Významné výsledky

Přehled významných vědeckých studií a knižních publikací pracovníků Botanického ústavu za posledních 5 let.

2009 | 2008 | 2007 | 2006 | 2005 | archiv

2009

Synergismus v rostlinných invazích: rychle rostoucí rostliny se zbavují účinněji nepřátel

Je známo, že rostlinné druhy si s sebou do nového regionu nepřinesou většinu nepřátel, kteří v oblasti původního rozšíření přirozeným způsobem regulují velikost jejich populací, a brání jim tak převládnout nad ostatními rostlinami. Všeobecně je přijímána představa, že tento mechanismus je jedním z důležitých příčin invazí. Naše studie (Blumenthal et al. 2009) jako první ukazuje, že to, kolika nepřátel se druh při invazi zbaví, závisí na typu rostliny. Analýza houbových a virových onemocnění 243 rostlinných druhů evropského původu, které jsou invazní ve Spojených státech, odhalila, že dva mechanismy obecně považované za hlavní příčiny invazí nepůvodních rostlin, tedy vysoká hladina zdrojů a únik před nepřáteli, působí v součinnosti. Rychle rostoucí rostliny, adaptované z oblasti původního rozšíření na vlhká a dusíkatými živinami bohatá stanoviště, tedy prostředí s vysokými hladinami zdrojů, jsou náchylnější k houbovým a virovým chorobám (obr. 1). Při invazi do nového areálu však tyto druhy ztrácejí mnohem více těchto patogenů, než rostliny ze stanovišť na zdroje chudých, což napomáhá jejich šíření. Tento výsledek přispívá k vysvětlení, proč jsou rostlinné invaze nejčastější v prostředí bohatém živinami a dalšími zdroji, které je zpravidla vytvářeno lidskou činností. Invazní, rychle rostoucí druhy tak vlastně získávají dvojitou výhodu – zvýšené množství zdrojů jim umožňuje vytlačit ze společenstev pomalu rostoucí rostliny, ale také rychle rostoucí původní druhy, protože ty jsou ve svém přirozeném prostředí regulovány působením svých přirozených nepřátel. Toto zjištění nám pomáhá lépe pochopit dramatické invaze některých rostlinných druhů a naznačuje, že současné globální změny, jako je narušování krajiny člověkem a její obohacování živinami, budou nadále doprovázeny masivními invazemi rostlinných druhů v různých částech světa (Blumenthal et al. 2009). Výsledky této studie navíc potvrzují, že rozlišování druhů na základě jejich zeměpisného původu (princip, který bývá někdy zpochybňován) je opodstatněno rozdíly v chování a vlastnostech původních a nepůvodních druhů (Pyšek & Hulme 2009).

obr. 1

Blumenthal D., Mitchell C.E., Pyšek P. & Jarošík V. 2009. Synergy between pathogen release and resource availability in plant invasion. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 106: 7899–7904.

Pyšek P. & Hulme P.E. 2009. Invasion biology is a discipline that’s too young to die. Nature 160: 324.

Biologické invaze: Evropa na rozcestí?

Zavlékání nepůvodních organismů rostlin a živočichů do Evropy se v posledních desetiletích zrychluje (obr. 2) a náklady na boj s invazními organismy dosahují na kontinentu v současnosti téměř 13 mld. € ročně (Hulme et al. 2009a). Náš výzkum dokumentuje, že invaze ohrožují druhovou diverzitu na různých prostorových škálách; na úrovni rostlinného společenstva se navíc ukazuje, že míra potlačení diverzity souvisí s relativní mírou dominance invazního druhu oproti původním dominantním druhům, přítomným před invazí. Záleží tedy nejen na tom, jak kompetičně silný je invadující druh, ale i na tom, jak výrazná byla dominanta společenstva před invazí (Hejda et al. 2009). Invaze mají vliv nejen na taxonomickou, ale i fylogenetickou diverzitu; složení zavlečené flóry velkých evropských a amerických měst je určováno environmentálními filtry, jejichž vliv se více projevuje na archeofytech, druzích zavlečených v průběhu tisíciletí, než na neofytech, introdukovaných v posledních stoletích; invaze obecně snižují funkční diverzitu urbánních flór (Ricotta et al. 2009). To, že některé invazní druhy mají značný ekonomický význam, nelze považovat za důvod k jejich dalším introdukcím a přehlížení ekologických rizik. Ekonomický zisk se zpravidla týká konkrétního hospodářského sektoru, zatímco důsledky invaze nese celá společnost. Nemají-li škody v budoucnosti narůstat, je jediným možným principem předběžná opatrnost (Hulme et al. 2009b). Evropa v současnosti disponuje díky projektům DAISIE a ALARM kvalitními daty a znalostmi, které poskytují dostatečný podklad pro rozhodnutí o budoucí strategii boje s invazními druhy, a může tak být příkladem ostatním částem světa (Hulme et al. 2009c). Přístup k invazím je však dosud v Evropě roztříštěný, spadá do působnosti několika institucí a bylo by žádoucí jej koordinovat. Navrhujeme zřídit novou agenturu European Centre for Invasive Species Management, která by měla celoevropskou působnost, zabývala se všemi aspekty invazí a pomohla by snížit prostředky na ně vynakládané (Hulme et al. 2009a, d).

 

obr. 2

Hulme P., Pyšek P., Nentwig W. & Vilà M. 2009a. Will threat of biological invasions unite the European Union? Science 324: 40–41.

Hejda M., Pyšek P. & Jarošík V. 2009. Impact of invasive plants on the species richness, diversity and composition of invaded communities. Journal of Ecology 97: 393–403.

Ricotta C., La Sorte F.A., Pyšek P., Rapson G.L., Celesti-Grapow L. & Thompson K. 2009. Phyloecology of urban alien floras. Journal of Ecology 97: 1243–1251.

Hulme P.E., Nentwig W., Pyšek P. & Vilà M. 2009b. Biological invasions: benefits versus risk. Response. Science 324: 1015–1016.

Hulme P.E., Nentwig W., Pyšek P. & Vilà M. 2009c. A standardized response to biological invasions. Response. Science 325: 146–147.

Hulme P.E., Nentwig W., Pyšek P. & Vilà M. 2009d. Common market, shared problems: time for a coordinated response to biological invasions in Europe? Neobiota 8: 3–19.

Polyploidní speciace a její ekologické, taxonomické a evoluční důsledky

Polyploidizace patří mezi klíčové mechanismy v evoluci cévnatých rostlin. Polyploidní taxony se od svých diploidních příbuzných liší v mnoha fenotypových, ekologických či biologických vlastnostech. Populační studie diploidně-polyploidních skupin však v minulosti narážely na potíže se stanovením stupně ploidie u reprezentativního počtu vzorků. Tento nedostatek byl překonán až s nástupem průtokové cytometrie. Nezbytným předpokladem pro srovnávací studie polyploidních skupin je znalost celkové cytotypové variability a údaje o rozšíření ploidií na různých prostorových měřítkách. Detailní cytotypový screening u spektra rostlinných druhů v Evropě a Africe odhalil výrazně větší ploidní diverzifikaci, než se dosud předpokládalo, a genomová duplikace se tak ukázala být důležitým evolučním mechanismem i v oblastech, kde dřívější studie udávaly jen nepatrný podíl polyploidů. Ilustrativním příkladem je kapská květenná oblast v Jižní Africe, kde se podařilo prokázat cytogenetickou diferenciaci jak na úrovni genomové (různé cytotypy, vnitrodruhová variabilita ve velikosti genomu), tak chromozomální (různá základní chromozómová čísla) (Suda et al. 2009; obr­­. 3). Rozšíření cytotypů bývá určováno souhrou různých ekologických i evolučních faktorů. Na velkém geografickém měřítku se uplatňují zejména faktory historické (místo vzniku polyploidů, počet polyploidizačních událostí) spolu se schopností šíření daného druhu (Kolář et al. 2009). Naproti tomu distribuci na malých prostorových škálách určují primárně ekologické preference (vazba na určité typy mikrostanovišť, biotické i abiotické interakce) a kompetiční schopnosti různých ploidií (Hülber et al. 2009). Ve spojení s molekulárními technikami umožňuje průtoková cytometrie získat informace o pravděpodobné evoluční historii polyploidních typů. Vhodnou skupinu představují druhy allopolyploidní, které kombinují genomy dvou různých diploidních předků. Na základě rozdílů ve velikosti jaderného genomu byly identifikovány rodičovské taxony u významného představitele vysokohorské alpské květeny (Dixon et al. 2009).

 

obr. 3 - Oxalis obtusa

Suda J., Loureiro J., Trávníček P., Rauchová J., Vít P., Urfus T., Kubešová M., Dreyer L.L., Oberlander K.C., Wester P. & Roets F. 2009. Flow cytometry and its applications in plant population biology, ecology and biosystematics: new prospects for the Cape flora. South African Journal of Botany 75: 389.

Kolář F., Štech M., Trávníček P., Rauchová J., Urfus T., Vít P., Kubešová M. & Suda J. 2009. Towards resolving the Knautia arvensis agg. (Dipsacaceae) puzzle: primary and secondary contact zones and ploidy segregation at landscape and microgeographic scales. Annals of Botany 103: 963–974.

Hülber K., Sonnleitner M., Flatscher R., Berger A., Dobrovsky R., Niessner S., Nigl T., Schneeweiss G.M., Kubešová M., Rauchová J., Suda J. & Schönswetter P. 2009. Ecological segregation drives fine scale cytotype distribution of Senecio carniolicus (Asteraceae) in the Eastern Alps. Preslia 81: 309–319.

Dixon C.J., Schönswetter P., Suda J., Wiedermann M. & Schneeweiss G.M. 2009. Reciprocal Pleistocene origin and postglacial range formation of an allopolyploid and its sympatric ancestors (Androsace adfinis group, Primulaceae). Molecular Phylogenetics and Evolution 50: 74–83.

Doba kvetení je netriviálním výsledkem selekčních tlaků opylovačů a herbivorů

Načasování reprodukce ovlivňuje, jak organismy interagují se svým prostředím, a může mít významné důsledky pro fitness. U rostlin je evoluce fenologie kvetení interpretována jako odezva na selekci ze strany mutualistů, i když důležitou roli mohou mít i antagonisté. V naší studii jsme po dobu sedmi let zkoumali přímé a nepřímé vlivy mutualistů a antagonistů, ovlivňující evoluci doby kvetení vytrvalé byliny Lathyrus vernus. Počátek doby kvetení ovlivňuje produkci semen, predaci predispersními herbivory a riziko spasení. Tyto vlivy mají protichůdný směr a ovlivňují částečně jiné složky fitness rostliny. Kombinací informace o vlivu fenologie na jednotlivé složky fitness s informací o vztahu mezi jednotlivými složkami životního cyklu a mírou dlouhodobé fitness rostliny, vyjádřenou pomocí růstové rychlosti, se ukázalo, že časnější kvetení bylo v každém roce spojeno s vyšší fitness. Tyto vztahy byly dány zejména variabilitou v počtu květů; přímá selekce na fenologii kvetení byla mezi roky velmi variabilní. Z výsledků vyplývá, že k pochopení selekce na fenologii kvetení potřebujeme dlouhodobé studie, které rozlišují přímou a nepřímou selekci a berou v úvahu kovariance s faktory prostředím. K pochopení takovéto selekce, zprostředkované několika činiteli ovlivňujícími různé části životního cyklu, je nezbytné užít demografický přístup (Ehrlén & Münzbergová2009).

Ehrlén J. & MünzbergováZ. 2009. Timing of flowering: Opposed selection on different fitness components and trait covariation. American Naturalist 173: 819–830.

Strategie přežívání rostlin v narušovaném prostředí

Rostliny se musejí díky svému usedlému způsobu života každodenně vypořádávat s nepříznivými vlivy okolí a studium rostlinných adaptací na stres je důležité pro porozumění ekologicko-evolučních vztahů v rostlinné říši. Rostliny mají v zásadě dvě možnosti (strategie), jak se vypořádat se silným narušením – buď je nepřežijí a zachování populace závisí na regeneraci ze semen, nebo narušení tolerují a regenerují vegetativně z nenarušených či fragmentovaných částí těla. Tento soubor prací popisuje mechanismy vedoucí k různé úspěšnosti obou strategií v rozličném prostředí. Oproti obecnému očekávání jsme demonstrovali, že vegetativní regenerace rostlin po narušení hraje důležitou úlohu nejen u trvalých druhů, nýbrž i u druhů krátkověkých, například běžných polních plevelů (Sosnová & Klimešová 2009; Latzel et al. 2009). Tuto schopnost je třeba brát v úvahu při mechanickém odstraňování plevelů v organickém zemědělství, které může být následkem schopnosti některých druhů tolerovat narušení a regenerovat málo účinné. Úspěšnost odlišných strategií při překonávání narušení je významně ovlivněna úživností prostředí. Hladina živin je důležitý faktor, určující, zda je v daném prostředí preferována regenerace ze semen či vegetativní regenerace (Latzel & Klimešová 2009). Důležitým a unikátním poznatkem je, že úspěšnost jednotlivých strategií na narušení závisí nejen na aktuálních podmínkách, ve kterých se rostliny nacházejí (např. hladina živin), ale i na kvalitě prostředí a zkušenosti předešlých generací s narušením (Latzel et al. 2009). Mateřské rostliny jsou schopny ovlivnit fotosyntetický aparát svých potomků (obr. 4a), a tím i jejich růst v závislosti na hladině živin, při které rostly. Fyziologický aspekt tohoto efektu matky způsobuje, že potomci matek, které zažily silné narušení, rostou lépe v živinami chudém prostředí, zatímco potomci matek, které narušení nezažily, jsou úspěšnější v živinami bohatších podmínkách (obr. 4b). Je patrné, že tento efekt matky (maternal effect) hraje důležitou úlohu při rozdílném úspěchu vegetativní a generativní regenerační strategie při narušení v různém prostředí, a tudíž má důležitou úlohu v evoluci populací.

obr. 4a
 
obr. 4b

Sosnová M. & Klimešová J. 2009. Life-history variation in the short-lived herb Rorippa palustris: The role of carbon storage. Acta Oecologica 35: 691–697.

Latzel V., Dospělová L. & Klimešová J. 2009. Annuals sprouting adventitiously from the hypocotyl: Their compensatory growth and implications for weed management. Biologia 64: 923–929.

Latzel V. & Klimešová J. 2009. Fitness of resprouters versus seeders in relation to nutrient availability in two Plantago species. Acta Oecologica 35: 541–547.

Latzel V., Hájek T., Klimešová J. & Gómez S. 2009. Nutrients and disturbance history in two Plantago species: maternal effects as a clue for observed dichotomy between resprouting and seeding strategies. Oikos 118: 1669–1678.

 2008

Znalost invazních organismů Evropy umožňuje stanovit priority výzkumu invazí

Projekt 6. rámcového programu DAISIE byl zaměřen na shromáždění existujících dat o invazních organismech Evropy; tato data byla dosud povětšinou roztroušena v lokální literatuře či nepublikována. Výsledkem je na internetu přístupná databáze (www.europe-aliens.org), obsahující údaje o 11000 druzích zavlečených rostlin, hub, bezobratlých a obratlovců v suchozemských, sladkovodních a mořských ekosystémech Evropy. Data byla analyzována v monografii, jež shrnuje základních historické, geografické a ekologické trendy v jednotlivých taxonomických skupinách, vyhodnocuje dopad invazních druhů na ekosystémy a obsahuje úplný seznam zaznamenaných druhů; je tak zachycen současný stav, což umožní srovnávat jej s budoucími změnami a vyhodnotit účinnost opatření přijatých k řešení problému invazních druhů. Výsledky ukazují, že počet v Evropě zdomácnělých druhů cizího původu je mnohem vyšší, než se dosud myslelo; varovným signálem je však zejména to, že v žádné taxonomické skupině nedochází v posledních desetiletích ke zpomalení importu nových druhů do Evropy, ba naopak (DAISIE 2009). Pracovníci BÚ se podíleli především na botanické části projektu. Nepůvodní flóra Evropy čítá 5789 druhů, z nichž 3749 je zdomácnělých; 1780 jich pochází z jiných kontinentů (zbytek jsou druhy původní v jedné části Evropy a invadující v jiné). V současnosti přibývá v Evropě v průměru 6 naturalizovaných rostlinných druhů ročně (Lambdon et al. 2008, Pyšek et al. 2009; obr­­. 1). Výsledky projektu DAISIE byly též využity jako referenční data pro analýzu geografické vyváženosti současného výzkumu invazí (obr­­. 2). Relativně málo studií je prováděno zejména v Africe a Asii, což vede k nedostatku informací o tom, jak invaze probíhají na regionálně specifických stanovištích na těchto kontinentech. Hlavní taxonomické skupiny jsou dobře studovány, ale většina informací o mechanismech invazí pochází ze studia omezeného počtu nejvýznamnějších invazních druhů. Proto je třeba soustředit více pozornosti na naturalizaci, tedy tu část procesu, která rozhoduje o tom, zda druh úspěšně zdomácní v novém území, a která je klíčová pro porozumění invazím (Pyšek et al. 2008). Evropa se díky iniciativě DAISIE stala kontinentem s nejlepšími informacemi o zavlečených organismech a výsledky projektu tvoří informační základ strategie řešení problému biologických invazí, nedávno vyhlášené Evropskou komisí (tiskové prohlášení IP/08/1890). Další kroky k potlačení nebo alespoň zpomalení biologických invazí musí být koordinovány na evropské úrovni, směřovat k vytvoření systému včasného varování, sdílení informací mezi členskými státy EU a budování regionální kapacity pro identifikaci a management nově zavlékaných druhů (DAISIE 2009, Pyšek et al. 2009).

   

Obr. 1. Dynamika nárůstu počtu nepůvodních druhů rostlin v Evropě. Jsou rozlišeny druhy evropského původu, které invadují v jiné části kontinentu, a druhy, které byly zavlečeny do Evropy z jiných kontinentů (převzato z Lambdon et al., Preslia 2008).   Obr. 2. Intenzita výzkumu invazních rostlin v jednotlivých částech světa, vztažená ke skutečnému počtu naturalizovaných druhů. Hodnoty jsou standardizovány. Oblasti ležící pod čárkovanou linií jsou méně studovány (měřeno počtem případových studií jednotlivých druhů), než by odpovídalo jejich skutečnému zasažení invazními druhy, a naopak (podle Pyšek et al., Trends in Ecology and Evolution 2008).

DAISIE 2009. Handbook of alien species in Europe. Springer, Berlin (ed. W. Nentwig, P.E. Hulme, P. Pyšek & M. Vilà); Pyšek P., Lambdon P., Arianoutsou M., Kühn I., Pino J. & Winter M.: Alien vascular plants of Europe. In: DAISIE (eds), Handbook of alien species in Europe, p. 43–61, Springer, Berlin (2009).

Lambdon P.W., Pyšek P., Basnou C., Hejda M., Arianoutsou M., Essl F., Jarošík V., Pergl J., Winter M., Anastasiu P., Andriopoulos P., Bazos I., Brundu G., Celesti-Grapow L., Chassot P., Delipetrou P., Josefsson M., Kark S., Klotz S., Kokkoris Y., Kühn I., Marchante H., Perglová I., Pino J., Vilà M., Zikos A., Roy D. & Hulme P.E.: Alien flora of Europe: species diversity, temporal trends, geographical patterns and research needs. Preslia 80: 101–149 (2008).

Pyšek P., Richardson D.M., Pergl J., Jarošík V., Sixtová Z. & Weber E.: Geographical and taxonomic biases in invasion ecology. Trends in Ecology and Evolution 23: 237–244 (2008).

Nové metody ekologicky šetrného omezení masového rozvoje sinic ve vodních společenstvech

Z testovaných 31 ftalocyaninů (patentovaných v medicíně pro fotodynamické ošetření karcinomů, u kterých jsme již dříve prokázali algicidní vlastnosti) se ukázaly jako nejúčinnější kationické ftalocyaniny substituované heterocyklem (Jančula et al. 2008a). Výsledky experimentů zaměřených na viry ukázaly, že viry jsou početnou a dynamickou složkou pelagických společenstev v říčních systémech (obr. 1). Praktické použití virů v omezení rozvoje sinic je zatím vzdálené a je nutno zvládnout techniky detekce, což se nám podařilo. Jsme v současnosti jediná laboratoř v ČR, kde je možno detekovat virioplankton. Pozorované vzájemné korelace mezi viry, jejich hostiteli a koncentrací živin ve sledovaných řekách naznačují, že abundance a dynamika virů může být do značné míry ovlivněna fosforem (Slováčková & Maršálek 2008). Při studiu možností omezení rozvoje sinic pomocí ryb bylo zjištěno, že fotosyntetická aktivita sinic je redukována po průchodu trávicím traktem tilapie nilské (Jančula et al. 2008b). Biotesty s použitím sedimentů mohou být vedle chemické analýzy známých polutantů využity k hodnocení toxicity a predikce rizik, která je nutno znát, chceme-li omezit rozvoj sinic těžbou sedimentů z nádrží. Test zde použitý je přímý test toxicity sedimentů, který má lepší výpovědní hodnotu, než testy založené na výluhu sedimentů (Smutná et al. 2008). 

Obr. 1. V přírodních ekosystémech je abundance virů o řád vyšší než abundance bakterií (podle Slováčková & Maršálek, Aquatic Sciences 2008).

Jančula D., Drábková M., Černý J., Karásková M., Kořínková R., Rakušan J. & Maršálek B.: Algicidal activity of phthalocyanines-screening of 31 compounds. Environmental Toxicology 23: 218–223 (2008a).

Jančula D., Míkovcová M., Adámek Z. & Maršálek B.: Changes in the photosynthetic activity of Microcystis colonies after gut passage through Nile tilapia (Oreochromis niloticus) and silver carp (Hypophthalmichthys molitrix). Aquaculture Research 39: 311–314 (2008b).

Slováčková H. & Maršálek B.: Virioplankton and microbial communities in two Czech rivers (Svratka and Morava Rivers). Aquatic Sciences 70: 282–291 (2008).

Smutná M., Hilscherová K., Pašková V. & Maršálek B.: Biochemical parameters in Tubifex tubifex as an integral part of complex sediment toxicity assessment. Journal of Soils and Sediments 8: 154–164 (2008).

 

Spontánní nebo řízená sukcese jako nástroj obnovy vegetace zničené lidskou činností

Studium vývoje vegetace na silně narušených plochách po těžbě štěrkopísků, na výsypkách po těžbě hnědého uhlí, opuštěných polích a v lesích zničených kůrovcem přineslo poznatky, které mohou pomoci odpovědět na otázku, zda je lepší takové místo s narušenou vegetací technicky rekultivovat, nebo je ponechat spontánnímu vývoji vegetace. Pro situaci v České republice (a obecněji v temperátním klimatu) platí, že většina narušených míst má potenciál obnovit se spontánní sukcesí. Vývoj vegetace na narušeném stanovišti je ovlivněn přítomností cílové vegetace – tedy společenstev, k nimž by měla rekultivace směřovat – v okolí (rozhodující je vzdálenost do 100 m), charakterem krajiny a podmínkami prostředí přímo na lokalitě, přičemž zásadní jsou půdní vlhkost, obsah živin a pH. Dosažení žádoucího stavu přirozenou sukcesí je znesnadněno, pokud se vegetace v okolí příliš liší od cílového stavu a přírodní podmínky na lokalitě jsou extrémní (například sucho nebo toxický substrát). Na spontánní sukcesi rovněž nelze úplně spoléhat na vysoce produktivních stanovištích, kde je často uchycení žádoucích druhů blokováno konkurenčně silnými dominantami. V těchto případech je vhodný technický zásah, který zmírní vliv extrémního faktoru, případné též usnadní uchycení druhů na lokalitě. Extremita stanoviště se dá vyjádřit tzv. ‘stress-productivity gradientem’ (obr. 1).

Obr. 1.  Relativní preference spontánní sukcese a technické rekultivace podél gradientu stresu a produktivity stanoviště (podle Prach & Hobbs, Restoration Ecology 2008).

Jonášová M. & Prach K.: The influence of bark beetles outbreak vs. salvage logging on ground layer vegetation in Central European mountain spruce forests. Biological Conservation 141: 1525–1535 (2008).

Frouz J., Prach K., Pižl V., Háněl L., Starý J., Tajovský K., Materna J., Balík V., Kalčík J. & Řehounková K.: Interactions between soil development, vegetation and soil fauna during spontaneous succession in post mining sites. European Journal of Soil Biology 44: 109–121 (2008).

Prach K., Lepš J. & Rejmánek M.: Old field succession in central Europe: local and regional patterns. In: Cramer V.A. & Hobbs R.J. (eds), Old fields: dynamics and restoration of abandoned farmland, p. 180–201, Island Press (2007).

Prach K. & Hobbs R.J.: Spontaneous succession vs. technical reclamation in the restoration of disturbed sites. Restoration Ecology 16: 363–366 (2008).

Řehounková K. & Prach K.: Spontaneous vegetation succession in gravel-sand pits: a potential for restoration. Restoration Ecology 16: 109–121 (2008). 

Červený seznam lišejníků ČR

V publikovaném Červeném seznamu je poprvé klasifikováno ohrožení lišejníkové flóry ČR podle nových, mezinárodně užívaných kritérií IUCN. Seznam slouží zároveň jako checklist (tj. nomenklatoricky revidovaný soupis všech z ČR udávaných druhů) s vyznačenými změnami oproti předchozímu soupisu (Katalog lišejníků ČR, Vězda & Liška 1999). Celkově je zahrnuto 1497 lišejníků. Ohrožených druhů je více než třetina (37,4 %), z nichž téměř čtvrtina (8,7 % z celkového počtu) je ohrožena kriticky (kategorie CR). Téměř desetina lišejníků z celkového počtu druhů je považována za vyhynulou. Pouze zhruba osmina zástupců není ohrožena. Na základě provedené kategorizace bude následující výzkum cíleně zaměřen především na nejohroženější skupiny, což umožní zpřesnit a doplnit současné znalosti. Použití mezinárodních kritérií umožní rovněž srovnání s jednotlivými státy Evropy (Liška et al. 2008). Vedle komplexního zpracování lišejníkové flóry probíhá také terénní výzkum, zaměřený na posouzení škodlivých vlivů na lišejníkovou flóru a probíhající změny v jejím složení. Nejvýznamnější vliv má znečištění ovzduší, především oxidem siřičitým, a eutrofizace. Zpracování výsledků z 18 let trvajícího monitoringu na vybraných stanovištích epifytických lišejníků, které jsou na změny prostředí nejcitlivější, umožnilo vyhodnotit vliv vzdálenosti od zdroje znečištění, typu substrátu, nadmořské výšky a eutrofizace borky na citlivost lišejníků vůči znečištění ovzduší. Změna druhového složení je závislá na poloze stanoviště v krajině a počátečním charakteru lišejníkové vegetace. Stanoviště ovlivněná eutrofizací se měnila méně, což nasvědčuje tomu, že vliv eutrofizace (zejména zvyšující se pH borky) zmírňuje škodlivý vliv znečištění ovzduší (Liška & Herben 2008). Pozornost je věnována též případovým studiím jednotlivých druhů; takto bylo např. ve spolupráci se slovenskými a maďarskými lichenology upřesněno rozšíření druhu Physcia aipolioides (Lisická et al. 2008).

Liška J., Palice Z. & Slavíková Š.: Checklist and Red List of lichens of the Czech Republic. Preslia 80: 151–182 (2008).

Liška J. & Herben T.: Long-term changes of epiphytic lichen species composition over landscape gradients: an 18 year time series. Lichenologist 40: 437–448 (2008).

Lisická E., Lackovičová A., Liška J., Lőkös L. & Lisický M. J.: Physcia aipolioides – ein Beispiel einer invasiven Flechte oder einer unterschätzten Verbreitung? Sauteria 15: 303–318 (2008).

2007

Invaze bolševníku velkolepého (Heracleum mantegazzianum) v Evropě

Bolševník velkolepý (Heracleum mantegazzianum), zavlečený z Kavkazu, je jedním z nejobtížnějsích invazních druhů evropské flóry. Od roku 2002, kdy byl zahájen projekt 5. rámcového programu GIANT ALIEN, se autoři zabývají biologickými, ekologickými, genetickými a biogeografickými aspekty invaze toho druhu. V letošním roce byl projekt završen publikací tří článků a monografie, shrnující současné poznatky o invazi bolševníků v Evropě a jejich chování v původním areálu (Pyšek et al. 2007); na ní se autorský kolektiv podílel edičně a přispěl celkem osmi kapitolami. V Evropě se vyskytují tři druhy invazních bolševníků. Díky rozdílné ekologii klíčení a přežívání semenné banky jsou rozšířeny v různých částech kontinentu; u nás roste bolševník velkolepý. V invadovaném areálu byla zjištěna velká genetická variabilita a docházelo k opakovaným introdukcím všech tří druhů do Evropy (Jahodová et al., Diversity & Distributions 2007). Součástí genetických studií bylo zjištění a ověření použitelnosti markerů pro druh Heracleum mantegazzianum (Henry et al. 2007). Jeho invazní schopnost je založena na kombinaci řady vlastností, zejména reprodukčních: velká produkce vysoce klíčivých semen, přetrvávající semenná banka, schopnost samoopylení, rychlý růst, dobré šíření a vysoká regenerační schopnost; v kapitolách monografie jsou tyto vlastnosti podrobně popsány, kvantifikovány a analyzovány. Studie týmu navíc vyvrátily nebo upřesnily některé dlouhodobě tradované představy (Pyšek et al. 2007). Porovnání teoretických simulací populační dynamiky se skutečnými daty z leteckých snímků ukázalo, že zhruba 2,5 % semen se šíří na větší vzdálenost, což zajišťuje dynamické obsazování nových ploch (Nehrbass et al. 2007). Bolševník velkolepý má značnou regenerační schopností; při mechanické kontrole invazních populací hraje proto klíčovou roli načasování zásahu. Pokud je příliš brzký, rostliny regenerují, pokud je proveden pozdě, semena dozrají i po posečení (Pyšek et al., Biological Invasions 2007). Tyto výsledky jsou důležité pro management a kontrolu bolševníku velkolepého v Evropě.

Pyšek, P., Cock, M. J. W., Nentwig, W. & Ravn, H. P. (2007): Ecology and management of Giant Hogweed (Heracleum mantegazzianum). – CAB International, Wallingford, 331 pp.

Jahodová, Š., Trybush, S., Pyšek, P., Wade, M., Karp, A.: Invasive species of Heracleum in Europe: an insight into genetic relationships and invasion history. – Diversity and Distributions 13: 99–114.

Pyšek, P., Krinke, L., Jarošík, V., Perglová, I., Pergl, J., Moravcová, L. (2007): Timing and extent of tissue removal affect reproduction characteristics of an invasive species Heracleum mantegazzianum. – Biological Invasions 9: 335–351.

Nehrbass, N., Winkler, E., Müllerová, J., Pergl, J., Pyšek, P., Perglová, I. (2007): A simulation model of plant invasion: long-distance dispersal determines the pattern of spread. – Biological Invasions 9: 383–395 (2007).

Henry, P., Provan, J., Goudet, J., Guisan, A., Jahodová, Š., Besnard, G. (2008): A set of primers for plastid indels and nuclear microsatellites in the invasive plant Heracleum mantegazzianum (Apiaceae) and their transferability to Heracleum sphondylium. – Molecular Ecology Resources 8: 161–1633.

Jahodová, Š., Fröberg, L., Pyšek, P., Geltman, D., Trybush, S., Karp, A. (2007): Taxonomy, identification, genetic relationships and distribution of large Heracleum species in Europe. – In: Pyšek P. et al. (eds), Ecology and management of giant hogweed (Heracleum mantegazzianum), CAB International, Wallingford, p. 1–19; Pyšek, P., Müllerová, J., Jarošík, V.: Historical dynamics of Heracleum mantegazzianum invasion on regional and local scales. – Ibid., p. 42–54; Perglová, I., Pergl, J., Pyšek, P.: Reproductive ecology of Heracleum mantegazzianum. – Ibid., p. 55–73; Moravcová, L., Pyšek, P., Krinke, L., Pergl, J., Perglová, I., Thompson, K.: Seed germination, dispersal and seed bank in Heracleum mantegazzianum. – Ibid., p. 74–91; Pyšek, P., Perglová, I., Krinke, L., Jarošík, V., Pergl, J., Moravcová, L.: Regeneration ability of Heracleum mantegazzianum and implication for control. – Ibid., p. 112–125; Moravcová, L., Gudžinskas, Z., Pyšek, P., Pergl, J., Perglová, I.: Seed ecology of Heracleum mantegazzianum and H. sosnowskyi, two invasive species with different distributions in Europe. – Ibid., p. 157–169; Pyšek, P., Cock, M. J. W., Nentwig, W., Ravn, H. P.: Master of all traits: Can we successfully fight giant hogweed? – Ibid., p. 297–312.

Diverzita a evoluce rodu Hieracium (čeleď Asteraceae)

Rod jestřábník (Hieracium) patří k těm druhově nejbohatším a nejvíce složitým v evropské květeně. Příčiny tohoto bohatství jsou ve spojitosti s kombinací různých způsobů rozmnožování (sexualita, apomixe, vegetativní šíření), hybridizace a polyploidie. V posledních letech probíhá intenzivní výzkum právě rodů se zastoupením různých rozmnožovacích způsobů a strategií. V roce 2007 byl publikován soubor prací, kde jsou využity nové techniky pro studium jestřábníků. Zásadní význam pro poznání evoluce jestřábníků podrodu Pilosella má dokončení rekonstrukce fylogenetických vztahů pomocí několika molekulárních znaků. Na základě sekvenování vybraných úseků chloroplastové DNA autoři rozlišili 2 skupiny haploidních genotypů (haplotypů), které neodpovídají doposud přijímaným klasifikacím; výsledky sekvenování úseků ITS jaderné DNA jsou naopak ve shodě s morfologií a zřejmě odrážejí skutečnou evoluci (Fehrer et al. 2007a). V roce 2000 bylo publikováno review shrnující poznatky o příčinách variability jestřábníků podrodu Pilosella. Vývoj poznatků v posledních letech byl ale tak rychlý, že tým z Botanického ústavu byl požádán o příspěvek do souborné knihy o apomiktech. Zde jsou shrnuty veškeré poznatky o této skupině rostlin, takže není nutno hledat v originálních pramenech (Fehrer et al. 2007b). V souvislosti s rozvojem metody průtokové cytometrie, která umožňuje stanovit velikost genomu (a tím pak určit i ploidii rostlin) byla zpracována rozsáhlá kolekce rostlin pěstovaných v BÚ. Byly sledovány jak druhy a hybridy z přírody, tak i uměle vzniklé hybridy získané v experimentech. Bylo ukázáno, že ve velikosti genomu jsou v podrodu Pilosella velké mezidruhové rozdíly, které se projevují i u hybridů. Tím může být velikost genomu používána jako doplňkový znak při určování (Suda et al. 2007). V rámci podrodu Hieracium bylo dokončeno taxonomické zpracování horské apomiktické skupiny Hieracium nigrescens v sudetských pohořích a v Západních Karpatech, při kterém autoři využili vedle morfologických a geografických dat i výsledky analýzy isoenzymů, která ukázala vztah mezi rozlišenými enzymovými fenotypy a morfologicky vymezenými typy (Chrtek et al. 2007, Chrtek & Mráz 2007).

Fehrer J., Gemeinholzer B., Chrtek J. Jr & Bräutigam S.: Incongruent plastid and nuclear DNA phylogenies reveal ancient intergeneric hybridization in Pilosella hawkweeds (Hieracium, Cichorieae, Asteraceae). – Molecular Phylogenetics and Evolution 42: 347–361 (2007).

Studium koloběhu sinic, řas a bakterií v údolí ledovce Werenskoilbreen na Špicberkách

V oblasti ledovce Werenskoildbreen byla studována sukcese fototrofních mikroorganismů a bakterií na nově odledněných půdách, v subglaciálních a proglaciálních sedimentech a v mokřadech v okolí ledovce. Hlavní pozornost byla věnována koloběhu buněk mezi jednotlivými biotopy a jejich schopnosti přežívat přenos na nově odledněná území, či do subglaciálních systémů a jak se podílejí na primární kolonizaci půd. Bylo zjištěno, že v subglaciálních půdách se nacházejí životaschopné buňky sinic a řas, které mohou sloužit jako inokulum v počátečních fázích sukcese nově odledněných půd. Významným zdrojem sinic a řas, které jsou nacházeny v subglaciálních systémech jsou kryokonity na povrchu ledovce a mokřady v blízkosti ledovce. Buňky jsou mezi jednotlivými biotopy přenášeny v letních měsících vodou a větrem na podzim.

Dále byla studována sezónní a diurnální dynamika fotosyntetické aktivity sněžné řasy Chlamydomonas nivalis. Cílem výzkumu bylo zjistit jak reaguje tato sněžná řasa na vysoké ozáření, kterému je vystavena na povrchu sněžných polí a jak je přizpůsobena k přežívání za nízkých teplot, které se pohybují okolo 0°C. Bylo zjištěno, že všechny 3 typy buněk, které se vytvářejí během životního cyklu u Chlamydomonas nivalis, jsou fotosyntyeticky aktivní, dokonce i spóry, sloužící k přežívání nepříznivých podmínek. Zároveň byly zaznamenány změny v fotosyntetické aktivitě jak sezonální, tak diurnální. Získaná data jsou významným příspěvkem k pochopení osidlování nově odledněných územích, kterých v současnosti přibývá vlivem globálního oteplování a tento problém se netýká pouze území v Arktidě a Antarktidě, ale i Evropských ledovců. Získané výsledky byly opublikovány ve 3 článcích v odborných časopisech a zároveň bylo předneseno 5 popularizačních přednášek pro veřejnost.

Stibal, M., Elster, J., Šabacká, M., Kaštovská, K.: Seasonal and dial changes in photosynthetic activity of the snow algae Chlamydomonas nivalis (Chlorophyceae) from Svalbard determined by PAM fluorometry. – FEMS Microbioloy Ecology 59: 265–273 (2007).

Průtoková cytometrie rostlin a její využití v biosystematice, ekologii a populační biologii rostlin

Průtoková cytometrie je moderní technika, která umožňuje velice rychlou detekci různých optických parametrů izolovaných částic. Navzdory rozsáhlým možnostem a rutinnímu využívání v biomedicínském výzkumu se aplikace v biologii rostlin začínají objevovat až v posledních desetiletích. Dokladem může být vůbec první knižní monografie vydaná v letošním roce (Doležel et al., 2007). Mezi perspektivní směry cytometrického výzkumu patří především studium příčin a důsledků polyploidizace, variability ve velikosti jaderného genomu a způsobech reprodukce (Kron et al. 2007). Podrobné analýzy ploidní variability ukázaly, že cytotypová diverzifikace v přírodních populacích je často výrazně větší, než se předpokládalo (Suda et al. 2007). Zejména v kombinaci s molekulárními metodami dovoluje cytometrie stanovit centra diverzity a kolonizační historii druhů/cytotypů (Eidesen et al. 2007). Klíčovým předpokladem takových studiích je analýza rozsáhlých populačních vzorků, která by jinými technikami byla jen obtížně proveditelná. Důležitou charakteristikou organismů je množství jejich jaderné DNA. Tento parametr může sloužit k odhalení kryptických druhů (Schönswetter et al. 2007), determinaci taxonů ve skupinách s komplikovanou evoluční historií (Leong-Škorničková et al. 2007) nebo ke stanovení vzájemných příbuzenských vztahů (Suda et al., 2007). Nezbytnou součástí všech cytometrických studií je samozřejmě použití optimální metodiky pro daný rostlinný materiál (Doležel et al., 2007). Získaná data přispějí k lepšímu pochopení biodiverzity v přírodních populacích rostlinných druhů a k poznání procesů, které se na utváření diverzity podílely a stále podílejí.

Doležel, J., Greilhuber, J., Suda, J.: Flow cytometry with plant cells: Analysis of genes, chromosomes and genomes. – Wiley-VCH, Weinheim, 455 pp. (2007).

2006

Biogeografický přístup k rostlinným invazím a procesy podmiňující naturalizaci nepůvodních rostlin

Při studiu rostlinných invazí je třeba integrovat nezávisle formulované hypotézy a teorie, jež doposud vysvětlovaly schopnost rostlinných druhů invadovat a náchylnost regionů k invazím (Richardson & Pyšek 2006, Pyšek et al. 2006); k hledání principů naturalizace (tedy schopnosti zdomácnět v nové oblasti a volně se zde rozmnožovat bez přispění člověka) je velmi vhodný biogeografický přístup (Pyšek & Richardson 2006). Temperátní pevninské oblasti jsou více invadované než pevniny v tropech, ale tropické ostrovy jsou zasaženy invazemi stejně jako ostrovy mírného pásu. Úspěšnost naturalizace klesá se zeměpisnou šířkou, je tedy vyšší v klimaticky teplejších oblastech. Všechny dosavadní práce vyjadřovaly úspěšnost naturalizace v dané oblasti prostým počtem přítomných naturalizovaných druhů; v práci (Pyšek & Richardson 2006) jsme jako první použili relativní měřítko (procento naturalizovaných z celkového počtu zavlečených druhů), které umožnilo detekovat závislosti jinak skryté (obr. 1).

Vedle klimatu ovlivňuje úspěšnost naturalizace zásadním způsobem také tzv. tlak propagulí (tedy množství rozmnožovacích částic rostliny, které se dostávají do invadované oblasti). Současným zahrnutím obou těchto faktorů (klimatickým modelováním byla vyjádřena míra shody mezi klimatem zdrojového a cílového území a data o objemu obchodu a turistiky mezi zdrojovým a invadovaným regionem byla použita jako míra tlaku propagulí), se nám podařilo vysvětlit současný výskyt naturalizovaných druhů jihoafrického původu v ostatních částech světa Thriller at al. 2005).

Na regionální škále lze faktory podmiňující naturalizaci postihnout ještě přesněji. Dokumentuje to studie zahrnující vliv tlaku propagulí a tzv. residenční doby. Metodický přínos zde spočívá v tom, že jsme pracovali se známým zdrojovým souborem druhů; naprostá většina studií přistupuje k problému opačně, srovnává rostliny v cílovém území, kterým se podařilo zdomácnět, ale zdrojový soubor druhů nezná. Díky zaměření na dřeviny jsme navíc odfiltrovali rušivý vliv životní formy (Křivánek et al. 2006). Dřeviny introdukované do ČR pro lesnické účely před několika stoletími zplaňují a naturalizují s vyšší pravděpodobností než druhy introdukované později (obr. 2). Relativní význam residenční doby (délky pěstování) je přitom průkazně větší než význam rozsahu pěstování, tj. tlaku propagulí. Studie dokumentuje, že lesnictví je významným historickým zdrojem invazních druhů dřevin v temperátním pásu.V další práci na souboru 180 druhů dřevin pěstovaných v ČR (Křivánek & Pyšek 2006) jsme na základě znalosti vlastností studovaných druhů ověřili, zda je možnost předpovědět, které z nich se stanou invazními, a ukázali jsme, že predikční systém vyvinutý v Austrálii je možno úspěšně použít i v temperátní zóně střední Evropy.

   

Data z 27 oblastí celého světa ilustrují, že relativní úspěšnost naturalizace zavlečených rostlin (vyjádřená jako % naturalizovaných druhů z celkového počtu zavlečených) klesá se stoupající zeměpisnou šířkou. Vyneseme-li místo % úspěšnosti pouhý počet naturalizovaných druhů, závislost není patrná (Pyšek & Richardson 2006).   Doba, po kterou je dřevina pěstována, má rozhodující vliv na pravděpodobnost zplanění, které je prvním krokem k naturalizaci. Pro druhy zavedené do lesnických kultur před rokem 1800 činí pravděpodobnost zplanění 95 % (Křivánek et al. 2006).

Pyšek P., Richardson D. M. 2006. The biogeography of naturalization in alien plants. J. Biogeogr. 33: 2040–2050.

Richardson D. M., Pyšek P. 2006. Plant invasions: Merging the concepts of species invasiveness and community invasibility. Progr. Phys. Geogr. 30: 409–431.

Pyšek P., Richardson D. M., Jarošík V. 2006. Who cites who in the invasion zoo: insights from an analysis of the most highly cited papers in invasion ecology. Preslia 78: 437–468.

Thuiller W., Richardson D. M., Pyšek P., Midgley G. F., Hughes G. O., Rouget M. 2005. Niche-based modelling as a tool for predicting the risk of alien plant invasions at a global scale. Global Change Biol. 11: 2234–2250.

Křivánek M., Pyšek P., Jarošík V. 2006. Planting history and propagule pressure as predictors of invasions by woody species in a temperate region. Conserv. Biol. 20: 1487–1498.

Křivánek M., Pyšek P. 2006. Predicting invasions by woody species in a temperate zone: a test of three risk assessment schemes in the Czech Republic (Central Europe). Diversity Distrib. 12: 319–327.

Úloha arbuskulárních mykorhiz v kontaminovaných a degradovaných půdách

Symbióza s arbuskulárními mykorhizními (AM) houbami přestavuje důležitý mechanismus, kterým se rostliny mohou vyrovnávat se stresem spojeným s nedostatkem minerálních živin a vody, nepříznivým pH půdy či vysokými koncentracemi těžkých kovů.

V sérii biotestů využívajících inhibici růstu kořenů salátu jako citlivého indikátoru toxicity kadmia byla zjištěna nižší toxicita Cd v substrátu, ve kterém byly pěstovány rostliny tabáku inokulované AM houbami než v substrátu pocházejícím od neinokulovaných rostlin (Janoušková et al. 2006). Rozdíl se zvyšoval se stoupající koncentrací Cd v substrátu (obr. 1). V návazném pokusu byl zjištěn deseti- až dvacetinásobný obsah Cd na jednotku biomasy mimokořenového houbového mycelia extrahovaného z kontaminovaného substrátu ve srovnání s kořeny. Hypotézu o imobilizaci těžkých kovů AM houbami potvrzují i výsledky experimentu provedeného v půdě kontaminované olovem, kde inokulace AM houbami vedla ke zvýšení koncentrací Pb v kořenech rostlin, pravděpodobně díky akumulaci kovu v houbovém myceliu (Sudová et al. 2007). Ze získaných výsledků lze usuzovat na potenciální uplatnění arbuskulární mykorhizy ve fytostabilizaci kontaminovaných půd.

AM houby ovlivňují také produkční charakteristiky rostlin a složení rostlinných společenstev. Různé druhy AM hub a délka jejich mimokořenového mycelia v nádobovém experimentu výrazně ovlivnily koexistenci 2 dominantních druhů rostlin spontánně osídlujících vysoce alkalický antropogenní substrát z odkaliště továrny na PVC v Portugalsku, dřeviny Salix atrocinerea a byliny Conyza bilboana, a to z hlediska produkce biomasy (obr. 2) a tvorby semen (Oliveira et al. 2006). V dalším experimentu zaměřeném na produkci biomasy v substrátu čerstvě rekultivované hnědouhelné výsypky bylo zjištěno, že současná inokulace kukuřice AM houbami a půdními kvasinkami vedla ke zvýšení produkce rostlinné biomasy v závislosti na kombinaci izolátu AM houby a kmene kvasinek (Gollner et al. 2006).

   

Vliv koncentrace kadmia v substrátu na růst kořene klíčícího salátu. Relativní délka kořene představuje procenta délky kořene při koncentraci Cd 0 mg.kg-1. Prázdné symboly: substrát z mykorhizní rhizosféry; plné symboly substrát z nemykorhizní rhizosféry.   Koexistence mezi Conyza bilbaoana a Salix atrocinerea. Procentuální podíl Conyza bilbaoana na celkové biomase v kultivačním systému. Rostliny kontrolní neninokulované nebo inokulované G. intraradices BEG163, G. mosseae BEG198, G. claroideum BEG210, G. geosporum BEG199 nebo směsí těchto 4 izolátů AM hub.

Janoušková M., Pavlíková D., Vosátka M. 2006. Potential contribution of arbuscular mycorrhiza to cadmium immobilisation in soil. Chemosphere 65: 1959–1965.

Sudová R., Pavlíková D., Macek T., Vosátka M. 2007. The effect of EDDS chelate and inoculation with the arbuscular mycorrhizal fungus Glomus intraradices on the efficacy of lead phytoextraction by two tobacco clones. Appl. Soil Ecol. 35: 163–173.

Oliveira R. S., Castro P.M.L., Dodd J.C., Vosátka M. 2006. Different native arbuscular mycorrhizal fungi influence the coexistence of two plant species in a highly alcaline anthropogenic sediment. Plant Soil 287: 209–221.

Gollner M.J., Püschel D., Rydlová J., Vosátka M. 2006. Effect of inoculation with soil yeasts on mycorrhizal symbiosis of maize. Pedobiologia 50: 341–345.

2005

Rozšíření nepůvodních rostlin

Historické okolnosti hrají v rostlinných invazích klíčovou roli, přesto jim bývá věnována poměrně malá pozornost; zčásti proto, že pro většinu invazí nejsou k dispozici kvalitní historické údaje o době zavlečení a jejím průběhu. Série článků založených na unikátním sledování složení plevelových společenstev v průběhu 50 let pomocí stejných metod ukázala, že současné rozšíření tzv. archeofytů (nepůvodní druhy rostlin zavlečené úmyslnou i neúmyslnou činností člověka mimo oblast svého přirozeného rozšíření v době od počátku Neolitu do konce středověku) stále dobře odráží historii rostlinných invazí ve střední Evropě. Neolitičtí zemědělci před ca. 8 tis. lety přinášeli plevelné druhy archeofytů spolu s plodinami a tím, že vytvářeli intenztivní a trvalý přísun jejich rozmnožovacích částic a zaváděli management, na který se tyto druhy adaptovaly, jejich invazi usnadňovali. Naproti tomu moderní plodiny, zaváděné v průběhu posledních pěti století, a jejich specifická agrotechnika více podporují šíření tzv. neofytů (druhy zavlékané od objevení Ameriky). Archeofyty mají dodnes těžiště rozšíření v tradičních plodinách, zaváděných od počátku zemědělství (obiloviny), ale jsou mnohem méně zastoupené v relativně pozdě introdukovaných (cukrovka, kukuřice), kde naopak převládají neofyty. Proces postupně adaptace archeofytů dokládá i to, že některými faktory prostředí (klima, sezónní vývoj plodiny) jsou ovlivněny podobným způsobem jako neofyty, ale na jiné (intenzifikace zemědělství, hustota lidské populace) již reagují stejně jako původní druhy plevelů. Druhová diverzita plevelů orné půdy v letech 1955–2000 v ČR klesala, zejména v klimaticky chladných a mírných oblastech. Tento pokles byl způsoben úbytkem archeofytů a původních druhů; zastoupení neofytů mezi pleveli během tohoto období naopak vzrůstalo.

Srovnávací studie doby zavlečení v nepůvodních flórách různých částí světa (Havajské ostrovy, Nový Zéland, Azory, střední Evropa) ukázala, že druhy dříve zavlečené jsou v současnosti hojnější a mají širší geografické rozšíření. Tento vliv doby zavlečení je ve srovnání s ostatními faktory určujícími úspěšnost invaze relativně velmi významný a studie zaměřené na vlastnosti druhů ovlivňující úspěšnost invaze by měly brát dobu zavlečení v úvahu, jinak mohou být výsledky zkreslené. Doba zavlečení však překvapivě silně ovlivňuje též současné rozšíření archeofytů, a projevuje se tak i po několika tisíciletích od počátku invaze (obr. 1). Srovnání Střední Evropy a Britských ostrovů navíc ukazuje, že invaze archeofytů v obou oblastech probíhala zhruba stejnou rychlostí, což odráží rozhodující vliv typu obhospodařování na jejich výskyt; v tomto ohledu si byly oba regiony velmi podobné. Ve střední Evropě začala invaze archeofytů zhruba o 1000 let dříve; toto zpoždění poměrně přesně odpovídá pozdějšímu počátku Neolitu v Británii, což naznačuje, že se na invazi archeofytů v severní Evropě neprojevila větší geografická vzdálenost od Mediteránu, odkud většina archeofytů pochází. Naopak, protože neolitičtí lidé přinášeli s plodinami jako příměs i plevele, začala invaze archeofytů v obou oblastech bezprostředně s počátkem vlastního zemědělství.

Pyšek P., Jarošík V., Chytrý M., Kropáč Z., Tichý L. & Wild. J. 2005. Alien plants in temperate weed communities: Prehistoric and recent invaders occupy different habitats. Ecology 86: 772–785.

Pyšek P. & Jarošík V. 2005. Residence time determines the distribution of alien plants. In: Inderjit (ed.), Invasive plants: ecological and agricultural aspects, pp. 77–96, Birkhäuser Verlag-AG, Basel.

Chytrý M., Pyšek P., Tichý L., Knollová I. & Danihelka J. 2005. Invasions by alien plants in the Czech Republic: a quantitative assessment across habitats. Preslia 77: 339–354.

Pyšek P., Jarošík V., Kropáč Z., Chytrý M., Wild J. & Tichý L. 2005. Effect of abiotic factors on species richness and cover in Central European weed communities. Agriculture, Ecosystems & Environment 109: 1–8.

Pyšek P. 2005. Survival rates in the Czech Republic of introduced plants known as wool aliens. Biological Invasions 7: 567–576.

Rejmánek M., Richardson D. M. & Pyšek P. 2004. Plant invasions and invasibility of plant communities. In: Van der Maarel E. (ed.), Vegetation ecology, p. 332–355, Blackwell Science, Oxford.

Populační dynamika rostlin a její význam pro pochopení chování druhů v krajině

Maticové modely jsou cenným nástrojem pro analýzu životaschopnosti populací. Ač jsou tyto techniky používány pro predikci vývoje populací organismů již několik desetiletí, stále trpí mnoha metodickými problémy. Stále také nebylo dostatečně oceněno využití těchto modelů pro zodpovězení různých ekologických otázek. Zabývali jsme se existujícími technikami, které jsou k dispozici pro sběr dat o životním cyklu rostlin. Ukázali jsme, že dnes využívané techniky jsou velmi nepřesné a navrhli jsme techniku, která zaručí větší spolehlivost predikcí maticových demografických modelů (Münzbergová & Ehrlén 2005).

V dalších studiích jsme ukázali možnost využití populačních maticových modelů pro predikci vzácnosti druhů a reakce druhů na zmenšování jejich stanovišť (Münzbergová 2005, 2006). Výsledky obou studií potvrdily, že přístup založený na studiu celého životního cyklu druhu vede k daleko realističtější predikci chování druhů než klasické přístupy, založené na srovnávání jednotlivých vlastností druhů. Tento výsledek ukazuje, že závěry klasických studií na téma ohroženosti druhů mohou být zavádějící a naznačují potřebu sběru dalších podrobných dat o chování rostlinných populací. Konkrétně jsme v modelových studiích ukázali, že predace semen může být významným faktorem ovlivňujícím rozdíly v hojnosti druhů na krajinné úrovni a to na vzory tomu, že intenzita predace se mezi druhy neliší (obr. 1). Na druhou stranu jsme ukázali, že velikost populace nemá vliv na dlouhodobé perspektivy populací rostlin a to přesto, že ovlivňuje jednotlivé vlastnosti rostlin.

Výsledky našich studií také naznačují velký význam znalostí o populační dynamice druhů pro posouzení výskytu vhodných, ale druhem neobsazených stanovišť v krajině (Ehrlén et al. 2006). Konkrétně na výsledcích 11-letého výsevového pokusu demonstrujeme, že možnosti identifikace vhodných neobsazených stanovišť současnými technikami jsou výrazně omezené u druhů s nízkou pravděpodobností uchycení a dlouhou dobou života. Znalost populační dynamiky zájmových druhů před založením takovýchto pokusů by umožnila vzít tuto skutečnost v úvahu a navrhnout robustnější metodiky k identifikaci těchto stanovišť. Výsledky této studie současně ale také potvrzují předpoklad, že vhodná neobsazená stanoviště v krajině opravdu existují. Jejich existence je nezbytná jako jeden z faktorů dokládající skutečnost, že druh v krajině funguje jako metapopulace, tj. soubor propojených vzájemně interagujících populací. 

Vliv predace semen na hojný a vzácný druh rodu Cirsium. Bez predace semen je populační růstová rychlost obou druhů stejná. Zahrnutí stejné míry predace semen pro oba druhy do modelu má za důsledek mnohem větší pokles růstové rychlosti u vzácného než u hojného druhu. Graf ukazuje průměr a směrodatnou odchylku. 

Münzbergová Z., Ehrlén J. 2005. How best to collect demographic data for population viability analysis models. J. Appl. Ecol. 42: 1115–1120.

Münzbergová Z. 2005. Determinants of species rarity: Population growth rates of species sharing the same habitat. Am. J. Bot. 92: 1987–1994.

Münzbergová Z. 2006. Effect of population size on prospect of species survival. Folia Geobotanica 41: 137–150.

Ehrlén J., Münzbergová Z., Diekmann M., Eriksson O. 2006 Long-term assessment of seed limitation in plants: results from an 11-year experiment. J. Ecol. 94: 1224–1232. 

Monografie evropských oscillatoriálních sinic (cyanobaktérií)

Principy moderní klasifikace cyanobaktérií se v posledních desetiletích 20. století podstatně změnily. Nově zaváděná ekologická, ultrastrukturální, a zejména biochemická a molekulární kritéria radikálně změnila a opravila tradiční systematickou klasifikaci těchto mikroorganismů. Oscillatoriální (vláknité) typy bez heterocytů musely být revidovány zejména na generické i specifické úrovni. Molekulární kritéria musí být samozřejmě rozhodující pro novou taxonomickou klasifikaci, nicméně přehodnocené fenotypové znaky, které jsou v koincidenci s genetickým základem, musí být definovány pro snazší identifikaci jednotlivých typů. Náš podíl na této modernizaci cyanobakteriálního systému obsahoval právě studie korelací mezi molekulárními a morfologickými znaky; zejména jsme prokázali specifičnost vnitrobuněčných struktur pro jednotlivé vývojové linie sinic (Komárek & Kaštovský 2003) a revidovali některé taxony na rodové úrovni.

Část fylogenetického stromu oscillatoriálních cyanobakterií založeného na molekulárním sekvenování (Komárka & Anagnostidise 2005)

Celoevropská, anglicky psaná monografie oscillatoriálních cyanobakterií byla vypracována a rukopis dokončen J. Komárkem v Botanickém ústavu AV ČR s podporou Grantové Agentury České republiky (granty č. 206/95/0506 a KSK 6005114). Druhý spoluautor, K. Anagnostidis (zemřel v r. 1994) připravil větší část starší literatury a revidoval několik rodů podle moderních kriterií ještě před r. 1994. Kniha, která má 759 stran, byla vydána jako druhá část zpracování sinic (Cyanoprokaryotes) v rámci známého kompendia Süsswasserflora von Mitteleuropa (dnes vydávaného nakladatelstvím Elsevier-Spektrum, Heidelberg) a obsahuje určovací klíče a popisy všech 53 rodů vláknitých sinic bez heterocytů, dále popisy, vyobrazení a ekologické údaje o všech, téměř 590 evropských druzích z této skupiny, a poznámky k více jak 400 druhům z mimoevropských regionů. Popisy jsou doloženy 1010 obrázky, seznamem literatury (na 58 stranách) a rejstříkem všech uvedených taxonů. V příloze je zařazen ještě přehled nejnovějšího modernizovaného systému. Knížka byla vydána v červnu 2005 a více než 80 % nákladu bylo rozebráno do konce roku. Předchozí 1. díl kokálních sinic, vydaný v r. 1998, byl oceněn cenou G. W. Prescotta, udílenou American Phycological Society.

Monografie je samozřejmě pracovním výsledkem řady let, během kterých bylo nutno publikovat četné dílčí přípravné studie, taxonomické revize a nomenklatoricky validizovat četné taxony na generické i specifické úrovni. Výsledky naší práce byly předneseny na několika mezinárodních konferencích, zabývajících se jak taxonomickou, tak molekulární cyanobakteriální problematikou (např. jen v roce 2005 na 4 mezinárodních kongresech a sympóziích).

Komárek J. & Anagnostidis K. (2005): Cyanoprokaryota, Part 2: Oscillatoriales. – In: Büdel, B. et al. (eds.), Süsswasserflora von Mitteleuropa, 19/2, Elsevier/Spektrum, Heidelberg, 759 pp.

Hoffmann L., Komárek J. & Kaštovský J. (2005): System of Cyanoprokaryotes (Cyanobacteria) – state in 2004. – Arch. Hydrobiol./Algolog. Studies 117: 265–278.