Znečištění Lužního Lesa: Studie a Nové Poznání

Některé stromy jsou důmyslnější, než si patrně myslíte. Stromy mluví. A nejen v pohádkách. Ne jako my pomocí zvuků, ale pomocí vůní. Stromy však nejsou bezmocné a dokážou se účinně bránit. Když jsou napadeny, třeba housenkami, vylučují hořké látky, které hmyzu nechutnají.

Jihočeští vědci se podílejí na unikátním výzkumu. Chemický alarm u stromů. Na první pohled neuvěřitelná věc. Ale existuje!

Chemická Komunikace Stromů v Lužním Lese

Stromy v lese začnou vydávat vůně, když je napadnou housenky a jiní býložravci. Tento chemický alarm používají k přilákání dravého hmyzu a ptáků, aby se zbavily svých škůdců. Dosud to prokazovaly pouze laboratorní nebo zahradní experimenty. Teď poprvé jev potvrdil česko-německý tým vědců pod vedením Martina Volfa z českobudějovického Biologického centra Akademie věd ČR v přirozeném prostředí - ve 40 metrů vysokých korunách stromů lužního lesa v německém Lipsku.

Chemické volání stromů o pomoc je tak účinné, že významně určuje složení hmyzího společenstva v korunovém patře lesa. Tyto znalosti by mohly v budoucnu posloužit při přirozené ochraně proti škůdcům v zemědělství a lesnictví. Objev vědci publikovali v aktuálním čísle časopisu Ecology Letters.

Ano, stromy umí mluvit. Ne však jako my pomocí zvuků, ale prostřednictvím vůní. Každý druh stromu vydává svou vlastní směs těkavých organických sloučenin. Zvířata se naučila v průběhu evoluce tyto chemické látky rozeznat, a tak například listožravý hmyz podle nich hledá své hostitelské rostliny. Stromy však nejsou bezmocné a umí se účinně bránit. Například v listech napadených housenkami produkují hořké látky, které hmyzu nechutnají. Zároveň uvolňují další chemické látky, aby varovaly i ostatní části rostliny. Tímto způsobem zároveň lákají i další zvířata - ptáky a dravý hmyz, kteří se také naučili rozumět chemickému jazyku stromů a přilétají k postiženým větvím, aby si pochutnali na listožravých škůdcích. Vědci provádí výzkum v korunovém patře lesa z gondoly výzkumného jeřábu.

Čtěte také: Životní Prostředí a jeho Znečištění

„Fakt, že rostliny mohou chemicky přitahovat parazitické vosy, dravé brouky a dokonce i ptáky při napadení škůdci, je známý už nějakou dobu. Kromě chemických látek, jež jsme studovali my, se na daném procesu podílí třeba i změny v barvě listů, které predátoři dokážou zaznamenat,“ říká hlavní autor studie Martin Volf z Entomologického ústavu Biologického centra AV ČR. „Dosud ale tento obranný mechanismus nebyl testován v korunách vzrostlých stromů v reálném prostředí druhově pestrých lesních ekosystémů. To nám umožnila až kombinace výzkumných metod, kdy jsme sledovali chování hmyzu a predátorů v korunách stromů ve výšce 40 metrů na lipském výzkumném jeřábu a současně prováděli chemické analýzy rostlinných vůní pomocí metabolomiky," říká Martin Volf. Metabolomika je obor, který analyzuje chemické sloučeniny vznikající při buněčných procesech. I ptáci rozumějí chemickým signálům stromů, na sledovaném území to byla často sýkora koňadra.

Průběh Ekologického Pokusu

Ekologický pokus probíhal v nížinném lese v Lipsku na ploše 1,65 hektaru během zhruba jednoho měsíce v období rašení listů. Vědci vybrali 8 statných dubů, do jejichž korun umístili umělé housenky z plastelíny. Vybrané části stromů zároveň ošetřili postřikem methyl jasmonátu, což je rostlinný hormon, který spouští obranu stromu. Následně sledovali celou kaskádu ekologických dějů - jak se změní chemické složení listů, jaké látky začnou stromy vypouštět do ovzduší, jací predátoři na tyto signály zareagují a na housenky zaútočí a konečně, jak se posléze promění množství a druhové složení hmyzu v korunách stromů. Útoky predátorů dokumentovali na umělých housenkách podle otisků zobáků nebo kusadel.

Vědci potvrdili, že predátoři, jako jsou ptáci, parazitické vosy, draví brouci či mravenci, navštěvovali experimentálně ošetřené větve častěji než neošetřené. Na dubech tak výrazně ubyl počet listožravých housenek. Nejčastějšími útočníky byl dravý hmyz. Studie ukázala, že chemická obrana stromů vyvolaná v reakci na poškození je jedním z významných mechanismů, které určují, jak bude vypadat druhové složení hmyzu v korunách stromů. Zároveň výsledky odhalují komplexnost a vzájemnou provázanost ekologických procesů mezi rostlinami a zvířaty.

Na výzkumu se podíleli kromě českých vědců také výzkumníci z Německého centra pro integrativní výzkum biodiverzity iDiv (German Centre for Integrative Biodiversity Research), z Univerzity v Jeně a Univerzity v Lipsku.

Výzkum Odolnosti Lesních Dřevin vůči Suchu

Významným úkolem lesnické vědy v současnosti je nalezení jedinců lesních dřevin odolných vůči suchu, a to v rámci jednotlivých druhů a jejich populací. Mezi jedinci jednoho druhu domácích dřevin, ať už jde o smrk, jedli, buk, topol, lípu či jiné, existují významné rozdíly ve schopnosti snášet sucho. Proto je důležité najít způsob, jak jedince vykazující toleranci k podmínkám sucha identifikovat.

Čtěte také: Druhy dopravy a znečištění vody

Již delší dobu vědci usilovně hledají gen či geny, které řídí strategii stromů při reakci na stres suchem. Je to důležité i proto, že se stále častěji objevují úvahy o nahrazování našich původních druhů exotickými dřevinami z jiných zeměpisných podmínek, například jižní Evropy. Přitom populace domácích lesních dřevin vykazují širokou variabilitu vlastností, značný rezistentní potenciál a schopnosti přizpůsobit se změněným ekologickým podmínkám.

Ke klíčovým nástrojům pro identifikaci mechanismů souvisejících s tolerancí lesních dřevin ke stresu suchem patří biochemické metody. Těmito metodami se dlouhodobě zabývají vědci z Výzkumného ústavu lesního hospodářství a myslivosti, v. v. i., útvaru Biologie a šlechtění lesních dřevin. V rámci výzkumného projektu „Charakterizace druhů topolů a jejich odolnosti vůči suchu pomocí sekvenování nové generace" zpracovali metodiku „Využití biochemických metod pro identifikaci topolů odolných vůči suchu".

V oblasti výzkumu rostlinné biologie patří topoly mezi modelové dřeviny nejen z hlediska relativně malé velikosti genomu (485±10 Mb), v roce 2006 byl prvně popsán genom topolu chlupatoplodého, ale i pro svůj rychlý růst, možnost vegetativního rozmnožování řízky, jednoduchou manipulaci při pokusech i snadněji dostupné a aplikovatelné genetické metody. V současné době jsou různé kultivary topolů často vybírány za modelové dřeviny pro studium adaptace k podmínkám prostředí, sekundárního růstu a proměnlivosti jejich fenotypových znaků.

Topol Černý Jako Modelová Dřevina

Za cílovou zájmovou dřevinu určenou k popsání metodického postupu stanovení tolerantních jedinců k suchu si vědci z VÚLHM vybrali topol černý. Předpokládají, že zjištěné a popsané postupy budou mít značné uplatnění i pro ostatní druhy listnatých dřevin a pomohou rychle rozlišit jedince odolné k suchu.

Topol černý je významnou lesní dřevinou rostoucí po celé Evropě. Vyskytuje se v blízkosti řek, na půdách písčitých a písčitohlinitých i střídavě zamokřených. Má větší požadavky na vodu, avšak neprospívá na těžkých, neprovzdušněných jílovitých půdách s vysokou hladinou stagnující podzemní vody. Je dřevinou světlomilnou a dobře odolává znečištění ovzduší. Dřevo topolu černého se používá k výrobě dýh.

Čtěte také: Hlukové znečištění a velryby

Lesní dřeviny využívají různé strategie, jak se vypořádat se stresem způsobeným suchem, k nimž patří i zapojení molekulárních genetických mechanismů. Zahraniční vědci v roce 2017 sledovali odezvu na sucho u tří genotypů topolu černého, u nichž identifikovali 10 641 genů výhradně regulovaných suchem, zejména spojených s programovanou buněčnou smrtí a senescencí (stárnutí) listů. Do skupiny genů regulovaných suchem patří rovněž geny spojené s metabolismem rostlinných hormonů, metabolismem cukrů a jiné.

Avšak v přírodních podmínkách jsou lesní společenstva často vystavena několika různým abiotickým stresovým faktorům současně působících na celkový stav porostů. Jde například o kombinaci působení sucha a vysokých teplot v různě dlouhém časovém období. Proto je nutné zajistit rostliny (plodiny) se zvýšenou tolerancí k suchu i teplotnímu stresu, a celosvětově tak snížit negativní vlivy klimatických změn na zemědělskou a lesnickou produkci.

V prezentované metodice je působení ostatních faktorů významně eliminováno založením pokusu v řízených kontrolovaných laboratorních podmínkách. U sledovaných jedinců topolu černého vědci zjistili dynamický průběh změn u všech sledovaných genů v průběhu jednotlivých dnů nádobového pokusu. Významný postupně klesající trend zaznamenali u genu fotosystém II („PhotII“), který úzce souvisí s primárním metabolismem rostlin.

Výsledky naznačují, že s delším působením sucha je hladina genu PhotII po šesti dnech významně snížena. Působením sucha je tedy PhotII významně ovlivněn a může být zvolen jako vhodný kandidátní gen pro identifikaci topolů odolných vůči suchu.

Jinými slovy v průběhu experimentu se hladiny sledovaných genů u topolu černého významně mění a je možné vybrat konkrétní kandidátní geny, které by spolehlivě charakterizovaly fyziologický stav rostlin v souvislosti s působením podmínek sucha. V popsaném pokusu se jedná zejména o geny PhotII a Chitin.

„Metodické postupy, uplatněné pro identifikaci genů souvisejících s odezvou na stres suchem u topolu černého lze využít i pro další listnaté druhy lesních dřevin. Úspěšně jsme je vyzkoušeli například i pro topol šedý. Námi získané výsledky z genetických analýz budou sloužit jako cenný zdroj informací pro přímé využití v lesnické praxi." dodává na závěr Ing. Eva Pokorná z realizačního týmu.

tags: #znecisteni #luzniho #lesa #studie

Oblíbené příspěvky:

• Stavební odpad Brno – správný postup
• Apokalyptické drama
• Ostrov Lastovo – oáza tmavé oblohy
• Moderní design květináče
• Důsledky znečištění půdy