Seznam anotací:
1. Stabilita klimatu ve Francii během posledního interglaciálu (BÚ)
2. Využití kokálních zelených řas při paleoekologické rekonstrukci (BÚ)
3. Řasy a sinice v extrémním prostředí (BÚ)
4. Dlouhodobé zotavování středoevropských horských ekosystémů z acidifikace (HBÚ)
5. Evoluce apikoplastu (PAÚ)
6. Imunitní odpověď na infekci mikrosporidiemi (PAÚ)
7. Studium diverzity rybích hlístic (Nematoda) neotropické oblasti (PAÚ)
8. Nový geografický gradient v populační dynamice hrabošovitých hlodavců (ÚBO)
9. Vybrané aspekty koevoluce mezi hnízdním hostitelem a jeho parazitem (ÚBO)
10. Kinetická zobrazovací fluorometrie rostlin (ÚEK)
11. Stresový koncept a možnosti jeho využití pro studium krajinných změn (ÚEK)
12. Studium globálních trendů v přeměně půdní organické hmoty (ÚPB)
13. Role půdních bezobratlých při rozkladu spadaného listí v listnatém lese (ÚPB)
6.1. Stabilita klimatu ve Francii během posledního interglaciálu.
Poslední interglaciál (127-110 000 let) je považován za významnou analogii k současnému interglaciálnímu období, k Holocénu, což nám pomáhá porozumět současnému vývoji klimatu. Zatímco v Evropě se v holocénu klima zdá být poměrně stabilní, variabilita klimatu během posledního interglaciálu zůstávala dlouho málo známá, protože rekonstrukce na základě výsledků z vrtů věčným ledem, z kontinentálních záznamů a z vrtů mořskými sedimenty dávaly protichůdné výsledky. Naše výsledky představují zcela nový postup založený na porovnání výsledků z různých oborů z analýz jezerních naplavenin. Výzkum byl založen na izotopech kyslíku z křemičitých schránek rozsivek, na souborech rozsivek a na pylových indikátorech klimatu ze sedimentu starého kráteru sopky u Ribains ve Francii. Ve srovnání s předchozími studiemi naše výsledky ukazují že teplé interglaciální klima nebylo přerušeno studeným výkyvem. Místo toho bylo objeveno rané teplotní maximum s přechodem ke studenějšímu klimatu asi v polovině sekvence. Konec interglaciálního období je charakterizován zřetelnou a náhlou změnou ve všech zastoupených datech. Výsledky potvrzují, že jihozápadní Evropa v posledním interglaciálním období byla klimaticky stabilní a pravděpodobně reprezentuje obdobu současného klimatu.
Rioual, P., Andrieu-Ponel, V., Rietti-Shatti, M., Battarbee, R., Beaulieu, J.-L. de, Cheddadi, R., Reille, M., Svobodová, H. & Schemesh, A.: High resolution record of climate stability in France during the last interglacial period. - Nature 413: 293-296 (2001). - Shemersh, A., Rietti-Shatti, M., Rioual, P.,Battarbee, R., Beaulieu, J.-L. de, Reille, M., Andrieu, V. & Svobodová, H.: An oxygen isotope record of lacustrine opal from a European Maar indicates climatic stability during the last interglacial. - Geophysical Research Letters 28: 2305-2308 (2001).
6.2. Využití kokálních zelených řas při paleoekologické rekonstrukci
Sladkovodní zelené řasy r. Pediastrum zahrnují přes 20 druhů, které jsou rozšířeny po celém světě. Mají různé geografické rozšíření a většinou velmi vyhraněnou závislost na prostředí. Další jejich významnou vlastností je, že mají tzv. sporopoleninové buněčné stěny, které jsou různě strukturované a velice odolné vůči vnějším vlivům. Proto zůstávají zachovány v sedimentech vodních nádrží a v rašelinných sedimentech. To umožňuje jejich využití v palynologii a v paleobotanice, kde pomocí resistentních zbytků pylových zrn aj. organizmů v sedimentech je možno rekonstruovat vývoj rostlinné vegetace v určitém území. V sedimentech vodních nádrží a mokřadních biotopů je málo zbytků místní mikroflóry (pylová zrna mohou být vždy přenášena větrem) a proto zbytky řas jsou pro tuto práci velice důležité. Rod Pediastrum je pro tento účel zvláště vhodný, avšak plné využití je umožněno až monografií J. Komárka a V. Jankovské, ve které jsou zpracovány druhy celého světa. Práce obsahuje podrobný morfologický popis sporopoleninových zbytků stěn umožňující determinaci všech druhů a je tedy nezbytnou pomůckou pro všechny paleobotanické rekonstrukce založené na analýze sedimentů bývalých i současných vodních nádrží a jiných mokřadních biotopů. Zvláštní pozornost byla věnována i vývojovým vztahům mezi fosilními a současnými druhy. Publikační výstup umožní rozvoj nové disciplíny, "paleoalgologie", v rámci oboru paleobotanika-paleoekologie
Komárek, J. & Jankovská, V.: Review of the green algal genus Pediastrum: implication for pollen-analytical research. - Bibliotheca Phycologica, 108, J. Cramer, Berlin-Stuttgart, 127 pp. (2001) [četné mikrofoto.].
6.3. Řasy a sinice v extrémním prostředí
Jedním ze současných cílů mezinárodního výzkumu je zkoumání možnosti existence života mimo naši planetu, předpokládaně ve velmi extrémních typech prostředí. Jedním z přístupů je studium fototropních organismů, řas a cyanobakterií (sinic) v extrémních podmínkách na Zemi. Jako završení tohoto směru výzkumu u nás, proběhla v Třeboni, spoluorganizována třeboňskou částí BÚ, konference na toto téma za velké pozornosti světové algologické komunity, a vyšla publikace vybraných statí shrnujících naše znalosti. Sedm ze 34 příspěvků pochází z pera pracovníků BÚ. Řasy a sinice byly studovány např. v polárních vodách tajících ledovců v nejsevernější Kanadě, ba dokonce v polárním aeroplanktonu. Jiným extrémním prostředím bohatým na sinice jsou horké karlovarské prameny. Studium dalších extrémních prostředí (např. s redukovaným nebo extrémním ozářením, v půdách, ve vysychavém prostředí) ukazují nesmírnou proměnlivost limitujících faktorů života řas a sinic v mezních situacích, ale i širokou škálu ekobiologických, fyziologických a molekulárně biologických odpovědí řas na život v extrémním prostředí.
Elster, J., Seckbach, J., Vincent, W.F. and Lhotský, O. (eds.): Algae and extreme environments. Ecology and Physiology (Proceedings of the International Conference 11.-16. September 2000, Třeboň, Czech Republic) Nowa Hedwigia, Beiheft, 123: 1-602 (2001). - Elster, J., Svoboda, J. & Kanda, H.: Controled environmental platform used in temperature manipulation study of a stream periphyton in the Ny-Alesund, Svalbard. - In: Elster, J., Seckbach, J., Vincent, W. & Lhotský, O. (eds.), Proceedings of international conference - Algae and extreme environments - ecology and physiology, Nova Hedvigia, Beiheft 123: 63-75 (2001). - Kubečková, K., Elster, J. & Kanda, H.: Periphyton ecology of glacial and snow-fed streams, Ny-Alesund, Svalbard: the influence of discharge disturbances due to sloughing, scraping and peeling. - Ibidem, 123: 139-170 (2001). - Komárek, O. & Komárek, J.: Two year phytobenthos investigation of Petrified Forest Creek at maritime Antarctic King George Island - preliminary study. - Folia Fac. Sci. Nat. Univ. Masarykianae Brunensis, Geographia 25: 103-110 (2001). - Villeneuve, V., Vincent, W.F. & Komárek, J.: Community structure and microhabitat characteristics of cyanobacterial mats in an extreme high Arctic environment: Ward Hunt Lake (lat. 82.8 N). - In: Elster, J., Seckbach, J., Vincent, W. & Lhotský, O. (eds.), Proceedings of international conference - Algae and extreme environments - ecology and physiology, Nova Hedvigia, Beiheft, 123: 199-223 (2001). - Komárek, O. & Komárek, J.: Contribution to the taxonomy and ecology of green cryosestic algae in the summer season 1995-96 at King George Island, S. Shetland Islands. - Ibidem, 123: 121-140 (2001). - Kvíderová, J. Lukavský, J.: A new unit for crossed gradients of temperature and light. - Ibidem, 123: 539-548 (2001). - Masojídek J., Pechar L., Koblížek M., Adamec L. & Komenda J.: Affinity of surface phytoplankton populations to high irradiance in hypertrophic fishponds: implications of the competition between chlorococcal algae and cyanobacteria. - Ibidem, 123: 255-274 (2001). - Kaštovský J. et Komárek J.: Phototrophic microvegetation of thermal springs in Karlovy Vary, Czech Republic. Ibidem, 123: 107-120 (2001).
6.4. Dlouhodobé zotavování středoevropských horských ekosystémů z acidifikace
J. Kopáček, J. Vrba, J. Hejzlar a V. Straškrabová.
Dlouhodobé sledování šumavských a tatranských jezer poskytuje překvapivý obraz dopadu rozvoje naší civilizace na zdánlivě nedotčenou přírodu horských oblastí. V průběhu 20. století zde vzrostl téměř čtyřnásobně atmosférický spad síry a dusíku a způsobil okyselení půd a vodstva s tragickými důsledky pro řadu organismů - z jezer vymizely ryby, většina planktonních korýšů a část druhů hmyzu. Během 90. let nastal ve znečištění ovzduší obrat a depozice klesly u síry na úroveň z počátku a u dusíku na úroveň z 50. let minulého století. Současný pokles koncentrací síranů a toxických forem hliníku v povrchových vodách Šumavy a Tater je nejvyšší v Evropě a světově zcela ojedinělé je snížení koncentrací dusičnanů. Rychlost, velikost a plošný rozsah těchto změn vytvořil ze Šumavy a Tater unikátní "zkumavku", která může zodpovědět strategické ekologicko-ekonomické otázky boje s kyselými dešti: "Do jaké míry je nutno dále snižovat emise síry a dusíku?" a "Jak rychlé a úplné bude dosažené zotavení?" Dosavadní výsledky ukazují, že i přes značnou rychlost jsou změny chemismu okyselených povrchových vod a půd horských ekosystémů významně opožděny za změnami v atmosféře. Biologické zotavování těchto ekosystémů je pak opožděno ještě více a první náznaky pozitivních změn byly v šumavských jezerech pozorovány až po více než desetiletí chemického zotavování.
1. Kopáček, J., J. Hejzlar, E. Stuchlík, J. Fott, J. Veselý, 1998. Reversibility of acidification of mountain lakes after reduction in nitrogen and sulphur emissions in Central Europe. Limnol.Oceanogr., 43: 357-361.
2. Kopáček, J., E. Stuchlík, V. Straškrabová, P. Pšenáková, 2000. Factors governing nutrient status of mountain lakes in the Tatra Mountains. Freshwater Biology 43: 369-383.
3. Vrba J., J. Kopáček, J. Fott. 2000. Long-term limnological research of the Bohemian Forest lakes and their recent status. Silva Gabreta 4: 7-27.
4. Kopáček, J., J. Veselý, E. Stuchlík, 2001. Sulphur and Nitrogen Fluxes and Budgets in the Bohemian Forest and Tatra Mountains during the Industrial Revolution (1850-2000).Hydrol. Earth System Sci. 5(3): 391-405.
5. Prechtel, A., C. Alewell, M. Armbruster, J. Bittersohl, J. Cullen, C. Evans, R. Helliwell, J. Kopáček, A. Marchetto, E. Matzner, H. Meesenburg, F. Moldan, K. Moritz, J. Veselý, R.F. Wright, 2001. Response of sulfur dynamics in European catchments to decreasing sulfate deposition. Hydrol. Earth System Sci. 5(3): 311-325.
6. Evans, C.D., J. M. Cullen, C. Alewell, A. Marchetto, F. Moldan, J. Kopáček, A. Prechetel, M. Rogora, J. Veselý, R.F. Wright, 2001. Recovery from acidification in European surface waters. Hydrol. Earth System Sci. 5(3): 283-297.
7. Kopáček, J., E. Stuchlík, J. Veselý, J. Schaumburg, I. C. Anderson, J. Fott, J. Hejzlar, J. Vrba, 2002. Hysteresis in reversal of Central European mountain lakes from atmospheric acidification. Water Air Soil Pollut., in press
8. Curtis, C.J., A. Barbieri, L. Camarero, M. Gabathuler, J. Galas, K. Hanselmann, J. Kopáček, R. Mosello, U. Nickus, N. Rose, E. Stuchlík, H. Thies, M. Ventura, R.F. Wright, 2002. Application of static critical load models for acidity to high mountain lakes in Europe. Water Air Soil Pollut., in press.
9. Stuchlík, E., P. Appleby, P. Bitušík, C. Curtis, J. Fott, J. Kopáček, M. Pražákova, N. Rose, O. Strunecký, R.F. Wright, 2002. Reconstruction of long-term changes in lake water chemistry, zooplankton and benthos of a small, acidified high-mountain lake: MAGIC modelling and palaeolimnological analysis. Water Air Soil Pollut., in press.
10. Vrba, J., J. Kopáček, J. Fott, L. Nedbalová, L. Kohout, M. Pražákova, T. Soldán, J. Schaumburg, Long-term (1871-2000) lake research in the Bohemian Forest (Central Europe) covering periods of atmospheric acidification and present recovery from acid stress. Sci. Total Environ., submitted (September 2001).
6.5. Evoluce apikoplastu
Oborník M, Hypša V, Frickey T, Šlapeta JR, Lukeš J
Prvoci kmene Apicomplexa, mezi které patří například původci malárie a toxoplasmózy, obsahují kromě mitochondrie také neobvyklou multimembránovou organelu plastidového původu - apikoplast. Tento redukovaný plastid nemá fotosyntetickou funkci, jako je tomu u rostlin, ale přesto je pro svého hostitele - parazitického prvoka - nepostradatelný. U původce malárie jsou apikoplast a mitochondrie v těsné blízkosti, téměř fyzickém kontaktu, během celého životního cyklu parazita. Navíc lze v buňce nalézt pouze jeden plastid a jednu mitochondrii. Zároveň obě tyto organely nesou nejmenší známé organelární genomy.
Fylogenetická analýza apikoplastových genů kódujících ribozomální proteiny L2, L14 a S12 odhalila jejich silný mitochondriální signál. Sekvence těchto genů je neobvyklá a obecně náchylná ke vzniku artefaktů při fylogenetické analýze. Příbuznost těchto apikoplastových genů s obdobnými geny z mitochondrií však byla potvrzena i fylogenetickými metodami vytvořenými pro odhalení takových artefaktů, včetně nové metody zohledňující saturaci aminokyselin. Na základě těchto analýz byla formulována hypotéza o přenosu těchto genů z mitochondrie do apikoplastu. Tato hypotéza předkládá zcela nový pohled na evoluci organel v buňce a může přinést i nové přístupy v boji proti parazitickým prvokům kmene Apicomplexa.
Reference:
Oborník M, Van de Peer Y., Hypša V, Frickey T, Šlapeta JR, Meyer A, Lukeš J (2002). Phylogenetic analyses suggest lateral gene transfer from the mitochondrion to the apicoplast. Gene (in press
6.6. Imunitní odpověď na infekci mikrosporidiemi
Kopecký J., Braunfuchsová P., Salát J.
Mikrosporidie jsou jednobuněční intracelulární paraziti, kteří jsou důležitými původci oportunních infekcí u imunodeficientních hostitelů např. u pacientů s AIDS. Studium imunitní odpovědi na mikrosporidiovou infekci je významné z hlediska možné imunoterapie pacientů.
Imunitní odpověď byla studována na modelu infekce imunokompetentních myší a myší s těžkou kombinovanou imunodeficiencí (SCID) mikrosporidiemi Encephalitozoon cuniculi a E. intestinalis. Zatímco imunokompetentí myši byly mechanismy adaptivní imunity ochráněny před rozvojem infekce, SCID myši, kterým chybí T a B lymfocyty, infekci podlehly. U imunokompetentích myší BALB/c byla po infekci prokázána zvýšená produkce IFN-g, která korelovala s aktivitou přirozených zabíječů - NK buněk. Ovlivnění makrofágů IFN- g in vitro vedlo k inhibici množení parazita v těchto buňkách.
V pokusech in vitro se podařilo prokázat specifickou cytotoxickou aktivitu CD8+T lymfocytů proti infikovaným syngenním makrofágům.
Adoptivní přenosy imunity naivními splenocyty z imunokompetentních myší na myši SCID prokázaly zásadní význam CD8+ T lymfocytů v ochraně hostitele proti intraperitoneální infekci E. cuniculi. K aktivaci CD8+ T lymfocytů docházelo i bez kostimulačního signálu CD4+ T lymfocytů. Při perorální (přirozené) infekci E. cuniculi a E. intestinalis ochránily SCID myši před rozvojem letální infekce i splenocyty bez CD8+T lymfocytů.
Ze získaných výsledků vyplývá rozhodující význam buněčné imunity v obraně proti mikrosporidiové infekci. Zatím co při intraperitoneální infekci se uplatňují zejména CD8+ cytotoxické T lymfocyty, po infekci per os jsou významné obě hlavní subpopulace (CD4+, CD8+) T lymfocytů.
Publikace:
Braunfuchsová P., Salát J., Kopecký J. 2001. CD8+ T lymphocytes protect SCID mice against Encephalitozoon cuniculi infection. Int. J. Parasitol. 31: 681-686.
Salát J., Braunfuchsová P., Kopecký J. 2001. Experimental infection of immunocompetent and immunodeficient mice with Encephalitozoon cuniculi. Folia Parasitol. 48: 249-254.
Salát J., Braunfuchsová P., Kopecký J. 2001. Role of CD4+ T lymphocytes in protection of mice against Encephalitozoon intestinalis infection. Parasitol. Res. accepted.
6.7. Studium diverzity rybích hlístic (Nematoda) neotropické oblasti
Moravec F., Caspeta-Mandujano J. M.
Neotropická oblast představuje unikátní biogeografický komplex známý svou druhovou bohatostí a rozmanitostí flóry a fauny. V posledních letech se ale zejména v důsledku lidské činnosti přírodní prostředí v této oblasti rychle mění a mnohé pozoruhodné ekosystémy jsou ohroženy. Pro mnohé živočišné druhy tak existuje reálné riziko, že tyto budou vyhubeny dříve než se je podaří objevit a popsat, případně získat údaje o jejich biologii. Přestože rybí hlístice jsou velmi významné i z veterinárního a lékařského hlediska, dosavadní znalosti o nich jsou spíše fragmentární.
Studium obsáhlých materiálů rybích hlístic zejména z oblasti Jižní Ameriky a jižního a středního Mexika přineslo kromě prioritních výsledků o morfologii včetně ultrastruktury, hostitelské specifičnopsti a rozšíření těchto rybích patogenů též objev a ustavení 17 pro vědu nových druhů, 3 rodů (Paraseuratoides, Neophilometroides a Beaninema) a 1 podčeledi (Neophilometroidinae) těchto parazitů a umožnilo rozpracování taxonomie některých skupin a vyřešení existujících taxonomických problémů. Práce podstatně přispěly k poznání do té doby málo známé fauny rybích hlístic Mexika, tvořícího rozhraní mezi Neotropickou a Nearktickou oblastí, a potvrdily značný endemismus těchto parazitů v dané oblasti.
Zásadním přínosem je prostudování vývojového cyklu hlístice Rhabdochona kidderi, nejčastějšího parazita ryb v této oblasti, a zjištění, že mezihostiteli jsou nymfy jepic r. Tricorythodes. Důležité poznatky byly získány o sezonních cyklech výskytu a dospívání některých rybích helmintů, které představují vůbec první údaje v tomto směru z tropické oblasti. Prioritní poznatky byly získány o helmintofauně mexického endemického krokodýla C. moreletii na Yukatánu (většina jeho parazitů se vyvíjí přes ryby).
Nedávný výzkum v mexickém státě Tabasco vedl k objevu nového druhu trichineloidní hlístice rodu Cystoopsis z kůže kostlínů Atractosteus tropicus; jediný dosud známý zástupce tohoto rodu, představující samostatnou čeleď Cystoopsidae, byl znám z eurasijských a severoamerických jeseterů. Kostlíni, kteří v daném regionu patří mezi nejčastěji konzumované ryby, byli poprvé zjištěni jako hostitelé larev rodu Gnathostoma, které jsou přenosné na lidi, u nichž vyvolávají těžké parazitární onemocnění - gnathostomózu.
Z Jižní Ameriky (Brazílie, Guiana) byly prostudovány materiály kosmocerkoidních a oxyuroidních hlístic za sladkovodních ryb (obě skupiny jsou v rybách zastoupeny jen v tropických oblastech), což vedlo k objevu a popisu 3 pro vědu nových pozoruhodných druhů (Myleusnema brasiliense, Ichthyouris ovifilamentosa a Spiroxyuris annulata) z piraní a cichlid.
(GA AV ČR A6022901)
Publikace:
Caspeta-Mandujano J. M., Moravec F., Salgado-Maldonado G. 2001: Two new species of rhabdochonids (Nematoda: Rhabdochonidae) from freshwater fishes in Mexico, with a description of a new genus. J. Parasitol. 87: 139-143.
Moravec F., Huffman D. G. 2001: Observations on the biology of Rhabdochona kidderi texensis, a parasite of North American cichlids. J. Helminthol. 75: 197-203.
Moravec F., Thatcher V. E. 2001: New oxyurid nematodes of the genera Ichthyouris and Spinoxyuris from South American freshwater fishes. Folia Parasitol. 48: 311-320.
Moravec F., Salgado-Maldonado G., Cabanas-Carranza G. 2001: New observations on Vasorhabdochona cablei (Nematoda: Rhabdochonidae) with remarks to the family Rhabdochonidae. Helminthologia 38: 231-235.
6.8 Nový geografický gradient v populační dynamice hrabošovitých hlodavců
Pro některé obratlovce jsou charakteristické víceleté cykly kolísání populační početnosti. Příčina a význam tohoto jevu jsou stále předmětem rozsáhlých diskusí. Významnou otázkou je souvislost amplitudy a periodicity cyklu s geografickou polohou území, na kterém cyklické populace žijí.
Analýzou 29 časových řad indexů hustot hraboše polního (Microtus arvalis) z Polska, České republiky a Slovenské republiky jsme prokázali existenci nového geografického gradientu v dynamice populací drobných hlodavců. Tento gradient se šíří od severních stabilních populací na baltském pobřeží v Polsku k proměnlivějším a cykličtějším populacím na jižním Slovensku. Má tedy opačný směr než dříve popsaný gradient ve Skandinávii, kde cykličnost roste směrem na sever. Všechny studované proměnné (průměrná relativní hustota, proměnlivost v hustotě a regresní koeficienty autoregresního modelu 2. řádu) vykazují konzistentní latitudinální proměnlivost. Za klíčový prvek při vysvětlování pozorovaného gradientu považujeme sezónnost prostředí.
Tkadlec, E., Stenseth, N.C.: A new geographical gradient in vole population dynamics. -
Proc. R. Soc. Lond. B, 268: 1547-1552 (2001).
6.9. Vybrané aspekty koevoluce mezi hnízdním hostitelem a jeho parazitem
Hnízdní parasitismus ptáků představuje unikátní model pro studium principů koevoluce. U koevolučního páru hnízdní parazit - hostitel přírodní výběr neustále vytváří nové adaptace a protiadaptace, které mohou být ve vhodných případech snadno kvantifikovatelné. Jednou z významných adaptací u hnízdního parazita je neobvyklá pevnost jeho vejce, která významně omezuje možnost rozbití a následného odstranění vejce hostitelem z jeho hnízda.
Studovali jsme mechanismy adaptace u hnízdního parazita, které umožňují líhnutí mláďat z neobvykle pevných vajec. Jako modelový druh byla vybrána kukačka obecná (Cuculus canorus). Srovnáním s druhem, jehož vejce byla stejné velikosti, jsme zjistili, že u mláďat kukačky obecné se objevilo několik morfologických adaptací, které spolu s unikátním způsobem " rozrušení" vaječné skořápky líhnutí umožňují. K významným morfologickým adaptacím patří délka paže, tvar, velikost a lokalizace vaječného zubu, který slouží k "rozrušení" skořápky u ptáků obecně. Vlastní "rozrušování" vaječné skořápky potom probíhá zcela unikátním a u ptáků dosud nepopsaným způsobem - skořápka je líhnoucím mládětem systematicky vaječným zubem prolamována po jejím obvodu a to pouze jedním směrem.
Honza, M., Picman, J., Grim, T., Novák, V., Čapek, M., Mrlík, V. : How to hatch from an egg of great structural strength. A study of the Common Cuckoo. - J. Avian Biol. 32: 24-255 (2001).
6.10. Kinetická zobrazovací fluorometrie rostlin
Laboratoř aplikované fotobiologie ÚEK ve spolupráci s českým výrobcem vědeckých přístrojů výrazně přispěla k celosvětovému rozšíření kinetické zobrazovací fluorometrie rostlin. Rychlé změny kvantového výtěžku fluorescenční emise chlorofylu rostlin odrážejí změny v účinnosti fotochemické přeměny slunečního záření i některé regulační pochody. Zachycení těchto změn v sekvenci obrazů fluorescenční emise umožňuje odhalení heterogenity rostlinného materiálu, což je nesmírně důležité například při vyhledávání mutantů rostlin na základě jejich funkční odlišnosti. Rovněž byla demonstrována možnost včasné lokalizace plísňové infekce ovoce. Podařilo se rozšířit meze uplatnění této techniky od mikroskopických rozměrů umožňujících sledovat chování jednotlivých chloroplastů až po úseky malého porostu. Zavedení nové techniky bylo publikováno v roce 2001 v 5 vlastních publikacích v mezinárodních časopisech a v mnoha konferenčních příspěvcích a v tisku je jedna knižní kapitola zahraniční monografie. Neméně významným příspěvkem je, že nová technika byla uplatněna již i v několika dalších českých laboratořích, kde napomohla k dosažení široce publikovaných výsledků včetně jedné práce v Science. V zahraničí je technika využívána nejvíce v Německu, USA a v Japonsku a to, jak na základě přímé spolupráce, tak i na základě publikací. S přímou podporou Laboratoře zobrazovacích technik je nová metoda zaváděna v Biosphere 2 komlexu Columbia university v Arizoně a na Univerzitě Ludwiga-Maxmiliana v Mnichově. Metodě bylo věnováno monotématické číslo mezinárodního časopisu vydané v roce 2001. Ve spolupráci s Columbia University bude v Nových Hradech v roce 2002 uspořádán workshop "Kinetic Fluorescence Imaging of Plants". Tyto výsledky byly dosaženy v těsné součinnosti s komerčním sektorem, která se nyní rozšiřuje i do oblasti aplikací v lékařství, kosmetice a v přesném zemědělství.
Nedbal L., Soukupová J., Kaftan D., Whitmarsh J. and Trtílek M. (2000): Kinetic imaging of chlorophyll fluorescence using modulated light.
Photosynthesis Research. 66: 3-12.
6.11. Stresový koncept a možnosti jeho využití pro studium krajinných změn
V rámci výzkumného záměru, který řeší sektor krajinné ekologie "Kulturní krajina střední Evropy: dynamika změn a perspektivy jejího vývoje v evropském kontextu" jsme se pokusili o ověřování stresového konceptu. Stresový koncept byl formulován v zoologii (Selye, 1952; Brett, 1958; Bayne, 1959; Meier, 1979), v ekologii rostlin (Canon, 1939; Levitt, 1972) eventuálně v kombinaci obou pojetí (Larcher, 1988; Manion, 1981; Money, 1991) nebo v environmentálním pojetí (Grime, 1979), to vše na úrovni organismů. Také na vyšších ekologických úrovních - na úrovni ekosystému - dochází k aplikaci stresového konceptu (Odum, 1971; Barrett, 1976; Franz, 1981). Na úrovni krajinného systému je doposud aplikace stresového konceptu velmi problematická a nejasná. Jeden z možných přístupů je využití pojmu ekologická stabilita (např. Míchal, 1994; Forman and Godron, 1986; Jeník, 1990).
Pokusili jsme se o netradiční pohled na strukturální a funkční změny v krajině jako na následek obecně pojatého stresu ekosystému krajina. Popsali jsem různé ekosystémy v české krajině, kde probíhají naše empirické projekty, a jejich změny jako výsledky stresových faktorů. Aplikace sahala od lesních ekosystémů až po systémy sociální (sídelní, historický vývoj krajinných struktur).
Ukazuje se, že mnoho změn se dá popsat pomocí stresového konceptu s využitím příslušné terminologie. Pro aplikaci na úrovni krajiny jsou však stávající pojetí stresu nedostatečná, jsou vpodstatě monodiscipinární, zatímco systém krajiny a náš pokus o aplikaci je interdisciplinární až trans-disciplinární. Avšak obecné principy prokazují vysokou platnost při aplikaci na všechny popsané ekosystémy. Jednotlivé fáze popsané v populační ekologii (Begon et al.) by mohly být modifikovány na úrovni krajiny a jejich pomocí je možné do určité míry předpovídat trajektorii chování celého složitého krajinného systému.
Ekológia (Bratislava), Vol. 20, No.1., monografie pod redakcí Pavel Cudlín a Jan Těšitel, 21 autorů a spoluautorů z ÚEK, 12 studií.
6.12. Studium globálních trendů v přeměně půdní organické hmoty
Pro odhad vlivu globálních klimatických změn na tok uhlíku v terestrických ekosystémech je nezbytná znalost mechanismů přeměny půdní organické hmoty (POH) a změn v jejím obsahu. Procesy přeměn POH jsou široce studované a popsané, ale pouze na regionální úrovni. Chybí data, která by pomohla objasnit interakce mezi procesy určujícími přeměny POH na úrovni globální. Ta musí být získána jednotnými metodickými přístupy ze stanovišť reprezentujících spektrum půdně klimatických podmínek na Zemi.
Proto jsme zkoumali celkové zásoby uhlíku a mikrobiálního uhlíku, respiraci a izotopovou skladbu různých složek POH v půdách přirozených ekosystémů v různých klimatických regionech Austrálie, Kanady a Ruska. Naše výsledky ukázaly, že: 1) pro porovnání zásoby C a procesů přeměn POH je vhodnější jednotný odběr vzorků z vrstev 0-5 a 5-30 cm než klasický odběr podle půdních horizontů, 2) primárním faktorem ovlivňujícím zásobu C a jeho přeměny v půdě je půdní textura, 3) izotopové složení půdní organické hmoty je ovlivněno převládajícím charakterem biologických přeměn uhlíku v půdě, a 4) odhad obratu a izotopového složení POH je vhodnější provádět na základě měření respirace než na základě měření mikrobiálního uhlíku.
Webster, E.A., Hopkins, D.W., Chudek, J.A., Haslam, S.F.I., Šimek, M., Picek, T.: The relationship between microbial carbon and the resource quality of soil carbon. - Journal of Environmental Quality 30: 147-150 (2001).
Bird, M.I., Šantrůčková, H., Loyd, J., Lawson, J.: The izotopic composition of soil organic carbon on a latitude transect in Western interior Canada. - European Journal of Soil Science (in press).
Bird, M.I., Šantrůčková, H., Arneth, A., Grigoriev, S., Gleixner, G., Kalaschnikov, Y.N., Lloyd, J., Schulze, E.D.: Soil carbon inventories and carbon-13 on a latitude transect in Siberia. - Tellus (in press).
6.13. Role půdních bezobratlých při rozkladu spadaného listí v listnatém lese
Rozklad odumřelé rostlinné hmoty představuje jeden z nejdůležitějších procesů toku hmoty a energie v suchozemských ekosystémech. Půdní larvy much z čeledi muchnicovitých jsou hojné listnatých lesích. Jejich trávicím traktem projde velké procento ročního objemu listového opadu. Ve střevech larev se tato potrava chemicky i mechanicky mění. Tato činnost může být velmi významná z hlediska dynamiky půdní organické hmoty a tvorby půd, například při rekultivaci oblastí poškozených těžbou uhlí.
Podrobně jsme prozkoumali změny listového opadu při průchodu střevem trávícím traktem dvou druhů těchto much. Zjistili jsme, že larvy upřednostňují jako potravu listy částečně rozložené s bohatým nárůstem mikroorganismů. V jejich střevě převládá extrémně zásadité prostředí se sníženou koncentrací kyslíku. Stravitelné složky potravy jsou napadány trávicími enzymy. Pohlcené mikroorganismy jsou ve střevě také tráveny a složení mikrobiálního společenstva potravy se mění. Bylo zjištěno že ve střevě nedochází k významnému trávení celulózy a nebyla zde prokázána ani přítomnost symbiotických celulolytických mikroorganismů. Exkrementy se chemicky, fyzikální strukturou i druhem a rozsahem mikrobiálního osídlení odlišují od okolní půdy a jejich stálý přísun spolurozhoduje o řadě půdních vlastností.
Frouz, J., Elhottová, D., Šustr, V., Krištůfek, V., Hubert, J.: Compartmentation of larval enzymatic activity and microflora during passage of litter through the gut of saprophagous bibionid larvae Penthetria holosericea. - European Journal of Soil Biology, 2002 (in press).
Šustr, V., Frouz, J.: Activity of carbohydrases in diptera larvae. - European Journal of Soil Biology, 2002 (in press).
