Význam sinic v přírodě

Sinice, známé také jako cyanobakterie, jsou fotosyntetizující gramnegativní eubakterie s velikostí buněk většinou 1-10 mikrometrů. Z tohoto složitého popisu vyplývá také složitost jejich začlenění pro vědu.

O cyanobakterie se zajímají botanici, kteří je nazývají cyanoprokaryofyta, ekologové, toxikologové a mikrobiologové je nazývají cyanobakterie. Botanici se o ně zajímají proto, že jde o skupinu nejstarších organismů, které jsou schopny fotosyntetické asimilace stejně, jako vývojově mladší eukaryotní řasy a rostliny. Jednotlivé taxony cyanobakterií tvoří buď jednobuněčné, vláknité nebo koloniální uspořádání buněk.

Podle fosilních nálezů měly cyanobakterie významný podíl na vytvoření kyslíkaté atmosféry na Zemi, objevily se v prekambriu před 3 - 2,5 miliardami let a před 2 miliardami let se staly dominující skupinou organismů na Zemi. Vlastní vývoj cyanobakterií souvisí s anaerobními fotosyntetizujícími bakteriemi (chlorobakterie a purpurové bakterie), které jsou považovány za jejich předky. Jenobuněčné a koloniální sinice se rozmnožují dělením buněk, vláknité se rozmnožují hormogoniemi, nebo akinetami.

Z tohoto popisu vyplývá, že cyanobakterie jsou schopny přežívat v nejrůznějších podmínkách, nalezneme je jak v Antarktidě, tak v horkých vřídlech, jako symbiotické organizmy v lišejnících v čistém horském prostředí tak v odpadních a zamořených odpadních a radioaktivních vodách. Jsou schopny přijímat organické látky jako heterotrofní bakterie, tak žít ze světla a minerálních živin jako rostliny.

Stále ještě jsou lidé, kteří si pletou řasy a sinice. Jde však o zcela odlišné organismy. Stavbou buňky jsou sinice bakterie a řasy rostliny. Z vývojového hlediska říkáme, že sinice jsou prokaryota (bakterie) a řasy eukaryota (tedy organizačně vyspělejší (patří sem řasy, houby, lišejníky, rostliny, živočichivé atd.). S tím souvisí také typ metabolismu a produkce různých biologicky aktivních látek.

Čtěte také: Ekologický význam srnce

Produkce toxických látek a jejich vliv na zdraví

Cyanobakterie produkují širokou škálu látek, kterými mohou ovlivňovat své okolí. Patří sem oligosacharidy, organické kyseliny, peptidy, hormony, enzymy, antibiotika, polysacharidy, ale také pachy, pachutě a toxiny. V posledních letech stoupá zájem státní správy a odborné veřejnosti o cyanobakterie a jejich metabolity.

Nejsou-li cyanobakterie pod kontrolou, potýkáme se s problematikou toxických metabolitů v rekreačních a pitných vodách (tzv. vodní květy sinic). Jsou-li kultivovány v řízených podmínkách, mohou být zdrojem perspektivních biologických pesticidů a farmakologicky velmi účinných selektivních cytostatik (využití v onkologii), virocidních látek (patenty proti viru HIV) apod.

Velmi intenzivně působí na volně žijící i domácí zvířata. Nejčastější jsou křeče, nekoordinované pohyby, dávení, záchvaty zuřivosti, ztráta stability, dušení a následná smrt udušením. Efekt během 5 minut. Neurotoxiny mají ve vyváženém ekosystému malou stabilitu.

Zvýšená hladina jaterních enzymů v krevním séru a další indikátory poškození jater (ALT, AST, GGT, bilirubin, alk. fosfatáza), hmotnost jater a ledvin je 2-3x větší, mikroembolie plic a ledvin. Sladkovodními sinicemi jsou produkovány zejména microcystiny a microviridiny. Jedná se o velmi termostabilní látky, jejichž aktivita není omezena ani po několika hodinách varu. Microcystin může být i silným tumorovým promotorem.

Vyvolává kožní nádory u myší a podávání čistého purifikovaného preparátu mikrocystinu LR vedlo k indukci jaterního nádoru. Sinice produkují také širokou skupinu látek s cytotoxickými a cytostatickými účinky. Mutagenní a genotoxická aktivita byla prokázána z frakcí sinic obsahující microcystiny a další neidentifikovatelné biotoxiny. LD 50 : LD 50 pro i.p. aplikaci myším je 1,1mg/kg živé váhy.

Čtěte také: Proč je ekologická výchova důležitá

Alergie jsou nejčastější reakcí sensitivních jedinců na přítomnost vodního květu sinic. Nejohroženější skupinou obyvatel ve vztahu k imunotoxinům sinic patří děti a starší či nemocní obyvatelé.

Sinice a vodní květ

Sinice (Cyanobacteria, ale také Cyanophyta či Cyanoprokaryota) je drobný jednobuněčný organismus. Český název, sinice, je odvozen z latinského názvu, jež v překladu znamená siný neboli modrý. Sinice lze zařadit do skupiny organismů známých jako plankton. Za plankton jsou obecně označované drobné, ve vodě se volně vznášející, organismy. Tato obsáhlá skupina je dále rozdělena na fytoplankton a zooplankton.

Sinice díky jejich schopnosti fotosyntézy patří spolu s řasami do skupiny fytoplanktonu. Pokud je fytoplanktonu ve vodě přítomno větší množství, vytvoří se v ní tzv. vegetační zákal. Sinice žijí zpravidla v koloniích tvaru kokálních shluků či vláknitých stélek (homogonií). Hojně se vyskytují ve vodním prostředí, ale i v půdě. Jsou to velmi odolné organismy, které jsou schopné překonat i extrémní podmínky v pouštích či v polárních oblastech.

Některé sinice mají schopnost vystoupat k hladině a hromadit se zde v podobě zelené kaše nebo drobných, až několik milimetrů velkých, částeček. Takové uskupení sinic u hladiny je nazýváno vodní květ. Nejčastěji se vodní květy sinic vyskytuje koncem léta (v srpnu nebo první polovině září). V posledních letech dochází k masovému rozvoji již v průběhu června.

Vznik vodního květu je ovlivněn několika faktory, z nichž nejvýznamnější jsou: teplota, pH, obsah kyslíku, obsah oxidu uhličitého, sluneční záření a množství minerálních živin (převážně dusíku a kyslíku). Většina přehrad a rybníků na území České republiky obsahuje velké množství živin. To je často označováno pojmem eutrofizace. Situace je zhoršena nešetrným průmyslem a zemědělstvím.

Čtěte také: Klíčová role bakterií v přírodě

Hlavní příčinou jsou je hnojení organickými hnojivy (granule, hnůj apod.), krmivem pro ryby a výkaly přemnožených ryb. Do vodních ploch se mohou živiny dostat také splachem z povodí a z nedostatečně vyčištěných odpadních vod (fosfátové prací prášky a mycí prostředky). Množství a složení vodního květu je dále ovlivněno faktory teplota vody, sluneční svit a povětrnostní podmínky.

Sinice jsou producenty celé řady malých organických molekul, jenž pravděpodobně nemají žádnou zásadní funkci v jejich primárním metabolismu. Tyto takzvané sekundární metabolity jsou sinicemi produkovány v nepřeberném množství strukturních variant a často ve velkých koncentracích. Některé z těchto látek mají negativní vliv na zdraví člověka a mohou též ovlivnit fungování okolního ekosystému.

Výzkumu v této oblasti přinesl poznatky o několika skupinách sinicových toxinů. Patří mezi ně zejména hepatotoxiny: mikrocystiny a cylindrospermopsin, a neurotoxické anatoxiny či saxitoxiny. Projevy toxicity sinic se liší podle toho, kolik a jaký druh toxinů se do těla dostane: od lehké akutní otravy projevující se střevními a žaludečními potížemi, přes bolesti hlavy, až po vážnější jaterní problémy.

Není sice známo, že by na otravu vzniklou kontaktem s vodou s vysokou koncentrací sinic někdo zemřel, ale vyskytly se případy úhynu zvířat, která takovou vodu pila. Pokud sinice netvoří vodní květ, je málo pravděpodobné, že po jednom vykoupání vznikne vážné onemocnění. U alergiků se však mohou vyskytovat přecitlivělé reakce, především různé kožní problémy, záněty a alergické reakce očí a spojivek.

Riziko se zvyšuje s délkou pobytu ve vodě, opakovaným koupáním a koncentrací sinic ve vodě. Na tato rizika by měl být brán zřetel při organizování letních táborů a výletů, jelikož děti jsou z důvodu nižší tělesné hmotnosti na škodlivé vlivy sinic náchylnější. Zvýšenou pozornost kvalitě vody by měli věnovat také organizátoři sportovních akcí a provozovatelé půjčoven sportovního vybavení u vodních nádrží bez chemického ošetření. Zákazníci, účastníc či pouhý návštěvníci by měli být předem na špatnou kvalitu vody upozorněni a sportovní aktivity ve vodě vykonávat pouze na vlastní nebezpečí. Před každou soutěží či závodem by mělo dojít ke zhodnocení kvality vody, tak aby bylo zamezeno případným zdravotním komplikacím.

Největší nahromadění sinic (i toxinů) vzniká právě při vodním květu. O zvýšeném výskytu sinic na řízených koupalištích ve volné přírodě by veřejnost měla být informována (např. Vodní květ se po hladině nádrže pohybuje podle toho, jak zrovna vane vítr.

Využití sinic

Vyjma toxinů byla v sinicích také nalezena řada látek s potenciálem pro využití ve farmacii. V současnosti známe sinicové metabolity například s antivirálními, fungicidními, antibakteriálními a protirakovinnými účinky. Některé z těchto látek byly již uvedeny do praxe jako léčiva.

Kromě kyslíku produkují sinice celou řadu dalších látek, které se využívají například ve farmacii, jako zdroj biomasy k výrobě tepla a energie nebo k výrobě barviv. Přestože máme zafixovány sinice jako zelenou „kaši“ na rybníku, ve skutečnosti někdy hrají všemi barvami.

Jak je vidět, tak sinice mají mnoho pozitivních stránek. Jenže my si je vybavíme spíše ve zlém, když se kvůli nim nemůžeme vykoupat v oblíbeném rybníce. Sinice totiž kromě jiného produkují také toxiny způsobující svědění pokožky, vyrážky i zažívací potíže. A když se přemnoží, tak doslova zamoří celou vodní plochu.

Ovšem skutečný průšvih nastává, když se přemnožené sinice dostanou do nádrží sloužících pro pitnou vodu. Jednak při rozkladu nepříjemně páchnou a také mění barvu. Těžkou hlavu proto dělají pracovníkům úpraven vody.

Hygienici proto důsledně kontrolují stav vody. Pokud se při rozborech zjistí, že zdrojová voda obsahuje přespříliš sinic, musí se upravit čisticí technologie, například se změní reakční pH, zvýší se dávka činidla apod. „Problém je, že se za posledních 20 let sinice přemnožily, jsou mnohem častější a úpravny vod na to nejsou zcela připravené,“ uzavřel Martin Pivokonský.

Sinic ve vodě se už nezbavíme.

Ekologie sinic a řas

Tak nazýváme organizmy, které na rozdíl od většiny řas a sinic nežijí ve vodním prostředí, ale „na vzduchu“, jen jemné terminologické nuance odlišují tento termín od dalšího rozšířeného a to je terestrické řasy (=rozuměj suchozemské). Obecně se dá říci, že takovéto organizmy rostou mimo vodu, přisedle na nejrůznějších substrátech, z nichž jsou nejzajímavější různé kamenné povrchy (ať už přírodní či umělé), povrch půdy, kůra stromů a listy rostlin (Hoffmann 1989).

Organizmům z povrchu půd se budeme věnovat ve speciální kapitole o půdních sinicích a řasách, organizmům na povrchu listů v kapitole o parazitaci. Aerické sinice a řasy na „svých“ površích tvoří biofilm, spolu s heterotrofními bakteriemi a houbami, který představuje pro tyto ekosystémy zásadní zdroj primární produkce, kolonizátory nových povrchů, fixátory dusíku a potravu pro heterotrofy jako jsou želvušky.

Smáčené skalní stěny, kameny, stěny jeskyní a jiných podzemních prostor (katakomby např.), zdi budov moderních i historických - tam všude rostou zajímavá společenstva sinic a řas. Na první pohled se to nezdá, ale na těchto místech panují pro organizmy dost extrémní podmínky. Na tyto povrchy dopadá ve dne velké množství slunečního záření, takže tam škodí vysoká hladina UV, vysoká teplota a s tím spojené značné sucho a pro fotosyntézu až moc fotosynteticky aktivního světla.

Naopak v noci se tyto povrchy výrazně ochladí (zejména v zimním období je kolísání teplot den/noc značné). Těmto všem stresovým faktorům je třeba se přizpůsobit. Obecně je možno před těmito podmínkami uniknout tím, že nezůstanete přímo na povrchu (jako epilit), ale proniknete trochu pod povrch (jako endolit). Pokud to dokážete, najdete prostředí, kde je kolísání všech těchto stresorů nižší a život snesitelnější.

Nicméně i tak zůstává dost sinic a řas na povrchu a řeší stresory jinými způsoby. S vysokým přezářením se vypořádávají podobně jako lidé: pořizují si různé „opalovací krémy“ - skutečně se používá termín sunscreen pigments. V případě sinic jsou to zejména hnědé barvivo scytonemin (Garcia-Pichel a Castenholz 1991). Spekuluje se, že to byla právě tvorba scytoneminu, která umožnila prekambrickým mořským sinicím osídlit mělká moře a posléze i souš a změnit tak tvář planety.

Scytonemin se nachází na vnější straně buněčné stěny sinic a ačkoliv byl nazván po sinici Scytonema, nacházíme ho v celé řadě dalších sinicových taxonů a to v různých strukturních formách, které se liší svou absorbancí. Poskytuje tak ochranu před dosti širokým spektrem záření (scytonin má vrchol absorbance ve 224 nm, sctytonemin 3a-imin ve 237, oxidovaný scytonemin ve 265 nm, redukovaný scytonemin v 246, dimethoxysctytonemin v 315, tetramethoxyscytonemin v 562, Sinha et al. 2021).

Podobnou roli hraje i skupina látek nazývaných mycosporine-like amino acid (MAA, Rastogi et Incharoensakdi 2013), ve vodě rozpustné bezbarvé nízkomolekulární látky, které pohlcují volné radikály, které vznikají při expozic UV záření. Dalším rozšířeným barvivem aerických sinic je gloeocapsin, ale jeho ekologická role není ještě zcela jasná.

Tato barviva jsou přítomna zejména ve slizových pochvách sinic, u eukaryotických řas fungují jako fotoprotektivní pigmenty karotenoidy, přítomné přímo v buňkách. Z různých pokusů je zřetelné, že adaptace na život v podobných podmínkách vznikla evolučně několikrát (různé aerické řasy si nejsou příbuzné) a je velice dobře fyziologicky patrná.

Aerické řasy na rozdíl od vodních vydrží mnohem více vysychání a také zpětné nastartování metabolizmu po vyschnutí je mnohem rychlejší (Gray a kol. 2007)O druhovém složení aerických nárostů rozhoduje především dostupnost vody: pokud je přítomná voda v tekutém stavu (kapající voda po deších, dostřiková zóna vodopádů či podobně), rozhodující složkou jsou sinice (kokální rody Gloeocapsa, Gloeocapsopis, vláknitých bývá na biomasu méně, z heterocytózních hraje větší roli Hassalia, Scytonema a Stigonema. Celkem je z těchto lokalit známo 762 druhů, na počet druhů je to zhruba na třetiny mezi kokálními, vláknitými a heterocytózními - Hauer et al. 2015).

Pokud je voda v dispozici jen ve formě vzdušné vlhkosti, převažují zelené řasy (zejména četné Trebouxiophyceae nebo Trentepohlia). Jako doplňkové organizmy se na stěnách objevují i rozsivky (Orthoseira roseana), zejména v tropech i jednodušší krásivky (Actinotaenium, Mesotaenium, Cosmarium), ve speciálních případech i kokální ruduchy (Chroothece).

Nicméně i typ substrátu složení společenstva ovlivňuje. Jde samozřejmě o jeho pórovitost - na vyleštěném kameni toho poroste méně než na normálním. Ale jako kritický ekologický faktor jak výskytu, tak i speciace se ukazuje zejména pH (Ryšánek et al. 2016). Hlavně v případě sinic je zřetelná i větší druhové bohatství nárostů na zásaditých kamenech (vápenec, hadec), naopak při nízkém pH je rozvoj sinic a řas na skalách velmi limitován. Poněkud překvapivě složení ovlivňují i takové faktory jako jsou třeba vzdušné exhalace (Miszalski et al. 1995).

Na antropogenních substrátech, jako na budovách, je nemáme moc rádi. Jednak ničí omítky, ochranné povrchové nátěry a podobně (Hauer et al. 2016) a za druhé nám zelenočerné fleky nepřipadají estetické (Crispin et Gaylarde 2005, Gaylarde 2020, Macedo et al. 2009). Snažíme se je z budov odstraňovat - ať už brutálními chemickými postupy (přehled viz Allsopp et Allsop 1983) anebo obecně méně škodlivými, přírodě bližšími metodami (De Saravia et al. 2018, Fidanza et Canevo 2019, Soares et al. 2021).

Jako dostřiková zóna bývá označováno pásmo pobřežních skal, které jsou nad hladinou nejvyššího přílivu a voda na ně pouze dopadá v podobě kapek či aerosolu. Tato zóna je vertikálně široká od půl do 4 a půl metru. Organizmy žijící na nebo v těchto skalách se musí potýkat s celou řadou obvyklých aerofytních stresorů, ke kterým se ještě přidává mnohdy extrémní anebo kolísavé zasolení. Navzdory těmto obtížným podmínkám je to poměrně bohaté společenstvo, dominované sinicemi (Hyella, Enthophysalis, Kytruthrix), opět s celou řadou endemitů (přehled druhů viz Vondrášková et al. 2017).

Většina z nich jsou alespoň částeční epilité, jedna z nejtypičtějších a celosvětově nejvíc rozšířených je však endolit Masticocoleus testarum. Je to heterocytózní sinice, s heterocyty velice charakteristicky umístěnými na konci krátkých laterálních větví. Aktivně chemicky vrtá do vápencových skal na pobřeží a buduje si v nich celou sít tunelů, ve kterých pak žije.

Řasy na kůře stromů jsou v neobyčejně hojné, prakticky každý strom má kůru s nějakým zeleným nebo červeným biofilmem. Především se jedná o zelené řasy (Trebouxiophyceae: Trebouxiales, Prasiolales a Coccomyxaceae; Ulvophyceae: Trentepohliales; Streptophyta: Klebsormidiales), méně pak o sinice, rozsivky, Xanthophyceae a Eustigmatophyceae. Specializovaných studií zatím ale mnoho není.

Biofilm na ní je totiž morfologicky velice chudý: jsou to buď nevzhledné kuličky anebo kratší rozpadavá vlákna. Morfologická variabilita těchto organizmů je velice nízká, skutečná diverzita (určená molekulárními markery) je mnohonásobně vyšší, Kulichová et al. 2014). Nárosty se také liší i co se týče jednotlivých druhů stromů, diverzita stoupá s vyšším pH a s drsností kůry. Velký význam má i sezónní variabilita - asi větší než na kamenných substrátech (?) - naopak vliv vzdálenosti od povrchu půdy (zdroje vlhkosti) se neprokázal (Neustupa et Štifterová 2013, Kulichová et al. 2014).

Z hlediska sinic a řas - většinově fotosyntetických organizmů - jsou podzemní prostory velmi specifickým aerickým biotopem. Na první pohled je jasné, že prostor charakteristický nepřítomností světla je pro organizmy světlo vyžadujícími dosti podivný. A přesto se zde zhusta vyskytují a tento rozpor algology zjevně láká - existuje více než 150 různých studií na toto téma (Hauer et al. 2015).

Nízká hladina světla jako limitující faktor je do značné míry kompenzována vyšší vlhkostí a stabilní teplotou. V podstatě se jedná o tři rozdílná společenstva. Nejbohatší je poblíž vchodů, komínů a podobně, tam se kombinují výhody podzemního prostředí s mírnou limitací světlem, s čímž se sinice a řasy dokáží docela dobře vyrovnat. Druhy toto společenstvo se od toho běžného liší jen mírně, jen mívá vyšší diverzitu. Čím hlouběji do nitra jeskyně, tím víc převažují sinice.

Druhé společenstvo, překvapivě rovněž poměrně bohaté, jsou nárosty z hloubi jeskyní. Dominují tam sinice a dokonce se tam vyskytují mnohé endemity, zejména mezi právě větvenými druhy (Lamprinou et al. 2011, 2012, 2013). Třetí je tzv. lampenflóra, nárosty v uměle osvětlených částech turisticky přístupných jeskyní nebo katakomb a podobně. Lampenflora je složena především se zelených řas, s mírnou příměsí rozsivek a sinic a je poměrně chudé.

Jsou to většinou půdní řasy, možná prosáklé z povrchu anebo donesené turisty (Kaštovský 1997). Podobně jako na budovách nemáme ani lampenfloru rádi, prakticky ze stejných důvodů, a tyto nárosty jsou běžně odstraňovány (Faimon et al. 2003, Mulec and Kosi 2009 a mnohé další).

Opatření při výskytu sinic ve vodě

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 (plní ve vodě stejnou úlohu jako na souši rostliny) a zooplankton (mimo jiných známé perloočky - dafnie), který se fytoplanktonem živí. 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 (někdy se podobají drobnému jehličí, jindy připomínají zelenou krupici). Takovému nahromadění sinic u hladiny se říká vodní květ sinic.

Nejčastěji se vodní květy sinic vyskytují koncem léta (v srpnu nebo první polovině září). 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 (až 1 - 2 dl) a s ní i přítomné sinice (a také toxiny, které jsou v nich obsaženy).

tags: #význam #sinic #v #přírodě

Oblíbené příspěvky:

• Průvodce tříděním odpadu
• Zajímavosti Havlíčkova Brodu
• Více o systematické biologii a ekologii
• Tipy pro bezpečné rozdělávání ohně
• Boj proti černým skládkám