Ekologické Niky Sinic

Sinice (Cyanobacteria, ale také Cyanophyta či Cyanoprokaryota, podle nového názvosloví Cyanobacteriota) je kmen nebo oddělení gramnegativních bakterií. Vyznačují se schopností fotosyntézy, při níž vzniká kyslík (tzv. oxygenní typ). Sinice jsou jednobuněčné, zpravidla však žijí v koloniích tvaru kokálních shluků či vláknitých stélek (hormogonií). Nejčastěji jsou modrozeleně zbarvené.

Charakteristika a Struktura Sinic

Jejich buňky jsou v mnohých ohledech typicky prokaryotické: obsahují kruhovou molekulu DNA, bakteriální typ ribozomů a chybí u nich složitější membránové struktury. Fotosyntetická barviva se nachází ve speciálních útvarech, fykobilizomech nebo thylakoidech. K hlavním pigmentům účastnícím se fotosyntézy patří chlorofyl (zpravidla typu a, někdy též b, c nebo d) a dále allofykocyanin, fykocyanin, fykoerythrin a další.

Sinice se vyskytují jako jednotlivé buňky, shluky buněk v koloniích nebo jako vlákna. Jejich stélka se proto obvykle označuje buď jako kokální či trichální. Některé vláknité formy mívají specializované buňky heterocyty (či též heterocysty), ve kterých probíhá fixace vzdušného dusíku, případně akinety, což jsou klidové buňky určené k přetrvání nepříznivých období.

Buňka sinic je prokaryotického typu a obvykle dosahuje velikosti 1-10 mikrometrů, jen vzácně více (např. buňka Chroococcus giganteus má až 60 mikrometrů). Pouhým okem je možné spatřit kolonie sinic.

Sinice jsou do jisté míry gramnegativní bakterie a jako takové Gramovou metodou získávají růžové zabarvení, protože tyto bakterie mají specifický typ buněčné stěny. Sinice jako gramnegativní bakterie mají totiž na povrchu dvě plazmatické membrány (vnitřní a vnější) a mezi nimi poměrně tenkou vrstvu peptidoglykanu (murein), jenž tvoří pevnou složku celé buněčné stěny.

Čtěte také: České supermarkety a bio

Na druhou stranu některé specifické vlastnosti buněčné stěny sinic sinice odlišují od ostatních gramnegativních bakterií, a sinice se tak zdají být směsí vlastností gramnegativní a grampozitivní buňky. Zatímco běžné gramnegativní bakterie mají buněčnou stěnu o šířce jen asi 2-6 nanometrů, u jednobuněčných sinic je to asi 10 nanometrů, u vláknitých sinic 15-35 nanometrů a vzácně až 700 nanometrů (u sinice Oscillatoria princeps).

Obecně mívá fibrilární (vláknitou) strukturu. U sinic nikdy nebyly nalezeny bičíky, přesto se ale mnohé z nich (zejména zástupci řádu Oscillatoriales) dokáží po povrchu aktivně pohybovat. Při pohybu je produkováno velké množství slizu, skutečný hnací motor však představují svazky stažitelných bílkovinných vláken umístěných na povrchu buněk.

V protoplastu (vnitřním prostoru) sinic není v porovnání s eukaryotickými buňkami takové množství organel. Obvykle se rozlišují dva typy cytoplazmy: na povrchu buněk bývá výrazně barevná chromatoplazma, obsahující velké množství fotosyntetických barviv, zatímco uvnitř je centroplazma neboli centroplazmatická oblast, kde převládá sinicová DNA, ribozomy a podobně.

DNA vytváří jedinou kruhovitou molekulu DNA, nazývanou nukleoid, která neobsahuje histony. Velikost genomu se pohybuje od asi 1,7 milionu párů bází (Prochlorococcus) až po asi 8,9 milionu párů bází (Nostoc punctiforme). Zajímavá je skutečnost, že sinice mohou mít více kopií své genetické informace, tzn. nemusí být haploidní. Dodatečný genetický materiál mohou také představovat plazmidy, malé kruhové molekuly DNA.

Další buněčné struktury se vyvinuly u sinic v souvislosti s jejich fotosyntetickým způsobem výživy. Významné jsou zejména thylakoidy, membránou obalené měchýřky uložené podél cytoplazmatické membrány či prorůstající skrz naskrz celou buňkou. Fotosyntéze mimoto pomáhají i tzv. fykobilizomy.

Čtěte také: Jak podporovat projekty

Je známo velké množství taxonů sinic, ale přesný počet nelze zjistit. Kalina a Váňa například uvádí 150 rodů s 2000 druhy s tím, že je tento počet pravděpodobně silně podhodnocený. Někdy se díky značné proměnlivosti (fenoplasticitě) sinic vůbec nepřistupuje k popisování druhů, ale užívají se jen rody. Pro jednotlivé morfologické odchylky v rámci rodu se pak používá termín morfotyp.

Když se díky mikroskopickým a biochemických studiím ukázalo, že jsou sinice jednou z podskupin bakterií, získaly nejen botanické, ale i druhé, bakteriologické názvosloví.

Taxonomie Sinic

Klasifikace sinic je stále v pohybu. Thomas Cavalier-Smith zařadil v roce 2002 oddělení sinic do velké skupiny Glycobacteria a naznačil jejich příbuznost zejména s kmeny Firmicutes a Actinobacteria. Dále dělí sinice na skupiny Gloeobacteria (pro rod Gloeobacter, neobsahující thylakoidy) a Phycobacteria (ostatní sinice včetně prochlorofytů).

Naopak velmi odlišné je pojetí systému sinic v publikaci Bergey's Manual of Systematic Bacteriology. Validitu jmen jednotlivých taxonů zajišťují pravidla Mezinárodního kódu pro názvosloví prokaryot (International Code of Nomenclature of Prokaryotes). Druhou současnou snahou je vedle formální validity taxonů zajistit jejich fylogenetickou přirozenost. Stávající validní vyšší taxony LPSN jsou mnohdy parafyletické a dokonce i polyfyletické.

Metabolismus Sinic

Z metabolického hlediska jsou sinice fototrofní a autotrofní (podobně jako většina rostlin), tedy zkráceně fotoautotrofové. Vyznačují se především fotosyntézou oxygenního typu, při níž je voda donorem elektronů, oxid uhličitý je fixován na organické sloučeniny a jako vedlejší produkt se uvolňuje kyslík.

Čtěte také: Dávkování lignohumátu v ekologickém zemědělství

Centrem fotosyntetických reakcí jsou u sinic tzv. thylakoidy (vyjma primitivní sinice Gloeobacter, která je nemá), tyto struktury totiž obsahují vlastní fotosyntetická barviva, která jsou nutná pro přeměnu světelné energie na chemickou. Přehled fotosyntetických barviv u sinic je skutečně pestrý.

U sinic se vyskytují všechny čtyři známé druhy chlorofylu, tedy nejen a (který má zpravidla roli hlavního fotosyntetického pigmentu), ale u některých zástupců navíc i b, c, nebo d. Chlorofyl b byl nalezen u prochlorofytů (Prochloron, Prochlorococcus, Prochlorothrix), chlorofyl c u některých zástupců rodu Prochlorococcus a chlorofyl d se zdá být hlavním fotosyntetickým pigmentem u sinice Acaryochloris marina.

Ve fykobilizomech bývají obsaženy tři fykobiliproteiny: modrý allofykocyanin a fykocyanin a červený fykoerytrin. Dále jsou v tylakoidech přítomna reakční centra - tzv. fotosystémy I a II. Ve fotosystému II probíhá fotolýza vody za vzniku kyslíku a vodíkového kationtu, který spolu s uvolněnými elektrony vstupuje do dalších reakcí.

Mimo tylakoidy se uplatňují při fotosyntéze ještě další struktury, jako například fykobilizomy, které umožňují využít co nejširší spektrum světla. Karboxyzomy jsou tělíska obsahující enzym Rubisco, který umožňuje syntézu cukrů v Calvinově cyklu. Zásobní látkou je u sinic především tzv.

Fotosyntetická schopnost sinic je v mnoha ohledech poměrně flexibilní. Konkrétním příkladem je chromatická adaptace probíhající ve ztížených světelných podmínkách. Jedná se o jev, při němž se na fykobilizomech upravuje počet fykocyaninových a fykoerytrinových jednotek a tím se posouvá spektrum využitelného světla.

Sinice jsou také významnými fixátory vzdušného dusíku v celosvětovém měřítku a významně tak ovlivňují koloběh dusíku v přírodě. Zpravidla se reakce odehrává ve speciálních buňkách bez fotosyntetické funkce, zvaných heterocyty či heterocysty. V striktně anaerobních podmínkách uvnitř heterocytů se pomocí enzymu nitrogenázy ze vzdušného dusíku (N2) vytváří za spotřeby adenosintrifosfátu (ATP) amonné sloučeniny.

Sinice produkují množství dalších sekundárních metabolitů a podpůrných látek, například různé oligosacharidy, karboxylové kyseliny, vitamíny, peptidy, atraktanty, hormony, enzymy, antibiotika, polysacharidy a toxiny. Na ochranu proti UV záření např. produkují pigment scytonemin, případně i gloeocapsin, β-karoten, kantaxantin či myxoxantofyl. Všechny tyto látky odfiltrovávají záření o velmi nízké vlnové délce.

Sinice rovněž produkují široké spektrum jedů, souhrnně tzv. cyanotoxinů. Způsobují kožní alergie, zánět spojivek, bronchitidu, u dobytka napájeného znečištěnou vodou i otravu. Nebezpečné koncentrace dosahují sinicové jedy především v době, kdy je ve vodě rozvinutý tzv.

Rozmnožování Sinic

U sinic může být pozorováno pouze nepohlavní rozmnožování, žádné rozmnožovací buňky u sinic neexistují. Buňky jednobuněčných (kokálních) sinic se množí pouze prostým dělením. Toto dělení začíná tvorbou příčné přehrádky, která vzniká od krajů buňky a postupně se uzavírá (podobně jako clona fotoaparátu).

Pokud dělení probíhá ve více rovinách, vznikají kolonie s různou vzájemnou orientací buněk. Některé sinice se však tomuto klasickému scénáři vyhýbají: Chamaesiphon se rozmnožuje pomocí exocytů, tedy spor vznikajících na volném konci buňky, a Chroococcidiopsis se rozmnožuje mnohonásobným dělením tzv. baeocytu. Vláknité sinice se mohou štěpit na dílčí pohyblivá vlákna, tzv.

Výskyt a Stanoviště Sinic

Sinice za svůj evoluční úspěch a velmi dlouhou geologickou historii vděčí kombinací několika pro ně charakteristických vlastností. V prekambrickém období pravděpodobně byly schopny sinice tolerovat nízký obsah kyslíku, vysokou míru UV záření a zvýšené koncentrace sirovodíku. I dnes jsou sinice téměř všudypřítomné a mnohdy také vstupují do významných symbiotických svazků.

Sinice se vyskytují v širokém spektru různých prostředí: v sladkých i slaných vodách (plankton), na povrchu půdy a v tenké vrstvě pod ní, na skalách (například vápencových) i uvnitř jeskyní, ale nápadná je schopnost sinic osídlovat různá extrémní prostředí, která jsou pro jiné skupiny organismů nehostinná, a z tohoto důvodu v nich sinice také často zcela dominují.

Sinice jsou například velmi často primárními kolonizátory dosud neosídlených skal či nově vzniklých půd. Byly zaznamenány termofilní sinice rodu Synechococcus, žijící v termálních pramenech v teplotě až 73 °C. Ve špatných světelných a nutričních podmínkách je schopna žít řada sinic podílejících se na tvorbě mořského pikoplanktonu. Tzv. halofilní druhy jsou schopné odolávat vysokým koncentracím soli v okolní vodě, například v Mrtvém moři.

V suchozemském prostředí úspěšně vzdorují vyschnutí tzv. xerofilní sinice: v poušti Negev se vyskytují sinice v drobných dutinkách v půdě, kde se nachází stopové množství vody.

Vodní Květ a Jeho Důsledky

Sinice jsou častým původcem jevu známého jako vodní květ, při němž dochází k přemnožení některých vodních fotosyntetizujících organismů nad určitou míru. Problém představuje především vodní květ v sladkovodních nádržích, které jsou využívány jako zdroj pitné vody a k rekreaci. Při rozvoji vodního květu jsou ve větším množství do vody uvolňovány cyanotoxiny.

Sinice a Půda

Sinice a řasy jsou v půdě poměrně výrazně zastoupeny, uvádí se tisíce až miliardy buněk v jednom gramu svrchní vrstvy půdy. Pokud bychom tyto počty převedly na hmotnost, bavíme se o desítkách až stovkách kilogramů na hektar půdy. Množství sinic a řas (ať už jako počty buněk, nebo biomasa) a také jejich biodiverzita souvisí samozřejmě s typem půdy, vegetací, ale také s hloubkou, přičemž s hloubkou půdního profilu počty sinic a řas klesají.

V půdě jsou sinice zastoupeny všemi svými morfologickými typy a zástupci pocházejí z vývojových linií napříč celou skupinou, zastoupeny jsou: kokální typy, jednoduché vláknité typy, větvené vláknité typy s heterocyty, nepravě větvené typy s heterocyty a pravě větvené typy s heterocyty.

Diverzita půdních řas je poměrně velká, v půdním prostředí jsou různou měrou zastoupeny víceméně všechny vývojové linie řas. Mezi půdními řasami nalezneme nejčastěji kokální typy, ať už jako jednotlivé buňky nebo kolonie, některé mohou být uloženy ve výrazné slizové pochvě (kapsální stélka), dále jsou zastoupeny různé typy vláknitých a sifonálních řas, bičíkovci a také rhizopodiální (měňavkovité) buňky.

Z řasových skupin jsou v půdě nejzastoupenější zelené řasy (Chlorophyta), streptofyta (Steptophyta) a hnědé řasy (Heterokontophyta).

Kromě přírodních faktorů jsou sinice a řasy a jejich společenstva také ovlivňovány činností člověka, především zanášením polutantů do prostředí. Těmto podmínkám a potenciálnímu fyziologickému stresu jím způsobenému se mohou sinice a řasy snažit vyhnout, a pokud se jim nemohou vyhnout, musí se jim přizpůsobit, a pokud přeci jenom dojde k rozvoji fyziologického stresu, nebo dokonce poškození, musí mít opravné mechanismy, nejčastěji na úrovni DNA.

Velká diverzita půdních sinic a řas souvisí s tím, že se tyto organismy musely přizpůsobit podmínkám půdního prostředí. Půda, především její svrchní část, je poměrně extrémním prostředím, které je ovlivňováno především slunečním zářením a s ním související teplotou - sinice a řasy jsou vystavovány extrémně vysokým nebo naopak nízkým teplotám, různé míře ozářenosti a působení UV záření.

Zástupci sinic a řas, kteří jsou schopni pohybu se snaží vyhnout stresovému působení slunečního záření vertikální migrací ve svrchních vrstvách půdy. Některé nepohyblivé sinice a řasy se proti nadměrnému působení slunečního záření brání shlukováním buněk do agregátů a tzv. samostíněním.

Nejčastější ochranou před nadměrným slunečním zářením je využívání, resp. biosyntéza, různých pigmentů a jiných látek za účelem ochrany před fotooxidativním stresem. Typickou skupinou ochranných pigmentů jsou karotenoidy. Roli především v ochraně před UV zářením hraje biopolymer sporopolenin. Některé sinice produkují scytonemin, žlutohnědý pigment vznikající z aminokyseliny tryptofanu. Další skupinu UV-protektivních látek představují amonikyseliny podobné mykosporinu (mycosporine-like amino acids, MAAs).

Dalším enviromentálním faktorem, který má zásadní vliv na diverzitu sinic a řas je dostupnost vody. Jelikož je voda pro buňku zásadním reakčním prostředím, je její nedostatek poměrně zásadním fyziologickým stresorem a půdní sinice a řasy se na tuto skutečnost musely adaptovat - mohou dehydrataci buď předejít, a to buď mechanickou nebo chemickou cestou, nebo jí přečkat.

Mechanickou ochranu představují především tlusté buněčné stěny, případně tvorba slizových obalů, které mají za úkol zamezit dehydrataci cytosolu v případě nedostatku vody v prostředí. Mnohem častější ochranou před dehydratací je syntéza různých typů látek, např. extracelulárních polysacharidů. Poměrně důležitá je syntéza a akumulace metabolicky multifunkčních organických látek - cukerné alkoholy, které představují osmolity, substráty poskytující energii pro udržení metabolických procesů během stresu a také k opravným mechanismům; nízkomolekulární uhlovodíky, které zvyšují fluiditu (tekutost) fotosyntetických membrán.

Sinice a řasy, které jsou schopné tvořit různá klidová stádia (zygospory, akinety, různé typy cyst, hypnoblasty apod.) mohou nedostatek vody v prostředí řešit právě přechodem do těchto často tlustostěnných odolných stádií.

Sinice a Koupání v Přírodě

V rybníku nebo přehradě žije přirozeně kromě ryb ještě celá řada drobných organismů. Některé jsou vidět pouhým okem, jiné pouze pod mikroskopem. Drobným, volně ve vodě se vznášejícím organismům se říká plankton. Ten lze rozdělit na fytoplankton a zooplankton. Pro vodní rekreaci má větší význam přítomnost fytoplanktonu. Fytoplankton se skládá ze dvou velkých skupin organismů: řas a sinic (sinice = cyanobakterie).

Pokud je fytoplanktonu ve vodě přítomno větší množství, vytvoří se v ní tzv. vegetační zákal. Některé sinice mají schopnost vystoupat ke hladině a hromadit se zde v podobě zelené kaše nebo drobných, až několik milimetrů velkých částeček, které se někdy podobají kouskům trávy či drobnému jehličí, jindy připomínají zelenou krupici. Takovému nahromadění sinic u hladiny se říká vodní květ sinic.

Sinice obsahují látky, které způsobují alergie. U koupajícího se člověka, podle toho, jak je citlivý a jak dlouho ve vodě pobývá, se mohou objevit vyrážky, zarudlé oči, rýma. Sinice také mohou produkovat různé toxiny (jedovaté látky). Podle toho, kolik a jakých toxinů se do těla dostane, se liší i projevy: od lehké akutní otravy projevující se střevními a žaludečními potížemi, přes bolesti hlavy, až po vážnější jaterní problémy.

Lidé při koupání často nechtěně vypijí trochu vody a s ní i přítomné sinice. Pokud sinice netvoří vodní květ, není pravděpodobné, že po jednom vykoupání vznikne vážné onemocnění. U alergiků se však mohou vyskytnout přecitlivělé reakce, především různé kožní problémy, záněty a alergické reakce očí a spojivek. Riziko se zvyšuje s délkou pobytu ve vodě, opakovaným koupáním po více dnů (týdnů) a samozřejmě i množstvím sinic ve vodě.

Zda jsou ve vodě sinice nebo řasy, lze poměrně dobře rozeznat následujícím způsobem: Láhev se zúženým hrdlem naplníme zcela vodou a necháme alespoň 20 minut stát v klidu na světle. V případě, že se u hladiny vytvoří zelený kroužek tvořený zelenými organismy ve tvaru „sekaného jehličí nebo zelené krupice“ (a voda přitom zůstane čirá), jedná se z největší pravděpodobností o sinice. Ještě jednodušším testem je vstupovat do vody opatrně a pozorovat, zda se okolo kolen ve vodě nevznášejí drobné zelené částečky.

Několik rad:

• Největší nahromadění sinic (i toxinů) vzniká právě při vodním květu.
• Pokud se chcete koupat ve volné přírodě, zkuste před vstupem do vody některou z výše popsaných metod na rozlišení řas a sinic.
• Když už se rozhodnete pro koupání ve vodě obsahující sinice, doporučujeme se po vykoupání osprchovat čistou vodou.
• Vodní květ se po hladině nádrže pohybuje podle toho, jak zrovna vane vítr. Často tak tvoří u břehu vysokou vrstvu, se kterou mohou do styku přijít hrající si děti.

tags: #ekologické #niky #sinice

Oblíbené příspěvky:

• Jak získat ekologickou plaketu?
• Budování udržitelného města
• Sanace areálu Spolchemie
• Vše o uhlí
• Informace o svozu odpadu