Analýza stabilních izotopů alternativní metoda studia migrace ptáků. Stable isotopes analysis an alternative approach in the study of bird migration

Transkript

1 Analýza stabilních izotopů alternativní metoda studia migrace ptáků Stable isotopes analysis an alternative approach in the study of bird migration Petr Procházka Ústav biologie obratlovců AV ČR, Květná 8, CZ Brno; Procházka P. 2006: Analýza stabilních izotopů alternativní metoda studia migrace ptáků. Sylvia 42: Přežívání tažných ptáků je ovlivňováno podmínkami na hnízdišti, zimovišti i tahových zastávkách. Pro účinnou ochranu populací je tedy často nutné znát limitující faktory po celé období ročního cyklu druhu. Analýza stabilních izotopů z tkání tažných ptáků představuje alternativní způsob, jak propojit hnízdiště, zimoviště a tahové zastávky jednotlivých populací. Tato metoda využívá fakt, že izotopové složení ptačích tkání odráží izotopové složení potravy, tedy i místa jejího geografického původu. Ptáci, kteří se pohybují mezi místy s odlišným izotopovým složením, tak ve svých tkáních mohou nést chemickou informaci o místě, kde se příslušná tkáň vytvořila, a to nám může pomoci vystopovat jejich geografický původ. Plánovaná studie by proto měla vždy nejdříve zjistit, zda se daný druh pohybuje a živí v prostředích s odlišnými poměry stabilních izotopů a zvolit nejvhodnější studovanou tkáň. Jako každá metoda má i analýza stabilních izotopů mnohá omezení, a proto je vhodné ji použít v kombinaci s dalšími přístupy. Survival of migratory birds is influenced by conditions on breeding and wintering grounds as well as at stopover sites. For effective conservation limiting factors acting throughout the annual cycle must be identified. Analysis of stable isotopes from tissues of migratory birds presents an alternative tool for linking breeding and wintering grounds of particular populations. This method uses the fact that isotopic composition of bird tissues reflects that of the diet and indicates thus the place of its origin. Birds moving between locations with distinct isotopic composition carry chemical information on the site where the tissue was grown and this enables us to trace their geographic origin. Future studies should make sure that the species moves between and feeds in environments with distinct stable isotope ratios and choose the best type of tissue. As any other method, analysis of stable isotopes has its limitations and it is thus convenient to combine it with other approaches. Keywords: bird migration, dispersal, moult patterns, movements, natal origin, stable isotopes 3

2 Procházka P. / Stabilní izotopy ÚVOD Poznání migrace ptáků má neoddiskutovatelný význam pro pochopení jejich ekologie, životních strategií, chování, ale např. i potenciálního rizika šíření patogenů přenášených ptáky. Tah je nedílnou součástí ročního cyklu mnoha druhů a může být nejkritičtějším obdobím pro přežívání (Sillett & Holmes 2002). Podmínky na zimovištích a tahových zastávkách významně ovlivňují nejen momentální kondici tažných ptáků, ale mají dopad i na přežívání, načasování příletu na hnízdiště a úspěšnost hnízdění v následující sezóně (Saino et al. 2004, Runge & Marra 2005). Nepříznivé počasí v subsaharské Africe tak např. může v konečném důsledku ovlivňovat populační dynamiku tažných druhů (Peach et al. 1991, Szép 1995, Schaub et al. 2005), a proto je poznání takových limitujících faktorů a identifikace míst kritických pro přežívání migrantů nezbytné pro jejich účinnou ochranu (Harrington et al. 2002, Newton 2004, Sanderson et al. 2006). V posledních letech se tak do popředí zájmu dostalo vedle výše zmiňovaných sezónních interakcí a dlouhodobých důsledků podmínek na zimovišti na zdatnost migrantů (Gunnarsson et al. 2005, Studds & Marra 2005) i studium tahové konektivity. Ta vyjadřuje podíl jedinců z určité hnízdní populace zimujících společně (Webster et al. 2002) a určuje možnosti adaptace, speciace a reakce na změny prostředí na různých měřítkách (Webster & Marra 2005). Pro populace s vysokou tahovou konektivitou mezi hnízdišti a zimovišti lze modelovat demografii populace s využitím odhadu přežívání v jednotlivých obdobích ročního cyklu (Sillett & Holmes 2002), produktivity, emigrace a imigrace (Burnham 1993, Blums et al. 1996). Populace s nízkou tahovou konektivitou mohou být ovlivňovány odlišnými faktory v různých částech zimoviště či tahové cesty a interpretace populačních změn je v takovém případě mnohem složitější. Naše schopnost přímého sledování tažných ptáků na jejich cestách mezi hnízdišti a zimovišti ale naráží na mnohá omezení, se kterými se ornitologové snaží s různým úspěchem vypořádat již dlouhou dobu. Po více než 100 letech kroužkování známe poměrně dobře tahové cesty mnoha druhů ptáků severní polokoule (Bairlein 2001). Zdálo by se tedy, že již není příliš co dále zkoumat. Opak je ale pravdou. Zvláště u malých druhů je návratnost kroužků minimální a u mnoha populací máme stále jen velmi kusé informace o tom, kudy na zimoviště táhnou a kde zimují. Navíc jsou zpětná hlášení často velmi silně ovlivněna nerovnoměrným rozmístěním aktivity kroužkovatelů v prostoru i čase a odlišnými pravděpodobnostmi nálezu či nahlášení kroužkovaných ptáků v různých částech světa i obdobích roku (Perdeck 1977, Fiedler et al. 2004). Dosud velmi málo víme o migraci v rámci tropů (Curry-Lindahl 1981) či na jižní polokouli (Chesser 1994, Jahn et al. 2004). Elegantním řešením, jak se vyhnout malé návratnosti zpětných hlášení kroužkovaných ptáků, je využití satelitní telemetrie (Nowak & Berthold 1987, Meyburg et al. 2004, Petersen et al. 2006). Tato metoda je však poměrně drahá, takže ji nelze aplikovat ve velkém, a navíc ji zatím nelze použít na drobné pěvce. Proto se v posledních letech těší oblibě alternativní, nepřímé metody, jako je využití molekulárně-genetických metod (Rhymer et al. 2005, Smith et al. 2005), analýza stabilních izotopů (Hobson 2005b) a stopových prvků (Szép et al. 2003). Většina nepřímých metod využívá přirozené variability druhu k přiřazení 4

3 příslušného jedince k určité populaci nebo geografické oblasti (Kimura et al. 2002, Webster et al. 2002, Wennerberg et al. 2002, Clegg et al. 2003). Objevují se ale i další přístupy, jako např. využití družicových snímků vegetace k identifikaci oblastí kritických pro přežívání tažných ptáků (Saino et al. 2004, Pettorelli et al. 2005, Szép & Møller 2006), zbarvení opeření vodních ptáků dodatečně získané v mokřadech s obsahem oxidů železa v sedimentech (Baranjuk & Syroečkovskij 1994, Alisauskas et al. 1998) či využití lokálních zpěvních dialektů (C. Lange in litt.). Stabilní izotopy našly své uplatnění nejprve v geochemii a meteorologii, později se začaly s úspěchem využívat ve fyziologii rostlin, paleontologii a archeologii. V ekologii se první práce používající postupy založené na analýze stabilních izotopů začaly objevovat až na přelomu 70. a 80. let 20. století. Poté, co došlo díky technologickým vylepšením k zautomatizování analýz (Brand 1996, Fourel et al. 1998), se využití stabilních izotopů velmi rozšířilo stačí si zběžně prolistovat několik posledních čísel některého ekologického časopisu (např. Oecologia) a s údivem zjistíte, jak běžným se stal tento alternativní přístup při studiu potravní ekologie a migrace ptáků. Přesto se domnívám, že se u nás o této metodě ví poměrně málo. Proto je cílem této rešerše podat nástin využití stabilních izotopů při studiu migrací ptáků. Vzhledem k úzké provázanosti této oblasti s potravní ekologií a výměnou opeření se v nezbytně nutné míře zmíním i o několika studiích, které se zabývaly aplikací stabilních izotopů při výzkumu potravy a pelichání. Předem čtenáře upozorňuji, že se jedná o bouřlivě se vyvíjející oblast, takže jakékoli shrnutí posledních poznatků velmi rychle zastarává. METODICKÉ ASPEKTY Stabilní izotopy a jejich analýza Vzhledem k tématu se na úvod nevy - hneme troše chemie. Izotopy jsou formy téhož chemického prvku, které mají v atomovém jádře stejný počet protonů, ale různý počet neutronů, např. 13 C a 12 C. Stabilní izotopy jsou přirozeně se vyskytující formy prvků, které se na rozdíl od nestabilních radioaktivních izotopů (radionuklidů) samovolně nepřeměňují na prvky jiné. Důležité je uvědomit si to, že vzhledem ke stejnému počtu protonů mají sice izotopy téhož prvku stejné chemické vlastnosti, liší se však svojí atomovou hmotností, a proto reagují odlišnými rychlostmi. To je klíčové pro jejich odlišné chování v biogeochemických procesech v přírodě. Poměr stabilních izotopů se obvykle vyjadřuje jako podíl vzácnějšího, těžšího izotopu k izotopu běžnějšímu, lehčímu, např. 13 C/ 12 C nebo se zapíše zkráceně jako δ 13 C. Nejčastěji se v ekologii uplatňují stabilní izotopy uhlíku ( 13 C/ 12 C), dusíku ( 15 N/ 14 N), síry ( 34 S/ 32 S), kyslíku ( 18 O/ 16 O) a vodíku ( 2 H/ 1 H). Poměry stabilních izotopů se stanovují v laboratoři hmotnostním spektrometrem, který měří poměr těžkého a lehkého izotopu ve vzorku (P v ) a srovnává jej s týmž poměrem u mezinárodního standardu (P s ). Standardem pro uhlík je mořský fosilní vápenec z Jižní Karolíny (PDB), pro dusík atmosférický vzduch (AIR), pro síru troilit z meteoritu kaňonu Diablo (CDT) a pro kyslík a vodík vídeňský standard průměrné mořské vody (VSMOW). Rozdíl v poměrech se pak vyjadřuje v promile jako δx [ ] = (P v / P s 1) x Vzorky, které obsahují více těžkého izotopu, se označují jako obohacené (a mají tedy hodnotu δx větší než nula), vzorky s menším obsahem těžkého izotopu jako ochuzené (hodnota δx je záporná), běžně se těchto termínů používá ale 5

4 Procházka P. / Stabilní izotopy i při vzájemném srovnání dvou vzorků (Lajtha & Michener 1994). Izotopová frakcionace Díky odlišnému chování stabilních izotopů téhož prvku v různých biogeochemických procesech dochází k obohacení nebo ochuzení pletiv rostlin a tkání živočichů těžším izotopem příslušného prvku, čehož se s větším či menším úspěchem využívá k posouzení původu nejrůznějších organismů. Tak například rostliny obsahují méně 13 C než atmosférický oxid uhličitý, protože při difúzi a enzymatických reakcích se těžší 13 CO 2 chová jinak než lehčí 12 CO 2 (Troughton et al. 1974). V rámci potravních řetězců dochází k dalšímu obohacování či ochuzování, k tzv. izotopové frakcionaci, podle jednoduchého vzorce: δx t = δx p + Δδ pt kde X je prvek, který nás zajímá, t studovaná tkáň (např. ptačí pero), p potrava, a Δδ pt faktor izotopové frakcionace mezi potravou a studovanou tkání. Faktor izotopové frakcionace udává, o kolik se liší izotopové složení tkáně od izotopového složení potravy. Tato rovnice nás přivádí ke dvěma zásadním principům aplikace měření stabilních izotopů při studiu potravy a migrace ptáků: (1) Faktory izotopové frakcionace mohou být pro danou tkáň specifické a musí být stanoveny experimentálně (Hobson & Clark 1992b). (2) U metabolicky aktivních tkání (např. u krve) tento vztah není neměnný, ale závisí na rychlosti obměny dané tkáně (Hobson & Clark 1992a). Správný výběr tkáně má tak zcela zásadní význam pro efektivní studium migrace ptáků. Jak dále uvidíme, není při studiu migrací ptáků vždy nezbytně nutné znát frakcionační faktory pro potravu a studovanou tkáň, jejich znalost by ale dozajista zpřesnila interpretační výpověď mnoha studií. O to se pokoušely práce na ptácích krmených v zajetí potravou se známým izotopovým složením (δ 13 C a δ 15 N: Mizutani et al. 1991, Hobson & Clark 1992a, Hobson & Bairlein 2003; δd: Hobson et al. 1999a, Wassenaar & Hobson 2001). Stále ještě ale neznáme podrobnosti frakcionace izotopů např. pro ptačí drápy a pro některé typy potravy, jako nektar nebo plody (Pearson et al. 2003). Především u ptáků, kteří v rámci svého ročního cyklu přecházejí z živočišné na rostlinnou potravu, bychom měli před využitím stabilních izotopů ke studiu tahové konektivity experimentálně stanovit frakcionační faktory δ 13 C a δ 15 N pro příslušné metabolicky aktivní tkáně, jinak z naměřených hodnot jen těžko odlišíme změnu geografické pozice od změny jídelníčku (Hobson 2005c, Phillips & Eldridge 2006). Interpretace izotopového složení tkání může být navíc komplikovaná skutečností, že jednotlivé složky potravy (sacharidy, lipidy, bílkoviny) se do tkání zabudovávají specifickými pochody a studovaná tkáň pak nemusí odrážet izotopové složení potravy jako celku, ale příslušné nutriční složky, ze které byla syntetizována (Gannes et al. 1997). Výběr správné tkáně Při volbě studované tkáně je třeba zohlednit (1) izotopové složení zdroje a jeho změny v prostoru a čase, (2) izotopovou frakcionaci v rámci tkáně, která nám má poskytnout informaci o izotopovém složení zdroje, (3) rychlost změn poměrů izotopů v dané tkáni a samozřejmě (4) jednoduchost a nedestruktivnost odběru tkáně. Jak jsem již předeslal, při výběru tkáně můžeme volit mezi metabolicky aktivní nebo metabolicky inertní tkání. Oba typy tkání mají své výhody i nevýhody. Výběrem několika různých tkání s odlišným obdobím integrace geografické informace můžeme ale získat údaje, z kterých je možné zrekonstruovat histo- 6

5 rii pohybu jedinců po celý roční cyklus (Hobson 1993). Metabolicky aktivní tkáně nesou flexibilní informaci o svém původu a jejich dosah do minulosti závisí na rychlosti přeměny dané tkáně. U tkání s rychlým metabolismem (krevní plasma, játra) je tato informace krátkodobější (zhruba týden), protože poločas výměny prvků v těchto tkáních je asi 3 dny (Hobson & Clark 1992b). Svaly a krev (rozuměj: celá krev, tj. krevní buňky i plasma) se vyznačují pomalejší přeměnou u velkých druhů ptáků nám poskytují informaci o původu až 6 týdnů nazpět (Hobson & Clark 1993), u malých druhů zhruba týden (Pearson et al. 2003, Hobson & Bairlein 2003). Kolagen z kostí má velmi pomalou rychlost přeměny a nese informaci řádově roky. Problémem ale je, že pro volně žijící ptáky nejsou přesné rychlosti metabolické přeměny jednotlivých tkání dostatečně známé. Máme sice k dispozici výsledky laboratorních studií, které měnily izotopové složení podávané potravy (Hobson & Clark 1992a, Bearhop et al. 2002, Hobson & Bairlein 2003, Evans-Ogden et al. 2004), ty ale nemohou simulovat podmínky na tahu, při němž pták střídá období letu, kdy nepřijímá potravu, s obdobími doplňování zásob na tahových zastávkách. Většina energie potřebná pro let je získávána z tukových zásob, které izotopově odrážejí potravní řetězce na tahových zastávkách. Potřebné bílkoviny jsou ale získávány ze svalů (Lindström et al. 2000, Bauchinger & Biebach 2001) a pokud budeme předpokládat, že jsou pak doplňovány na tahových zastávkách, bude se postupně měnit i izotopové složení svalů a krve. Tento proces lze pak teoreticky namodelovat (Hobson 2005a). Je třeba také počítat s tím, že velké druhy ptáků mohou různě dlouhou dobu hladovět (Mrosovsky & Sherry 1980) a izotopové složení jejich tkání tím může být významně ovlivněno (Hobson et al. 1993, Cherel et al. 2005). Metabolicky neaktivní tkáně, jako keratin z peří či drápů, nám poskytují informaci o původu těchto tkání v době jejich růstu (pokud předpokládáme, že se při jejich tvorbě neuplatňují zásoby uložené v jiném prostředí). U druhů, u nichž průběh pelichání dobře známe, může být stanovení poměru izotopů v jediném peru užitečným nástrojem k určení původu táhnoucího ptáka. Nevýhodou může být to, že pokud bylo pero ztraceno (např. tzv. úlekovým pelicháním jako obranou před predátory Dathe 1955), mohlo být nahrazeno na zcela jiném místě, než na jakém předpokládáme, že by normálně mělo vyrůst. Navíc u některých druhů neznáme přesně načasování pelichání a neúspěšně zahnízdivší jedinci mohou opustit hnízdiště časně a pelichat na zcela jiném místě. Wassenaar & Hobson (2001) využili stabilních izotopů i k určení místa pelichání drozdů malých (Catharus ustulatus) a zjistili, že dospělí vyměňují opeření jižně od svých hnízdišť. Norris et al. (2004a) pomocí stabilních izotopů vodíku přišli na to, že 40 % samců lesňáčka lejskovitého (Setophaga ruticilla) nepelichalo rýdovací pera na hnízdišti, jak se dosud předpokládalo, ale za tahu (až 2000 km od hnízdiště), výměna opeření na tahu souvisela s reprodukční úspěšností samce (neúspěšní jedinci pelichali na hnízdišti). Neto et al. (2006) použili analýzu stabilních izotopů při identifikaci jednotlivých generací per u cvrčilky slavíkové (Locustella luscinioides). Drápy ptáků vracejících se na jaře na hnízdiště mohou rovněž poskytnout informace o biotopech obývaných v zimě, protože rostou poměrně pomalu (asi 0,04 mm denně Bearhop et al. 2003) a odrážejí tak potravu z předchozích týdnů až měsíců. Jak ale ukazuje nedávná studie Mazerolla & Hobsona (2005), u některých druhů dochází v průběhu 7

6 Procházka P. / Stabilní izotopy tahu k významnému oděru a růstu drápů, a proto je na místě opatrnost při volbě keratinu z drápů jako ukazatele původu ptáků. Design a interpretace studií využívajících stabilních izotopů Hlavním cílem většiny migračních studií založených na stabilních izotopech je poznat, kudy příslušná populace protahuje, kde zimuje a v jakém rozsahu dochází na zimovišti k míšení hnízdních populací (studium tahové konektivity Webster et al. 2002, viz Úvod). Předpokladem využití analýz stabilních izotopů ke studiu migrace ptáků je přirozená variabilita stabilních izotopů v přírodě. Obrazně se nezřídka hovoří o tzv. izotopových krajinách (Hobson 2005c), charakterizovaných odlišnými poměry stabilních izotopů jednotlivých prvků. Pokud se pták pohybuje mezi dvěma odlišnými izotopovými krajinami, jeho tkáně nesou izotopovou informaci o místě, kde pobýval, po dobu závislou na rychlosti přeměny příslušného prvku dané tkáně. Po zvolení vhodné tkáně je třeba (1) stanovit izotopové složení zkoumané tkáně u reprezentativního vzorku populace a (2) odvodit geografický původ hnízdních nebo zimujících (táhnoucích) populací na základě podobností v izotopovém složení s populacemi o známém původu. Nespornou výhodou je to, že nemusíme ptáky značit a znovu odchytávat nebo odečítat, protože využíváme chemické informace, kterou si každý jedinec nese z místa svého původu. Každý odchyt ptáka tak má svoji vypovídací hodnotu a stává se de facto zpětným hlášením. Nezbytným předpokladem sledování konektivity mezi hnízdišti a zimovišti pomocí stabilních izotopů je známé izotopové složení oblastí, mezi nimiž jednotlivé populace táhnou, a volba vhodné tkáně, jejíž složení dostatečně dlouhou dobu odráží izotopové složení hnízdiště či zimoviště. Při plánování izotopových studií a interpretaci výsledků je rovněž třeba mít na paměti relevantní aspekty biologie a životních strategií tažných ptáků, stejně tak jako biogeochemie a ekologie příslušných ekosystémů (Gannes et al. 1997), které přispívají k variabilitě ve výsledcích měření stabilních izotopů u jedinců i populací. Přestože se zpravidla mlčky předpokládá, že všichni jedinci na dané lokalitě mají podobné poměry stabilních izotopů, nemusí to platit vždy a některé studie nalezly variabilitu nejen mezi různými typy per téhož jedince (Kelly et al. 2001, Meehan et al. 2003), ale i mezi simultánně vyrostlými pery téhož individua (Smith & Dufty 2005). Velkou variabilitu mezi jednici lze očekávat v případech, kdy se jedinci liší složením jídelníčku, místy sběru potravy nebo metabolismem. Např. vlhovci červenokřídlí (Agelaius phoeniceus), kteří se živí v nejrůznějších typech prostředí, vykazovali velkou variabilitu v hodnotách δ 13 C a δ 15 N (Wassenaar & Hobson 2000). Tkáně mláďat se mohou odlišovat v δ 15 N, pokud přijímají jinou potravu (např. bohatší na bílkoviny) nebo u nich (patrně vzhledem k odlišnému metabolismu) dochází k rozdílné diskriminaci stabilních izotopů (Gannes et al. 1997, Meehan et al. 2003). Podobně je třeba znát metabolické cesty spojené s růstem studovaných tkání a odlišnosti v izotopovém složení jednotlivých tkání i mezi částmi téže tkáně a mezi jedinci (Gannes et al. 1997, Farmer et al. 2003, Pearson et al. 2003). V případě peří je pak třeba zohlednit načasování, chronologii i geografickou oblast výměny opeření (Wassenaar & Hobson 2001, Duxbury et al. 2003, Norris et al. 2004a). Interpretaci výsledků izotopových studií může komplikovat geografická a meziroční variabilita klimatických podmínek. Zatímco jsme poměrně dobře 8

7 informováni o distribuci průměrných hodnot δ 18 O a δd ve srážkách (Poage & Chamberlain 2001, Bowen & Wilkinson 2002), v oblastech nebo obdobích s minimem srážek jsou odchylky od těchto průměrů jen málo známy (Hobson 2003). Podobně mohou rozdíly ve složení matečné horniny a heterogenita půd na malých měřítkách ovlivňovat hodnoty δ 15 N a δ 87 Sr (Kennedy et al. 1997, Blum et al. 2000). Nezanedbatelným faktorem je rovněž nadmořská výška. Graves et al. (2002) ukázali, že rozpětí hodnot δ 13 C u lesňáčka modrohřbetého (Dendroica caerulescens) na omezeném území jižní části Appalačského pohoří s převýšením 750 m bylo stejně velké jako variabilita tohoto stabilního izotopu v celém areálu zmiňovaného druhu. To ukazuje na důležitou skutečnost, že variabilita v rámci populace může být u některého izotopu stejně velká jako rozdíly mezi populacemi. Proto je někdy třeba použít izotopy s dobře strukturovanou geografickou distribucí či kombinace izotopů více prvků (Caccamise et al. 2000, Wassenaar & Hobson 2000). ROZMÍSTĚNÍ STABILNÍCH IZOTOPŮ V PŘÍRODĚ A JEJICH VYUŽITÍ KE STUDIU MIGRACE Stabilní izotopy využívané při studiu migrace lze rozdělit podle jejich atomové hmotnosti na izotopy lehkých (např. uhlíku, dusíku, síry, vodíku, kyslíku) a těžkých prvků (např. stroncia a olova). Distribuce stabilních izotopů lehkých prvků v přírodě je ovlivněna jak biochemickými (např. fixace dusíku v rostlinách), tak biogeochemickými procesy, zatímco poměry izotopů těžkých prvků jsou ovlivněny zejména biogeochemickými procesy (tab. 1). Poměry stabilních izotopů některých prvků jsou podmíněny lokálně (biomem nebo podnebím), jiné geologickým podložím či rozmístěním srážek v kontinentálním měřítku. Je třeba ale mít vždy na paměti, že přirozený výskyt stabilních izotopů může navíc ovlivňovat činnost člověka (dusíkatá hnojiva, olovo ze zplodin výfukových plynů tab. 1). Izotopy uhlíku a dusíku Rozmístění stabilních izotopů uhlíku v přírodě se odvíjí od různých typů fotosyntézy. Následkem odlišné diskriminace těžšího izotopu uhlíku primárním enzymem rostlin s C 3 typem fotosyntézy jsou pletiva C 3 rostlin více ochuzena o 13 C než C 4 a CAM rostliny (O Leary 1981, 1988, Farquhar et al. 1989a), čehož využívají mnohé studie zkoumající relativní závislost na potravě odvozené z potravních řetězců založených na různých typech fotosyntézy primárních producentů. Takový přístup umožnil sledovat původ zimujících husí sněžných (Anser caerulescens) v Severní Americe, protože několik populací se živí kukuřicí (C 4 rostlina), kdežto zbytek využívá C 3 rostliny (Alisauskas & Hobson 1993, Alisauskas et al. 1998, Féret et al. 2003). Wassenaar & Hobson (2000) zase ukázali, že ně které populace vlhovce červenokřídlého závisí na kukuřičných polích, a jiné na C 3 rostlinách. Při studiu tahu jednotlivých populací má ale tento prvek samozřejmě i svá omezení. Tak např. Hobsonovi & Wassenaarovi (2001) vyšlo, že ťuhýci američtí (Lanius ludovicianus) zimující na jihu Spojených států a v severním Mexiku pocházeli z oblastí s potravními řetězci založenými na čistě C 4 rostlinách až po oblasti výhradně s C 3 rostlinami. Bohužel nejsou k dispozici mapy s dostatečným prostorovým rozlišením C 3 a C 4 rostlin v hnízdních areálech většiny druhů ptáků, takže informace o jejich původu založené výhradně na poměrech stabilních izotopů uhlíku jsou zatím velmi omezené. Samotné C 3 rostliny vykazují značnou 9

8 Procházka P. / Stabilní izotopy Tab. 1. Procesy ovlivňující poměry vybraných stabilních izotopů a distribuce stabilních izotopů v přírodě (upraveno podle Rubensteina & Hobsona 2004). Table 1. Processes influencing abundance of selected stable isotope and natural environmental isotopes patterns (adapted from Rubenstein & Hobson 2004). procesy ovlivňující poměry stabilních izotopů distribuce stabilních izotopů v přírodě stabilní izotop biologické a/nebo biogeochemické antropogenní suchozemské mořské suchozemské x mořské δ 13 C liší se v pletivech rostlin podle: zemědělské plodiny (např. C 4 ) klesá se vzrůstající klesá se vzrůstající mořské prostředí více izotopové frakcionace při v přírodních ekosystémech zeměpisnou šířkou zeměpisnou šířkou obohaceno ve srovnání fotosyntéze C 3, C 4 a CAM (např. C 3 ) vzrůstá se vzrůstající severní oceány více se suchozemským rostlin bodové znečištění atmosféry nadmořskou výškou obohaceny ve srovnání okolních podmínek nebo vody vlhké biotopy více s jižními oceány limitujících enzymatické obohaceny ve srovnání se bentické biotopy více reakce při fotosyntéze nebo suchými (v systémech obohaceny ve srovnání ovlivňujících otevírání založených na C 3 rostlinách) s pelagickými průduchů δd a δ 18 O odlišné poměry v dešťové vodě zavlažování spodní vodou klesá se vzrůstající žádné gradienty mořské prostředí více v závislosti na: budování přehradních nádrží zeměpisnou šířkou obohaceno ve srovnání rozložení srážek ovlivňujících místní klima klesá se vzrůstající se suchozemským teplotě antropogenní změna klimatu nadmořskou výškou nadmořské výšce nejvyšší v létě a nejnižší relativní vlhkosti v zimě nad 30 s. š. směrem od pobřeží se snižuje δ 206,207,208 Pb geologické podloží bodové znečištění starší půdy více obohaceny žádné gradienty žádné gradienty znečištění z fosilních paliv ve srovnání s mladšími severní oceány více mořské prostředí více δ 15 N liší se v pletivech rostlin hnojení suché biotopy více obohaceny obohaceny ve srovnání obohaceno ve srovnání podle typu fixace dusíku: amonifikace nebo ve srovnání s vlhkými s jižními oceány se suchozemským symbiotická fixace diferenční ztráta 14N přímá přeměna atmosférického dusíku δ 34 S rozložení lehkých a těžkých bodové znečištění žádné gradienty sladkovodní biotopy mořské prostředí více sulfidů v matečné hornině znečištění z fosilních paliv více obohaceny ve obohaceno ve srovnání kvalita růstových podmínek srovnání s mořskými se suchozemským (aerobní x anaerobní) bentické biotopy více atmosférické ukládání obohaceny ve srovnání z přírodních zdrojů s pelagickými 10

9 variabilitu v hodnotách δ 13 C v závislosti na mechanismech zajišťujících jejich hospodaření s vodou (Lajtha & Marshall 1994). Jedinci rostoucí na sušších stanovištích jsou více obohacení 13 C než jedinci ve vlhčích či chladnějších podmínkách (Farquhar et al. 1989b). Průlomová studie Marry et al. (1998) ukázala, že severoameričtí lesňáčci lejskovití zimující na Jamajce a v Hondurasu ve vlhkých, kvalitnějších biotopech měli tkáně ochuzené o 13 C ve srovnání s těmi, kteří zimu trávili v sušším prostředí. To jim umožnilo testovat hypotézu, že ptáci, kteří přilétají na hnízdiště jako první, zimovali v kvalitnějších biotopech. Výzkumníci tohoto týmu tak pomocí stabilních izotopů prokázali, že výběr prostředí na zimovišti může ovlivňovat fenologii příletu tažného druhu (Marra et al. 1998, Studds & Marra 2005) a ovlivňuje i následnou reprodukční úspěšnost (Norris et al. 2004b). Pro přesnější pochopení distribuce izotopů uhlíku je však potřeba detailnějšího výzkumu jejich rozmístění v různých biomech hlavních zimovišť tažných ptáků, abychom mohli s větší jistotou a přesností interpretovat výsledky analýz stabilních izotopů a říci, v jakém prostředí a kde přibližně migranti tráví čas mimo hnízdění. Mnoho studií se zatím bohužel jen omezuje na konstatování, že našlo průkazné rozdíly mezi různými skupinami, jejich jasná interpretace je ale mnohdy nesnadná (Pain et al. 2004, Møller & Hobson 2004). Podobně jako u stabilních izotopů uhlíku, je poměr stabilních izotopů dusíku v potravních řetězcích ovlivňován klimatem a dalšími faktory, navíc u tohoto prvku může lidská činnost významně ovlivňovat hodnoty δ 15 N zvláště v půdě a sladkovodních nádržích. Půdní dusík se může mezi lokalitami přirozeně lišit, používání živočišných hnojiv a vyšší uvolňování izotopově lehčích dusíkatých složek (např. amoniaku) v důsledku orby a snižování kyselosti však navíc zemědělskou půdu obohacuje o 15 N vůči původním půdám lesů mírného pásma (Nadelhoffer & Fry 1994). Hobson (1999b) ukázal, že peří hmyzožravých ptáků obývajících severské jehličnaté lesy bylo ochuzeno o 15 N ve srovnání s druhy osidlujícími říční nivy v zemědělsky obhospodařovaných kanadských prériích. Podobně bylo peří kachen hnízdících v zemědělské krajině obohaceno o 15 N ve srovnání s kachnami ze severských lesů (Hebert & Wassenaar 2001). Není však dosud jasné, nakolik jsou tyto jevy závislé na měřítku, protože např. Alexander et al. (1996) našli poměrně vysokou variabilitu v hodnotách δ 15 N v tkáních bahňáků hnízdících v zemědělské krajině. U budníčka většího (Phylloscopus trochilus) probíhá napříč Skandinávií hybridní zóna mezi poddruhy trochilus a acredula (Bensch et al. 1999). Nominátní poddruh zimuje v západní Africe, poddruh acredula ve východní a jižní Africe. Chamberlain et al. (2000) ukázali jasné obohacení 13 C a 15 N v perech budníčků větších na sever od zóny styku těchto dvou poddruhů, které odpovídá suššímu biotopu na zimovišti poddruhu acredula. Bensch et al. (2006) v podobné studii potvrdili rozdíl jen u δ 15 N, navíc se pokusili srovnat hodnoty z peří z hnízdišť se vzorky sebranými přímo na zimovištích. Zdá se ale, že je před námi ještě velký kus práce, než budeme schopni spolehlivě mapovat zimoviště palearktických migrantů v subsaharské Africe. Rozdíly v izotopovém složení najdeme i mezi mořem a pevninou (včetně sladkovodních biotopů), přičemž mořské prostředí bývá obohaceno těžším izotopem dusíku, uhlíku, vodíku a síry. Toho bylo s úspěchem využito v mnoha potravněekologických studiích (Hobson & Sealy 1991, Hobson et al. 1997, Bearhop et al. 1999, Kelly 2000). U ptáků, kteří se sezón- 11

10 Procházka P. / Stabilní izotopy ně přesunují mezi mořem a pevninou, tak můžeme rovněž sledovat původ některých populací např. u hoholek ledních (Clangula hyemalis) zimujících jak na východním pobřeží Severní Ameriky, tak na Velkých jezerech (Braune et al. 2005). V rámci mořských biotopů je zatím známo poměrně málo geografických izotopových markerů vhodných ke studiu přesunů tažných ptáků. Subtropická konvergence Jižního oceánu je oblastí výrazných změn hodnot δ 13 C a δ 15 N, jak potvrdil výzkum kostic velryb jižních (Eubalaena autralis), které každoročně migrují touto izotopovou anomálií (Best & Schell 1996). Mořští ptáci, kteří rovněž táhnou na jih a na sever od této oblasti, mohou podobně získávat užitečné izotopové markery ve svých tkáních vytvořených v těchto oblastech (Cherel et al. 2000). V Beringově moři má zooplankton díky intenzivnímu stoupání spodních vod až k hladině vyšší hodnoty δ 13 C a δ 15 N než sousední oblasti Čukotského i Beaufortova moře a východní pobřeží Kanady (Schell et al. 1998). Toho využili Mehl et al. (2005), kteří díky tomuto fenoménu mohli stopovat zimoviště kajek královských (Somateria spectabilis). Deuterium Zatímco analýzy izotopů dusíku a uhlíku přinesly nové vhledy do studia potravní ekologie ptáků (Kelly 2000), jejich využití ke studiu tahu je většinou omezeno na případy, kdy ptáci migrují mezi prostředími s odlišnými systémy fotosyntézy nebo mezi mořskými a terestrickými biotopy. Největší potenciál pro studium migrací ptáků (zvláště v Severní Americe) ukázaly stabilní izotopy vodíku ( 2 H neboli těžký vodík se tradičně označuje jako deuterium D). Protože voda s obsahem deuteria (D 2 O) odpařená na rovníku je těžší, padá dříve zpět na zem ve formě srážek. Proto např. tropické ekosystémy obsahují více deuteria než polární a na velkých měřítkách tak podle distribuce srážek vznikají gradienty, které lze využít pro studium migrace (Gat 1996). Tento fakt byl znám již 30 let před tím (Sheppard et al. 1969), než byl aplikován na tažné ptáky. Po prvních pracích Chamberlaina et al. (1997) a Hobsona & Wassenaara (1997) potvrdila řada dalších studií silnou korelaci mezi hodnotami δd z lokálních srážek a z ptačího peří vyrostlého na různých místech Severní Ameriky (Kelly et al. 2001, Meehan et al. 2001, Rubenstein et al. 2002, Lott & Smith 2006). Nejzřetelnější gradienty δd zhruba v severojižním směru se nacházejí v Severní Americe, na jihu Jižní Ameriky a v severovýchodní Asii (Bowen et al. 2005). Gradient v Evropě je menší než v Severní Americe, směřuje od jihozápadu na severovýchod a nejvíce je strukturovaný v západní Evropě a Skandinávii (Hobson et al. 2004, Bowen et al. 2005). Bearhop et al. (2005) toho využili a ukázali, že pěnice černohlavé (Sylvia atricapilla) zimující nově ve Velké Británii se na hnízdišti ve střední Evropě párují asortativně, mj. proto, že přilétají dříve než jedinci zimující na Pyrenejském poloostrově. Silný gradient napříč kontinentem ale nestačí k tomu, abychom mohli určit přesnější původ migrujících ptáků, proto se badatelé snaží najít ještě jiné vhodné izotopy, které by pomohly zlepšit rozlišení, v Severní Americe např. odlišit i východní populace od západních. Práce na lesňáčku modrohřbetém ukázaly, že by jimi mohly být izotopy stroncia a uhlíku (Chamberlain et al. 1997, Rubenstein et al. 2002), podobně jako využili δd a δ 13 C Hobson et al. (1999) při zjišťování původu motýlů monarch stěhovavých (Danaus plexippus). Ani rozmístění izotopů vodíku není ale zcela triviální, je mj. např. ovlivněno nadmořskou výškou (Poage & 12

11 Chamberlain 2001) a to tak, že se stoupající nadmořskou výškou klesá podíl deuteria. Pokud bychom tuto skutečnost nebrali v potaz, mohli bychom např. ptáky pocházející z hor považovat za hnízdící ve vyšších zeměpisných šířkách. Na druhou stranu lze tohoto faktu využít při studiu vertikálních pohybů ptáků, např. kolibříků (Hobson et al. 2003). Nedávná studie na lesňáčku modrohřbetém (Graves et al. 2002) naznačuje, že nadmořská výška ovlivňuje i hodnoty δ 13 C v ptačím peří v důsledku reakcí rostlin na místní teplotu a růstové podmínky (Körner et al. 1991). Nesmíme zapomenout na to, že hodnoty δ 13 C a δ 15 N u hmyzožravých ptáků závisí na potravě a jiných faktorech spojených s nadmořskou výškou, takže dosud není zcela jasné, jak užitečné jsou jednotlivé stabilní izotopy k odhalení informace o nadmořské výšce. Každopádně je ale nutno počítat s tím, že nadmořská výška může naše výsledky ovlivnit. Kombinace analýz stabilních izotopů a jiných metodik Jak jsme již poznali, využití stabilních izotopů více prvků vede ke zvýšení vypovídací schopnosti tohoto přístupu (Chamberlain et al. 1997, Lott et al. 2003, Rocque et al aj.). Podobně přínosným může být doplnění analýzy stabilních izotopů stanovením profilů stopových prvků (Parrish et al. 1983). Stopové prvky v ptačím peří odrážejí složení stopových prvků v půdě míst, kde peří narostlo, a jejich profily v půdě se navzájem liší díky mnoha biogeochemickým procesům. Nedávné zdokonalení analytických technik oživilo zájem o využití stopových prvků ke sledování původu ptáků (Szép et al. 2003, Donovan et al. 2006). Analýzy stopových prvků se zdají být slibnými pro studium druhů s několika málo disjunktními populacemi, jako jsou některé koloniální a vzácnější druhy. Hlavní nevýhodou využití profilů stopových prvků je dosud obecně malá znalost mnohaprvkových profilů ve větších měřítkách a apriorní nutnost zjistit, že jednotlivé subpopulace vykazují specifické profily. Další možností může být kombinace výsledků analýz stabilních izotopů s kontaminanty (Morrissey et al. 2004) nebo morfologií (Wennerberg et al. 2002, Lopes et al. 2006). V současnosti se zvýšenému zájmu těší studie pokoušející se o odlišení populací pomocí molekulárně-genetických technik. Přestože jsou mnohdy schopné částečně nebo úplně rozlišit jednotlivé poddruhy (Wenink et al. 1994), mnohé populace divergovaly teprve nedávno a nelze je jednoznačně identifikovat geneticky (Baker 2002, Wink 2006). Proto byl genetický přístup nedávno zkombinován s analýzami stabilních izotopů (Clegg et al. 2003, Kelly et al. 2005). To se ukázalo zvláště účinné v Severní Americe, kde byly u mnoha druhů zjištěny západní a východní haplotypy (Milot et al. 2000, Kimura et al. 2002, Smith et al. 2005, Boulet & Gibbs 2006), které velmi vhodně doplňují již dříve zmiňovanou severojižní rozlišovací schopnost deuteria. Další směřování výzkumů Možná vás napadne, že spoléhat se na přirozené gradienty stabilních izotopů v přírodě může být notně omezující a někdy až frustrující. Co takhle přírodě trochu napomoci a studovaná zvířata experimentálně označit vybraným izotopem? Umělé obohacení stabilními izotopy se již zkoušelo u vodního hmyzu (Hershey et al. 1993, Briers et al. 2004), na ptácích dosud nikdo této možnosti při studiu migrace nevyužil. Nevýhodou tohoto přístupu je totiž skutečnost, že musíte zvoleným izotopem (nebo jejich kombinací) obohatit nějaký zdroj (např. vodu deuteriem) a dokud nezanalyzujete vzorek tkáně, nebudete vědět, zda byl 13

12 Procházka P. / Stabilní izotopy odchycený jedinec stabilním izotopem označen nebo ne. Což je pracné a drahé a lze použít spíše na organismy, které jsou v době značení izotopem agregovány, jsou malé a dispergují na relativně malou vzdálenost. Pro budoucí studie se stále ale ještě nabízí využití méně často studovaných izotopů (síra, stroncium, olovo), nových izotopových technik a sofistikovanějších statistických přístupů. Velmi slibná je kombinace stabilních izotopů se stopovými prvky, molekulárně genetickými přístupy a morfologií. Poměrně opomíjeným je využití muzejních sbírek, zvláště u kriticky ohrožených nebo vyhynulých druhů (Smith et al. 2003, Rocque & Winker 2005). Podobně nedostatečným se dosud jeví detailní poznání fyziologických mechanismů ovlivňujících hodnoty stabilních izotopů v jednotlivých tkáních, rovněž málo toho víme o frakcionaci izotopů v rámci potravních řetězců. Důležitým úkolem bude také zpřesnit stávající izotopové mapy v oblastech, které jsou nedostatečně pokryty, a výzvou je jistě také vytvoření map pro modelové druhy tažných ptáků, první vlaštovkou je v tomto směru mapa δd z peří severoamerických dravců (Lott & Smith 2006). Slibné možnosti nabízejí i izotopové studie usídlování mladých ptáků (Hobson et al. 2001, 2004, Graves et al. 2002), míšení a segregace populací na zimovištích (Hobson et al. 2001, Rubenstein et al. 2002) a studium konektivity hnízdních a zimujících populací, zejména vztažené k tělesné kondici a biologické zdatnosti (Marra et al. 1998, Norris et al. 2004a). Publikované studie ukazují potenciál studia stabilních izotopů pro hlubší poznání migrací ptáků a jejich ekologie vůbec, je třeba mít ale vždy na paměti omezení, která jsou s jejich použitím spojena. PODĚKOVÁNÍ Upřímný dík patří J. Zárybnickému, který mě již v roce 1999 na možnost využití stabilních izotopů při studiu tažných ptáků upozornil. Dále děkuji T. Szépovi a A. P. Møllerovi za umožnění účasti na velmi inspirativním workshopu Identifying migration and wintering areas of breeding populations of migrant passerines v říjnu 2004 v Tokaji. Kritické připomínky V. Remeše, P. Adamíka a M. Požgayové vylepšily původní verzi rukopisu. Práce byla podpořena grantem GAAV (B ). LITERATURA Alexander S. A., Hobson K. A., Gratto-Trevor C. L. & Diamond A. W. 1996: Conventional and isotopic determination of shorebird diets at an inland stopover: the importance of invertebrates and Potamogeton. Can. J. Zool. 74: Alisauskas R. T., Klaas E. E., Hobson K. A., Ankney C. D. 1998: Stable-carbon isotopes support use of adventitious color to discern winter origins of Lesser Snow Geese. J. Field Ornithol. 69: Alisauskas R. T. & Hobson K. A. 1993: Determination of Lesser Snow Goose diets and winter distribution using stable isotope analysis. J. Wildl. Manage. 57: Bairlein F. 2001: Results of bird ringing in the study of migration routes. Ardea 89 (spec. issue): Baker A. J. 2002: The deep roots of bird migration: inferences from the historical record preserved in DNA. Ardea 90: Baranjuk V. V. & Syroečkovskij E. V. 1994: Ispoľzovanie estestvennych markerov malych belych gusej o-va Vrangelja dlja populjacionnych issledovanij. Ornitologija 26: Bauchinger U. & Biebach H. 2001: Differential catabolism of muscle protein in Garden Warblers (Sylvia borin): flight and leg muscle act as protein source during longdistance migration. J. Comp. Physiol. B 171:

13 Bearhop S., Fiedler W., Furness R. W., Votier S. C., Waldron S., Newton J., Bowen G. J., Berthold P. & Farnsworth K. 2005: Assortative mating as a mechanism for rapid evolution of a migratory divide. Science 310: Bearhop S., Furness R. W., Hilton G. M., Votier S. C. & Waldron S. 2003: A forensic approach to understanding diet and habitat use from stable isotope analysis of avian claw material. Funct. Ecol. 17: Bearhop S., Thompson D. R., Waldron S., Russel I. C., Alexander G. & Furness R. W. 1999: Stable isotopes indicate the extent of freshwater feeding by Cormorants Phalacrocorax carbo shot at inland fisheries in England. J. Appl. Ecol. 36: Bearhop S., Waldron S., Votier S. C. & Furness R. W. 2002: Factors that influence assimilation rates and fractionation of nitrogen and carbon stable isotopes in avian blood and feathers. Physiol. Biochem. Zool. 75: Bensch S., Andersson T. & Åkesson S. 1999: Morphological and molecular varia tion across a migratory divide in Willow Warblers. Evolution 53: Bensch S., Bengtsson G. & Åkesson S. 2006: Patterns of stable isotope signatures in Willow Warbler feathers collected in Africa. J. Avian Biol. 37: Best P. B. & Schell D. M. 1996: Stable isotopes in Southern Right Whale (Eubalaena australis) baleen as indicators of seasonal movements, feeding and growth. Mar. Biol. 124: Blum J. D., Taliaferro E. H., Weisse M. T. & Holmes R. T. 2000: Changes in Sr/Ca, Ba/Ca and 87 Sr/ 86 Sr ratios between trophic levels in two forest ecosystems in the northeastern U.S.A. Biogeochemistry 49: Blums P. Mednis A., Bauga I., Nichols J. D. & Hines J. E. 1996: Age-specific survival and philopatry in three species of European ducks: a long-term study. Condor 98: Boulet M. & Gibbs H. L. 2006: Lineage origin and expansion of a Neotropical migrant songbird after recent glaciation events. Mol. Ecol. 15: Bowen G. J., Wassenaar L. I. & Hobson K. A. 2005: Global application of stable hydrogen and oxygen isotopes to wildlife forensics. Oecologia 143: Bowen G. J. & Wilkinson B. 2002: Spatial distribution of δ 18 O in meteoric precipitation. Geology 30: Brand W. A. 1996: High precision isotope ratio monitoring technique in mass spectrometry. J. Mass Spectrom. 31: Braune B. M., Hobson K. A. & Malone B. J. 2005: Regional differences in collagen stable isotope and tissue trace element profiles in populations of Long-tailed Duck breeding in the Canadian Arctic. Sci. Total Environ. 346: Briers R. A., Gee J. H. R., Cariss H. M. & Geoghegan R. 2004: Inter-population dispersal by adult stoneflies detected by stable isotope enrichment. Freshwater Biol. 49: Burnham K. P. 1993: A theory for combined analysis of ring-recovery and recapture data. In: Lebreton J. D. & North P. M. (eds): Marked Individuals and the Study of Bird Populations. Birkhäuser, Basel: Caccamise D. F., Reed L. M., Castelli P. M., Wainright S. & Nichols T. C. 2000: Distinguishing migratory and resident Canada Geese using stable isotope analysis. J. Wildlife Manage. 64: Clegg S. M., Kelly J. F., Kimura M. & Smith T. B. 2003: Combining genetic markers and stable isotopes to reveal popula tion connectivity and migration patterns in a Neotropical migrant, Wilson s Warbler (Wilsonia pusilla). Mol. Ecol. 12: Curry-Lindahl K. 1981: Bird Migration in Africa. Vol. 1. Academic Press, London & New York. Dathe H. 1955: Über die Schreckmauser. J. Ornithol. 96: Donovan T., Buzas J., Jones P. & Gibbs H. L. 2006: Tracking dispersal in birds: assessing the potential of elemental markers. Auk 123: Duxbury J. M., Holroyd G. L. & Muehlenbachs K. 2003: Changes in hydrogen isotope ratios in sequential plumage stages: an implication for the creation of isotope-base maps for tracking migratory birds. Isotopes Environ. Health Stud. 39: Evans-Ogden L., Hobson K. A. & Lank D. 2004: 15

14 Procházka P. / Stabilní izotopy Blood isotopic (δ 13 C and δ 15 N) turnover and diet-tissue fractionation factors in captive Dunlin: implications for dietary analysis of wild birds. Auk 121: Farmer A., Rye R., Landis G., Bern C., Kester C. & Ridley I. 2003: Tracing the pathways of Neotropical migratory shorebirds using stable isotopes: a pilot study. Isotopes Environ. Health Stud. 39: Farquhar G. D., Ehleringer J. R. & Hubick K. T. 1989a: Carbon isotope discrimination and photosynthesis. Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 40: Farquhar G. D., Hubick K. T., Condon A. G. & Richards R. A. 1989b: Carbon isotope fractionation and plant water-use efficiency. In: Rundel P. W., Ehleringer J. R. & Nagy K. A. (eds): Stable Isotopes in Ecological Research. Springer-Verlag, New York: Féret M., Gauthier G., Béchet A., Giroux J.-F. & Hobson K. A. 2003: Impact of a spring hunt on nutrient storage by Greater Snow Geese in southern Québec. J. Wildlife Manage. 67: Fiedler W., Bairlein F. & Koppen U. 2004: Using large-scale data from ringed birds for the investigation of effects of climate change on migrating birds: Pitfalls and prospects. In: Møller A. P., Fiedler W. & Berthold P. (eds): Birds and Climate Change. Adv. Ecol. Res. 35: Fourel F., Merren T., Morrison J., Wassenaar L. & Hobson K. A. 1998: Application of EA-pyrolysis-IRMS δd and δ 18 O analysis to animal migration patterns. Micromass UK Appl. Note 300. Gannes L. Z., O Brian D. M. & Martínez del Rio C. 1997: Stable isotopes in animal ecology: assumptions, caveats, and a call for more laboratory experiments. Ecology 78: Gat J. R. 1996: Oxygen and hydrogen isotopes in the hydrologic cycle. Annu. Rev. Earth Planet. Sci. 24: Graves G. R., Romanek C. S. & Navarro A. R. 2002: Stable isotope signatures of philopatry and dispersal in a migratory songbird. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 99: Gunnarsson T. G., Gill J. A., Newton J., Potts P. M. & Sutherland W. J. 2005: Seasonal matching of habitat quality and fitness in a migratory bird. Proc. R. Soc. Lond. B 272: Harrington B. A., Brown S. C., Corven J. & Bart J. 2002: Collaborative approaches to the evolution of migration and the development of science-based conservation in shorebirds. Auk 119: Hebert C. E. & Wassenaar L. I. 2001: Stable nitrogen isotopes in waterfowl feathers reflect agricultural land use in western Canada. Environ. Sci. Technol. 35: Hershey A. E., Pastor J., Peterson B. J. & Kling G. W. 1993: Stable isotopes resolve the drift paradox for Baetis mayflies in an arctic river. Ecology 74: Hobson K. A. 1993: Trophic relationships among high Arctic seabirds: insights from tissue-dependent stable-isotope models. Mar. Ecol. Prog. Ser. 95: Hobson K. A. 1999a: Tracing origins and migration of wildlife using stable isotopes: a review. Oecologia 120: Hobson K. A. 1999b: Stable-carbon and nitrogen isotope ratios of songbird feathers grown in two terrestrial biomes: implications for evaluating trophic relationships and breeding origins. Condor 101: Hobson K. A. 2003: Making migratory connections with stable isotopes. In: Berthold P., Gwinner E. & Sonnenschein E. (eds): Avian Migration. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York: Hobson K. A. 2005a: Flying fingerprints: making connections with stable isotopes and trace elements. In: Greenberg R. & Marra P. P. (eds): Birds of Two Worlds. John Hopkins Univ. Press, Baltimore & London: Hobson K. A. 2005b: Using stable isotopes to trace long-distance dispersal in birds and other taxa. Diversity Distrib. 11: Hobson K. A. 2005c: Stable isotopes and the determination of avian migratory connectivity and seasonal interactions. Auk 122: Hobson K. A., Alisauskas R. T. & Clark R. G. 1993: Stable-nitrogen isotope enrichment in avian tissues due to fasting and nutritional stress: implications for isotopic analysis of diet. Condor 95:

15 Hobson K. A. & Bairlein F. 2003: Isotopic fractionation and turnover in captive garden warblers (Sylvia borin): implications for delineating dietary and migratory associations in wild passerines. Can. J. Zool. 81: Hobson K. A., Bowen G., Wassenaar L. I., Ferrand Y. & Lormee H. 2004: Using stable hydrogen isotope measurements of feat h ers to infer geographical origins of migrating European birds. Oecologia 141: Hobson K. A. & Clark R. G. 1992a: Assessing avian diets using stable isotopes. I. Turnover of 13 C in tissues. Condor 94: Hobson K. A. & Clark R. G. 1992b: Assessing avian diets using stable isotopes. II. Factors influencing diet tissue fractionation. Condor 94: Hobson K. A. & Clark R. G. 1993: Turnover of 13 C in cellular and plasma fractions of blood: implications for non-destructive sampling in avian dietary studies. Auk 110: Hobson K. A., Hughes K. D. & Ewins P. J. 1997: Using stable isotope analysis to identify endogenous and exogenous sources of nutrients in eggs of migratory birds: applications to Great Lakes contamination research. Auk 114: Hobson K. A., McFarland K. P., Wassenaar L. I., Rimmer C. C. & Goetz J. E. 2001: Linking breeding and wintering grounds of Bicknell s Thrushes using stable isotope analysis of feathers. Auk 188: Hobson K. A. & Sealy S. G. 1991: Marine protein contributions to the diet of Northern Saw-whet Owls on the Queen Charlotte Islands: a stable-isotope approach. Auk 108: Hobson K. A. & Wassenaar L. I. 1997: Linking breeding and wintering grounds of Neotropical migrant songbirds using stable hydrogen isotopic analysis of feathers. Oecologia 109: Hobson K. A. & Wassenaar L. I. 2001: Isotopic delineation of migratory wildlife populations in North America: an example using the Loggerhead Shrike. Ecol. Appl. 11: Hobson K. A., Wassenaar L. I. & Bayne E. 2004: Using isotopic variance to detect longdistance dispersal and philopatry in birds: an example with Ovenbirds and American Redstarts. Condor 106: Hobson K. A., Wassenaar L. I., Milá B., Lovette I., Dingle C. & Smith T. B. 2003: Stable isotopes as indicators of altitudinal distributions and movements in an Ecuadorean hummingbird community. Oecologia 136: Hobson K. A., Wassenaar L. I. & Taylor O. R. 1999: Stable isotopes (δd and δ 13 C) are geographic indicators of natal origins of Monarch Butterflies in eastern North America. Oecologia 120: Chamberlain C. P., Bensch S., Feng X., Åkesson S. & Andersson T. 2000: Stable isotopes examined across a migratory divide in Scandinavian Willow Warblers (Phylloscopus trochilus trochilus and Phylloscopus trochilus acredula) reflect their African winter quarters. Proc. R. Soc. Lond. B 267: Chamberlain C. P., Blum J. D., Holmes R. T., Feng X., Sherry T. W. & Graves G. R. 1997: The use of isotope tracers for identifying populations of migratory birds. Oecologia 109: Cherel Y., Hobson K. A., Bailleul F. & Groscolas R. 2005: Nutrition, physiology, and stable isotopes: new information from fasting and molting penguins. Ecology 86: Cherel Y., Hobson K. A. & Weimerskirch H. 2000: Using stable isotope of feathers to distinguish moulting and breeding origins of seabirds. Oecologia 122: Chesser R. T. 1994: Migration in South America: an overview of the austral system. Bird Cons. Int. 4: Jahn A. E., Levey D. J. & Smith K. G. 2004: Reflections across hemispheres: A systemwide approach to New World bird migration. Auk 121: Kelly J. F. 2000: Stable isotopes of carbon and nitrogen in the study of avian and mammalian trophic ecology. Can. J. Zool. 78: Kelly J. F., Atudorei V., Sharp Z. D. & Finch D. M. 2001: Insights into Wilson s Warbler migration from analyses of hydrogen stableisotope ratios. Oecologia 130: Kelly J. F., Ruegg K. C. & Smith T. B. 2005: 17

16 Procházka P. / Stabilní izotopy Combining isotopic and genetic markers to identify breeding origins of migrant birds. Ecol. Appl. 15: Kennedy B. P., Folt C. L., Blum J. D. & Chamberlain C. P. 1997: Natural isotope markers in salmon. Nature 387: Kimura M., Clegg S. M., Lovette I. J., Holder K. R., Girman D. J., Milá B., Wade P. & T. B. Smith 2002: Phylogeographical ap proaches to assessing demographic connectivity between breeding and overwintering regions in a Nearctic Neotropical warbler (Wilsonia pusilla). Mol. Ecol. 11: Körner C., Farquhar G. D. & Wong S. C. 1991: Carbon isotope discrimination by plants follows latitudinal and altitudinal trends. Oecologia 88: Lajtha K. & Marshall J. D. 1994: Sources of variation in the stable isotopic composition of plants. In: Lajtha K. & Michener R. H (eds): Stable Isotopes in Ecology and Environmental Science. Blackwell Scientific, London: Lajtha K. & Michener R. H (eds): Stable Isotopes in Ecology and Environmental Science. Blackwell Scientific, London. Lindström A., Kvist A., Piersma T., Dekinga A. & Dietz M. W. 2000: Avian pectoral muscle size rapidly tracks body mass changes during flight, fasting and refueling. J. Exp. Biol. 203: Lopes R. J., Marques J. C. & Wennerberg L. 2006: Migratory connectivity and temporal segregation of Dunlin (Calidris alpina) in Portugal: evidence from morphology, ringing recoveries and mtdna. J. Ornithol. 147: Lott C. A., Meehan T. D. & Heath J. A. 2003: Estimating the latitudinal origins of migratory birds using stable hydrogen and sulfur isotopes in feathers: influence of marine prey base. Oecologia 134: Lott C. A. & Smith J. P. 2006: A geographicinformation-system approach to estimating the origin of migratory raptors in North America using stable hydrogen isotope ratios in feathers. Auk 123: Marra P. P., Hobson K. A. & Holmes R. T. 1998: Linking winter and summer events in a migratory bird by using stable-carbon isotopes. Science 282: Mazerolle D. F. & Hobson K. A. 2005: Estimating origins of short-distance migrant songbirds in North America: contrasting inferences from hydrogen isotope measurements of feathers, claws, and blood. Condor 107: Meehan T. D., Lott C. A., Sharp Z. D., Smith R. B., Rosenfield R. N., Stewart A. C. & Murphy R. K. 2001: Using hydrogen isotope geochemistry to estimate the natal latitudes of immature Cooper s Hawks migrating through the Florida Keys. Condor 103: Meehan T. D., Rosenfield R. N., Atudorei V. N., Bielefeldt J., Rosenfield L. J., Stewart A. C., Stout W. E. & Bozek M. A. 2003: Variation in hydrogen stable-isotope ratios between adult and nestling Cooper s Hawks. Condor 105: Mehl K. R., Alisauskas R. T., Hobson K. A. & Merkel F. R. 2005: Linking breeding and wintering grounds of King Eiders: making use of polar isotopic gradients. J. Wildlife Manage. 69: Meyburg B. U., Meyburg C., Bělka T., Šreibr O. & Vrána J. 2004: Migration, wintering and breeding of a Lesser Spotted Eagle (Aquila pomarina) from Slovakia tracked by satellite. J. Ornithol. 145: 1 7. Milot E., Gibbs H. L. & Hobson K. A. 2000: Phylogeography and genetic structure of northern populations of the Yellow Warbler (Dendroica petechia). Mol. Ecol. 9: Mizutani H., Hasegawa H. & Wada E. 1991: Nitrogen and carbon isotope composition relates linearly in Cormorants and their diet. Isotopenpraxis 27: Møller A. P. & Hobson K. A. 2004: Heterogeneity in stable isotope profiles predicts coexistence of two populations of Barn Swallows Hirundo rustica differing in morphology and reproductive performance. Proc. R. Soc. Lond. B 271: Morrissey C. A., Bendell-Young L. I. & Elliott J. E. 2004: Linking contaminant profiles to the diet and breeding location of American Dippers using stable isotopes. J. Appl. Ecol. 41: Mrosovsky N. & Sherry D. W. 1980: Animal anorexias. Science 207: Nadelhoffer K. J. & Fry B. 1994: Nitrogen iso- 18

17 tope studies in forest ecosystems. In: Lajtha K. & Michener R. H (eds): Stable Isotopes in Ecology and Environmental Science. Blackwell Scientific, London: Neto J. M., Newton J., Gosler A. G. & Perrins C. M. 2006: Using stable isotope analysis to determine the winter moult extent in migratory birds: the complex moult of Savi s Warblers Locustella luscinioides. J. Avian Biol. 37: Newton I. 2004: The recent declines of farmland bird populations in Britain: an appraisal of causal factors and conservation actions. Ibis 146: Norris D. R., Marra P. P., Kyser T. K., Sherry T. W. & Ratcliff L. M. 2004b: Tropical winter habitat limits reproductive success on the temperate breeding grounds in a migratory bird. Proc. R. Soc. Lond. B 271: Norris D. R., Marra P. P., Montgomerie R., Kyser T. K. & Ratcliff L. M. 2004a: Reproductive effort, molting latitude, and feather color in a migratory songbird. Science 306: Nowak E. & Berthold P. 1987: Die Satelliten- Telemetrie in der Erforschung von Tierwanderungen: eine Übersicht. J. Ornithol. 128: O Leary M. H. 1981: Carbon isotope fractionation in plants. Phytochemistry 20: O Leary M. H. 1988: Carbon isotopes in photosynthesis. BioScience 38: Pain D. J., Green R. E., Gießing B., Kozulin A., Poluda A., Ottosson U., Flade M. & Hilton G. M. 2004: Using stable isotopes to investigate migratory connectivity of the globally threatened Aquatic Warbler Acrocephalus paludicola. Oecologia 138: Parrish J. R., Rogers D.T. & Ward F. P. 1983: Identification of natal locales of Peregrine Falcon (Falco peregrinus) by trace-element analysis of feathers. Auk 100: Peach W. J., Baillie S. R. & Underhill L. 1991: Survival of British Sedge Warblers (Acrocephalus schoenobaenus) in relation to west African rainfall. Ibis 133: Pearson D. F., Levey D. J., Greenberg C. H. & Martínez del Rio C. 2003: Effects of elemental composition on the incorporation of dietary nitrogen and carbon isotopic signatures in an omnivorous songbird. Oecologia 135: Perdeck A. C. 1977: The analysis of ringing data: pitfalls and prospects. Vogelwarte 29: Petersen M. R., Bustnes J. O. & Systad G. H. 2006: Breeding and moulting loca tions and migration patterns of the Atlantic population of Steller s Eiders Polysticta stelleri as determined from satellite telemetry. J. Avian Biol. 37: Pettorelli N., Vik J. O., Mysterud A., Gaillard J. M., Tucker C. J. & Stenseth N. C. 2005: Using the satellite-derived NDVI to assess ecological responses to environmental change. Trends Ecol. Evol. 20: Phillips D. L. & Eldridge P. M. 2006: Estimating the timing of diet shifts using stable isotopes. Oecologia 147: Poage M. A. & Chamberlain C. P. 2001: Empirical relationships between elevation and the stable isotope composition of precipitation and surface waters: considerations for studies of paleoelevation change. Am. J. Science 301: Rhymer J. M., McAuley D. G.& Ziel H. L. 2005: Phylogeography of the American Woodcock (Scolopax minor): Are management units based on band recovery data reflected in genetically based management units? Auk 122: Rocque D. A., Ben-David M., Barry R. P. & Winker K. 2006: Assigning birds to wintering and breeding grounds using stable isotopes: lessons from two feather generations among three intercontinental migrants. J. Ornithol. 147: Rocque D. A. & Winker K. 2005: Use of bird collections in contaminant and stable-isotope studies. Auk 122: Rubenstein D. R., Chamberlain C. P., Holmes R., Ayres M. P., Waldbauer J. R., Graves G. R. & Tuross N. C. 2002: Linking breeding and wintering ranges of a migratory songbird using stable isotopes. Science 295: Rubenstein D. R. & Hobson K. A. 2004: From birds to butterflies: animal movement patterns and stable isotopes. Trends Ecol. Evol. 19: Runge M. & Marra P. P. 2005: A demographic model for a migratory passerine bird: popu- 19

18 Procházka P. / Stabilní izotopy lation dynamics of the American Redstart. In: Greenberg R. & Marra P. P. (eds) Birds of Two Worlds. John Hopkins Univ. Press, Baltimore & London: Saino N., Szép T., Romano M., Rubolini D., Spina F. & Møller A. P. 2004: Ecological conditions during winter predict arrival date at the breeding quarters in a trans-saharan migratory bird. Ecol. Letters 7: Sanderson F. J., Donald P. F., Pain D. J., Burfield I. J., van Bommel F. P. J. 2006: Long-term population declines in Afro-Palearctic migrant birds. Biol. Cons. 131: Sheppard S. M. F., Nielsen R.L. & Taylor H. P. 1969: Oxygen and hydrogen isotope ra tios of clay minerals from porphyry copper deposits. Econom. Geol. 64: Schaub M., Kania W. & Koppen U. 2005: Variation of primary production during winter induces synchrony in survival rates in migratory White Storks Ciconia ciconia. J. Anim. Ecol. 74: Schell D. M., Barnett B. A. & Vinette K. 1998: Carbon and nitrogen isotopes in zooplankton of the Bering, Chukchi and Beaufort Seas. Mar. Ecol. Prog. Ser. 162: Sillett T. S. & Holmes R. T. 2002: Variation in survivorship of a migratory songbird throughout its annual cycle. J. Anim. Ecol. 71: Smith A. D. & Dufty A. M. Jr. 2005: Variation in the stable-hydrogen isotope composition of Northern Goshawk feathers: relevance to the study of migratory origins. Condor 107: Smith R. B., Meehan T. D. & Wolf B. O. 2003: Assessing migration patterns of Sharpshinned Hawks Accipiter striatus using stable-isotopes and band-encounter analysis. J. Avian Biol. 34: Smith T. B., Clegg S. M., Kimura M., Ruegg K. C., Milá B., Lovette I. J. 2005: Molecular genetic approaches to linking breeding and overwintering areas in five Neotropical migrant passerines. In: Greenberg R. & Marra P. P. (eds) 2005: Birds of Two Worlds: The Ecology and Evolution of Migration. John Hopkins Univ. Press, Baltimore & London: Smith T. B., Marra P. P., Webster M. S., Lovette I., Gibbs H. L., Holmes R. T., Hobson K. A., Rohwer S. 2003: A call for feather sampling. Auk 120: Studds C. E. & Marra P. P. 2005: Nonbreeding habitat occupancy and population processes: An upgrade experiment with a migratory bird. Ecology 86: Szép T. 1995: Relationship between West African rainfall and the survival of central European Bank Swallows Riparia riparia. Ibis 137: Szép T. & Møller A. P. 2006: Searching for potential wintering and migration areas of a Danish Barn Swallow population in South Africa by correlating NDVI with survival estimates. J. Ornithol. 147: Szép T., Møller A. P., Vallner J., Kovács B. & Norman D. 2003: Use of trace elements in feathers of Sand Martin Riparia riparia for identifying moulting areas. J. Avian Biol. 34: Troughton J. H., Card K. A. & Hendy C. H. 1974: Photosynthetic pathways and carbon isotope discrimination by plants. Carnegie Inst. Wash. Yrbk 73: Wassenaar L. I. & Hobson K. A. 2000: Stable carbon and hydrogen isotope ratios reveal breeding origins of Red-winged Blackbirds. Ecol. Appl. 10: Wassenaar L. I. & Hobson K. A. 2001: A stable isotope approach to delineate geographical catchment areas of avian migration monitoring stations in North America. Environ. Sci. Technol. 35: Webster M. S. & Marra P. P. 2005: The importance of understanding migratory connectivity and seasonal interactions. In: Greenberg R. & Marra P. P. (eds): Birds of Two Worlds: The Ecology and Evolution of Migration. Johns Hopkins Univ. Press, Baltimore & London: Webster M. S., Marra P. P., Haig S. M., Bensch S. & Holmes R. T. 2002: Links between worlds: unraveling migratory connectivity. Trends Ecol. Evol. 17: Wenink P. W., Baker A. J. & Tilanus M. G. J. 1994: Mitochondrial control-region sequences in two shorebird species, the Turnstone and the Dunlin, and their utility in populationgenetic studies. Mol. Biol. Evol. 11: Wennerberg L., Klaassen M. & Lindström Å. 2002: Geographical variation and population structure in the White-rumped 20

19 Sandpiper (Calidris fuscicollis) as shown by morphology, mitochondrial DNA and carbon isotope ratios. Oecologia 131: Wink M. 2006: Use of DNA markers to study bird migration. J. Ornithol. 147: Došlo 31. srpna 2006, přijato 9. října Received August 31, 2006; accepted October 9,