Řasy a sinice v polárních ekosystémech P. Sklenář, M. Barták Katedra botaniky PřF UK v Praze Oddělení fyziologie rostlin PřF MU v Brně 142 744 879 Oscillatoria Leptolyngbya Phormidium Bi0321 Polární biologie rostlin Proč studovat polární oblasti? Ø rozloha 84 mil. km2 ~ 16,5% zemského povrchu Ø nejrozsáhlejší ekosystém s převažujícími extrémními podmínkami prostředí Ø vhodné pro studium adaptací organismů na extrémní podmínky Ø extrémní podmínky polárních oblastí mohou sloužit jako model pro hledání mimozemského života (porozumění procesům, které se odehrály na jiných planetám či měsících + základ pro vývoj technologií pro detekci života) Proč studovat řasy a sinice polárních oblastí? Ø klíčová role v ekosystémech - primární producenti Ø vyskytují se ve všech typech polárních ekosystémů, kde často tvoří značnou biomasu Ø adaptace na nejrůznější typy prostředí polárních oblastí Øplasticita – změny morfologických a fyziologických charakteristik v závislosti na typu prostředí Ø modelové organismy pro vysvětlení mechanismů aklimatizace/adaptace na extrémní podmínky Kategorie extrémních podmínek 1)objektivně extrémní, ale stabilní podmínky – organismy žijí na hranici fyziologických možností převažují specialisté – adaptace na extrémní podmínky (sněžné řasy) malé narušení může způsobit zánik společenstva 2)okrajové, nestabilní typy prostředí – výrazné sezónní, případně denní změny podmínek, převažují generalisté – aklimatizace na extrémní podmínky charakteristické jsou náhodné či zřídka se vyskytující podmínky pro optimum metabolismu (perifyton polárních řek a pramenů, kryptoendolitická společenstva pouští) Životní strategie v chladném prostředí Øpsychrofilní (kryofilní) – teplotní optimum < 10°C 2 skupiny druhů Øpsychrotrofní (kryoxenní) – teplotní optimum > 10°C STABILNÍ Typy prostředí polárních oblastí Øledovce – postupná akumulace mikroorganismů ….. jsou určeny rozsahem sezónní a diurnální fluktuace vody a teploty Øpermafrost Øsubglaciální systémy – jezera, ledovcový kras Øtající povrch ledovců – kryokonity, letní průměrná teplota 0°C Øsněhová pole – trvalá či přechodná, kryoseston, Øjezera - nevymrzají až na dno a jsou většinu roku pokryté ledem a stratifikované NESTABILNÍ Typy prostředí v polárních oblastech ….. jsou určeny rozsahem sezónní a diurnální fluktuace vody a teploty Øpolární mokřady – hydroterestrické biotopy společenstva, v zimě vymrzají Øpůda a skály – terestrické biotopy, aerofytická, chasmoendolitická a kryptoendolitická společenstva, voda v tekutém stavu přítomna jen velmi krátkou dobu anebo se nachází ve formě vodních par či vzdušné vlhkosti Ønízká teplota Stresové faktory v polárních oblastech Ødostupnost vody - délka vegetační sezóny, vysychání Østřídání vymrzání a tání Øživinová limitace Øzáření (viditelné, UV) Ønestabilita biotopů včetně mechanické disturbance (vodní a větrná eroze, unášené ledovcové části, atd.) Adaptace sinic a řas na extrémní podmínky polárních a horských oblastí Øsnížení teplotního optima pro růst Øprodukce kryoprotektantů – cukrů, alkoholů, bílkovin (AFPs) Øprodukce karotenoidů (např. astaxanthin) Øvrstevnaté buněčné stěny (sporopolenin), produkce slizu Øbuňky s nízkým obsahem vody Øsložité životní cykly spojené s produkcí „resting stages“ Øschopnost aktivního pohybu (bičíky, Oscillatoriales) Øsymbióza a mutualismus - lišejníky Srovnání Arktida x Antarktida ØSeverní ledový oceán ØAntarktický kontinent Øvlhčí a teplejší – propojenost s Atlantickým oceánem, Golfský proud až 250 mm srážek/rok Øsušší a chladnější Antarktický proud 0 mm srážek/rok (Ross Desert), -88°C (stanice Vostok) Ørozsáhlá odledněná území Ømalá odledněná území Ø100 druhů vyšších rostlin Ø2 druhy vyšších rostlin (Deschampsia antarctica a Colobanthus quitensis) Sněžné řasy 2bd6 Jsou vázány trvla či dočasně na sněhovou pokrývku Jejich teplotní optimum je pod 10 oC Vysoký stupeň adaptace (polyoly, pigmenty, lipidy) V době maximálního rozvoje 105 to 106 cells per mL. Převažujícím rodem je Chlamydomonds (jednobuněčné, dva bičíky) Many of the snow algal species go through a complicated life cycle involving vegetative and or motile cells which are usually green in colour and immotile spores or cysts which may be red, orange or yellow green in colour. The green vegetative cells give rise to green snow and the red and orange snow are generally caused by the spore stages of the snow algae although some snow algae may be red-pigmented in their vegetative state. These pigments protect the cells from high light and UV radiation damage during the summer months. The pigments may take the form of iron tannin compounds, as in M. berggrenii, or orange to red-pigmented lipids as in the majority of the snow algae. Zdroj: www.aad.gov.au/default.asp?casid=2437 Vegetativní stadium versus spory Summer_3 Zdroj: antarcticali.blogspot.com/ picasaweb.google.com/.../1oNmDNiWwAqVPINppwhcBA IMG_4226 Chloromonas nivalis (Chod.) Hoh. et Mull. zygospory = Scotiella nivalis (Shuttleworth) Fritsch Krkonoše rasy_comp Vysoké Tatry Chlamydomonas cf. nivalis (Bauer) Wille Ľadové pleso, 2066 m.n.m. Chlniv KUH det červeny snih LP DSCN3128 DSCN2765 Sněžné řasy: mastné kyseliny • Šumava, 200 m SV od hráze jezera Laka Absorbční spektra vzorků „červeného sněhu“ Ľadové pleso Adaptace: akumulace astaxanthinu [Bidigare et al., 1993] Životní Cyklus sněžných řas obecné schéma Typické ekosystémy •Sněžné řasy •Půdní řasy a sinice (povlaky, biofilmy) •Tekoucí vody •Mokřady •Jezera a krátkodobé rezervoáry •Trvale smáčené stěny •Endolitická vegetace •Zvláštní ekosystémy 539w http://www.boingboing.net/539w.jpg In unusually warm conditions, the hollow tubes provide an excellent home for algae. While the algae is harmless to the bears, it is often a worry to the zoos housing them, and affected animals are sometimes washed in a salt solution, or mild peroxide bleach to make the fur white again. Arktida stáří 3 mil. let otevřenost pro transport energie a genomů rozsáhlá odledněná území Oblast Sezónní teplotní výkyvy Antarktida stáří 25 mil. let malá odledněná území izolovanost Životní strategie vesmír (Europa) Charakter podmínek podle Elster & Benson 2004 Jezero Lachman 2 Green lake, JRI •Jezírka mezi •Lachman •I a II •Nostoc • • •Phormidium • • • •Leptolyngbya • •Pseudophormidium •Calothrix • •Pseudophormidium EUROPA Øpod ledovým povrchem se může vyskytovat oceán kapalné vody, ve kterém by se mohl rozvinout život Øekosystém by se zřejmě podobal pozemským hlubokomořským ekosystémům Ømožný život v prasklinách ledu Arktida stáří 3 mil. let otevřenost pro transport energie a genomů rozsáhlá odledněná území Oblast Charakter podmínek Sezónní teplotní výkyvy Antarktida stáří 25 mil. let malá odledněná území izolovanost Životní strategie vesmír (Mars) vesmír (Europa) MARS Øv současnosti se kapalná voda na povrchu nevyskytuje, pod povrchem možný výskyt ledu Ø na počátku geologického vývoje Marsu pravděpodobně příznivé podmínky pro vznik života, Ømožný objev fosilních mikroorganismů Mars Oddy1upr Desktop Wallpaper-s > Animals > Adelie Penguins in Hope Bay, Antarctica Dámy a pánové, děkuji Vám za pozornost Source: http://wallpaper-s.org/15__Adelie_Penguins_in_Hope_Bay,_Antarctica.htm