6. Sekce biologicko-ekologických věd

Objev zbytkového plastidu (apikoplastu) v parazitech kmene Apicomplexa (výtrusovci; např. původce malárie Plasmodium falciparum, či teratogenní parazit Toxoplasma gondii) ukázal nejen na zřejmý fotosyntetický původ těchto parazitů, ale nastartoval též debatu o konkrétním původu tohoto sekundárního plastidu. Většina z dosavadních výsledků naznačuje, že apikoplast pochází z ruduchy pohlcené v sekundární endosymbióze, zatímco jiné inklinují spíše k jeho původu v zelené řase. Možnost vyřešit toto dilema poskytl až nedávný objev fotosyntetického předchůdce výtrusovců, sekundární řasy s názvem Chromera velia, která byla izolovaná z australských tvrdých korálů a velmi recentně také příbuzného izolátu CCMP3155. Česko-kanadský výzkumný tým (Jan Janouškovec, Aleš Horák, Miroslav Oborník, Julius Lukeš a Patrick J. Keeling) provedl sekvenční analýzu jejich plastidů a s nimi spojených jaderně kódovaných metabolických genů. Ta ukázala, že plastid CCMP3155 i C. velia sdílejí společného předka s apikoplasty, ale také s komplexními plastidy obrněnek a heterokontních řas (např. rozsivek). Zároveň je zcela zřejmé, že všechny tyto plastidy, včetně apikoplastu, vznikly z červených řas (ruduch) prostřednictvím procesu sekundární endosymbiózy. Získané výsledky také naznačují, že již společný předek výtrusovců a obrněnek (Dinophyta) obsahoval tento plastid a že heterotrofní linie v rámci obrněnek a bazální linie výtrusovců postrádající plastid musely vzniknout ztrátou fotosyntetické schopnosti či celého plastidu a nikoliv nezávislým získáním plastidu v navazujících fotosyntetizujících liniích. Je také zřejmé, že C. velia a CCMP3155 představují separátní linie prvoků, které jsou však obě blízce příbuzné parazitickým výtrusovcům. Výsledky studie publikované v Proceedings of the National Academy of Sciences of the U.S.A. (PNAS) předkládají silné důkazy pro původ apikoplastu v ruduchách a představují tak práci zcela zásadní pro pochopení evoluce výtrusovců, jedné z nejnebezpečnějších linií parazitů člověka.

 

Kontaktní osoba (jméno, telefon, e-mail): Miroslav Oborník, 387775428, obornik@paru.cas.cz

 

 

Dvě navazující studie jako první na kontinentální úrovni odlišily význam ekonomických, geografických a klimatických faktorů pro biologické invaze (zavlékání druhů mimo oblast jejich původního výskytu) v suchozemském i sladkovodním prostředí. Zahrnutí výskytu několika skupin organismů (rostlin, hub, bezobratlých živočichů a obratlovců) v 55 evropských regionech přineslo robustní výsledky platné napříč taxonomickými skupinami. Ukázalo se, že demografické a ekonomické faktory hrají při biologických invazích mnohem důležitější úlohu než místní klimatické poměry či geografické podmínky. Míra zasažení evropských regionů invazními druhy nejvíce závisí na lidské populační hustotě a ekonomické prosperitě země, vyjádřené jako kumulativní národní bohatství (obr. BU_2c_2a). Tuto makroekonomickou proměnnou jsme použili, protože je založena na kumulovaném kapitálu, který odráží ekonomickou historii daného regionu, a je tudíž vhodnější pro podchycení trendů v biologických invazích, které jsou samy výsledkem dlouhodobých procesů; předchozí studie vesměs vysvětlovaly dlouhodobou historickou akumulaci invazních druhů pomocí současných ekonomických parametrů. Rozhodující vliv ekonomických faktorů odráží význam intenzity mezinárodního obchodu, který je jedním z hlavních vektorů biologických invazí, a míry narušení krajiny lidskou činností, které umožňuje invazním druhům v dotyčném regionu zdomácnět. Většina invazních druhů, které dnes působí problémy, však byla do Evropy zavlečena před mnoha desetiletími. To se odráží v tom, že současná distribuce druhové bohatosti invazních druhů v evropských zemích je lépe vysvětlitelná ekonomickými parametry z počátku 20. století, než současnou výkonností ekonomik. Vytváří se „invazní dluh“, což znamená, že důsledky současné ekonomické aktivity pocítíme v plné míře až v budoucnosti. Tato zjištění jsou významná pro politiku přístupu k biologickým invazím v Evropě a jejich budoucí management. Evropa potřebuje zlepšit monitoring zavlékání invazních druhů a vhodným krokem by bylo omezení či regulace, nebo alespoň důslednější kontrola určitých typů importovaného zboží. K tomu lze využít znalosti toho, jak jednotlivé ekonomické činnosti souvisejí se zavlékáním konkrétních skupin invazních organismů; například regulace mezinárodního obchodu s doma chovanými zvířaty by přispěla k omezení počtu invazních obratlovců, zatímco zaměření na dopravní infrastruktury by mohlo pomoci omezit počet zavlékaných druhů hmyzu či rostlin.

 

Regresní strom vyjadřující vliv statisticky signifikantních parametrů na standardizované počty nepůvodních druhů hub, rostlin, bezobratlých a obratlovců. Nejvíce invadovány jsou regiony s populační hustotou přesahující 91 obyvatel/km² a národním bohatstvím (Wealth) přesahujícím ca 250 tis. USD/hlavu. Regiony spadající do skupin vymezených terminálními nody jsou označeny kódy anglických názvů. Převzato z Pyšek et al., Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 107: 12157–12162, 2010.

 

Spolupracující subjekt: členové mezinárodních konsorcií projektů DAISIE a ALARM (Environment Agency Austria, Vídeň, Rakousko; UFZ Halle-Leipzig, Německo; Lincoln University, Nový Zéland)

 

Kontaktní osoba (jméno, telefon, e-mail): Petr Pyšek, 271015266, pysek@ibot.cas.cz

 

 

Kniha představuje současný přehled mikrobiálních zoonóz a sapronóz člověka. Lze ji použít jako učebnici nebo příručku v mikrobiologii a medicínské zoologii pro studenty humánní i veterinární medicíny, včetně studentů doktorských programů, dále pro badatele v oboru biomedicíny, a pro specialisty i praktické lékaře. Je poněkud překvapivé, že se stále objevuji nové, mnohdy závažné zoonózy a sapronózy, které mohou být buď doposud neznámé (např. SARS, virózy Hendra a Nipah, hantavirový plicní syndrom), nově objasněné (lymská borrelióza, anaplasmóza), vracející se (západonilská horečka v Evropě), se zvyšující incidencí (salmonelóza po roce 1988, kampylobakteróza), geograficky expandující (západonilská horečka v Americe), s měnícím se okruhem hostitelů či vektorů, s měnící se klinickou manifestací nebo vyvolané mikroby kteří získali rezistenci na antibiotika. Souhrně jsou tyto nákazy označovány jako „(re)emergentní“, a zhruba 75% z nich představují právě zoonózy a sapronózy (zbytek jsou antroponózy). Počet známých zoonóz a sapronóz stále roste − dnes je jich známo přes 800. V úvodní části knihy jsou stručně charakterizovány infekční a epidemický proces, popsány environmentální faktory ovlivňující šíření zoonóz a sapronóz, možnosti jejich epidemiologické surveillance a kontroly. Důraz je kladen na ekologické aspekty těchto nákaz (hematofágní vektoři a jejich bionomie; obratlovčí hostitelé zoonóz, biotopy agens a jejich zeměpisné rozšíření, přírodní ohniskovost nákaz). Jednotlivé zoonózy a sapronózy jsou pak charakterizovány krátkými odstavci, popisujícími taxonomii a nomenklaturu původce; zdroj lidské nákazy; onemocnění zvířat; způsoby přenosu nákazy; onemocnění člověka; epidemiologii; diagnostiku onemocnění; léčbu; a geografickou distribuci.

Hubálek, Z. - Rudolf, I.: Microbial Zoonoses and Sapronoses. Dordrecht, Heidelberg, London, New York: Springer, 2011. 457 s. ISBN 978-90-481-9656-2.

 

Mikrobiální zoonózy a sapronózy (obal knihy)

Kniha představuje recentní přehled mikrobiálních zoonóz a sapronóz.

 

Kontaktní osoba (jméno, telefon, e-mail): Zdeněk Hubálek, tel. 519352961, zhubalek@brno.cas.cz

 

 

Pomocí molekulárně dynamických simulací a kalorimetrie jsme zkoumali a popisovali vazbu L-argininu na argininový represor ArgR. Naše výsledky popisují strukturní a termodynamické chování symetrického relaxovaného stavu

predpovězeného alosterickým modelem Monoda, Wymana, a Changeuxe. Tento relaxovaný stav je získán s využitím dynamiky struktury a distributivní povahy své kohezivní volné energie. Příklad ArgR ukazuje, že symetrie se může vytvořit i když se vazebná místa plní postupně, což nebylo předpovezeno. Zde popsaný molekulární mechanismus ani neupřednostňuje ani neupozaďuje vedeni alosterického signálu přes protein, což může znamenat, že vázání volných aminokyselin je novy "vynález" v evoluci alosterie.

 

Spolupracující subjekt:  Princeton Univ, Dept Chem, Princeton, NJ 08544 USA, Acad Sci Czech Republic, Dept Struct & Funct Prot, Inst , Univ S Bohemia, Inst Phys Biol, Nove Hrady, Czech Republic, Coll New Jersey, Dept Biol, Ewing, NJ USA, Med Univ Vienna, Dept Med Chem, Vienna, Austria

 

Kontaktní osoba (jméno, telefon, e-mail): Ettrich R., 608522558, ettrich@nh.usbe.cas.cz

 

 

Pohyby, fúze a uzavírání epiteliálních tkání jsou zásadní pro vývoj živočichů, např. během embryogeneze, ale také při hojení jizev. Moucha octomilka, Drosophila melanogaster, poskytuje několik modelových příkladů takových epiteliálních pohybů a fúzí. Zajímavým případem je formování zadečku (abdomenu) dospělé mouchy. Během metamorfózy muší larvy v dospělce zanikají velké larvální epidermální buňky (LEC). Ty musí epitel opustit a vytvořit tak místo pro nové buňky (histoblasty), které se rychle dělí a migrují, dokud neobsadí celý povrch abdomenu; poté vytvoří kutikulu dospělce. Regulace této složité výměny buněčných populací není jasná. Vědělo se, že celý proces, stejně jako metamorfózu ostatních tkání, stimuluje steroidní hormon ekdyson, a že odstranění LEC vyžaduje změny cytoskeletu závislé na signální dráze Rho. Překvapivě jsme zjistili, že protein Atf3, transkripční faktor z rodiny bZIP, hraje v metamorfóze abdomenu roli. Aktivita genu atf3 musí být během výměny buněčných populací potlačena, jinak Atf3 zablokuje odstranění LEC z epitelu tím, že interferuje se signalizací Rho a zvyšuje tak soudržnost LEC. Tyto staré larvální buňky pak brání uzavření epitelu dospělce. K tomuto účinku Atf3 nutně vyžaduje svého vazebného partnera, známý onkoprotein Jun. Ačkoli interakce těchto dvou důležitých regulačních proteinů byla dobře známa ze studií na buněčných liniích, naše výsledky poprvé prokázaly vývojovou funkci komplexu Atf3-Jun in vivo. Studii jsme publikovali ve spolupráci s naší bývalou studentkou, nyní vedoucí laboratoře v Kolíně nad Rýnem, M. Uhlířovou, v časopise Development s ilustrací na přední straně.

 

Náhrada buněk larvální epidermis během metamorfózy

Náhrada buněk larvální epidermis (velké buňky) novými buňkami dospělce během metamorfózy mouchy Drosophila vyžaduje potlačení aktivity genu atf3.

 

Spolupracující subjekt: Department of Biomedical Genetics, University of Rochester, Medical Center, Rochester, NY 14642, USA

 

Kontaktní osoba (jméno, telefon, e-mail): M. Jindra, 387775232, jindra@entu.cas.cz

 

Mezi základními díly české botanické literatury představuje devítisvazková Květena České republiky dosud nejrozsáhlejší encyklopedicky pojaté dílo hodnotící flóru tohoto území. Je to komplexní kriticky taxonomické a chorologické zpracování s karyologickou, ekologickou a cenologickou charakteristikou jednotlivých druhů. Osmý svazek Květeny (Obr_BU_2c_1a) zahrnuje pro území České republiky první monografické zpracování rodu Taraxacum (se 179 druhy) a dále je zahrnuto 27 čeledí jednoděložných se 75 rody a 199 číslovanými druhy. Z rozsáhlejších čeledí jsou zastoupeny např. Potamogetonaceae, Liliaceae, Orchidaceae, Iridaceae, Convallariaceae a Hyacinthaceae. Autorsky se na svazku podílelo 29 autorů, text je doplněn 104 celostránkovými tabulemi (1).

 

Květena České republiky 8

 

Kontaktní osoba (jméno, telefon, e-mail): Jitka Štěpánková, 271015252, stepankova@ibot.cas.cz

 

 

Dvě klíčové skupiny mikrobů ze skupiny Betaproteobacteria - Limnohabitans a Polynucleobacter - byly identifikovány jako jedny z nejdůležitějších ve sladkovodním bakterioplanktonu. Byly nalezeny téměř všude, byla popsána jejich abundance, distribuce, preference pro různé typy habitatů a rozdíly v asimilaci substratů. Poprvé byl také izolován a popsán rod Limnohabitans a čtyři jeho druhy. V návaznosti na úspěšnou izolaci byly provedeny pokusy dokazující separaci ekologických nik mezi blízce příbuznými druhy rodu Limnohabitans a vliv predace prvoky a virové lyze na růst těchto bakterií. U druhu Polynucleobacter necessarius byla poprvé u sladkovodních bakterií popsána ekologická diferenciace, umožňující osídlení silně kontrastních habitatů. Navíc se nám podařilo popsat a definovat ekotypy bakterií tohoto důležitého klastru, které ačkoliv fylogeneticky příbuzné, vykazují velké rozdíly v preferenci habitatů, ekofyziologii a odpovědích na měnící se podmínky prostředí (Obr.2).

 

Ekologická diferenciace uvnitř P. n. asymbioticus

(A)Fylogenetický strom 152 kmenů bakterie P. n. asymbioticus, skupiny bakterií (celkem 13) jsou označeny různými barvami. (B) Relativní detekce různých skupin na gradientu vzrůstajícího pH na celkem 121 habitatech. (C) Graf vodivosti versus pH na 121 habitatech. (D) Diversita P. n. asymbioticus vypočítaná pomocí Shannonova indexu.

 

 

Spolupracující subjekt: Institute of Limnology, Austrian Academy of Sciences, Mondsee, Mondsestrasse 9, Austria, Dr. Martin Hahn

Kontaktní osoba (jméno, telefon, e-mail): Jan Jezbera, 387 775 841, jan.jezbera@hbu.cas.cz

 

 

Hostitelsko-parazitické vztahy jsou v typickém případě charakterizovány rychlou evolucí adaptací parazita k využívání hostitele a protiadaptacemi hostitele zmírňujícími následky parazitce. Aktuální vztah koevolučního soupeření je odrazem historie vzájemných interkací a relativní početnosti parazita a hostitele. Náš výzkum zahrnoval studium reciprokého vztahu mezi sladkovodní rybou hořavkou a mlži z čeledi velevrubovití v oblastech, kde se setkali poměrně nedávno (střední Evropa) a kde se společně vyskytují po dobu více než 2 mil. let (Turecko). Hořavky parazitují mlže kladením jiker do žaberní dutiny a larvy mlžů naopak parazitují ryby. Zjistili jsme, že preference hořavek ve vztahu k mlžům souvisí se současnou lokální početností jednotlivých druhů hostitelů a ne s historií výskytu. Jednotlivé ryby nebyly v preferencích konzistentní, což omezuje vznik hostitelsky specifických linií hořavek. V oblasti dlouhodobého společného výskytu vyvinuli mlži účinné protiadaptace ke snížení parazitace hořavkami, naopak ve střední Evropě hořavky využívají evolučně naivní mlže s nevýraznými obrannými mechanismy.

Bryja, J. - Smith, C. - Konečný, A. - Reichard, M.: Range-wide population genetic structure of the European bitterling (Rhodeus amarus) based on microsatellite and mitochondrial DNA analysis. Molecular Ecology. Roč. 19, č. 21 (2010), s. 4708-4722.

 

Spolupracující subjekt: University of St Andrews, Spojené království, Istanbul University, Turecko, Mugla University, Turecko

Kontaktní osoba (jméno, telefon, e-mail): Martin Reichard, 543422522, reichard@ivb.cz

 

 

Invazní druhy jsou důležitou součásti globálních změn a jejich zavlékání přispívá ke snižování biodiverzity, degradaci ekosystémů a zhoršení služeb těmito ekosystémy poskytovaných. Současný výzkum se začíná více orientovat na poskytnutí podkladů pro management invazních druhů; objevují se nové způsoby popisování a hodnocení důsledků biologických invazí a jejich vyčíslení. Hodnocení rizik, management vektorů a způsobů zavlékání, včasná detekce nových druhů a rychlá reakce na začínající invaze jsou postupy, které mohou přispět ke zmírnění důsledků invazí. Evropa se stala prvním kontinentem, pro který byly ekologické důsledky invazí kvantifikovány; negativní impakt je v literatuře dokumentován pro 1094 druhů invazních rostlin, obratlovců a bezobratlých živočichů v suchozemském, sladkovodním i mořském prostředí, ekonomický pro 1347 druhů. Tato data umožnila srovnat jednotlivé taxonomické skupiny z hlediska závažnosti impaktu a vyhodnotit, jak invazní druhy ovlivňují fungování ekosystémů. Největší důsledky mají invaze suchozemských rostlin a obratlovců. Měřeno pomocí ekosystémových funkcí, suchozemští obratlovci vykazují největší počet různých typů impaktu. Jedním z konkrétních důsledků biologických invazí je homogenizace flóry jednotlivých oblastí Evropy. V důsledku lidské aktivity docházelo ve složení biologických společenstev ke dvěma procesům – vymírání původních a zavlékání nepůvodních druhů. Oba tyto procesy ovlivňují jak taxonomickou (tedy počet druhů), tak fylogenetickou (jejich příbuzenské vztahy) diverzitu evropské flóry. Invaze jsou mnohem častější než extinkce a souhrnným působením obou procesů sice došlo v Evropě za posledních několik století ke zvýšení taxonomické diverzity, avšak snížení fylogenetické diverzity v jednotlivých regionech. Současně však došlo k taxonomické i fylogenetické homogenizaci, neboť jednotlivé oblasti jsou si svojí flórou navzájem čím dál podobnější (Obr_BU_2c_4a). Mnoho evropských regionů tak již zčásti ztratilo svoji floristickou jedinečnost a tento proces bude pokračovat i nadále. Studie ukazuje, že biodiverzitu je třeba hodnotit nejen počtem druhů, ale i jejich fylogenetickou příbuzností.

 

Změny ve vzájemné taxonomické (ß_tax) a fylogenetické (ß_phyl) podobnosti evropských regionů za posledních 500 let. ß diverzita vyjadřuje nepodobnost, signifikantní výsledek srovnání minulého a současného stavu v levé dolní oblasti grafu tedy odráží, že kombinovaným důsledkem obou procesů, vymírání původních a zavlékání nepůvodních druhů, je taxonomická a fylogenetická homogenizace (vzájemná nepodobnost se snížila: ß_{tax (current total flora)} < ß_{tax (original flora)} a ß_{phyl (current total flora)} < ß_{phyl (original flora)}). Current native flora = současné původní rostlinné druhy Evropy, tedy bez druhů vymizelých; current total flora = současné původní plus nepůvodní (zavlečené druhy); original flora = původní druhy včetně vyhynulých. Převzato z Winter et al., Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 106: 21721–21725, 2010.

 

Spolupracující subjekt: členové mezinár dních konsorcií projektů DAISIE a ALARM (UFZ Halle-Leipzig, Německo; Lincoln University, Nový Zéland; Estación Biológica de Doñana, Španělsko); Centre for Invasion Biology, Stellenbosch, Jižní Afrika

Kontaktní osoba (jméno, telefon, e-mail): Petr Pyšek, 271015266, pysek@ibot.cas.cz

 

 

Jde o první práci ukazující zda a jak se mění vodivost mezofylu (g_m) pro CO₂ na úrovni celého porostu rostlin. Ukázali jsme, že g_m za normálních okolností není příliš citlivá na změny atmosférické koncentrace CO₂ (c_a) ale při půdním suchu simulovaném přidání abscisové kyseliny reaguje citlivě na c_a: zvyšuje se při nízké a snižuje při vysoké c_a. Výsledky jsme srovnávali s našimi předchozími měřeními na úrovni listu.

 

Spolupracující subjekt: Technická univerzita v Mnichově; Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích

Kontaktní osoba (jméno, telefon, e–mail): Jiří Šantrůček, 387772353, jsan@umbr.cas.cz

 

 

Polyploidizace je důležitým mechanismem sympatrické speciace u rostlin. Stále ale víme málo o tom, zda polyploidizace rostlin může vést ke změně hostitele hmyzu, a zda tato nová interakce ovlivňuje stanovištní nároky a selekci druhových vlastností rostlin. Studovali jsme herbivorii bejlomorky Dasineura cardaminis, která tvoří hálky v květních pupenech, u tetraploidních a octoploidních jedinců byliny Cardamine pratensis. Bejlomorka napadala pouze oktoploidní rostliny a přesazovací pokus potvrdil tuto preferenci. Míra napadení herbivorem byla vyšší v zastíněných, vysoce propojených populacích a populacích podél potoků. V rámci populací, později kvetoucí jedinci s více květy byli napadáni častěji. Tvorba hálek snížila produkci semen a průkazně ovlivnila genotypickou selekci určující počet květů. Naše výsledky ukazují, že zvýšení ploidního stupně rostliny může vést ke změně hostitele hmyzem a že ploidie rostliny dokáže vysvětlit výskyt herbivorů. U nově vytvořených polyploidů může nová interakce s herbivorem změnit stanovištní preference a selekci druhových vlastností a ovlivnit další evoluci daných cytotypů (8).

 

Spolupracující subjekt: Stockholm University, Sweden

Kontaktní osoba (jméno, telefon, e-mail): Zuzana Münzbergová, 271015456, zuzmun@natur.cuni.cz

 

 

Některé druhy netopýrů, které zimují v Severní Americe, v posledních letech hromadně hynou do takové míry, že do dvou desetiletí by mohli z rozsáhlých oblastí na severovýchodě Spojených států úplně vymizet. Tento jev provází syndrom bílého nosu. Napadení netopýři mají v okolí čenichu a na křídlech porost mikroskopické houby Geomyces destructans. V roce 2009 byla tato houba prokázána i v Evropě. Všichni netopýři ale byli živí, a tak se předpokládalo, že smrtící syndrom bílého nosu se v Evropě nevyskytuje a nakažení netopýři představují ojedinělé případy. V roce 2010 jsme nalezli více míst, kde se nakažení netopýři vyskytovali, než rok předtím. Na archivních fotografiích se ojediněle objevovali netopýři s bílými skvrnami na křídlech nebo s chomáčkem bílé plísně na čenichu již od roku 1995, ale letos jsme zaznamenali až čtrnáct procent jedinců s viditelnou bílou plísní na těle. Potvrdili jsme, že se jedná o G. destructans u čtyř druhů netopýrů na lokalitách v České a Slovenské republice. Statistický model pro netopýra velkého ukázal dlouhodobý nárůst početnosti populace, který zahrtnuje také období posledních dvou let. Mortalitu netopýrů v důsledku této geomykózy nelze vyloučit, ale pokles početnosti u běžných druhů ve střední Evropě zatím není průkazný.

 

Příznaky infekce Geomyces destructans podle Martínková et al. 2010. Plos ONE

A) Netopýr velký, zimující v Javoříčských jeskyních v roce 1997 (Foto: Jiří Šafář).

B) Poškození pokožky netopýra velkého ze štol Malá Amerika, Karlštejn v roce 2010, na kterém byla nalezena houba Geomyces destructans (Foto: Ivan Horáček).

 

Početnost populace netopýra velkého na 106 zimovištích v České (A) a Slovenské republice (B).

Statistický model ukazuje nárůst početnosti populace a předpověď, že i v posledních letech je trend zachovalý.

 

 

Spolupracující subjekt: Institute of Biostatistics and Analyses, Masaryk University, Brno; Department of Biology and Ecology, Matej Bel University, Banska Bystrica, Slovakia; Department of Botany and Zoology, Masaryk University, Brno; Agency for Nature Conservation and Landscape Protection of the Mariánské Lázně; Department of Zoology, University of South Bohemia, České Budějovice; Department of Forest Protection and Game Management, Czech University of Life Sciences Prague; Praha; Department of Zoology, Faculty of Science, Charles University in Prague, Praha; Agency for Nature Conservation and Landscape Protection of the Praha, Department of Botany, Faculty of Science, Charles University in Prague, Praha; University of Veterinary Medicine and Pharmacy, Košice, Slovakia; Department of Landscape Ecology, Comenius University, Bratislava, Slovakia; Miniopterus - Principal Organization of the Slovak Union for Nature and Landscape Conservators, Bratislava, Slovakia; Agency for Nature Conservation and Landscape Protection of the Karlovy Vary; Agency of Nature Conservation and Landsape Protection of the Czech Republic, Olomouc; Department of Ecology and Environmental Science, Palacky University, Olomouc; 18 Institute of Biology and Ecology, P. J. Šafárik University, Košice, Slovakia; ZO ČSS 7-01 ORCUS Bohumín, Czech Speleological Society, Bohumín

Kontaktní osoba (jméno, telefon, e-mail): Natália Martínková, 606 124 586, martinkova@ivb.cz

 

Schopnost fenotypu odpovědět na změnu prostředí (fenotypová plasticita) patří k hlavním pilířům současné evoluční teorie. Velikost a směr plastické odpovědi organismu nejenom ovlivňuje rychlost adaptivní genetické změny, ale také představuje, pomocí genetické asimilace, další zdroj dědičné fenotypové proměnlivosti. Základní podmínkou adaptivní fenotypové plasticity je přítomnost podnětů prostředí, které umožňuje spolehlivě předpovědět budoucí podmínky. Analýza dlouhodobých časových řad teplot v přirozeném prostředí semiakvatických ektotermů, čolků horských, ukázala překvapivě vysoký podíl předpověditelné proměnlivosti jak ve vodním, tak i v suchozemském prostředí (citace 1,2). Tyto výsledky ukazují, že (1) teplotní prostředí čolků splňuje základní předpoklad pro přesgenerační adaptivní termální plasticitu zprostředkovanou teplotními preferencemi samic pro ovipozici a (2) absence vratné plastické odpovědi ve vodním prostředí je spíše důsledkem ekologicky nerealistických podmínek během experimentů, než nepřesných teplotních podnětů. To poskytuje nejenom důležitou zpětnou vazbu pro další vývoj teorie termální adaptace, ale i robustní základ pro odhad adaptivní kapacity ohrožených druhů obojživelníků vůči klimatickým změnám.

 

Kontaktní osoba (jméno, telefon, e-mail): Lumír Gvoždík, 568422763, gvozdik@brno.cas.cz

 

 

Noční proudění vzduchu uvnitř dostatečně mocné a husté korunové vrstvy porostu, situovaného blízko horského hřebene, je zkoumáno na základě měření na Bílém Kříži, Česká republika. Toto stanoviště je charakterizováno mladým porostem smrku ztepilého na svahu se sklonem 13° a prouděním vzduchu téměř výhradně vzhůru či dolů po svahu. Korunová vrstva porostu dosahuje k povrchu země. V noci zpravidla dochází z rozdílnému proudění ve dvou vrstvách. Zatímco proudění nad porostem má nejčastěji směr po svahu nahoru a přes hřeben, proudění ve spodní korunové vrstvě má směr po svahu dolů (katabatické proudění). Toto proudění může změnit směr po svahu nahoru, pokud rychlost větru nad porostem překročí určitý limit. V případě, že vzhledem ke směru větru se jedná o závětrný svah, proudění nad porostem i v korunové vrstvě mají obvykle směr po svahu dolů, ačkoli opačný směr proudění ve spodní korunové vrstvě je občas také pozorován, což je doprovázeno velkým smykovým napětím (třecí rychlostí) nad porostem. Výskyt opačných proudění není limitován obdobími východu či západu slunce.

Ve zjednodušeném modelovém přístupu k dynamice nočního proudění vzduchu v korunové vrstvě nespárovaného s prouděním nad porostem se předpokládá lokální rovnováha pouze dvou protichůdných hnacích sil – jedna indukovaná negativním vztlakem (díky radiačnímu ochlazování korunové vrstvy), druhá gradientem hydrodynamického tlaku (vyvolaného prouděním přes hřeben) – a brzdicí síly korunové vrstvy. Diagnostický model dává realistické hodnoty hlavních hnacích sil pro stanoviště Bílý Kříž, i směr (vzhůru, resp. dolů po svahu) a rychlost proudění v korunové vrstvě, které souhlasí s měřeními. Model přispívá k lepší interpretaci experimentálních výsledků, které jsou v souladu se současnými publikacemi týkajícími se proudění přes zalesněné kopce. Znalost chování proudění v korunové vrstvě a stupeň jeho nespárování s prouděním nad porostem je potřebná pro stanovení podílu advekce na bilanci CO2 na zalesněných svazích a pro analýzy footprintu při měření toků CO2.

Spolupracující subjekt: Ústav fyziky atmosféry AV ČR, Univ Sci Agron Gembloux, Belgium

Kontaktní osoba (jméno, telefon, e-mail): pavelka.m@czechglobe.cz

 

 

Původ allohexaploidního druhu Elymus repens byl studován pomocí sekvencí tzv. multi-copy („internal transcribed spacer“ ribozomální DNA, ITS) a single-copy (granule-bound starch synthase I, GBSSI) DNA markerů a genomické a fluorescenční in situ hybridizace (GISH, FISH). Navzdory značné homogenizaci ITS sekvencí jsme pomocí ribozomální DNA identifikovali minimálně čtyři linie potenciálních předků druhu E. repens, odpovídající zástupcům jak v rámci Triticeae (Pseudoroegneria, Hordeum), tak mimo Triticeae (Panicum – Paniceae, Bromus – Bromeae). Sekvenování genu GBSSI potvrdilo přítomnost donorů Pseudoroegneria a Hordeum, vedle těchto však ukázalo na další dva: jeden odpovídal dnešnímu druhu Taeniatherum caput-medusae, sekvence druhého bohužel ve fylogenetické analýze nekorespondovaly s žádným diploidním genomem v rámci Triticeae a je tedy zatím neznámý. Výsledky GISH vcelku potvrdily výsledky dosažené pomocí sekvenačních markerů a umožnily kvalitativně i kvantitativně posoudit příspěvky jednotlivých donorů: genom E. repens obsahuje dva subgenomy Pseudoroegneria a jeden Hordeum. Kromě toho byl detekován segment chromozómu odpovídající donoru Panicum. Tento segment se nacházel na subgenomu Hordeum a zřejmě se do genomu E. repens dostal již s tímto subgenomem, nikoliv tedy až po vzniku hexaploidního E. repens. Výsledky GISH naznačily, že přítomnost genetického materiálu odpovídajícího donorům Taeniatherum a Bromus je spíše důsledkem společného předka, případně dávné introgrese, než recentní hybridizace a polyploidizace. Fyzické mapování ribozomálních lokusů pomocí FISH odhalilo dynamiku ribozomálních lokusů, kdy všechny lokusy, s výjimkou jednoho, se nacházely v subgenomu Pseudoroegneria. V závěru práce je nastíněn a diskutován hypotetický vznik studovaného allohexaploidního druhu E. repens (obr.BU_2c_3a). Původ druhu E. repens tak zřejmě zahrnoval jak recentní polyploidizace, tak starší hybridizace, případně introgrese (4).

 

Genomická kompozice a evoluce alohexaploidního druhu Elymus repens (Poaceae)

 

Dva hypotetické způsoby vzniku hexaploidního druhu Elymus repens, odvozené na základě výsledků ITS a GBSSI sekvencí a in situ hybridizace. Pseudoroegneria a Hordeum představují hlavní genomické konstituenty, kromě nich byly v genomu E. repens nalezeny sekvence odpovídající zástupcům rodů Panicum, Bromus a Taeniatherum. Tyto pravděpodobně představují dávné introgrese. Další donor v rámci Triticeae zatím zůstává neidentifikován. Příspěvky hlavních genomických konstituentů jsou znázorněny plnou čarou, hypotetické introgrese přerušovanou čarou. a – vznik druhu E. repens hybridizací tetraploidního druhu Elymus s genomickou konstitucí StH s diploidním druhem Pseudoroegneria a následnou duplikací chromozómové sádky. b – vznik druhu E. repens splynutím neredukované (2n) gamety tetraploidního druhu Pseudoroegneria a redukované (n) gamety allotetraploidního druhu Hordeum. Převzato z Mahelka & Kopecký, Molecular Biology and Evolution 27: 1370–1390, 2010.

 

Spolupracující subjekt: Centrum regionu Haná pro biotechnologický a zemědělský výzkum, Institut experimentální botaniky, Olomouc

Kontaktní osoba (jméno, telefon, e-mail): Václav Mahelka, 271015243, mahelka@ibot.cas.cz