Význam řas v ekosystému

Řasy, často nazývané nižší rostliny, jsou rozmanitou skupinou organismů, které hrají zásadní roli ve světových ekosystémech. Mikroskopické organismy, které většinou zůstávají na okraji zájmu laiků, mohou biology dovést k mnoha informacím o nejzákladnějších pochodech v živých buňkách, ale také nabídnout nové léčebné látky i zdroje paliv. Řasy jsou rozmanitou skupinou organismů s více než 70 000 známými druhy, které lze rozdělit do různých typů na základě jejich pigmentů, buněčné struktury a rozmnožovacích mechanismů.

Sinice neboli cyanobakterie jsou jednoduché a starobylé organismy - na Zemi se vyskytují už neuvěřitelné tři miliardy let; jde o prokaryotické organismy s bezjadernou buňkou schopné fotosyntézy rostlinného typu, oproti řasám jsou modrozelené. Neodborníci si jich všimnou asi pouze v létě, když se přemnoží a tvoří na vodních plochách nevzhledné zelené povlaky známé jako vodní květy, které kvůli uvolňovaným toxickým látkám znemožňují koupání. Sinice však produkují daleko víc složitých organických látek, škálu sekundárních metabolitů s různým působením - mohou být nejen nebezpečné, ale i zdraví prospěšné. Mikrobiologové se je proto snaží poznat a řízeně kultivovat, aby z nich dokázali získat třeba léčebné látky s antivirovými účinky, cytostatika pro boj proti nádorům nebo biologické pesticidy.

Cenné látky pro farmakologii, potravní doplňky, biotechnologie, biopaliva, krmiva a další účely poskytují i řasy. Ty jsou výrazně mladší než sinice, jsou staré „jen“ asi 1,5 mld. let, mají buněčné jádro ohraničené membránou, jedná se tedy o eukaryotické organismy, a jsou asi pětkrát až 10krát větší než sinice. Sinic a řas bylo už sice popsáno několik desítek tisíc, mnoho druhů však ještě zatím nebylo objeveno. Poznat nejen je samé či látky, které produkují, ale jejich pomocí popsat i základní životní pochody společných pro mnoho dalších organismů na Zemi, včetně fotosyntézy či zvláštního buněčného dělení zelených řas, je cílem badatelů.

Charakteristika a rozmanitost řas

Zelené řasy patří do skupiny fotosyntetizujících organismů zvaných chlorofyty, které mají díky přítomnosti chlorofylu zelenou barvu. Díky své schopnosti využívat sluneční energii a přeměňovat ji na potravu hrají zelené řasy klíčovou roli v energetickém cyklu planety. Mohou se vyskytovat v různých prostředích, včetně sladkých vod, mořského prostředí, a dokonce i v suchozemském prostředí, jako je půda, kůra stromů a skály. Obývají dokonce i vlhké suchozemské oblasti, jako je kůra stromů nebo vlhká půda.

Zelené řasy mohou existovat jako jednobuněčné organismy, mnohobuněčné organismy nebo dokonce vytvářet kolonie a vláknité struktury. Zelené řasy mohou být jednobuněčné nebo mnohobuněčné. Jak název napovídá, jednobuněčné řasy se skládají z jedné buňky, zatímco mnohobuněčné řasy se skládají z mnoha buněk. Jednobuněčné řasy, jako je Chlamydomonas, mají často kulovitý tvar a dva bičíky, které jim umožňují pohyb. Buněčná struktura zelených řas je podobná struktuře rostlin. Mají jádro, v němž je uložen genetický materiál buňky, a chloroplasty, v nichž probíhá fotosyntéza. Buňky zelených řas obsahují také další organely, například mitochondrie a endoplazmatické retikulum, které pomáhají při výrobě energie a syntéze bílkovin.

Čtěte také: Význam dudka chocholatého

Genetika a rozmnožování

Stejně jako u všech ostatních živých organismů je genetický materiál zelených řas uložen v buněčném jádře ve formě DNA. Tato DNA je uspořádána do chromozomů, jejichž počet se liší v závislosti na druhu zelené řasy. Pochopení struktury a funkce těchto chromozomů je klíčem k pochopení dědičnosti a evoluce zelených řas. Zelené řasy byly použity jako model pro studium genetické transformace - procesu vnášení nové DNA do organismu. Tím se otevřely možnosti pro genetické inženýrství, kdy vědci manipulují s genetickým materiálem organismu tak, aby produkoval požadované vlastnosti. Vědci mohou například geneticky upravovat zelené řasy tak, aby produkovaly větší množství lipidů pro výrobu biopaliv.

Některé druhy zelených řas, například Chlamydomonas reinhardtii, mají mimořádnou genetickou vlastnost - za určitých podmínek prostředí mohou "vypnout" některé své geny. Tato přizpůsobivost jim umožňuje přežít v extrémních prostředích, což z nich činí neocenitelný zdroj informací pro výzkum klimatických změn. Životní cyklus zelených řas může být složitý a u jednotlivých druhů se liší. Společný vzorec však zahrnuje střídání haploidních a diploidních stádií. V haploidním stadiu neboli gametofytu vznikají gamety (pohlavní buňky), které se spojí a vytvoří diploidní zygotu. Tato zygota pak přeroste v diploidní stadium neboli sporofyt, který produkuje spory, z nichž vyrůstají nové gametofyty.

Zelené řasy jsou schopny jak pohlavního, tak nepohlavního rozmnožování. Při pohlavním rozmnožování se gamety ze dvou rodičovských buněk spojí a vytvoří nový organismus. Při asexuálním rozmnožování může organismus produkovat potomstvo, aniž by potřeboval partnera. Způsob rozmnožování může záviset na různých faktorech, včetně podmínek prostředí a konkrétního druhu řasy.

Význam v ekosystému a biotechnologiích

Ve vodních ekosystémech slouží zelené řasy jako základ potravního řetězce. Poskytují základní živiny organismům, včetně zooplanktonu, ryb a dokonce i větších vodních savců. Řasy slouží jako základní kámen mnoha vodních ekosystémů. Prostřednictvím fotosyntézy produkují kyslík a přeměňují oxid uhličitý na organické látky, čímž hrají klíčovou roli v globálním koloběhu uhlíku. Vzhledem ke zrychlujícím se změnám klimatu nabývá role řas jako zachycovačů uhlíku na významu. Pohlcováním oxidu uhličitého pomáhají řasy snižovat množství tohoto silného skleníkového plynu v atmosféře.

Pohledem do budoucnosti jsou řasy, včetně zelených řas, považovány za slibný zdroj biopaliv. Na rozdíl od tradičních fosilních paliv jsou biopaliva získaná z řas obnovitelná a lze je vyrábět s menším dopadem na životní prostředí. Řasy mohou produkovat velké množství lipidů, které lze přeměnit na bionaftu nebo biopalivo.

Čtěte také: Extinkce mamutů a poučení pro současnost

Věděli jste, že když jsou vhodné podmínky, mohou se zelené řasy rychle množit, což vede k jevu známému jako vodní květy? Tyto květy mohou být pro vodní živočichy pastvou, některé však mohou být škodlivé a produkovat toxiny, které mohou mít vliv na volně žijící živočichy a lidi. Pochopení a sledování těchto květů je klíčovým aspektem péče o životní prostředí.

Zelené řasy mohou v budoucnu potenciálně způsobit revoluci v oblasti biotechnologií. Vědci například zkoumají využití zelených řas při výrobě bioplastů - udržitelnější alternativy k plastům na bázi ropy. Zelené řasy jsou zdrojem jedinečných sloučenin, které využíváme jako léčiva a nutraceutika. Zelené řasy se často používají jako bioindikátory pro hodnocení kvality vody. Pokud je ve vodě nadbytek živin, může dojít k tvorbě vodního květu řas, což indikuje možné znečištění vody.

Výzkum a využití řas v Třeboni

V Třeboni se výzkumem řas zabývá centrum Algatech. Kvalitní aplikovaný výzkum musí být vždy v těsném spojení s výzkumem základním. Součástí rekonstruovaných laboratoří je i nové vybavení pro molekulární a buněčnou biologii. V přírodě je podle Ondřeje Prášila minimálně 70 tisíc druhů řas a jsou vývojově velmi rozmanité: „Řasy v sobě tudíž mají ohromný potenciál.“ Výzkumy na tomto poli jsou doménou Laboratoře řasové biotechnologie centra Algatech, která se zabývá technologiemi řasové produkce, jejich optimalizací a zpracováním produktů i různým využitím řasové biomasy.

K vysoce efektivní produkci řas slouží už několik desetiletí venkovní kultivační jednotky: vypadají jako obří plochá kaskádovitá skleněná akvária, po jejichž povrchu stéká a bují řasová biomasa. Jde o druhou generaci tohoto zařízení dokončenou v roce 1989 - první se datuje už do šedesátých let minulého století. Pěstují se v nich zhruba od května do října zelené sladkovodní řasy Chlorella bohaté na bílkoviny, konkrétně kmen vyselektovaný v našem klimatickém pásmu, takže velmi dobře rostou. Venkovní kultivační jednotky doplňují i fotobioreaktory využívající umělých zdrojů světla.

V nové technologické hale vybudované v rámci projektu Algatech se kultivují opět řasy Chlorella: „Avšak jde o úplně jiný kmen, který je schopen růst bez světla na organickém substrátu - v tomto případě používá jako zdroj energie glukózu. Pro nás to má ohromnou výhodu, protože nejsme závislí na počasí a můžeme celou technologii provozovat po celý rok.“ V Třeboni se řízeně pěstují též řasy Chlorella obohacené o stopové prvky, jichž je v lidské stravě nebo v krmivu pro zvířata nedostatek, například jod, selen, chrom, které jsou v řasách biologicky vázané, a tudíž lépe využitelné než v anorganických zdrojích. I proto je Chlorella schválená jako potravní doplněk zdravé výživy, takže se pěstuje, suší a prodává jako zdroj hodnotných látek pro výživu a zdravotnictví.

Čtěte také: Ekologický význam střevlíka

Léčebné využití

Badatelé v Mikrobiologickém ústavu AV ČR v Třeboni také v řasách a sinicích cíleně vyhledávají nové biologicky aktivní látky ovlivňující biologické chování savčích buněk, jež by bylo možné jednou využít ve farmakologii a biomedicíně. Pro identifikaci těchto dosud neznámých látek využívají spojení kapalinové chromatografie a hmotnostního spektrometru. „V posledních letech jsme se zaměřili specificky na látky, které inhibují dělení nádorových buněk či selektivně indukují apoptózu neboli buněčnou smrt, ,sebevraždu‘ těchto nádorových buněk,“ dodává dr. Kopecký a vysvětluje dál, že řasy izolované z přírody se napěstují, filtrací nebo centrifugací se jejich buňky oddělí od kultivačního média, pak se z nich extrahují všechny dostupné látky a podrobí primárnímu testování na příslušnou biologickou aktivitu - například právě na zmíněnou selektivní cytotoxicitu. „Každý extrakt obsahuje desítky v první fázi pro nás zcela neznámých látek. Pokud najdeme na surovém extraktu nějakou aktivitu, pak se ho snažíme frakcionovat na jednotlivé komponenty a tyto složky opět podrobíme testování na buněčných liniích.

Mimořádný úspěch zaznamenali i v Laboratoři anoxygenních fototrofů centra Algatech, která se zabývá základním výzkumem evolučně velmi staré skupiny prokaryot obsahující fotosyntetický aparát tvořený bakteriochlorofylem. Pomocí speciálního infračerveného zobrazovacího zařízení vyvinutého v Mikrobiologickém ústavu AV ČR izolovali z jezera Tian-er-hu v poušti Gobi zcela novou skupinu fototrofních organismů. Za posledních 100 let byly přitom popsány pouze tři nové skupiny fototrofních bakterií. Fylogenetická analýza naznačuje, že schopnost využívat energii světla získal tento organismus díky horizontálnímu přenosu genů z purpurových bakterií (Proteobacteria). Popsaný druh tak představuje první příklad, kdy byla mezi fylogeneticky velmi vzdálenými skupinami přenesena kompletní sada přibližně 30 genů nutná pro fungování bakteriální fotosyntézy. Dosud byly popsány pouze přenosy jednotlivých genů.

Mikrobiologové nový organismus detailně charakterizovali, sekvenovali jeho genom a studii publikovali v časopise PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America). Vedoucí laboratoře dr. Michal Koblížek zdůrazňuje, že na výzkumu fotosyntetických bakterií je zajímá především jejich různorodost. „Schopnost využívat energii světla byla pro přírodu velmi důležitá. Teprve když živé organismy začaly využívat nevyčerpatelnou energii Slunce, mohly se rozvinout v celé dnešní bohatosti a šíři. První fototrofní organismy se vyvinuly před 3,5 mld. let.

Role fotosyntézy a buněčného dělení

V historické budově Opatovického mlýna sídlí i Laboratoř fotosyntézy, jež se orientuje na molekulární ekofyziologii a biochemii fotosyntézy řas a sinic. Vědci se stále snaží proniknout až k samé podstatě procesu, jakým řasy získávají energii ze slunce, či jak usměrňují fotosyntetický proces v průběhu dne nebo za určitých stresových podmínek. Fotosyntéza jako taková, její základní principy už samozřejmě poznány jsou. Stále však neznáme důležité podrobnosti týkající se způsobu, jímž se fotosyntéza reguluje, jak je zapojena do celkového metabolismu buňky. Stále také hledáme, jak souvisí s druhovou rozmanitostí řas, protože řasy jsou schopné růst v téměř jakémkoli prostředí.

Laboratoř fotosyntézy se věnuje především studiu mechanismů tvorby a poškození složitého bílkovinného komplexu přítomného v buňkách rostlin, řas a sinic zvaného fotosystém II i regulaci a dynamice fotosyntézy ve fytoplanktonu. Už se jim podařilo na tomto poli získat řadu zásadních poznatků. Mimo jiné společně s kolegy z britských univerzit popsali první kroky procesu skládání fotosystému II, jehož funkce je pro fotosyntézu zásadní. Jinými slovy - jak dokládají práce publikované už v roce 2014 v prestižním časopise Plant Cell - jste zjistili, jak buňky postupně skládají jednotlivé složky fotosystému II do jeho konečné, komplikované struktury. Využili jste k výzkumu opět sinic - proč a co vás zajímalo především? Položili jsme si otázku, jaké proteiny se účastní procesu vzniku fotosystémů, což jsou komplexy bílkovin vážící pigmenty, jako je chlorofyl a karotenoidy, a představují vlastně základní prvek fotosyntézy: ony pohlcují sluneční světlo a pak ho transformují na chemickou energii. Způsob, jímž dané komplexy vznikají, fakticky není znám. Samozřejmě se předpokládalo, že pro správný průběh tohoto procesu je potřebná účast řady dalších pomocných bílkovin neboli proteinů, které ale nejsou součástí konečného, plně funkčního komplexu. My jsme některé z těchto pomocných bílkovin ve fotosystémech našli, ale neznali jsme vůbec jejich funkce. Proto jsme se domluvili s kolegy - molekulární biology, aby gen kódující danou bílkovinu inaktivovali, a následně jsme zjišťovali důsledky tohoto kroku. Ukázalo se, že tvorba jednoho komplexu, speciálně fotosystému II, se výrazně zbrzdí. U rostlin, s nimiž pracuje jiná skupina, se zjistilo, že bez dotyčného proteinu se dokonce daný fotosystém vůbec nevytvoří.

Hlouběji do základních procesů v živých organismech se snaží pronikat i Laboratoř buněčných cyklů řascentra Algatech v Třeboni pod vedením dr. Kateřiny Bišové. Studuje konkrétně molekulární mechanismy regulace specifického buněčného cyklu řas, pro něž je typické násobné dělení: mateřská buňka se nemusí rozdělit pouze na dvě dceřiné, ale prochází nejprve dlouhou růstovou fází, během níž několikrát zdvojnásobí svůj objem. Posléze dojde k několika replikacím DNA a k jaderným a buněčným dělením, kdy se původní buňka běžně dělí na čtyři, osm i více buněk dceřiných. Kromě molekulárních mechanismů vzájemné regulace mezi velikostí buňky a dělením a role cyklin dependentních kináz v komplexu s cykliny v průběhu buněčného cyklu je cílem třeboňských vědců poznat i funkci konkrétních kináz jak v regulaci běžného buněčného cyklu, tak pro jeho zastavení po poškození DNA - a tedy také jak buněčné dělení případně zablokovat.

Kateřina Bišová konstatuje, že buněčný cyklus řas v mnohém připomíná embryonální dělení: „Budeme-li studovat řasy, můžeme mj. pochopit, jak se vyvíjejí živočišná embrya: jak buněčný cyklus, tak rané fáze růstu a vývoje živočišného embrya jsou totiž regulovány podobnými principy, jakými jsou řízeny řasy. Druhý zajímavý moment představuje fakt, že řasy - stejně jako ostatní rostliny - jsou v přírodě vystaveny velkému množství látek poškozujících DNA. Proto si vyvinuly mechanismy, které jim umožňují se proti tomu bránit. Jednobuněčné řasy se studují poměrně snadno a mohou se stát modelem pro výzkum toho, jaké mechanismy chrání buňky před poškozením DNA.“

Zelené řasy: pilíře vodních ekosystémů a zdroj pro udržitelné technologie

Zelené řasy jsou pilíři vodních ekosystémů, přispívají ke globálnímu koloběhu uhlíku a slouží jako klíčový zdroj potravy. Jejich potenciál se rozšiřuje i na aplikace zaměřené na člověka, jako je výživa a výroba biopaliv, a rozvíjí tak udržitelné technologie. Vzhledem k jejich úloze při zmírňování klimatických změn, monitorování kvality vody a biotechnologických aplikacích nelze význam zelených řas přeceňovat.

Shrnutí klíčových faktů o zelených řasách

• Zelené řasy jsou zelené díky chlorofylu a a b v jejich buňkách.
• Zelené řasy a rostliny mají sice společného předka a provádějí fotosyntézu, ale jsou to odlišné skupiny. Hlavní rozdíly spočívají v jejich stavbě a rozmnožování.
• Zelené řasy získávají živiny především fotosyntézou, při níž přeměňují sluneční světlo, oxid uhličitý a vodu na glukózu a kyslík.
• Zelené řasy jsou důležité v biotechnologiích díky své rychlosti růstu, schopnosti produkovat cenné sloučeniny a potenciálu pro genetické modifikace.
• Zelené řasy hrají významnou roli v sekvestraci uhlíku, zachycují a ukládají atmosférický oxid uhličitý.
• Zelené řasy mohou produkovat lipidy nebo tuky, které lze přeměnit na bionaftu.
• Zelené řasy jsou bohaté na vitamíny, minerály a bílkoviny. Mohou posilovat imunitní systém, zlepšovat trávení, zmírňovat záněty a poskytovat další zdraví prospěšné látky.
• Zatímco většina zelených řas je neškodná, některé druhy mohou během jejich kvetení produkovat toxiny, které mohou škodit lidem a zvířatům.

tags: #význam #řas #v #ekosystému

Oblíbené příspěvky:

• Odpadkové koše pro hráče
• Nakládání s odpady v ČR
• Brčko jako záchrana pro ucpaný odpad
• Výskyt bekasiny otavní
• Learn about the Czech Union for Nature Conservation in Havlíčkův Brod