Vedec roka 2021 si nemôže dať ani deň pauzu. Čo neurobí hneď, presunie sa mu o rok.
Vedec roka 2021 prof. PaedDr. Pavol Prokop, DrSc. Zdroj: Marián Zelenák, CVTI SR
Odjakživa túžil stať sa prírodovedcom. Dnes je Pavol Prokop na Slovensku priekopníkom behaviorálnej ekológie, odboru, ktorý sa pokúša z evolučného hľadiska vysvetliť rôzne správanie živočíchov. Popri pedagogickej činnosti svoj život zasvätil najmä výskumu pohlavného výberu jednotlivých druhov hmyzu a bezstavovcov.
Roky skúma najmä páriace sa pavúky a modlivky, ale aj ďalší hmyz a zisťuje, aké stratégie používajú na to, aby prilákali partnera a rozmnožili sa.
V polovici júna si za svoju prácu prevzal v Moyzesovej sieni Filozofickej fakulty Univerzity Komenského v Bratislave ocenenie Vedec roka 2021, ktoré mu patrí za objasnenie atribútov pohlavného výberu u ľudí a nové poznatky o evolučných a sociokultúrnych aspektoch behaviorálnych stratégií podieľajúcich sa na vyhýbaní sa kontaminácii patogénmi.
Popri tom sa v posledných rokoch venoval aj výskumu emócií ľudí v prostredí so zvýšeným rizikom kontaminácie koronavírusom a ďalším štúdiám zameraným na interakcie medzi opeľovačmi a rastlinami.
V rozhovore pre portál Veda na dosah sa rozprávame o zaujímavostiach, ktoré za roky svojho výskumu zistil.
Máte obľúbený druh hmyzu, na ktorý rád upozorňujete na prednáškach svojich študentov?
Zaujímajú ma kanibalské druhy – asi preto, lebo ich správanie je extrémne nezvyčajné. Keby sme sa pozreli napríklad na vtáky alebo všeobecne na stavovce, u tých žiadny sexuálny kanibalizmus neexistuje. No pri bezstavovcoch sa to často končí takto fatálne a je to celkom bizarné. Hovorím si, aké je to veľmi zaujímavé, a chcem o tom vedieť viac, chcem tomu dôjsť na kĺb alebo sa o to aspoň pokúsiť.
O modlivkách je to všeobecne známe…
Áno, s nimi som pracoval veľa. Zhruba 30 percent samíc zabíja svojich partnerov vo voľnej prírode a nám v labáku vyšlo, že okolo 40 percent. To je paradoxne celkom nízke číslo. Neurobí to každá. Dodnes presne nevieme, v čom je pes zakopaný. Snažíme sa to nejako pochopiť.
Prečo sa to vlastne deje?
Skúmali sme faktor hladu, no aj medzi hladnými samicami sú také, ktoré zabíjajú a ktoré nie. Potom máme výsledky, ktoré hovoria, že na kanibalizmus môže mať vplyv počet vajíčok, ktoré samica nakladie, ale nie je to definitívne. Časť výskumov túto hypotézu podporuje, nie však všetky.
Potom som skúmal, či kanibalizmus samíc neovplyvňuje reprodukčný status samíc. Vychádzal som z predpokladu, že samice, ktoré ešte nemali sexuálneho partnera, by mali byť k samcom zmierlivejšie, lebo ak by boli príliš agresívne, mohli by zostať neoplodnené.
Takto to však pri nich vôbec nefunguje. Miera kanibalizmu medzi inseminovanými a neinseminovanými samicami sa nelíši. A napokon som skúmal ešte jednu veľmi rozšírenú hypotézu: že samica si skrátka pomýli partnera s korisťou. Myslím si, že takto si to vysvetľujú aj bežní ľudia.
Jednosmerným sklom som oddelil samicu od samcov. Do časti, kde boli samce, som vypúšťal koristi aj sexuálnych partnerov a zisťoval som, ako bude samica reagovať. Oni ju nevideli, samica ich áno. Korisť teda nemohla zmeniť svoje správanie, ale samica áno. Pekne tam vyšlo, že samica je oveľa agresívnejšia ku koristi ako k sexuálnemu partnerovi, aj na ňu pohotovejšie reaguje.
Samica skrátka veľmi dobre vie, kto je sexuálny partner a kto je korisť. Nie je pravda, že by sa v tom mýlila. Má to práveže veľmi dobre zrátané, napokon, je to vizuálne sa orientujúci predátor. Bolo by podľa mňa dosť divné, keby to vyšlo inak.
Čím sa líši sexuálny partner od koristi? Podľa čoho ich samica rozozná?
Samce sú podstatne väčšie ako priemerná korisť, to je ich základný morfologický rozdiel.
Samce majú aj svoje antikanibalské stratégie. Vysvetlite, prosím, čo to znamená.
Znamená to, že sa samec snaží zredukovať riziko kanibalizmu spôsobeného samicou na minimum. Jednou z častých stratégií, ktoré samčeky modliviek využívajú, je takzvaný freezing. To znamená, že keď samicu začne vizuálne fixovať, zmrzne. On veľmi dobre vie, že keď sa k nemu samica priblíži a on by sa hýbal, mohla by naňho zaútočiť. Keď sa nehýbe, samička si ho nemusí všimnúť. Môže ho brať ako statický objekt.
A po tom, keď na ňu vyskočí a keď sa s ňou už spári, snaží sa zase aktívne odskočiť čo najďalej a uniknúť. Samica teda má niekoľko príležitostí samca usmrtiť, ibaže sa jej to nemusí podariť.
Toto komplikuje celú situáciu. Keď porovnávate kanibalskú a nekanibalskú samicu, vaša vzorka je v skutočnosti kontaminovaná samicami, ktorým ich kanibalské tendencie nevyšli. Nedá sa to jednoducho rozdeliť na kanibalskú a nekanibalskú samicu.
V ďalšom experimente ste zisťovali aj to, koľko trvá kopulácia kanibalskej samice. Ony sa pária dlhšie ako nekanibalské?
Áno, tentoraz som kanibalizmus navodil ja tak, že som samčeky dekapitoval a zisťoval som, ako dlho sa pária. Normálne sa samica pári také dve-tri hodiny, ale keď samcom odstrihnete hlavy, trvá to dvakrát viac.
Nemal som však dostatok finančných zdrojov na to, aby som to molekulárne zanalyzoval, takže ma to stále čaká. Potomkov samíc, ktoré sa spárili, mám stále v mraziaku. Peniaze na to mi už prišli, takže predpokladám, že to tento rok už vyriešim. Na základe molekulárnych analýz chcem zistiť, či samica použila na fertilizáciu vajíčok viac spermií od kanibalizovaných samcov, alebo od nekanibalizovaných.
Vedec roka 2021 prof. PaedDr. Pavol Prokop, DrSc., v laboratóriu. Zdroj: Archív PP
To je zásadná otázka. Každá samica, ktorú som skúmal, sa párila s dvoma samcami, jeden bol dekapitovaný, druhý nie alebo nebol ani jeden, alebo boli obidvaja a zo všetkých samíc mám potomkov. Teraz potrebujem na základe analýz paternity zistiť, či je tam nejaký odklon v prospech konkrétnych dekapitovaných alebo intaktných samcov. Skrátka ma zaujíma, či sa dekapitácia a dlhšia kopulácia pretavili aj do úspešnejšej fertilizácie vajíčok. Samička ich totiž môže aj aktívne vylúčiť z tela, nemusí ich použiť vôbec.
To, že sa samce so samicou môžu páriť aj bez hlavy, je známa informácia. No dokážu sa začať páriť už aj dekapitované samčeky?
Áno, samozrejme. Keď samec predtým vizuálne fixuje samicu a vy ho dekapitujete a položíte ho na telo samice, on si už sám nájde kopulačný orgán samice, nahmatá ho a vnikne doň a normálne transferuje svoj spermatofor. Teda, predpokladáme, že ho transferuje. Keď to trvá aj sedem hodín, asi to nebude len tak…
Nesmierne zaujímavé…
Presne! Často počúvam od iných: ‚Ty sa zaoberáš takými zaujímavými vecami!‘ Vždy im odpovedám: ‚A prečo by som sa mal zaoberať niečím, čo nie je zaujímavé?‘ Tomu nerozumiem, vidím to veľmi jednoducho. (smiech)
A teraz skúmate pavúky.
Áno, musel som na rozhovor s vami odísť z laboratória, no budem sa tam musieť onedlho vrátiť, lebo mi tam ešte kopuluje zopár dvojíc.
A čo skúmate na nich?
Svadobné kŕmenie. To je jedna z nosných vecí, ktoré analyzujem. Lovčík hájny je pavúk výnimočný tým, že keď samec chytí nejakú korisť a zacíti feromón samice, tak tú korisť usmrtí, obalí ju do pavúčieho vlákna a ponúkne samici.
Máme asi 50-tisíc druhov pavúkov, no svadobné kŕmenie realizuje len niekoľko druhov. Spočítali by ste ich na prstoch jednej ruky. Je to výnimočná forma správania.
A, samozrejme, teraz nám ako mnohým evolučným biológom vŕta v hlave, načo to je celé dobré a čo tým získa samica a čo samec. Takže som robil experimenty, kde som manipuloval s veľkosťami svadobných darov a zisťoval hlad samíc.
Čo je to svadobný dar?
Svadobné kŕmenie alebo prenos nutričných látok medzi samcom a samicou počas rozmnožovania. Existujú rôzne formy svadobných darov od darov ulovených samcami až po rôzne telové sekréty či prísady nachádzajúce sa v ejakulátoch.
Prečo samčeky obaľujú korisť do bieleho vlákna?
Pôvodne sme sa domnievali, že sa samec takto snaží zneužívať rodičovské správanie samice. Samica totiž bežne nosí kokón, čiže vačok s vajíčkami, a ak samec dá samici obalený svadobný dar, ľahko ju zmätie. Samička ho v domnienke, že je to kokón, akceptuje a samček ju, kým ona dar odbaľuje, podlezie a začne sa s ňou páriť.
Táto hypotéza sa mi od začiatku nepozdávala. Samice veľmi dobre vedia, čo v tom dare je. Vôbec nie sú oklamané tým, že by to bol nejaký kokón.
V jednom experimente som dal samcovi namiesto svadobného daru naozajstný kokón, ktorý som odobral inej samici, a veľmi som chcel vedieť, čo sa stane, keď ho samici ponúkne.
A ako to dopadlo?
Samice prijali kokóny ako svadobné dary a so samcami normálne kopulovali. Kokóny som vážil pred kopuláciou aj po nej a z výsledkov je jasné, že z nich po kopulácii výrazne ubudlo, čiže samice ich konzumovali rovnako ako konvenčné dary pozostávajúce z koristi. Potom kokóny opúšťali, čiže sa im žiadne materské správanie nespustilo.
Toto je kritická otázka, ktorá doteraz nebola testovaná. Ako by sa samica zachovala ku skutočnému kokónu. Doteraz sa o tom len špekulovalo.
Vedec roka 2021 prof. PaedDr. Pavol Prokop, DrSc., pri práci s pavúkmi. Zdroj: Archív PP
Samice, ktoré nosia kokón a ktorým sa spustí materské správanie, vraj aj tri týždne neprijímajú potravu.
Je to tak. A práve preto by dary pripomínajúce kokón mali spustiť materské správanie, čo sa však nikdy nestalo. Hladné samice boli napríklad veľmi promiskuitné, čo nasvedčuje tomu, že o obsahu daru sú veľmi dobre informované a berú ich ako zdroj potravy.
Na výrobu svadobného daru samčeky údajne spotrebujú celkom veľa energie.
Áno. To som skúmal v roku 2021. V Česku majú rastlinní fyziológovia prístroj, ktorý meria množstvo CO2, ktorý rastlina vylúči. My sme ho použili na to, aby sme zistili, koľko CO2 vylúči samec, keď vyrába svadobný dar, keď ho obaľuje. Zistili sme, že spotreba energie uňho stúpla až o nejakých 38 percent. To znamená, že pre samca nie je výroba svadobného daru nič jednoduché. Je to pomerne nákladná záležitosť, preto by to mohol byť aj čestný signál kvality toho samca.
V roku 2017 ste publikovali štúdiu, v ktorej sa až taký čestný nezdá…
Nuž, áno. Bola to štúdia z voľnej prírody, v ktorej som zistil, že čím viac boli dary obalené vláknom, tým boli menšie, ľahšie a menej požívateľné. Väčšinou to boli len suché exoskelety rôzneho hmyzu, z ktorých samica nič nemá.
Samec stavia na starý dobrý marketingový ťah: obal predáva. Kým samica dar rozbaľuje, on ju podlezie a začne sa s ňou páriť. Nie je to úplne férové, pretože jej neponúka to, čo jej sľuboval.
Týmto sa však vojna medzi pohlaviami nekončí.
To nie. Dáni totiž zistili, že keď samec nemá svadobný dar a dôjde ku kopulácii – hoci je to dosť zriedkavé, no ak k tomu predsa len dôjde –, tak samica zo seba spermie samčeka aktívne vylúči a nepoužije ich na insemináciu vajíčok. Takže samica si vyberá, ktoré spermie od ktorého samca uprednostní.
Máte za sebou roky práce s hmyzom. Neláka vás zamerať sa na iné živočíchy?
V tomto som taký oportunista, že pokiaľ by sa objavila možnosť robiť niečo iné, nemám s tým problém. Nedávno som napríklad premýšľal, že teraz je v mestách veľa holubov hrivnákov. Hovoril som si, prečo prešli do miest, prečo tu nie je dostatok ich predátorov, prečo s nimi neprišli tiež, a zamýšľam sa, aká je predácia holubov v mestách v porovnaní s pôvodnými habitatmi, čiže vo voľnej prírode. To by ma veľmi zaujímalo. Aj to, aké majú antipredátorské stratégie, lebo vidím, že keď na hniezdo holuba príde straka, on na ňu len bezprizorne pozerá a nereaguje. Straka mu zatiaľ vyplieni hniezdo.
Taká hrdlička straku prenasleduje. Myslím si, že preto, lebo hrdlička so strakou koexistujú už dlho, tiež sa vyskytuje v blízkosti ľudských sídel ako straka. Naopak, holub, ktorý prišiel z lesov, kde sa straky vôbec nepohybujú, pravdepodobne nie je na tohto predátora zvyknutý.
Je však problém stíhať akýkoľvek ďalší výskum. Deň má iba 24 hodín. Keby to bolo inak, šiel by som do toho aj hneď. Musím však brať ohľad na záväzky voči grantovým agentúram, ktoré financujú moje súčasné výskumy zamerané na pavúky a interakcie medzi rastlinami a opeľovačmi.
Povedzte mi viac o vašom výskume snežienok.
Tam ma zaujíma jedna hypotéza, ktorá mi raz spontánne napadla pri prechádzaní skorým jarným lesom. Keď si vyjdete na jar von a vidíte snežienky, často medzi nimi bývajú modré kvietky, volajú sa scily. A pri jednej prechádzke som postrehol, že opeľovače si veľmi silno všímajú práve tú scilu a snežienku úplne ignorujú.
Tak som zavolal dvoch ďalších kolegov zo SAV-ky, okamžite so mnou do toho šli. Chodili sme po lesoch a zisťovali sme, kam si včely sadnú. A zistili sme, že až v 87,5 percenta si sadajú práve na scilu. A snežienky, ktoré tam sú, ignorujú.
Tak som teda začal špekulovať ďalej, že keď je to tak, pre snežienku to musí byť nákladné, lebo prichádza o opeľovače. Teraz v tejto myšlienke pokračujeme, odstraňujem scily z jednotlivých úsekov a zisťujem, aká je fertilita snežienok, keď medzi nimi scila prítomná nie je.
Zatiaľ všetko nasvedčuje tomu, že prítomnosť scily kompromituje reprodukčný úspech snežienok, čiže opeľovače sa zameriavajú na nápadnú modrú scilu a snežienky si nevšímajú. Keďže sú oba druhy závislé od opeľovačov, prítomnosť scily sa pre snežienku javí nevýhodná. Naopak, ak opeľovač navštívi prostredie, kde scila absentuje, sadne si aj na snežienku. Asi takto to funguje.
To by mohlo snežienkam pomôcť, keďže ich populácia je ohrozená.
Áno, mohlo by… Chcem to však preskúmať aj opačne: odstrániť snežienky a nechať na jednej ploche len scily. Ako sa budú scily páčiť opeľovačom potom. Stále si totiž myslím, že ony majú výhodu v tom, že modrý kvet je v bielom poli snežienok veľmi nápadný. Keď si predstavíte, že tam bude len hnedá zem, nie som si istý, či budú scily pre opeľovače až také atraktívne.
Takto to funguje v prírode. A teraz som si do laboratória zobral čmeliaky a ponúkol som im tam scily aj snežienky. Zisťoval som, čo sa bude diať. Veľmi jasne vyšlo, že na 90 percent preferujú scilu. Ide o komerčne chované čmeliaky, ktoré v živote žiadny kvet nevideli… Takže krásne korešponduje to, čo sme videli v prírode, s tým, čo sme vyskúmali v laboratórnom prostredí.
Vedec roka 2021 prof. PaedDr. Pavol Prokop, DrSc., pri preberaní ceny. Zdroj: Marián Zelenák, CVTI SR
Čiastočne sa zaoberáte aj opeľovačmi, však?
Áno, teraz riešim, prečo majú niektoré druhy rastlín korunu otočenú nadol – ako napríklad snežienka. Podľa jednej hypotézy ide o ľahšie uvoľňovanie peľu v smere gravitácie. Tak snežienky experimentálne otáčam nahor a zisťujem, koľko peľu sa na opeľovača, ktorý sa na nich drží vopred stanovený čas, dostane.
No máte toho na práci neúrekom.
To je moja prirodzenosť. Mám rôzne záujmy a na svoje otázky sa snažím výskumne odpovedať.
Je náročné získať na Slovensku grant na vedeckú činnosť?
Veľmi. Darí sa mi to až teraz. Až teraz som po prvý raz dostal grant od tej najprestížnejšej agentúry APVV, pritom som do APVV podával žiadosti hádam desať rokov.
Až donedávna som mal na výskum veľmi obmedzené finančné prostriedky, no napriek tomu som bol schopný z ničoho vždy spraviť niečo. Vždy som sa snažil, aby bola myšlienka jednoduchá, ľahko prezentovateľná, zaujímavá a aby sa dala zrealizovať za čo najmenej peňazí.
A to financovanie je azda aj dôvod, prečo som vždy tak preskakoval z témy na tému. Pretože keď som chcel ísť hlbšie, narazil som na to, že už ďalej ísť nemôžem, lebo na to už nemám potrebnú infraštruktúru. Takže som bol nútený zaoberať sa zasa niečím novým.
No tak sa mi zdá, že tú rozmanitosť máte v sebe…
Možno. Ani sa nejako nesnažím integrovať jeden výskum do druhého, že by som to, čo sa naučím na jednom, nejako aplikoval na druhom. Možno v tom určitú rolu hrá aj časový faktor, že mám výskumy rozložené na celý rok.
Začiatkom jari sa venujem skorým jarným druhom a opeľovačom, potom príde neskorá jar, vtedy pracujem s pavúkmi. A v lete sú zasa modlivky. Čiže to mám rozvrstvené, v každom období sa venujem niečomu pre mňa zaujímavému tak, aby sa to čo najmenej prekrývalo. Sezóna je neúprosná. Keď robíte s drozofilou alebo s potkanom, máte ich v labáku celoročne. Toto je úplne iná filozofia.
Pavúky mám v laboratóriu maximálne 40 dní, zhruba toľko žijú samce. Čiže sa to nedá presunúť o mesiac neskôr alebo mávnuť rukou s tým, že dnes sa mi nechce… Musíte sa zo všetkých síl snažiť počas tej krátkej sezóny vyťažiť z výskumu čo najviac, lebo to, čo neurobíte tento rok, sa vám presúva na ďalší.
A vo svete je kopec konkurentov, ktorí rozmýšľajú rovnako ako vy, a veľa myšlienok vám môže ľahko ubziknúť, pretože ste práve nemali čas alebo sa vám nechcelo, alebo niečo podobné a opublikuje ich niekto iný. To sa mi stáva bežne. Nie kvôli lenivosti, ale skôr preto, lebo sa to už fyzicky nedalo stihnúť.
