Evoluce a ekologie parazitů

Andrea Vetešníková Šimková

Současná nabídka předmětu studentů magisterského studia zahrnuje předměty orientované na základy parazitologie a biologii jednotlivých parazitických skupin. Nabídka doktorského studia oboru Parazitologie zahrnuje specializované předměty zaměřené na problematiku imunologie, molekulárních interakcí v parazito-hostitelských systémech, biochemie, patologie a medicínské biologie. Zcela nepokrytou oblastí je ekologie parazitů a evoluce v parazito-hostitelských systémech. Tyto obory představují nedílnou součást moderní parazitologie.

Připravovaný předmět Evoluce a ekologie parazitů je vytvářen pro studenty magisterského studia v modulu parazitologie a doktorského studia Parazitologie. Nový předmět je připravován k realizaci v jarním semestru 2013. Na výběru a zpracování obrazového materiálu se podílí ing. Lukáš Vetešník.

V období let 2010-2011 proběhla příprava a studium literárních zdrojů a příprava výukových materiálů. Konkrétně textová část a prezentace pokrývající následující témata
Parazitizmus z pohledu ekologického:
- definice parazitů a parazitizmu;
- ekologické typy parazitů
Abiotické a biotické faktory.
Distribuce parazitů v čase a prostoru
Populace parazitů - typy populací, vlastnosti populací, populační modely
Evoluce životních strategií
- životní historie a kompromis,
- vztahy mezi parazity a složky životních historií hostitele
- fenotypická plasticita a adaptace
- evoluce životních strategií parazita - velikost těla, věk v období pohlavní zralosti, produkce vajíček a potomků
Parazitické strategie využívání hostitele
- evoluce virulence
- fekundita a rychlost transmice parazitů
- kompromis mezi mírou reprodukce a délkou života hostitele
Manipulace chování hostitele - zviditelnění hostitele, pozměněné potravní chování, antipredační chování, pohlavní chování
Hostitelská specificita
- vymezení hostitelské specificity, specialista versus generalista, spektrum hostitelských druhů, indexy hostitelské specificity, hostitelská specificita jednotlivých parazitických skupin
- evoluce hostitelské specificity - hypotézy evoluce od generality směrem ke specialistům, adaptace versus specializace
- determinanty hostitelské specifity - specializace na předpovídatelné zdroje, hypotézy ekologické specializace
Společenstva parazitů - struktura a zákonitosti
- charakteristika společenstev parazitů - infracommunity, component community, compoud community
- struktura společenstev - náhodné uspořádaní versus nested struktura, klasifikace druhů ve společenstvu
- zpracování dat parazitických společenstev - indexy diverzity, dominance a podobnosti parazitických společenstev
Interakce parazitů
- numerická a funkční odpověď kompetice, ekologická nika, interaktivní versus neinteraktivní společenstva
- interaktivní a selektivní prostorová segregace, interaktivní vyloučení, evoluční restrikce niky, koexistence a agregace
Diverzita parazitů
- determinanty diverzity parazitů
- diverzita parazitů v komparativních studiích: metoda nezávislých fylogenetických kontrastů
- vliv vzorkování na odhad diverzity parazitů, biogeografické aspekty diverzity parazitů
Evoluce a ekologie parazito-hostitelských vztahů
- speciace parazitů - kospeciace, přeskok, duplikace, extinkce; modely hostitelsko-parazitické koevoluce
- vliv parazitů na evoluční biologii hostitelů role parazita v evoluci pohlavního rozmnožování, paraziti a pohlavní výběr
Imunoekologie a evoluce imunitní funkce hostitele
- role imunitní funkce v kompromisech organizmu, investice do reprodukce ve vztahu k imunitě hostitele, funkce, polymorfismus a selekce MHC genů

jarní semestr 2013, výuka realizována v průběhu semestru 18. 2.-20. 5.

Během prvních měsíců roku 2013 byly doplněny a aktualizovány přednášky pro výuku v jarním semestru, uskutečněnou s následujícím obsahem:
1) Evoluční ekologie parazitů: ekologické a evoluční vymezení parazitizmu, evoluce strategie od volně žijícího k parazitickému organizmu, evoluce schopnosti využívat hostitele, parazitizmus z pohledu ekologického a evolučního, ekologická klasifikace parazitů, evoluční úspěšnost parazitizmu, původ parazitizmu, scénáře evoluce parazitizmu, regresní evoluce, morfologie, velikost genomu, vývojové cykly, velikost těla, fekundita, virulence
2) Vliv abiotických a biotických faktorů na početnost parazitů: prostředí parazitů, abiotické faktory, vliv teploty, sezónní dynamika výskytu a početnosti parazitů, sezónní změny v morfologii parazitů a v dosažení pohlavní zralosti, biotické faktory - interakce hostitel-parazit, velikost hostitele, věk hostitele, pohlaví hostitele, hustota hostitele a sociální chování, velikost populace hostitele, potravní strategie, fyziologie a imunologie hostitele, genetika hostitele, simultánní vliv více abiotických a biotických faktorů
3) Distribuce parazitů: agregace parazitů - metody kvantifikace: poměr rozptylu a průměru, k parametr binomické funkce, index diskrepance, Taylorovo pravidlo; procesy spojené se zvyšováním a snižováním agregace; příčiny agregace - časová a prostorová heterogenita, vnitrodruhová variabilita hostitele, vlastnosti parazita; následky agregace - usnadnění reprodukce, druhová koexistence, crowding efekt...
4) Populační ekologie parazitů: charakteristika a vlastnosti parazitických populací, metapopulační teorie, matematické modely: dynamika vztahů mikroparazit-hostitel, dynamika vztahů makroparazit-hostitel, příkladové studie
5) Evoluce životních strategii parazitů: teorie "life history traits", role kompromisů v evoluci životních složek parazitů, vztah mezi parazitizmem a evolucí životních složek hostitelů, evoluce životních strategii parazitů - změny velikosti těla jako výsledek adaptace k parazitizmu, evoluce velikosti těla a faktory ovlivňující tuto evoluci, vliv faktorů hostitele
6) Parazitické strategie využívání hostitele: evoluce virulence - matematický model, predikce evoluce virulence, empirická podpora matematických modelů, evoluce virulence u parazitů se složitým vývojovým cyklem, typ transmise na evoluci virulence, manipulace chování hostitele - adaptivní manipulace vs. neadaptivní efekty manipulace - příkladové studie, parazity indukované změny v chování hostitele - typy změn a příkladové studie s videozáznamy
7) Hostitelská specifita: vyjádření hostitelské specifity z odlišných pohledů - základní, strukturální, fylogenetická a geografická hostitelská specifita, fylostrukturální specificita, fylobetaspecificita, makroevoluční a mikroevoluční procesy spojené s vysvětlením hostitelské specifity, pozorované zákonitosti hostitelské specifity, adaptace a hostitelská specifita - příklady kongenerických parazitů
8) Společenstva parazitů: hierarchická úroveň parazitárních společenstev, vztah mezi počtem druhů na lokální a regionální úrovni, fenomen saturace infraspolečenstva a metaspolečenstva parazitů, geografická vzdálenost a podobnost metaspolečenstev parazitů, role hostitele v podobnosti metaspolečenstev, "nested" a "anti-nested" struktura organizace parazitických společenstev
9) Interakce parazitů: základní a realizovaná ekologická nika parazitů - příkladové studie, numerická a funkční odpověď kompetice - příkladové studie, posun morfologie jako funkční odpověď kompetice, rozměry parazitické niky - hostitelská specifita, mikrohabitat, makrohabitat, sezóna, geografická distribuce, hostitel, mechanizmy prostorové segregace niky, evoluční preference niky - příkladová studie
10) Diverzita parazitů: současné poznatky o diverzitě parazitů, velikost těla parazitů a objevení nových parazitických druhů v průběhu času, velikost vzorků a vliv fylogeneze na studium druhové diverzity - metody korekce, klasické pohledy na diverzitu parazitů - gradient zeměpisné šířky, vztah mezi velikostí plochy a diverzitou, teorie epidemiologie, nové pohledy na studium diverzity parazitů

Za účelem nabytí poznatků z oblastí evoluce genomu organismů v různých podmínkách prostředí, parazitů sladkovodních ryb jako modelových organismů, jejich genetiky a evolučních vztahů a získání know-how pro laboratorní metody výzkumu genetické diverzity ryb (aplikovatelné v ekologických a evolučních studiích) absolvovala doc. Vetešníková ve dnech 3.-17. 4. odbornou stáž na Université de Provence v Marseille (Francie).

Značným přínosem pro novou výuku bylo zařazení lekcí a konzultací, které vedl Serge Morand, specialista na evoluční ekologii společenstev parazitických organismů z univerzity v Montpellier (Francie). V průběhu svého pobytu na Masarykově univerzitě (27. 5.-1. 6.) vedl v rámci nového předmětu dílčí lekce "Asymmetry in host parasite interactions: parasite diversity, host life-traits and immunity" a "Global changes, biodiversity and healthwith emphasis on Southeast Asia".
Vedle problematiky interakcí mezi rozmanitými skupinami parazitů a jejich živočišnými hostiteli byla výuka věnována praktickému výzkumu globálních změn zoonóz (infekcí přenášených zvířaty, které představují 60 % infekčních onemocnění) na úrovni jejich dopadů na lokální ekosystémy.
Výzkum se zaměřuje na jihovýchodní Asii z důvodu vznikajících potenciálních globálních pandemií infekčních chorob. Objektem studia jsou zde myšovití (Muridae), zemědělští škůdci a přenašeči mnoha nemocí. Výzkum se na tyto hlodavce zaměřil zejména z důvodu studia vztahů lidí a jejich prostředí a nemocí přenášených těmito hlodavci. Dalším důvodem jsou probíhající změny v biodiverzitě způsobené zejména změnami využití půdy a klimatu. Jihovýchodní Asie se tak stala modelem, na kterém je zkoumáno lokální vnímání dopadů globálních změn na interakci mezi biodiverzitou a zdravím.
Uskutečněné lekce doprovázely odborné konzultace k problematice biodiverzity parazitismu, speciace a diverzifikace parazitů, hostitelsko-parazitických interakcí s důrazem na imunologické aspekty na straně hostitele a evoluci virulence parazitů.

Pro reprízy předmětu v dalších letech byly v letním období aktualizovány a doplněny přednáškové materiály v následujících okruzích:
10) Diverzita parazitů: determinanty diverzity, důležitost velikosti vzorku pro odhad diverzity, korekce pro velikost vzorku, efekt fylogeneze (metoda fylogeneticky nezávislých kontrastů), vztah diverzity parazitů a diverzity hostitelů, vliv hostitele na diverzitu parazitů (diverzita hostitelů, životní styl hostitelů, typ potravy hostitele), gradient zeměpisné šířky, vztah velikosti plochy (velikost, biomasa, délka života a věk hostitele) a diverzity, teorie epidemiologie - diverzita parazitů a hustota hostitelských populací.
Nové pohledy na studium diverzity parazitů byly zařazeny na základě přednášek prof. Moranda: diverzita parazitů ve vztahu k sociabilitě, home range, diverzitě imunitních genů, mortalitě hostitele.
11) Evoluce hostitelsko-parazitických vztahů: termín koevoluce, kospeciace a koadaptace, koevoluční modely v parazito-hostitelských systémech, procesy speciace - alopatrická (kospeciace), sympatrická (intrahostitelská duplikace, host switching), vymíraní evolučních linií parazitů, diverzifikace hostitelů bez diverzifikace parazitů (s příklady experimentálních studií), vliv parazitů na evoluční biologii hostitelů (hypotéza Červené královny - též příklady experimentálních studií), role parazitů v pohlavním výběru hostitele - hypotézy pohlavního výběru hostitele, modely parazity zprostředkované sexuální selekce (s příklady empirických studii pro podporu hypotéz - intra- a interspecifické testy).
12) Imunoekologie hostitelsko-parazitických vztahů: pojmy imunoekologie a imunokompetence, imunologické přístupy aplikovatelné v experimentálních studiích, imunita jako složka životních historií hostitelů, náklady spojené s imunitou hostitelů, investice do reprodukce a investice do imunity (dokumentace příkladů intraspecifických a interspecifických studií).

Předměty