Výzkum sněžných řas – ekologie a taxonomie 

 

Co o nich víme…

 

Kde je najdeme?

 

Kryosestonní společenstva jsou pozorována ve všech oblastech světa, kde se trvale či periodicky vyskytují sněžná pole či ledovce, tedy v oblastech s vysokou nadmořskou výškou nebo ve vysokých zeměpisných šířkách. Prvním, kdo pozoroval barevný sníh, tj. masivní rozvoj sněžných řas, byl Aristoteles. Krvavě zabarvený sníh byl rovněž  zaznamenán ve středověkých kronikách.

Sněžné řasy řas byly pozorovány v horských oblastech Austrálie,  Spojených Států, Novém Zélandu i v Evropě, např. ve Skotsku, Švédsku, Finsku a v Alpách. Závislost složení kryosestonních společenstev na nadmořské výšce byla sledována v Himalájích a na  Gulkana Glacier, Alaska, USA. V polárních oblastech byly popsány kryosestonní společenstva či nové druhy v Arktidě na Špicberkách i v Grónsku, a v Antarktidě.

V Čechách a na Slovensku má výzkum kryosestonních řas dlouholetou tradici. Struktura kryosestonního společenstva byla poprvé studována ve Vysokých Tatrách v roce 1947, detailní pozorování publikovala maďarská algoložka Erzsébet Kol v šedesátých a sedmdesátých letech 20. století. Později byl výskyt sněžných řas zaznamenán i v České Republice v Krkonoších r. 1976 a na Šumavě r. 1993.

 

 

Jaké řasy tam najdeme?

 

Kryosestonní společenstva se objevují v období, kdy sněžná pole začínají tát, v horách obvykle od pozdního jara do podzimu, v polárních oblastech mohou vydržet celé letní období, nebo jeho velkou část. Červené, oranžové či zelené zabarvení sněhu je způsobené nejčastěji rody Chlamydomonas a Chloromonas,méně častěji rod Koliella, Raphidonema, Ulothrix  a dalšími. Koncentrace buněk v barevném sněhu se pohybují od 10³ do 10⁶ buněk.ml^-1. Určení druhového složení je komplikováno složitými životními cykly, ve kterých se střídají bičíkatá a nebičíkatá stádia. Některá stádia byla dříve popsána jako samostatné druhy. V současné době se při hodnocení diverzity sněžných řas začínají uplatňovat metody molekulární biologie.

 

 

Jak to dělají, že tam přežijí?

 

Ačkoliv se životní prostředí sněžných řas vyznačuje řadou extrémů (nízká teplota, vysoká ozářenost, vysoké hodnoty UV záření, cykly mrznutí a tání atd.), zatím jen málo prací se soustředilo na ekofyziologii kryosestonních řas. Primární produkce v terénu byla měřena jen výjimečně.  

První experimenty zaměřené na zjišťování teplotních optim růstu provedl Hoham v roce 1975, u některých druhů byl určen pouze rozsah teplot, ve kterých daný druh přežívá, avšak optimum nebylo dále definováno. Kryosestonní druhy mohou být psychrofilní, tj. jejich optimální teplota růstu je nižší než 15 °C  a jejich horní limit přežívání leží pod 20 °C. Mezi psychrofilní, „pravé sněžné“, druhy lze zařadit např. zástupce rodů Koliella, Chlamydomonas nivalis, Chloromonas rubroleosa,  Desmotetra aureospora a D. antarctica. Sněžné řasy  mohou být psychrotolerantní, t.j přežívají při teplotách blízkých 0 °C, ale jejich teplotní optimum je vyšší než 15 °C, do této skupiny patří např. Chlorella vulagris, Xanthonema hormidioides a Stichococcus bacillaris. Ačkoliv jsou mechanismy adaptace na nízké teploty popsány, nebyly dosud sledovány u kryosestonních řas.

Světlo je nejen nezbytným zdrojem energie pro autotrofní organismy, ale jeho intenzita a spektrální složení ovlivňuje životní cykly. Fotosyntéza je výrazně ovlivněna teplotou. Fotosyntetické procesy v nízkých teplotách byly sledovány u polárních řas,  které však rostou v nižších ozářenostech, maxima se pohybují 1500 – 2000 mmol.m^-2.s^-1, než horské sněžné řasy, kde  ozářenost dosahuje až 6000 mmol.m^-2.s^-1.  Světelné prostředí výskytu Chlamydomonas nivalis popsala Gorton a kolektiv v pohoří Sierra Nevada (USA). Mechanismy adaptace na ozářenost jsou dostatečně známy.  Reakce na světelné podmínky horského prostředí byla sledována u vyšších rostlin a lišejníků, avšak podrobnější ekofyziologické studie, zaměřené na horský kryoseston, nebyly zatím provedeny. U některých sněžných řas byla prokázána akumulace karotenoidů při vysokých ozářenostech.

UV záření je dalším faktorem, který ovlivňuje druhové složení a primární produkci v nízkých teplotách . Sníh a led ovlivňují průnik UV záření. Řasy žijící v oblastech se zvýšeným dopadem UV záření, tj. polární a horské ekosystémy, jsou méně citlivé k poškození a mají vyvinuté způsoby ochrany. U sněžných řas nebyla prokázána přítomnost aminokyselin podobných mykosporinu v cystách Chlamydomonas nivalis, ochrannou funkci zřejmě plní astaxanthin nebo fenolické sloučeniny.

… a co o nich chceme zjistit čili cíle naší práce:

 

·        identifikace kmeny pomocí sekvenování 18S rDNA

·        srovnání ekologických požadavků různých polárních a temperátních kmenů sněžných řas na teplotu, ozářenost, UV záření a živiny

·        vliv těchto faktorů na jejich růst, morfologii, biochemii a fyziologii

·        srovnání jejich diurnální cyklů v různých světelných režimech

·        srovnání výsledků laboratorních experimentů a terénních měření

 

 

Kdo ty experimenty bude dělat (v abecedním pořadí):

 

Jana Kvíderová

Jaromír Lukavský

Linda Nedbalová

 

Spolupracující instituce (v abecedním pořadí):

Botanický ústav AV ČR, Třeboň

Mikrobiologický ústav AV ČR, Třeboň

Katedra ekologie, Přírodovědecká fakulta, Karlova univerzita, Praha

Krkonošský národní park

Ústav systémové biologie a ekologie, Nové Hrady

 

 

A kdo tu srandu platí … (bez peněz do hor, polárních oblastí a hospody nelez!)

 

·        Projekt GA AV KJB601110509 “Genetická variabilita populací sněžných řas z rodu Chloromonas (Chlorophyta): vliv geografické vzdálenosti lokalit a faktorů prostředí“

·        Projekt GA AV KJB60050708 “Reakce sněžných řas na stresové faktory – teplota, ozářenost a UV záření“

·        Projekt MŠMT 1M0571 “Bioindikace a revitalizace toxických antropogeních substrátů a vodních zdrojů: využití sinic, řas, půdních bakterií a symbiotických hub“

·        Výzkumný záměr GA AV AV0Z60050516 “Struktura, funkce a evoluce biodiversity fotoautotrofních organismů a hub: původ a příčiny jejich proměnlivosti, dynamika populací, společenstev a ekosystémů; využití vybraných výsledků k rozvoji Průhonického parku“

 

Publikace týkající se sněžných řas (od roku 2002)

 

Lukavský, J., Furnadzhieva, S., Nedbalová, L.: First record of cryoseston in the Vitosha Mts., Bulgaria. –  Nova Hedwigia (v recenzním řízení).

Řezanka, T., Nedbalová, L., Sigler, K. (2007): Unusual short and medium chain polyunsaturated fatty acids from the snow alga Chloromonas brevispina. – Microbiological Research 2006;, doi: 10.1016/j.micres.2006.11.021 (v tisku).

Řezanka, T., Nedbalová, L., Sigler, K., Cepák, V.: Identification of novel astaxanthin diglucoside diesters from the snow alga Chlamydomonas nivalis by liquid chromatography-atmospheric pressure chemical ionization mass spectrometry. –  Phytochemistry (2007), doi: 10.1016/j.phytochem.2007.06.025 (v tisku).

Nedbalová, L., Kociánová, M., Lukavský, J. (2007): Ecology of snow algae in the Giant Mountains. – Opera Corcontica (v tisku).

Nováková, S., Matula, J., Nedbalová, L.: (2007): Řasy. In: Krkonoše - příroda, historie, život. Baset (v tisku).

Kvíderová, J. (2007): Detecting photosynthetic activity of non-motile stages of green flagellates. Abstract book Aquafluo 2007 – Chlorophyll florescence in aquatic sciences meeting, May 28 – June 1, 2007, Nové Hrady, p. 53.

Nedbalová, L., Lukavský, J. (2007): Když sníh zčervená, aneb co (ne)víme o sněžných řasách. – Živa 3: 104 – 107.

Komárek, J., Nedbalová, L. (2007): Green cryosestic algae. In: Seckbach, J. (ed.): Algae and cyanobycteria in extreme environments. Springer Netherlands, p. 321-342.

Lukavský, J., Cepák, V., Furnadzhieva, S., Nedbalová, L. (2006): Cryoseston in Rila and Vitosha Mts. Plant, Fungal and habitat diversity, investigation and conservation, 20.–26. 6. 2006, Sofia, Bulgaria, p. 184.

Nedbalová, L., Lukavský, J., Cepák, V., Kociánová, M.  (2006): Cryoseston - a unique community of mountain regions. Geoekologické problémy Krkonoš (6), 3.–5. 10. 2006, Svoboda nad Úpou, Czech Republic, p. 29.

Kvíderová, J., Lukavský, J. (2005): The ecological characteristics of Stichococcus (Chlorophyta) strains isolated from polar and temperate regions. – Algological Studies 118: 127 – 140.

Kvíderová, J., Stibal, M., Nedbalová, L., Kaštovská, K. (2005): The first record of the P-E curve of the snow algae in situ. – Czech Phycology 5: 69 – 77.

Kvíderová, J. (2004): Adaptation of algae to extreme environments. Botanical PhD theses 2004/2, České Budějovice a Třeboň, 128 pp.

Nedbalová, L., Kociánová, M. (2003): Sněžné řasy Krkonoš: nové poznatky a perspektivy dalšího výzkumu. – Ročenka Krkonošského Národního Parku, Vrchlabí, 65 – 67.