Záhadný fytoplankton
25. 4. 2009
Fytoplankton, tedy řasy a sinice, jsou nejstarší a nejjednodušší organizmy, které vznikly už před více než třemi miliardami let. Jejich význam v současnosti to ale nikterak nesnižuje. Mají totiž schopnost fotosyntézy – vytváření kyslíku z oxidu uhličitého a organických látek. Právě díky této schopnosti by se možná mohly jednou stát účinnou zbraní v boji proto globálnímu oteplování. Speciální fytoplankton by se pěstoval v mořích a pohlcoval by nadbytečný oxid uhličitý z atmosféry, poté by uhynul a klesl ke dnu. Oxid uhličitý by se tak na mořském dně zakonzervoval podobně, jako v dnešních uhelných slojích. Výzkum mezinárodního vědeckého týmu, jehož členem byli i čeští vědci a který nedávno publikoval své výsledky v prestižním vědeckém časopise Nature, se ale zaměřil na jinou stránku života fytoplanktonu – na jeho schopnost adaptace k podmínkám vnějšího prostředí. Vědci studovali fytoplankton ve dvou oblastech světového oceánu, které jsou extrémně chudé na živiny – v Sargasovém moři a v oblasti Tichého oceánu poblíž Velikonočních ostrovů. Zjistili přitom, že fytoplankton ze Sargasového moře prakticky neobsahuje fosfor, který je pro formy z jiných částí oceánu velmi důležitý. Jak je to možné a co to znamená – na to už odpoví jeden z autorů studie – Michal Koblížek z Mikrobiologického ústavu v Třeboni.
Ještě dnes může být vědecké zkoumání velkým dobrodružstvím. Při některých výzkumech dokonce může jít o život.
Ing. Roman Sobotka, Ph.D., Mikrobiologický ústav AV ČR, Třeboň: Ta loď se opravdu nakláněla až velmi nebezpečně …
Proč vědci podstupují takové riziko? Jaký výzkum jim stojí za výpravy na konec světa?
Jsou to miniaturní zelené organizmy, jedna z nejjednodušších forem života. Fytoplankton, tedy sinice a řasy. Vznikly v oceánu před víc než třemi miliardami let. Na rozdíl od trilobitů, obřích plavuní nebo dinosaurů, ale své výsadní místo v říši života nikdy neztratily. Díky své schopnosti fotosyntézy daly vzniknout všemu živému. Údaje o fytoplanktonu získané z cest pak vědci doma zpracují – a že jsou jejich poznatky velkým přínosem, dokazuje i zveřejnění v prestižním časopise Nature.
Mgr. Michal Koblížek, Ph.D., Mikrobiologický ústav AV ČR, Třeboň: V mořské biologii je takovým zásadním tématem, jaké živiny nám omezují množství života v oceánu. Jedna skupina vědců se domnívá, že hlavním omezujícím prvkem v oceánu je dusík a ta druhá část odborníků se domnívá, že tím prvkem je fosfor. My jsme se věnovali takovým dvěma oblastem světového oceánu – Sargasovému moři a jižnímu Tichomoří a ukázalo se, že tyto dvě oblasti jsou limitovány rozdílně.
Zatímco v jižním Tichomoří omezuje fytoplankton hlavně nepřítomnost dusíku, v Sargasovém moři je to fosfor. Obě tyto oblasti jsou mimořádně chudé na živiny.
Přenesme se nyní do moře Sargasového. Naší veřejnosti je známé hlavně proto, že se tu rozmnožují úhoři říční, kteří pak táhnou do evropských řek. Své jméno získalo už od námořníků, kteří se plavili s Kryštofem Kolumbem. Pojmenovali ho podle zvláštního typu hnědých chaluh. Kvůli velmi nízké koncentraci živin narůstá ve zdejší vodě jen malé množství fytoplanktonu, a proto voda zůstává neuvěřitelně modrá a průhledná.
Zdejší fytoplankton se navíc skvěle adaptoval na extrémní podmínky. Vědci s nadsázkou říkají, že se dokáže přizpůsobit jako lidé za války: melta místo kávy, nebo pivo z polního pýru. Vědci proto zjišťovali, jak fytoplankton nahrazuje klíčové živiny. Jak se chová v Sargasovém moři, kde chybí hlavně fosfor, který je důležitý pro stavbu DNA, ale i pro tvorbu lipidových membrán, které chrání jednotlivé buňky.
Mgr. Michal Koblížek, Ph.D., Mikrobiologický ústav AV ČR, Třeboň: V tom Sargasovém moři ten fytoplankton, jak je omezen právě tím nedostatkem fosforu, tak si vyvinul takovou strategii, že ty své lipidové membrány začal budovat z jiných molekul, kde ten fosfor nepotřebuje. Takže využívá takových jakoby náhražkových molekul právě proto, aby si ten fosfor ušetřil k výstavbě DNA.
Jak vědci zjistili, jako náhražka se osvědčuje hlavně síra nebo dusík. Během plavby v dubnu minulého roku odebírali vědci vzorky mořské vody, které studovali přímo na palubě lodi. Sargasové moře patří k těm oblastem oceánu, které jsou mimořádně klidné. Staří námořníci plavící se na plachetnicích často zůstávali viset v bezvětří dlouhé týdny. Tato plavba se ale neobešla bez adrenalinu.
Mgr. Michal Koblížek, Ph.D., Mikrobiologický ústav AV ČR, Třeboň: Pokud tam jedete z pobřeží Spojených států, tak většinou proplouváte Golfským proudem, a tam je obvykle docela větrno, a my když jsme tam jeli v loňském dubnu, tak nám ta bouřka v Golfském proudu spláchla z paluby nějaké zařízení a my jsme museli v průběhu té expedice trošku improvizovat.
I přesto byla tato plavba úspěšná a svůj vědecký úkol splnila. Ne vždy se to ale povede. Námořní výzkumné plavby totiž i v jednadvacátém století závisejí na okolnostech, které se ovlivnit nedají. Ano, závisejí hlavně na počasí. Některé expedice se tak na moře ani nedostanou, jiné se vrátí, aniž by se jim podařilo cokoliv naměřit. Takový osud měla i výprava, která před několika lety odjela studovat fotosyntetické bakterie za severním polárním kruhem.
Ing. Roman Sobotka, Ph.D., Mikrobiologický ústav AV ČR, Třeboň:Bohužel v těch oblastech, které nás nejvíc zajímaly, to znamená v Norském moři, přišla taková ta pravá severská bouře a tři dny nebylo možno měřit vůbec a dokonce nebylo možné ani vyjít na palubu.
Vědci tedy – bohužel – nepřivezli nic zajímavého. A proč se vůbec kvůli těmto titěrným a primitivním organismům nákladné námořní plavby organizují? Odpověď je celkem jednoduchá a v době globálního oteplování může být i velmi důležitá. Fytoplankton má totiž schopnost fotosyntézy. A právě díky fotosyntéze vznikl veškerý život.
Fotosyntéza je chemická reakce, ke které dochází v chloroplastech rostlin, nebo sinic a řas. Z oxidu uhličitého a vody působením světla vzniká kyslík a organické látky, například cukry.
Pro vznikající život hrálo největší roli narůstající množství kyslíku v ovzduší.
V boji proti globálnímu oteplování je zase důležité, že se oxid uhličitý z atmosféry odčerpává. Nabízí se tedy jednoduchá myšlenka – nebylo by možné podporovat růst fytoplanktonu tak, aby dokázal vychytat ještě víc oxidu uhličitého? Velmi důležitou roli v těchto úvahách hrál experiment Sofex, který se uskutečnil v roce 2002 na jižním polárním kruhu a kterého se také zúčastnil Michal Koblížek. Při tomto experimentu vědci přidávali do vody železo, které podporuje růst fytoplanktonu.
Mgr. Michal Koblížek, Ph.D., Mikrobiologický ústav AV ČR, Třeboň: Probíhalo to tak, že se moře v takovém čtverci o rozloze 250 km čtverečních obohatilo roztokem síranu železnatého a potom se zhruba měsíc a půl sledovalo, jak na to ten mořský ekosystém reaguje.
Během pokusu se biomasa mořského fytoplanktonu zvýšila až dvacetkrát. Dodáním jedné tuny železa se z atmosféry vyvázalo zhruba deset tisíc tun organického uhlíku. I přes příznivé výsledky experimentu Sofex se většina vědců k takovým zásahům staví spíš skepticky. Upozorňují hlavně na to, že jen velmi malá část fytoplanktonu klesne na dno, kde by se mohla zakonzervovat. Většina fytoplanktonu se rozloží nebo projde potravním řetězcem a uhlík v něm uložený se dostane zpátky do atmosféry. Navíc by tak velký zásah do křehké rovnováhy ekosystému mohl vyvolat naprosto nečekané reakce.
Mgr. Michal Koblížek, Ph.D., Mikrobiologický ústav AV ČR, Třeboň: Úplně nejhorší věc je, že lidské emise jsou tak obrovské, že i kdybychom dneska tímto způsobem pohnojili nebo obohatili dvacet procent rozlohy všech oceánů, tak by to zdaleka nestačilo.
Oceány v uplynulých dvou stech letech pohltily na 48 procent oxidu uhličitého vzniklého lidskou činností. I proto se vědci vydávají na dobrodružné cesty – aby poznali, jak dlouho se ještě budou moci na fytoplankton spoléhat.
Autor: Tereza Pultarová