Specializuji se na výzkum struktury a funkce hmyzího těla. Zabývám se termity a dalším dřevokazným hmyzem, především strukturními aspekty systému dřevokazný hmyz - exokrinní žlázy (ž. s vnější sekrecí) - symbiontické organismy - ekologie - využívání potravních substrátů. Hlavním metodami mé práce jsou histologie, optická a elektronová mikroskopie, v odůvodněných případech též chemická ekologie, biochemie, molekulární biologie, imunodetekce, 3D rekonstrukce orgánů apod. Výstupy mých prací můžete posoudit v sekci publikace.
Hledám studenty se zájmem o pochopení metodických přístupů na škále strukturní biologie - ekologie - terénní i molekulární ekologie, kteří by byli ochotni podílet se na níže zmíněných tématech. Bakalářské projekty by zahrnovaly především teoretické seznámením s konkrétním tématem, zatímco diplomové práce by již měly být zaměřeny na praktickou práci na jednom konkrétním tématu.
Vaše případné dotazy rád zodpovím pomocí emailové adresy sobotnik@fld.czu.cz
Širší okruhy témat:
Metamorfóza tělesných struktur dřevokazného hmyzu
Metamorfóza je obvykle definována jako dramatická změna v anatomii jedince, a v případě dřevokazného hmyzu se týká především změny dělníka ve vojáka či vznik křídel u termitů, a celý komplex změn koncentrovaných do období kukly u ostatních významných skupin dřevokazného hmyzu. Témata jednotlivých prací se mohou odvíjet od aktuální potřeby spolupracovníků, stejně jako od osobních taxonomických preferencí.
Struktura, ontogeneze a evoluce exokrinních žláz dřevokazného hmyzu.
Exokrinní žlázy (ž. s vnější sekrecí) mohou produkovat komunikační nebo obranné látky, stejně jako např. trávicí enzymy či výživu pro symbiotické mikroorganismy. Popis struktury žlázy je nutný kvůli pochopení její funkce, zatímco srovnání vývoje žlázy u jednotlivých stádií a příbuzných druhů umožňuje pochopení vývojových (ontogenetických) a evolučních trajektorií, po nichž se tyto žlázy mohou ubírat. Porozumění těmto zákonitostem vyžaduje detailní anatomickou analýzu (metodami optické i elektronové mikroskopie) jednotlivých vývojových stádií daného druhu a jejich srovnáním s více či méně příbuznými druhy. Obě možnosti, tj. studium jednoho orgánu u více zástupců či studium ontogenetických změn daného orgánu, mohou vést k zajímavým zjištěním s potenciálem IF publikace a z toho plynoucích benefitů. Konkrétní modelová skupina či žláza budou upřesněny během pohovoru s případnými zájemci, na základě aktuální potřeby spolupráce na běžících projektech či osobních taxonomických preferencích uchazečů.
Mezikastovní rozdíly ve vnitřní anatomii termitů
Postembryonální vývoj termitů zahrnuje bezprecedentní ontogenetické možnosti. Jedinec může v průběhu života být larvou, dělníkem, náhradním pohlavním jedincem, nebo vojákem či křídlatým dospělcem. Vnitřní anatomie jednotlivých kast se značně liší: vojáci mají dramaticky zvětšené obranné žlázy (frontální, labiální, labrální); většinu objemu těla dělníků vyplňuje střevo; funkční pohlavní jedinci mají zvětšené gonády a žlázy produkující pohlavní feromony; křídlatí dospělci mají křídla a jsou schopni aktivního letu... Všechny tyto změny lze studovat a pochopit pravidla, jimiž se vývoj hmyzu řídí.
Bakteriální komunity ve střevě, mycetomatických orgánech a v potravě dřevokazných organismů
Dřevo poskytuje energeticky bohatý leč nutričně chudý substrát. Larvy dřevokazného hmyzu (Coleoptera, Hymenoptera, Diptera) jsou často odkázány na asistenci symbiotických mikroorganismů, bakterií a hub, které mohou obohacovat dietu o nutričně významné komponenty nebo produkovat trávicí enzymy nezbytné k trávení lignocelulózové matrice. Mikroorganismy jsou do chodbiček obvykle zavlečeny rodiči, ale jistá část dokáže substrát kolonizovat jiným způsobem a např. škodit na symbiotických ambroziových houbách. Naším dlouhodobým cílem je popsat složení těchto mikrobiálních společenstev a pochopení významu jednotlivých členů tohoto systému pomocí moderních molekulárně-ekologických metod (454 next generation sequencing). Jinými slovy, snažíme se pochopit vztahy mezi brouky a jednotlivým s nimi asociovanými členy mikrobiálních komunit (mutualisté, parazité, indiferentní) a také vztahy mezi mikroorganismy navzájem.
Příklady konkrétních diplomových prací:
Frontální žláza u dělníků termitů
Frontální žláza je specializovaným obranným orgánem termitů, jehož přítomnost je dobře známa u vojáků odvozených čeledí (Rhinotermitidae, Serritermitidae, Termitidae), a přítomnost této žlázy byla nedávno prozkoumána též u okřídlených dospělců termitů. Překvapivě se tato typicky vojáčí žláza vyskytuje i u dělníků některých druhů a tématem této práce je zmapování její (ne)přítomnosti napříč celými termity pomocí metod optické mikroskopie.
Mezikastovní rozdíly ve vnitřní anatomii termita Embiratermes neotenicus
Embiratermes neotenicus je členem zajímavé Neotropické skupiny Syntermitinae (Termitidae), která je označována jako mandibulátní nasuti, neboť vojáci mají obrovské mandibuly a zároveň silně vyvinutou i obrannou frontální žlázu. Hlavní potravou dělníků je zetlelé dřevo nebo svrchní vrstvy půdy bohaté na humus a trávení probíhá v mimořádně komplikované trávicí trubici. Okřídlení dospělci obou pohlaví jsou oproti sterilním kastám výrazně větší, dobře létají a mají silně zvětšené gonády, které samicím umožňují klást obrovská množství vajec. Cílem této práce je srovnání vnitřní anatomie základních kast druhu Embiratermes neotenicus pomocí metod optické mikroskopie a popis změn, ke kterým v průběhu postembryonálního vývoje dochází.
Mezikastovní rozdíly ve vnitřní anatomii termita Constrictotermes sp.
Rod Constrictotermes je členem nejodvozenější skupin termitů, Termitidae: Nasutitermitinae, která je označována jako praví nasuti, neboť vojáci mají zakrnělé mandibuly a jejich jedinou obranou strukturou je frontální žláza, z které vystřikují provazce lepivé a repelentní sekrece. Rod Constrictotermes se živí mikroepifyty (lišejníky, mechy, řasy apod.), které dělníci spásají z povrchu kůra a listů stromů. Okřídlení dospělci obou pohlaví jsou oproti sterilním kastám výrazně větší, dobře létají a mají silně zvětšené gonády, které samicím umožňují klást obrovská množství vajec. Cílem této práce je srovnání vnitřní anatomie základních kast druhu Rod Constrictotermes sp. pomocí metod optické mikroskopie a popis změn, ke kterým v průběhu postembryonálního vývoje dochází.
Vliv agrolesnických pěstebních postupů na diversitu termitů
Zvyšující se tlak člověka na přírodní ekosystémy vede k drastickému odlesňování ve všech tropických oblastech. Jednou z alternativ ke klasickému vypalování deštných pralesů představují tzv. agrolesnické systémy, jež kombinují pěstování kulturních plodin (kakao, káva) zastíněných vyššími dřevinami. Tyto pěstební postupy představují jen částečnou degradaci původních ekosystémů a značná část biodiversity je schopna na těchto kulturních plochách nadále prosperovat. Tématem této práce bude srovnání biodiversity termitů, jakožto nejvýznamnějších dekompozitorů odumřelé rostlinné hmoty, mezi tradičními a přírodě bližšími kakaovými plantážemi a primárním a sekundárním sekundárním pralesem v peruánské Amazonii. Náklady na terénní práci budou kryty z výměnného studijního programu mezi ČZU a University of Pucalpa!
Apoptóza sekrečních buněk labiálních žláz samců čmeláků
Buněčná smrt často nastává během velkých rekonstrukcí hmyzího těla (metamorfóza např. v kukle), ale v průběhu ostatních fázích života se vyskytuje jen výjimečně. Jednou z těchto výjimek jsou labiální žlázy samců čmeláka zemního (Bombus terrestris), které v prvních dnech života samce vyprodukují zásobu značkovacího feromonu pro celý zbytek života a poté odumírají a jsou kompletně resorbovány. Tématem této práce bude srovnávací studie labiálních žláz u samců dalších druhů čmeláků pomocí metod optické a elektronové mikroskopie.
Morfologie a ultrastruktura labiálních žláz u hmyzu
Labiální žlázy patří k nejrozšířenějším žlázám hmyzu, které se (s drobnými výjimkami) vyskytují napříč (nad)třídou Hexapoda. Ačkoliv jsou základní informace o struktuře a funkci těchto žláz známé, stále neexistují data o mnoha významných skupinách hmyzu včetně řady skupin dřevokazného hmyzu. Acinózní labiální žlázy (tvořené mnoha shluky sekrečních buněk, tzv. acini) jsou známy např. u termitů či nosatců, zatímco druhý základní typ, tj. tubulární žlázy (sekreční buňky uspořádané do jednoduchých trubic) byly popsány např. u kůrovců. Zajímavou otázkou je rovněž existence taenidia, pruhu odolné spirálovité kutikuly ve výstelce vývodů labiálních žláz, jež plní stejnou funkci jako ve vzdušnicích (zabránění kolapsu trubicovité struktury). Námětem této práce je studium struktury a evoluce labiálních žláz u vybrané skupiny dřevokazného hmyzu.
