Významné výsledky HBÚ

Vliv prvoků a virů na formování společenstva bakterií v přirozeném vodním prostředí

Zatímco studiem bakteriálních kultur pěstovaných v laboratořích zjistila věda ohromné množství poznatků, o přírodních společenstvech bakterií se toho ví daleko méně. Jejich hlavní funkcí je rozkládat odumřelou organickou hmotu a zajišťovat tak koloběh živin potřebných pro růst nových organismů. V přirozených vodách představují velmi dynamickou a nejrychleji rostoucí součást ekosystému. Přirůstající bakterie jsou průběžně odežírány prvoky, kteří pak slouží za potravu větším organismům (větším prvokům, zooplanktonním korýšům), přičemž v každém článku tohoto potravního řetězce se část živin uvolňuje do prostředí. V průběhu posledního desetiletí se ukázalo, že bakterie jsou v přírodních vodách také intenzivně napadány viry, které při svém množení způsobují jejich rozpad. Při studiu faktorů, které řídí početnost, aktivitu, a druhovou rozmanitost bakterií v přirozených vodách, jsme ve spolupráci s francouzskými vědci popsali nový a zajímavý jev, že totiž společenstvo bakterií, které je intenzivněji odežíráno prvoky, je současně intenzivněji napadáno viry. Mechanismus a ekologický význam tohoto jevu studujeme a není zatím zcela jasný. Domníváme se, že klíčovou roli zde sehrává skutečnost, prokázaná i v našich pokusech, že za podmínek, kdy jsou bakterie intenzivně odežírány prvoky, se snižuje jejich druhová rozmanitost. Přežívají pouze ty bakteriální kmeny, které jsou schopny žracímu tlaku prvoků odolat. Virové kmeny jsou hostitelsky specifické, což znamená, že jsou schopny infikovat vždy jen určitý bakteriální kmen nebo skupinu bakterií. Za podmínek zúženého spektra přítomných bakteriálních kmenů se pak viry, schopné napadat právě tyto zbylé kmeny, snadněji a rychleji množí. Zvyšuje se totiž pravděpodobnost, že v prostředí narazí na bakterii, kterou mohou infikovat a namnožit se tak.

Ryby v údolních nádržích

Hlavní dosavadní limitací studia ryb hlubokých údolních nádrží byla skutečnost, že jsme měli k dispozici odlovné prostředky účinné pouze v příbřežních částech. V posledních létech jsme intenzifikovali práce na metodickém zvládnutí volné vody. Významně jsme rozvinuli sonarové metody tak, aby byly schopny sledovat všechny objemy nádrží. Podobně pro všechny objemy našich nádrží jsme rozpracovali původně skandinávskou metodiku použití nordických tenatních sítí. Nejžhavější novinkou je však zavedení vnitrozemských modifikací námořních metod - pelagického tralování a použití košelkového nevodu pro výzkum ryb volné vody. Dosavadní výsledky ukazují, že rybí obsádka volné vody je tvořena stejnými druhy, jaké jsou přítomny v příbřežních partiích (v našich vodách nemáme vysloveně pelagické druhy), ale poměrné zastoupení jednotlivých druhů se liší. Významně se liší též chování juvenilních a dospělých ryb. V dospělosti mají zvýšenou vazbu na volnou vodu ouklej obecná, bolena dravý, cejn velký a cejnek malý. Z plůdku mají vysokou afinitu k volné vodě plotice obecná, okoun říční, candát obecný a cejn. Rozvoj vzorkování umožnil první ucelenou studii potravy ryb volné vody našich nádrží, první odhady významu přítokové zóny pro rybí obsádku nádrže a načrtnutí obecných zákonitostí výskytu plůdku v nádržích. Přes nesporné úspěchy je vzorkování ryb volné vody teprve v začátcích, velké problémy způsobují únikové schopnosti, nerovnoměrný prostorový výskyt, migrace a další faktory. Těmto a dalším tématům souvisejícím s pochopením role ryb v ekosystémech údolních nádrží bude věnována pozornost v dalším období.

Pohled na enzymy pod mikroskopem mění pohled na soutěž planktonních mikrobů o fosfor

Úživnost našich povrchových vod určuje především dostupnost fosforu pro růst organismů. Buňky fytoplanktonu (řas a sinic) i bakterií jsou schopné přijímat pouze fosforečnan, takže po jeho vyčerpání v okolní vodě dochází k limitaci jejich růstu. Při konkurenci o tuto živinu uplatňují mikroorganismy různé strategie. Jednou z nich je vylučování enzymů vně buněk - extracelulárních fosfatáz, které hydrolyzují organické sloučeniny fosforu a odštěpují fosforečnan. Dosavadními metodami jsme byli schopni odhadnout pouze celkovou fosfatázovou aktivitu všech planktonních organismů a předpokládali jsme, že většina druhů fytoplanktonu reaguje na vyčerpání fosforu obdobně, tj. produkuje extracelulární fosfatázy. Teprve nový fluorescenční substrát (ELF®97 fosfát) nám umožnil přímou mikroskopickou lokalizaci fosfatáz na buňkách řas, sinic či bakterií. Kombinací nové metodiky s počítačovou analýzou obrazu jsme nyní dokonce schopni měřit specifickou buněčnou aktivitu jednotlivých druhů mikroorganismů. Metoda přinesla překvapivé výsledky - zjistili jsme, že jednotlivé druhy fytoplanktonu se výrazně liší v produkci extracelulárních fosfatáz, resp. v jejich "nasazení do boje" o fosfor. Použití této metodiky nám umožňuje detailněji pochopit životní strategie jednotlivých druhů fytoplanktonu, jejich sezónního výskytu, příčin tvorby vodních květů atd.

Kyselý déšť mění cyklus fosforu a dusíku v jezerech

V silně acidifikovaném Plešném jezeře na Šumavě byly popsány odchylky od typických cyklů hlavních živin (P a N), které lze zobecnit i na další acidifikované vody.
(1) Fosforečnany uvolněné rozkladem sedimentujících řas jsou v kyselých vodách s vysokými koncentracemi hliníku převedeny zpět z roztoku do tuhé fáze navázáním na koloidní hydroxidy hliníku a odstraněny z vodního sloupce sedimentací. Tento proces o přibližně 20% snižuje množství biologicky dostupného P v Plešném jezeře a přispívá k neobvykle vysoké míře limitace jeho fytoplanktonu fosforem.
(2) V silně kyselých vodách (pH<5) ustává nitrifikace. Tento jev způsobil výjimečný stav, kdy se Plešné jezero změnilo na zdroj amonných iontů (NH₄⁺) pro odtok. V hladinové produkční vrstvě jezera je veškerý NH₄⁺ z povodí a atmosférické depozice spotřebován asimilací fytoplanktonem. Po jeho vyčerpání je asimilován i dusičnanový dusík a obě formy jsou převedeny na organický dusík. Ten je po odumření fytoplanktonu uvolněn rozkladnými procesy zpět do roztoku jako NH₄⁺. Protože rozklad probíhá zejména pod produkční vrstvou, nemůže být uvolněný NH₄⁺ znovu spotřebován řasami. Po zamíchání vodního sloupce je nahromaděný NH₄⁺ z jezera vyplavován. Acidifikovaná produktivní jezera s rozkladnou produkcí NH₄⁺ vyšší než jeho asimilace se tak stávají zdrojem NH₄⁺.

Fotochemická destrukce rozpuštěných organických látek slunečním zářením

Kolektiv autorů z HBÚ AV ČR, Jihočeské univerzity a University v Maine (USA) prokázal, že fotochemická destrukce rozpuštěných organických látek slunečním zářením může významně ovlivňovat vodní ekosystémy jezer a nádrží. Mechanismus ovlivnění spočívá v tom, že rozpuštěné organické látky, jež jsou do povrchových vod přinášeny z půd v povodí, obsahují organicky vázané kovy. Ty jsou fotochemicky uvolňovány do vody a účastní se řady chemických reakcí, například hydrolýzy a srážení. Popsaný proces je schopen vysvětlit ukládání řady látek (zejména oxihydroxidů hliníku a železa) v jezerních sedimentech dlouho před počátkem atmosférické acidifikace, prakticky od okamžiku tvorby půd v povodí po ústupu ledovce. Díky adsorpčním schopnostem těchto oxihydroxidů je procesem ovlivněna i schopnost sedimentů poutat další ekologicky významné prvky, jako jsou těžké kovy nebo fosfor. V případě hliníku je tento proces navíc ještě významným zdrojem jeho toxických iontových forem pro ryby a plankton.