Demografie Populací v Ochraně Přírody: Genetická Rozmanitost a Nové Přístupy

Péče o přírodní a krajinné dědictví se od svého počátku věnuje organismům a ekosystémům. Druhová i územní ochrana jsou nezastupitelným přístupem k zachování a zlepšení stavu narušené přírody a krajiny. Genetická rozmanitost bývá přehlížena, ačkoliv právě genetika zažívá bouřlivý rozvoj. Uplatnění genetiky v péči o biodiverzitu vedlo ke vzniku ochranářské genetiky, soustřeďující se na málopočetné populace ohrožených taxonů.

Význam Genetické Rozmanitosti

Genetická rozmanitost představuje rozmanitost v pořadí nukleových bází dědičné hmoty (DNA) a znaků v rámci druhů. Jde o dědičné rozdíly mezi jedinci a populacemi zakódované v DNA. Genetická rozmanitost umožňuje druhům, společenstvům a ekosystémům přizpůsobit se okolnímu prostředí, odolávat negativním vnějším vlivům a rozvíjet se, a zůstává nutnou podmínkou evolučních změn. Navíc pomáhá ekosystémům se po nepříznivých zásazích obnovit a podporuje zachování ekosystémových procesů, funkcí a služeb. Současně poskytuje lidské společnosti řadu možností, jak zvýšit produktivitu zemědělství, lesnictví a rybolovu.

Hnací Síly Úbytku Genetické Rozmanitosti

Hlavní hnací síly úbytku genetické rozmanitosti zahrnují rozpad, poškozování, ničení a ztrátu biotopů, nadměrné využívání populací lidmi a změny podnebí. Všechny uvedené činitele mohou snižovat jak početnost populací, tak zmenšovat jimi osídlený prostor. Méně početné populace ztrácejí rozmanitost dědičné hmoty rychleji než početnější. Nižší genetická variabilita určité populace nebo druhu zvyšuje pravděpodobnost jejich vymření.

Genetický Drift a Příbuznost

V dlouhodobě málopočetných nebo geograficky izolovaných populacích přírodní výběr neprobíhá v takovém rozsahu jako u početných. Vysvětlení jevu nazývaného genetický drift musíme hledat v tom, že se právě v nich mnohem více uplatňuje obyčejná náhoda. Opět přitom platí, že čím je početnost populace nižší, tím bývá vliv náhody výraznější. Protože celý genofond čítá v takovém případě poměrně málo alel, do hry vstupují i takové alely, které by v početnější populaci neměly šanci se uplatnit.

Snižující se početnost a s ní klesající genetická proměnlivost s sebou přináší další zákonitost: v obdobné populaci se zvyšuje genetická příbuznost jedinců. Jinými slovy, roste v ní pravděpodobnost, že potomek od obou rodičů dostane stejnou variantu daného genetického znaku a s ní i nepříznivé mutace, které se u něj na rozdíl od běžné situace v této kombinaci projeví, a to někdy hodně drsně. Úmrtnost potomků příbuzných rodičů bývá často o 30-40 % vyšší než u nepříbuzných, a i když přežijí, vyznačují se nižší zdatností, horším zdravím, omezenější schopností čelit nemocem a změnám prostředí a u živočichů absencí některých prvků chování: v neposlední řadě trpí nižší plodností nebo neplodností.

Čtěte také: Demografie v Ochrane Přírody

Efekt Hrdla Láhve

V některých případech vede náhlý pokles početnosti k výraznému snížení genetické rozmanitosti, přičemž populace nevymře a postupně se obnovuje. Nicméně rozrůzněnost jejího genofondu již obvykle zůstává nízká, a to se všemi dopady, zvláště pokud je izolovaná. Genetici uvedenou situaci trefně popisují jako efekt hrdla láhve nebo efekt úzkého hrdla. Jeho specifický případ nastává, jestliže vzniká nová populace, a to buď přirozenou cestou, kupř. kolonizací, nebo uměle, např.

Minimální Velikost Životaschopné Populace (MVP)

Pokud hodláme udržet určitou populaci životaschopnou dlouhodobě, tedy nejméně 200 let, musí si podržet alespoň 90 % své genetické rozmanitosti. Úbytek genetické proměnlivosti se snižuje, pokud účinná početnost populace (Ne), někdy označovaná i jako efektivní velikost populace, dosáhne více než 1 000 jedinců: přesné číslo ovlivňují specifické charakteristiky biologie příslušného druhu. Účinná početnost populace představuje počet jedinců z určité populace, kteří se skutečně rozmnožují. Je ovlivněna poměrem pohlaví v populaci, kolísáními její početnosti, proměnlivostí počtu potomstva, prostorovou strukturou populace nebo u živočichů hierarchií v rámci society. Účinná početnost populace tak reálně představuje pouze desetinu až třetinu abundance určité populace, zjištěné sčítáním a dalšími metodami terénního výzkumu, kupř. zpětnými odchyty. Aby se zabránilo ztrátě proměnlivosti dědičné hmoty, stabilní populace vyžaduje 3 000-10 000 jedinců (SAFE index, Clements et al.

Cíle Druhové Ochrany

Cílem druhové ochrany zůstává udržení dostatečně početných a tím i geneticky kvalitních populací původních druhů planě rostoucích rostlin a volně žijících živočichů a dalších organismů schopných dlouhodobé samostatné existence v dostatečně velkém a minimálně narušeném prostředí. Četné poznatky z praxe dokazují, že vhodná ochranářská opatření napomáhají zachovat genetickou diverzitu populací cílových taxonů in situ i ex situ. Na mysli máme především zvýšení počtu dlouhodobě životaschopných populací flóry a fauny (Ne>500) mj. podporou výměny jedinců a tím toku genetické informace mezi nimi, kupř. zlepšováním průchodnosti krajiny či omezováním jejího rozpadu (fragmentace).

Historie a Vývoj Ochrany Genetické Rozmanitosti

I když první práce zabývající se genetikou málopočetných populací se objevily už v 60. letech 20. století, za zrod ochranářské genetiky jako samostatného vědního oboru se obvykle považuje teprve uveřejnění článků Otty Frankela (Frankel 1970, 1974). Od té doby urazila ochranářská genetika pozoruhodnou cestu, ale genetická eroze se postupem času stala ještě zásadnějším problémem, než byla začátkem 70. let 20. století. Vždyť u 91 zkoumaných druhů se rozmanitost dědičné hmoty za posledních sto let snížila o 6 %, u ostrovních taxonů dokonce o 28 %. Řada druhů, a to nejen ohrožených, již vlivem působení člověka ztratila nejméně 10 % genetické rozmanitosti.

Ochrana Populací vs. Jedinců

Základní jednotkou druhové ochrany dle aktuálního zákona o ochraně přírody je jedinec. Existence každého jedince jako základní jednotky populace je teoreticky nezbytná pro dlouhodobé přežití druhu. Příkladem rostlinného druhu, kde ochrana na úrovni jedinců dává dobrý smysl, mohou být populace kriticky ohroženého druhu - včelníku rakouského (Dracocephalum austriacum, Dostálek and Münzbergová, 2013). Osud těchto populací zde kriticky závisí na každém jedinci, jehož každoroční produkce semen zaručuje, že se občas, v příznivých klimatických podmínkách, uchytí nový semenáček, který zajistí pokračování populace do budoucna. V tomto případě se proto ochrana jedince jeví jednoznačně jako smysluplný přístup.

Čtěte také: Tkadlec: Populační ekologie

Znalosti životního cyklu druhů však ukazují, že ne každý jedinec v populaci má stejnou váhu. V případě rostlin to může znamenat, že existence dostatečného počtu kvetoucích jedinců ne vždy zaručuje dlouhodobé přežití populace. Pěkným příkladem tohoto jevu jsou populace kriticky ohroženého druhu popelivky sibiřské (Ligularia sibirica, Heinken-Šmídová and Münzbergová, 2012). V populacích bez managementu můžeme najít velké množství bohatě kvetoucích a plodících jedinců. Podrobnou analýzou se však ukazuje, že se tyto populace dlouhodobě zmenšují. Opakem jsou populace s aktivním managementem, zejména sečí, místy doplněné o maloplošné disturbance. Tyto zásahy často likvidují i kvetoucí stvoly a brání tak vzniku nových semen a taky nových jedinců. Tato destrukce však vede k tomu, že na lokalitách vzniká dostatečný prostor pro uchycování semenáčků, jedná se tak o populace dlouhodobě prosperující a tedy velmi životaschopné. Naopak ochrana všech aktuálních jedinců nezaručuje dlouhodobou prosperitu populace.

Dalším možným příkladem druhu, u nějž je smysluplné se soustředit na ochranu populace a nikoliv jedince, podobně jako u výše uvedeného příkladu popelivky sibiřské, jsou populace s velkou dynamikou počtu rostlin v nadzemí. Takovými druhy mohou být krátkověké druhy s vytrvalou semennou bankou či druhy s dormantními vegetativními orgány. U řady takovýchto druhů se setkáváme s velkými fluktuacemi velikostí populací s tím, že v některých letech se na stanovišti nemusí v nadzemí vyskytovat žádní či téměř žádní jedinci. Destrukcí daného místa pak alespoň zdánlivě nedojde k destrukci jedinců, leč dojde k ohrožení životaschopnosti dané populace.

Nové Technologie a Ochrana Přírody

Rozmach technologií umožňuje zavádění genomiky - čili studia téměř veškeré genetické informace jedinců - do ochrany přírody. Genomické metody se rychle rozvíjejí v základním výzkumu, výzva však spočívá v přenosu do praktické ochrany přírody.

Přístupy Ochrany Přírody

Hlavním cílem a tradičním přístupem ochranářské genetiky je zachování co nejvyšší genetické rozmanitosti druhu, odrážející vysoké či stabilní hodnoty velikosti populací. Vysoká genetická rozmanitost teoreticky zvyšuje šanci druhu adaptovat se na nové podmínky. Navíc snižuje možnost, že se v populaci prosadí škodlivé mutace. Jsou však známy i případy, kdy nízká genetická diverzita v málopočetné populaci umožní odstranit škodlivé alely (formy genů), které by se ve velké populaci dlouhodobě udržovaly.

Dalším přístupem ochranářské genetiky je ochrana lokálních populací, kde selekce určité skupiny genů umožnila adaptaci na místní podmínky prostředí. Do těchto populací není vhodné zanášet varianty genů odjinud, k čemuž by mohlo dojít při neřízených repatriacích.

Čtěte také: Více o ekologii populací

Ochrana přírody využívá genetické metody při plánování péče o ohrožené obratlovce, méně často pro rostliny a jejich uplatnění pro bezobratlé je spíše výjimkou. Při ochraně obratlovců se uplatňují odhady efektivních velikostí populací, jejich změny v minulosti, odvození původu jedinců a historie populací např. pro plánované záchranné chovy nebo repatriace. Oproti obratlovcům bývají populace hmyzu početnější a běžně mají mnohem vyšší genetickou variabilitu, která je po nějaký čas zachována i u fragmentovaných populací. Naopak druhy s malou schopností šířit se na nová místa mohou mít sice početné populace, ale zcela izolované od ostatních a mohou být geneticky unikátní.

Monitoring genetické diverzity má být součástí záchranných programů a plánů péče o druhy. Ochranářská opatření se provádějí odborně a s využitím genetické informace, pokud jsou k dispozici, ale jejich účinnost na genetickou strukturu nebývá následně vyhodnocována. Nemáme tak dostatek informací o tom, jak se populace po opatření vyvíjejí. Průběžné genetické monitorování v ochraně hmyzu v podstatě chybí, a to v celoevropském měřítku.

Genetika a Genomika

Klasické genetické přístupy jsou nyní už relativně levné, ale poskytují pouze malou část genetické informace. To může vést ke zkresleným závěrům např. pro odhady efektivní velikosti populace. Klasické sekvenování mitochondriální DNA či několika málo jaderných genů bude i nadále sloužit např. pro rychlé určení druhů, pilotní studie či při zpracování množství vzorků z různých částí areálu. Výhodou je, že pro většinu druhů existují databáze těchto genů. Tyto geny se v průběhu evoluce mění jen pomalu. Proto nejsou užitečné pro sledování genetických změn v malých prostorových a časových měřítkách, např. toku genů v rámci metapopulace nebo adaptace na změny klimatu.

Současné změny genetické diverzity lze sledovat pomocí mikrosatelitů, krátkých opakujících se úseků DNA. Mikrosatelity lze získat také z muzejního materiálu. Genomika naopak využívá sekvenování nové generace umožňující přečíst stovky až tisíce částí genomu (viz Slovník). Pomocí genomiky nyní můžeme řešit různé otázky, které zajímají praktickou ochranu přírody. V současné době probíhají v Evropě první případové studie, které genomiku zavádějí do praxe ochrany druhů. Tomu také donedávna bránila vysoká cena sekvenování nové generace a také nedostatek referenčních a anotovaných genomů (viz Slovník). Cena sekvenování se odvíjí podle velikosti genomu a použité metody a pohybuje se v rozmezí několik set až pár tisíc Kč za jedince. Ceny však průběžně klesají a předpokládá se, že budou klesat i nadále. Pro porovnání, osekvenovat klasickým způsobem jeden krátký úsek DNA stojí kolem 100 Kč.

Vliv Člověka na Strukturu Populací

Genomický výzkum lze využít ke studiu struktury populací, a to i na detailní krajinné škále. Tyto analýzy umožňují získat informace o tom, jak si jsou populace navzájem příbuzné, jak jsou početné, zda a jak moc se míchají, nebo je možné identifikovat bariéry omezující výměnu jedinců mezi nimi.

Významnou výhodu genomiky představuje možnost využití muzejních exemplářů při zjišťování genetické diverzity v minulosti. Klasická sekvenace u muzejních vzorků často selhává, protože DNA v nich bývá rozlámána na kratší úseky. Genomika pak například umožňuje porovnat změny v genetické diverzitě a izolovanosti mezi historickými a současnými populacemi.

Hledání Kryptických Druhů, Specializovaných Populací a Lokálních Adaptací

Ochrana druhové diverzity je obtížná pro kryptické druhy, které nelze podle morfologie snadno rozeznat, ale přitom se mohou lišit svou ekologií. Genomika rozliší nejen kryptické druhy, ale také populace uvnitř druhu nebo lokálně adaptované populace a definuje jednotky ochrany. To nám umožní najít zdroje pro záchranný chov, posílení populace, repatriace na určité lokality, popř.

Genomické metody mohou stanovit, zda se ekologické formy druhů liší i geneticky. Lokální adaptace může odhalit také srovnání populací na klimatických hranicích s populacemi v klimatickém optimu druhu.

Perspektivy a Úskalí Uplatnění Genomiky v Ochroně Přírody

Genomické metody pomohou zjistit příčiny úbytku některých druhů hmyzu, který přežívá již jen v izolovaných populacích. Umožní zjistit dynamiku a propojenost populací v krajině, což usnadní vytvoření sítě vhodných biotopů. V neposlední řadě můžeme podpořit vymírající populace vysazením nových jedinců z vhodné populace. Klima a stanoviště se v současné době mění tak rychle, že translokace získávají v ochraně přírody stále větší význam. Počítá se s využitím řízených kolonizací u některých ohrožených druhů motýlů. Genomika umožní odhadnout počet jedinců cílového druhu nezbytný pro úspěšnou repatriaci.

Identifikace jedinečných populací napomůže obhájit jejich ochranu také vlastníkům pozemků a hospodářům. Využití genomiky v ochraně přírody vyžaduje znalost praktické ochrany přírody, ale zároveň také specifické poznatky ze základního výzkumu. Pracovníci ochrany přírody mohou definovat potenciálně zajímavé otázky a interpretovat výsledky analýz v ekologickém kontextu. Otázky z ochranářské praxe jsou zajímavé i z pohledu základního výzkumu. Vědci mohou zvolit vhodné laboratorní metody, provést analýzu dat, navázat na celoevropské výzkumné iniciativy a publikovat výsledky společně s ochranáři. Hnědásek chrastavcový (Euphydryas aurinia) byl úspěšně zachráněn na jedné lokalitě v Anglii pomocí záchranného chovu a reintrodukce. Genetický monitoring po několika letech ukázal, že se podařila obnovit genetická variabilita populace.

Nález Geneticky Bohaté Populace Užovky Stromové v Severních Čechách

V odlehlém skalnatém meandru řeky Ohře v severních Čechách nalezli vědci překvapivě geneticky bohatou populaci užovky stromové. Dosud neznámou populaci kriticky ohrožené užovky stromové (Zamenis longissimus), navíc s mimořádně vysokou genetickou rozmanitostí, objevili v severních Čechách vědci z Ústavu živočišné fyziologie a genetiky AV ČR ve spolupráci s dalšími specialisty. Užovky této izolované populace náležejí ke dvěma hlavním vývojovým liniím druhu, které se dnes jinde vyskytují zcela odděleně. Tento teplomilný had, známý také jako užovka Aeskulapova, z většiny střední Evropy zmizel před několika tisíci lety. Genetické analýzy odhalily, že část jedinců z této populace patří k západní genetické linii - na rozdíl od všech ostatních populací v Česku, které spadají do linie východní. Nález je vůbec první svého druhu v České republice a teprve druhý v celé Evropě. Podobné genetické spojení bylo dosud známo pouze z jedné lokality v jižním Bavorsku.

Každá z linií užovky stromové se vyvíjela v odlišném prostředí - západní v oblasti s atlantickým klimatem, východní v kontinentální či středomořské Evropě. Jejich současné spojení v jediné populaci může znamenat větší schopnost, aby se přizpůsobila probíhajícím klimatickým změnám. Přírodní výběr totiž může „pracovat“ s genetickým materiálem z obou klimatických zón.

„Je to jako najít živou fosilii - genetickou paměť doby, kdy užovka stromová žila mnohem severněji než dnes, a obě linie se tak mohly potkat. Objev mění dosavadní pohled na izolované populace užovky stromové i dalších ohrožených druhů. Často jsou totiž vnímány jako geneticky chudé a závislé na tzv. genetické záchraně z jiných oblastí. Nyní se však ukazuje, že některé izolované populace mohou být naopak nositeli unikátního genetického bohatství, které se nikde jinde nevyskytuje. „Právě díky své izolaci si některé populace udržují nečekanou genetickou různorodost. Mohou tak fungovat jako přirozené genové banky, které v budoucnu poskytnou cennou genetickou podporou jiným populacím,“ doplňuje Petr Kotlík.

Příklad užovky stromové je důkazem, že i geneticky významné populace mohou dlouho unikat pozornosti a jejich objevení je možné jen díky systematické terénní práci a úzké spolupráci mezi zoology, genetiky a ochranáři. Genetické analýzy provedl tým ÚŽFG AV ČR, ekologicko-ochranářskou část a terénní monitoring zajistila Zoo Praha ve spolupráci se Spolkem Zamenis a Hornickým muzeem Příbram. Výzkum probíhal v rámci sledování stavu biotopů a druhů organizovaného Agenturou ochrany přírody a krajiny ČR (AOPK ČR). Výsledky mají přímý dopad nejen na ochranu kriticky ohrožené užovky stromové, ale mohou ovlivnit přístup k ochraně i dalších druhů, které se s postupujícím oteplováním přesouvají na sever. Pokud krajina nabídne vhodné prostředí a propojené biokoridory, mohou geneticky „správně vybavené“ populace sehrát klíčovou roli v další existenci druhů.

„Naše práce ukazuje, že smysluplná ochrana druhů vyžaduje nejen sledování početnosti populací, ale také hlubší poznání jejich genetické výbavy. Právě ta totiž může rozhodnout o jejich budoucím přežití,“ uzavírá Petr Kotlík.

Lidé a Ochrana Životního Prostředí v České Republice

V České republice se v loňském roce věnovalo problematice ochrany druhů a divočiny 7,6 % obyvatel ČR. Všech lidí, kteří se nějakým způsobem dnes environmentálně angažují, je ale více než 3krát více, 1,42 milionů obyvatel ČR. Jedná se častěji o vzdělanější a starší část populace, s maturitou a vyšším vzděláním. Tito lidé častěji než ostatní čtou a naopak méně sledují televizi. Bydlí častěji v nejmenších obcích, nebo naopak v Praze. Nejvíce lidí se v ochraně životního prostředí angažuje zlepšováním veřejného prostoru a krajiny (22,1 %), a snahou mít čisté řeky, vzduch a prostředí kolem sebe (15,9 %). Kromě péče o okolí se lidé v Česku snaží pomáhat zvířatům v nouzi, ať už se jedná o opuštěná zvířata v útulcích nebo divoká zvířata (10,9 % dotazovaných). Nebo bojovat proti stavbám na určitém území (10 %).

Enviromentální témata obecně mají potenciál oslovit podle výzkumu dalších 11, 9 % populace, přibližně tedy 880 tisíc lidí. Mezi nejaktivnějšími lidmi například velmi silně rezonuje téma zdravých potravin. Podobný potenciál oslovit další sympatizanty má i téma čistoty prostředí (62,6 %) a obecně jeho kvalita (59,7 %). Problematika útulků a záchranných stanic by mohla oslovit téměř polovinu obyvatel (49,7 %), o něco méně ochrana druhů a divočiny (42,3 %). Bez šancí není u veřejnosti ani ochrana klimatu (36,9 %) a práva zvířat ve velkochovech a laboratořích (32,3 %). Méně pak táhnou témata konkrétních lokalit a staveb.

Tabulka: Zapojení obyvatel ČR do environmentálních aktivit

tags: #demografie #populací #v #ochraně #přírody

Oblíbené příspěvky:

• Rozměry dvířek na odpad
• Testujeme 50l koše na odpad
• Význam termodynamických dějů
• O Stvoření Váček
• Česká republika: Znečištění sedimentů v rybnících