Polární biologie rostlin Ekofyziologie polárních řas a sinic • Psychrofilní - přežijí jen a pouze v chladných teplotách (rozsivky v ledu) • Psychrotrofní - optimální teplota je vyšší, ale jsou schopné růst i v chladu (většina polárních sinic) • Ochranu před mrazem zajišťují osmotika a „anti-freezing proteins" • Pohyblivá stadia mají možnost se na zimu zavrtat • Klidová stadia jsou odolnější při změně podmínek (řasy) • Sliz - pomáhá udržet vodu (sinice) • Nenasycené mastné kyseliny v membránách - funkčnost za nižších teplot • Ochranu před vysokou ozářeností zajišťují karotenoidy - Astaxantin • V extrémním prostředí se lépe daří organismům, které spolupracují (lišejníky) Astaxantin • ochrana fotosyntetického aparátu buňky před účinky nadměrného ozáření - pasivní světelný filtr • ochrana buňky před oxidačním stresem • ochrana buňky před následky zmrznutí (akumulace nepolárního astaxanthinu snižuje obsah vody v buňkách) Lišejníky v polárních oblastech • „Houba, která se věnuje zemědělství" • Nejodolnější fotosyntetizující organismy v polárních podmínkách - až na 86° j.š. • Rostou na skalách a povrchu půdy • Sinicové lišejníky mohou asimilovat vzdušný dusík, rasové mohou přijímat vodu v podobě páry, tripartitní lišejníky mohou obojí • Malé roční přírůstky, malá biomasa (korovité lišejníky jsou nejodolnější, keříčkovité zase nejrychleji rostou) • Potrava pro soby, pro většinu živočichů ale těžko stravitelné Lišejníky vs. teplota Teplota lišejníku může kolísat i o desítky stupňů v jednom dni Fotosyntéza možná i v mrazových teplotách až do -24° C Antarktické lišejníky v suchém (ojediněle i vlhkém!) stavu přežijí ponoření do tekutého dusíku (-196 °C) Přizpůsobení mrazu - podobné, jako u vyschnutí (osmotika, ochranné proteiny), tvorba ledu preferenčně mimo buňky, uvnitř buněk amorfní led -50 -40 -30 -20 -10 0 Temperature (°C) 10 20 30 Teplota lišejníků na slunci Nad trsem Na vrcholu trsu Uvnitř trsu ■S c: co CD c: cp Ô c: Vysychání lišejníků ♦ ♦ ♦ ♦ -40 -30 -20 Water Potential (MPa) -10 t 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 ♦ U. arctica ■ U. hyperborea 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 ♦ U. arctica ■ U. hyperborea 0.2 0.4 0.6 RWC 0.8 1.2 Běžná součást jejich života - lišejníky nemají jak si udržet vodu ve stélce Schopnost fotosyntézy i ve vysokém stupni vyschnutí Ve vyschlém stavu vydrží i desetiletí při zachování životaschopnosti Po ovlhčení obnovení fyziologických funkcí za 10-20 minut Schopnost přijímat vodu i v podobě páry (netýká se sinicových lišejníků) Přizpůsobení - vysoká koncentrace osmotik (cukry, polyoly, prolin, proteiny stabilizující membrány při nedostatku vody Vysychání - terénní měření u Xanthoria elegans Lišejníky vs. záření • K nastartování fotosyntézy stačí málo světla - pod sněhem • Proti nadměrné ozářenosti a UV záření se lišejník brání -melaniny, parietin a kys.usnová v korové vrstvě a xanthofyly ve fotobiontovi • Záření je nebezpečnější ve stavu vyschnutí - častý vznik kyslíkových radikálů. Obrana - odpojení světlosběrných komplexů, antioxidanty, svinutí stélky Místa výskytu mechorostů Fyziologické možnosti mechorostů • Oproti lišejníkům o něco citlivější na mráz (na stanovištích chráněny sněhem), vyschnutí, záření i mechanické poškození. • Dovedou zadržet hodně vody (20x vlastní hmotnost). Odolnost proti vyschnutí má podobné mechanismy, jako I" v ■ w i O isejniku. • Fotosyntéza do -5° C, přežijí měsíce při -60° C Ekologický význam mechorostů © J. Gloser • Vytvářejí velké množství organické hmoty - až 1 m hloubka • Mechoviště jsou prostředím pro růst řas, sinic a hub, stejně jako pro život bezobratlých (vyšší teplota, stálejší vlhkost, živiny) a hnízdění ptáků Vegetační oázy • Místa v polárních oblastech, zejména v Antarktidě, s větším výskytem vegetace • Antarktický poloostrov, pobřeží a ostrovy • Limitující faktory - voda v kapalném stavu, živiny (z trusu a mršin) Ptačí hnízdiště Rozšiřování vegetačních oáz s oteplením Jak se tam dostanou? • Vítr (anemochorie) • Ptáci (zoochorie) • Antarktické mechorosty a vyšší rostliny pravděpodobně nepřežily maximální zalednění -současná vegetace je důsledkem importu z Jižní Ameriky a dalších míst. (často bipolární i kosmopolitní druhy)