismu. Jejich účinek vzrůstá v synergii s jinými pesticidy a patogeny.

Ohrožení motýlů

Situace motýlů je ošemetná. Housenky totiž často figurují na seznamech škůdců, zatímco dospělci patří mezi opylovače, a tudíž rizikovou skupinu. Motýli jsou tedy až na výjimky (např. rezistence housenek z čeledi obalečovitých – Tortricidae) těmito pesticidy vážně ohroženi.

Podobnější studie odhalily mechanismy působení. Housenky běláska zelného (Pieris brassicae) krmené zelím ošetřeným imidoklopridem byly menší než kontrolní skupina. Kromě růstu může být ovlivněna i celková vitalita a s ní související migrační schopnosti. V USA se experimentovalo se severoamerickými monarchy stěhovavými (Danaus plexippus). Motýli krmeni cukerným roztokem obohaceným o imidakloprid v komerčně využívané koncentraci trpěli 78% úmrtností. Intoxikovaní motýli nekoordinovaně mávali křídly a vibrovali tělem. Stále kladli vajíčka, ale protože se dožívali kratšího věku, narušil se cyklus migrace a přezimování. Autoři jiné studie srovnávali vztah východní a západní populace monarchů ke klimatu a neonikotinoidům. Zatímco dynamiku východní populace ovlivňovalo pouze klima, západní populaci více zatěžovaly neonikotinoidy. V další studii ve Velké Británii zkoumali populační dynamiku 17 druhů motýlů v zemědělské krajině zatížené neonikotinoidy. Patnáct z nich bylo insekticidy značně ohroženo. Ukázalo se však také, že za třicetiprocentní úbytek těchto druhů oproti roku 1990 může především degradace stanovišť. Připomeňme, že evropsky nejvyšší podíly ohrožených motýlů najdeme nejen v Belgii, Nizozemsku, Dánsku, ale i v České republice.

Příběh nekončí

Poznatky o dopadech neonikotinoidů na opylovače nejsou zcela jednoznačné. Vedle důkazů o smrtících efektech se objevují i závěry, které toxicitu zpochybňují a tvrdí, že tyto látky jsou při uměřené aplikaci neškodné.

V roce 2013 však EU prosadila dočasný zákaz neonikotinoidů (klothianidinu, thiamethoxamu a imidaklopridu) k moření osiv kukuřice, slunečnice a řepky. Ve Francii poté vzorkovali koncentrace těchto látek v půdách. Pohybovala se v rozmezí 0,1–70 ng/ ml v závislosti na půdním typu a vláze. V důsledku velkého nátlaku médií a aktivistů byly pak roku 2018 neonikotinoidy kompletně zakázány v celé EU (16 států bylo pro zákaz, osm se zdrželo, čtyři – včetně ČR – byly proti). V roce 2020 pak seznam zakázaných neonikotinoidů doplnil i thiakloprid. Naše republika se ohradila kvůli technologii pěstování cukrové řepy jako základní plodiny českého zemědělství. Neonikotinoidy mohou být výjimečně povoleny ve sklenících a u odkvetlých a ozimých obilovin.

Nabízí se uzavřít, že pro hmyz dopadlo vše dobře, avšak zákaz neonikotinoidů v EU se následně neprojevil zaznamenáním výrazného nárůstu opylovačů. Je proto jasné, že na hmyzí společenstva musí mít vliv i jiné aspekty, jako je malá heterogenita krajiny a další. Nedávná metaanalýza shrnující vliv pesticidů včetně neonikotinoidů na opylovače upozornila, že nejzkoumanějším opylovačem byla včela medonosná a že většina experimentů se odehrála v laboratořích v Evropě či Severní Americe. Chybí tedy výsledky z méně rozvinutých zemí mimo západní civilizaci. Rovněž je žádoucí sledovat vedle včel a čmeláků i jiné opylovače, kteří zastávají neméně důležitou roli také v opylování volně rostoucích rostlin (dvoukřídlí, brouci atd.). Pozornost bychom měli zaměřit rovněž na jiné pesticidy, než jsou neonikotinoidy v čele s imidaklopridem.

Příběh se ale komplikuje, když uvážíme, že obliba neonikotinoidů nebyla náhodná. Měly totiž nesporné výhody oproti starším generacím pesticidů (organofosfátům, pyrethroidům, karbamátům či chlorovaným uhlovodíkům), dané toxicitou omezenou na hmyz a šetrným dávkováním. Starší insekticidy působily jako tvrdé jedy, jejichž účinky na necílové druhy byly vidět okamžitě. Neonikotinoidy působí subtilněji, přes aktivitu a reprodukci, početnost opylovačů snižují až časem. Zvyšující se nároky na šetrnost přípravků vedly k vývoji látek, které prošly sítem standardních toxikologických testů – a projevily se negativně až po nasazení na polích.

S analogickými situacemi se nejspíš budeme setkávat i v budoucnu. Jsou totiž nutným důsledkem požadavků na „ekologicky neškodnou“ zemědělskou produkci. Jde vlastně o kvadraturu kruhu, z níž lze vystoupit jen uměřenou extenzifikací hospodaření a smířením se s menšími a méně pravidelnými výnosy (a prosazením ekonomických nástrojů, které by umožnily zemědělcům žít s takovým rizikem). Tyto úvahy však překračují rámec našeho příspěvku. 

Literatura

[1] Sánchez-Hernández L. et al.: Residues of neonicotinoids and their metabolites in honey and pollen from sunflower and maize seed dressing crops. Journal of Chromatography A 1428, 220–227, 2016, DOI: 10.1016/j.chroma.2015.10.066.

[2] Henry M. et al.: A common pesticide decreases foraging success and survival in honey bees. Science 336, 348–350, 2012/ 6079, DOI: 10.1126/science.1215039.

[3] Kessler S. C. et al.: Bees prefer foods containing neonicotinoid pesticides. Nature 521, 74–76, 2015/ 7550, DOI: 10.1038/nature14414.

[4] Easton A. H., Goulson D.: The neonicotinoid insecticide imidacloprid repels pollinating flies and beetles at field-realistic concentrations. PLoS One 8, e54819, 2013/1, DOI: 10.1371/journal.pone.0054819.

Ke stažení

OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Entomologie

O autorech

Karolína Hrubá

Martin Konvička

Doporučujeme

Genová terapie ALS: jsme na začátku naděje

Genová terapie ALS: jsme na začátku naděje

Je to krutá a zatím nevyléčitelná nemoc. Amyotrofická laterální skleróza. Americká léková agentura FDA však nedávno schválila pro medicínskou...
(Ne)umělá sladidla

(Ne)umělá sladidla uzamčeno

Adam Obr  |  3. 6. 2024
Když loni v létě zařadilo WHO aspartam na seznam látek, které mají potenciál způsobovat rakovinu, dosáhla diskuse o škodlivosti nekalorických...
Příběhy řasových éček

Příběhy řasových éček

Richard Lhotský  |  3. 6. 2024
Přídatné látky v potravinách, familiárně přezdívané pro svůj kód éčka, vzbuzují u řady lidí obavy a strach. Přesto se mezi nimi najdou i látky...