Ekologie invazních sinic a řas

Transkript

1 Ekologie invazních sinic a řas aneb smrt v kapce vody Petr DVOŘÁK 2010 Katedra botaniky Algologická laboratoř

2 Outline Úvod základní dělenířas Vektory Sekundární metabolity a toxiny Allelopatie Invazní sinice HABs Harmful Algal Blooms Caulerpa taxifolia

3 Co jsou zač? Sinice (Cyanophyta, Cyanobacteria) vodní květ Ruduchy (Rhodophyta) Hnědé řasy (Chromophyta) Chaluhy

4 Co jsou zač? Obrněnky (Dinophyta) HABs: Harmful Algal Blooms Zelené řasy (Chlorophyta) Killer algae - Caulerpa

5 Vektory přenosu Propagule buňky, spory, akinety Oceánské a atmosferické proudy Člověk Lodě (lodní balast) Záměrné vypuštění (málo případů) Mastocarpus stellatus (Rhodophyta) vysazen na Helgolandu v Německu, původní v severním Atlantiku Akvaristika pravděpodobně jeden z vektorů Caulerpa taxifolia Úniky z akvárií Úniky z vědeckých zařízení

6 Sekundární metabolity řas Organické látky, které nejsou přímo zapojeny do normalního chodu organismu, tzn. do růstu, vývoje a reprodukce Chemická struktura terpeny, polyketidy, deriváty aminokyselin Amsler (2009)

7 Sekundární metabolity - toxiny Cyanotoxiny (sladké vody): Hepatotoxiny (cyklické peptidy) poškozují játra, rody Noctoc, Planktothrix, Nodularia, např. Microcystin, Nodularin Neurotoxické alkaloidy (anatoxiny a saxitoxiny) poškozují nervový systém, rody Cylindrospermopsis, Anabaena, Aphanizomenon, např. Cylindrospermopsin, Anatoxin-a Cytotoxické a dematotoxické alkaloidy Nodularin

8 Sekundární metabolity - toxiny Toxiny HABs (slané vody): Amnesic Shellfish Poisoning: Pseudo-nitzschia sp. (Diatomae) domoic acid působí toxicky na gastrointestinální a nervovou soustavu, působí letálně Diarrhetic Shellfish Poisoning: Dinophysis spp., Prorocentrum spp. (Dinophyta) okadaic acid působí na gastroinstestinální soustavu Neurotoxic Shellfish Poisoning: Karenia brevis (Dinophyta) brevitoxin - neurotoxický Paralytic Shellfish Poisoning: Alexandrium spp.,gymnodinium catenatum, Pyrodinium bahamense (Dinophyta) saxitoxin fatálně působí na nervovou soustavu (Red Tide) saxitoxin domoic acid

9 Gross (2003) Allelopatie Produkce biochemických látek ovlivnňující růst, přežití a reprodukci ostatních organismů (pozitivně i negativně) Kompetiční výhoda proti ostatním organismům Příklady ze slaných vod: obrana proti nasedání Enteromorpha prolifera (Cholorophyta)

10 Příklady ze slaných vod: Larencia pinnatifida (Rhodophyta) antifugální a antibakteriání účinky Allelopatie Prorocentrum lima (Dinophyta): inhibice růstu ostatních řas ve fytoplanktonu Nodularia harveyana (Cyanobacteria): ve Středozemním moři, inhibuje růst bakterií

11 Allelopatie Příklady ze sladkých vod: Chara globularis (Chlorophyta): inhibice růstu epifytů a fytoplanktonu pomoci bioaktivnich sirných látek Spirogyra sp. (Chlorophyta): pozitivní i negativní allelopatie inhibice růstu některých epifytů (rozsivky) a zároveň stimulace růstu jiných např. Planktothrix aghardii (Cyanobacteria)

12 Allelopatie Příklady ze sladkých vod: Peridinium bipes (Dinophyta): algicidní účinek na Microcystis aeruginosa (Cyanobacteria)

13 Allelopatie Příklady ze sladkých vod: Fischerella muscicola (Cyanobacteria): inhibice fotosystému II Oscillatoria late-virens (Cyanobacteria): inhibice fotosyntézy

14 Invazní sinice Whitton et Potts (2002) Problém sladkých a brakických vod Vyšší růst sinic obecně při vyšších teplotách, ph a obsahu živin Vodní květ sinic: Definován jako biomasa fytoplanktonu podstatně vyšší než je průměr v daném jezeře Většinou souvisí s eutrofizací soubor přírodních a uměle vyvolaných procesů vedoucích ke zvyšování obsahu anorganických živin stojatých a tekoucích vod V našich podmínkách obvykle eutrofní lokalita: >50 µg.l -1 Důsledky cyanotoxiny, špatné organoleptické vlastnosti, utilizace dusíku a fosforu, tvorba anoxické vrstvy atd.

15 Vodní květ Ekostrategie vodní květ tvořících sinic Povlak tvořící Aphanizomenon sp., Microcystis aeruginosa vytváří velké agregáty na hladině Homogenně rozptýlené ve vodním sloupci Limnothrix redekei, Plaktothrix aghardii

16 Vodní květ Ekostrategie vodní květ tvořících sinic Stratifikační strategie růst mezi meta a epilimnionem, nutná adaptace pigmentů na nedostatek světla Planktothrix rubescens Dusík fixující sinice mohou fixovat atmosferický dusík, výskyt na lokalitách s nedostatkem dusíku často estuária Nodularia, Aphanizomenon Malé kolonie tvořící rod Aphanothece

17 Microcystis aeruginosa Povlak tvořící, sladkovodní Řád: Chroococcales Rozšíření: Hojně rozšířená v eutrofizovaných lokalitách v celém temperátním pásu Nebezpečnost: Produkce toxinů hepatotoxin microcystin Toxická pro zooplankton i ryby Bioakumulace microcystinu v environmentu

18 Nodularia spumigena Dusík fixující, halotolerantní Řád: Nostocales Rozšíření: Obecně brakické vody Baltské moře Austrálie Peel-Harvey Estuary USA Neuse River Estuary Nebezpečnost: Produkce toxinů hepatotoxin nodularin Bioakumulace v baltské biotě (Kankaanpää et al. 2002)

19 Cylindrospermopsis raciborskii Dusík fixující, sladkovodní Řád: Nostocales Rozšíření: Původně tropická sinice, šíření do mírného pásu Šíření není pravděpodobně spojeno s globálním oteplováním ale s adaptabilitou tohoto druhu (Briand et al. 2004) Severní Amerika, Evropa, Austrálie a Afrika, časté vodní květy Nebezpečnost: Produkce toxinů neurotoxin cylindrospermopsin

20 Šíření Cylindrospermopsis raciborskii Gugger et al. (2005) Původní předpokládané šíření z Austrálie přes Afriku do Evorpy a Severní Ameriky (Padisák 1997) na základě ekofyziologie Na molekulární úrovni jsou ale kmeny vyizlované z různých kontinentů příliš rozdílné Pravděpodobně šíření C. raciborskii z teplých refugií na kontinentech

21 Ekologie invazních obrněnek (Dinophyta) Většina druhů mořských Asi polovina se živí heterotrofně Sladkovodní většinou neškodné Nárůst biomasy netoxických obrněnek blízko pobřeží může vést k vytvoření anoxického prostředí Nejznámější událost 1976 New York Bight úhyn ryb a měkkýšů na ploše km 2 Častěji jsou nebezpečné v nízkých abundancích toxiny nebezpečné pro mořské mlže voda nemá typické červenohnědé zbarvení HABs: Harmful Algal Blooms Fenomén Red Tide přemnožení některých HABs Granéli et Turner (2007)

22 HABs a globální oteplování Hallegraef (2010) HABs přirozeným jevem, v poslední době však dochází ke změnám jejich rozšíření ve světovém oceánu Pyrodinium bahamense Přirozené rozšíření pouze tropické vody Fosilní rozšíření viz B výskyt i kolem Austrálie Nyní nebezpečí návratu k Austrálii kvůli oteplování oceánu Pyrodinium bahamense (Dinophyta)

23 HABs a globální oteplování Noctiluca scintilans (Dinophyta) šíření tohoto druhu v průběhu posledních 150 let pravděpodobně souvisí s oteplováním vody

24 Vliv globálního oteplování na mořský fytoplankton A snížení množství fytoplanktonu v tropických středních zeměpisných šířkách způsobené nedostatkem živin a příliš vysokou teplotou B zvýšení množství fytoplanktonu ve vyšších zeměpisných šířkách způsobené dostatkem živin a vyšší teplotou

25 Hallegraef (2010) Vliv globálního oteplování na mořský fytoplankton Přírodní populace fytoplanktonu se obvykle vyskytují ve spíše suboptimálních podmínkách Růst fytoplanktonu obvykle vyšší ve vyšších teplotách Množství fytoplanktonu v Severním moři v letech

26 Vliv globálního oteplování na mořský fytoplankton

27 Red Tide PSP - Paralytic Shellfish Poisoning Vznik: teplé,slunečné počasí, nízká salinita (po dešti), pobřežní vody Projevy: Neurotoxiny: otrava měkkýšů, ryb, savců Červenohnědá až červená barva nce+for+businesses&l3=food+safety&sid=eeohhs2&b=terminalcontent&f=dph_environment al_foodsafety_p_red_tide&csid=eeohhs2

28 Red Tide Organismy: Alexandrium spp. Gymnodinium catenatum Pyrodinium bahamense var. compressum

29 Red Tide Důsledky: V ekosystému: akumulace toxinů v různých úrovních potravních řetězce, vymírání měkkýšů, ryb, savců Pro člověka: přímá konzumace měkkýšů může způsobit smrt přítomnost neurotoxinů ve vysokých dávkách Pro ekonomiku: USA zaplatí každoročně 50 mil. dolarů za problémy způsobené HABs hlavním komponentem je zdravotnictví a rybářství Pyrodinium bahamense je zodpovědné za 100 úmrtí a více než 2000 vážných onemocnění lidí ročně

30 White Water Emiliana huxley (Chromophyta, Coccolithophoridales) Důležité v koloběhu vápníku Přemnožení vytváří bílé povlaky na hladině oceánu

31 Killer Algae Caulerpa taxifolia Litorál moří, do hloubky 100 m Zelené řasy (Chlorophyta), Briopsidales Ovlivnění původních stanovišť a flóry Porůstání všech substrátů Ničení mikrohabitatů Snižování density a diversity bezobratlých, ryb i flóry (i Posidonia oceanica a Cymodocea nodosa) Toxin caulerpin Poprvé ve Středozemním moři objevena 1988 v akváriu Oceánografického muzea v Monaku

32 Killer Algae Caulerpa taxifolia

33 Killer Algae Caulerpa taxifolia Efekt na původní flóru přerůstání a kompetice o živiny Efekt na původní faunu redukce density i diversity bezobratlých

34 Závěr Šíření invazních řas většinou negativní důsledky zdraví, místní i globální ekosystém Změny globálního klimatu zvýšení teploty, změna stratifikace oceánů, změna směru oceánických proudů, acidifikace Globální změny však ne vždy strůjcem změn viz případ Cylindrospermopsis

35 Použitá literatura Amsler, C. D. (2009): Algal Chemical Ecology. Springer. Gross, E. M. (2003): Allelopathy of aquatic autotrophs. Critical Reviewes in Plant Science 22, Granéli, E. et Turner, J. T. (2007): Ecology of Harmful Algae. Springer. Hallegraeff, G. M. (2010): Ocean Climate Change, Phytoplankton Community Responses, and Harmful Algal Blooms: a Formidable Predictive Challenge. J. Phycol., 46: Kankaanpää, H., Vuorinen, P. J., Sipiä, V. et Keinänen, M. (2002): Acute effects and bioaccumulation of nodularin in sea trout (Salmo trutta m. trutta L.) exposed orally to Nodularia spumigena under laboratory conditions. Aquat. Toxicol. 61: Briand, J. F., Leboulanger, C., Humbert, J. F., Bernard, C. et Dufour, P. (2004): Cylindrospermopsis raciborskii (Cyanobacteria) invasion at mid-latitudes: selection, wide physiological tolerance, or global warming? J. Phycol. 40: Padisak, J. (1997): Cylindrospermopsis raciborskii (Woloszyn ska) Seenayya et Subba Raju, an expanding, highly adaptive cyanobacterium: worldwide distribution and review of its ecology. Arch. Hydrobiol. Suppl. 107: Gugger M., Molica, R., Le Berre, B., Dufour, P., Bernadr, C. et Humbert. J. F. (2005): Genetic diversity of Cylindropsemopsis Strains (Cyanobacteria) isolated from four continents. Appl. and Environ. Microbiol. 72(2):

36 Děkuji za pozornost!!! Otázky???