Polární ekologie. Text k výukovému DVD. Centrum polární ekologie Přírodovědecká fakulta Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích

Transkript

1 Polární ekologie Centrum polární ekologie Přírodovědecká fakulta Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích 2014

2 Skripta byla vytvořena v rámci projektu Vytvoření pracovního týmu a pedagogických podmínek pro výuku a vzdělávání v oblasti polární ekologie a života v extrémním prostředí, reg. č. CZ.1.07/2.2.00/ , který je spolufinancovaný Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Editor: Jana Kvíderová Centrum polární ekologie, Přírodovědecká fakulta, Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích 2014

3 ÚVOD Úvod Josef Elster & Oleg Ditrich Naše planeta Země se od doby svého vzniku stále mění. Změny klimatu vyvolávané vesmírnými i pozemskými silami ovlivňují vývoj neživých i živých složek naší planety. Polární oblasti, kde se střídá období polárního léta s 24-hodinovým slunečním svitem s obdobím polární zimy bez slunečního záření, jsou nejchladnějšími částmi naší planety (Obr. 1.). Díky chladnému klimatu jsou na jedné straně hlavním motorem oceánského a vzdušného proudění, ale současně díky největší koncentraci ledu a sněhu jsou nejvýznamnějšími stabilizátory klimatu Země. V prostředí polárních oblastí dnes probíhají procesy a změny, jež jsou především důsledkem vlivu člověka, například zvyšováním koncentrace skleníkových plynů v atmosféře. Od začátku průmyslové revoluce, kdy člověk začal intenzivně spalovat fosilní paliva se průměrná teplota přízemní vrstvy atmosféry (cca 2 m nad povrchem země) v některých částech Arktidy a Antarktidy zvýšila o 2 až 2.5 C, což je více než dvojnásobek nárůstu globální teploty (Obr. 2.). Zvýšení teploty se projevuje ve všech neživých i živých složkách naší planety. Dopady těchto změn nejsou zatím známé, víme však, že tyto změny se nevyhnou ani lidské společnosti. Obr. 1. Polární oblasti během roku. Brázdil et al. (1986). 1

4 ÚVOD Obr. 2. Nárůst globální teploty. (C) Svetola meteorologicka organizace. Centrum polární ekologie Přírodovědecké fakulty Jihočeské univerzity (Obr. 3.) ve spolupráci s Masarykovou univerzitou v Brně a dalšími akademickými pracovišti v ČR organizuje kurzy Polární ekologie pro studenty vysokých škol. Kurzy jsou organizované za podpory České vědecké arktické infrastruktury, která je lokalizovaná do evropské části vysoké Arktidy v centrální části ostrova Západní Špicberk souostroví Svalbard (Obr 4), spravované Norským královstvím. Svalbard se nachází severně od skandinávského poloostrova cca mezi 76 a 81 s. š., jeho západním pobřeží je oteplováno doznívajícím Golfským proudem, který se v této zeměpisné oblasti nazývá Severoatlantský proud. Kurzy Polární ekologie probíhají v centrální části ostrova Západní Špicberk, v zátoce Petunia. Toto území leží na rozhraní vlhkého atlantického pobřeží ovlivňovaného Golfským proudem a pouštní kontinentální východní části Svalbardu (Obr. 5.). Ve sledované oblasti probíhají nejbouřlivější procesy, které jsou odrazem globální změny klimatu. Kromě toho, tato část Svalbardu je také od konce 18. století využívána a významně pozměňována lidskou činnosti. Na počátku se zde intenzivně lovili mořští savci, později se zde těžilo uhlí v dnes již nefunkčním hornickém městě Pyramiden (Obr. 6.). V současné době je tato oblast využívaná turisticky a především pro vědecký výzkum vlivu klimatických změn a vlivu člověka na vývoj arktické přírody. Lokalita zátoky Petunia byla zvolena pro český výzkumný projekt také z důvodu snadnější dostupnosti v souvislosti s možností lodní dopravy v celé oblasti centrálního zálivu Isfjorden ostrova Západní Špicberk. 2

5 ÚVOD Obr. 3. Sídlo CPE v Českých Budějovicích. Obr. 4. Svalbard satelitní snímek. Obr. 5. Svalbard - mapa. 3

6 ÚVOD Obr. 6. Svalbard- Isfjoden. Interdisciplinární kurz polární ekologie, který zahrnuje všechny nejdůležitější obory živé (mikrobiologie a algologie, botanika a rostlinná fyziologie, zoologie a parazitologie) i neživé (klimatologie a glaciologie, geologie a geomorfologie, hydrologie a limnologie) přírody přináší informaci a přehled metodik terénního výzkumu, který směřuje ke komplexnímu posouzení ekologického fungování a diverzity arktické přírody. Využíváme například metody, které dokumentují, jak se konkrétní lokalita vyvíjela v čase a současně i za pomocí velice komplikovaných vědeckých metod a matematického modelování popisují fungování současné arktické přírody s možností predikce budoucího vývoje v závislosti na klimatických a antropogenních změnách. Na terénní metodiky navazuje laboratorní práce probíhající zčásti v terénních laboratořích přímo na Svalbardu. Velké množství nasbíraných vzorků je současně také každoročně transportováno do České republiky do specializovaných laboratoří. Na kurzech Polární ekologie se podílejí studenti z různých našich i zahraničních univerzit. V posledních třech létech (2012 až 2014) byl tento kurz financován projektem "Vytvoření 4

7 ÚVOD pracovního týmu a pedagogických podmínek pro výuku a vzdělávání v oblasti polární ekologie a života v extrémním prostředí", reg. č. CZ.1.07/2.2.00/ Projekt je spolufinancován z Evropského sociálního fondu a státního rozpočtu České republiky. Za podpory tohoto projektu také vznikl tento výukový filmový a textový materiál. Kurzy polární ekologie jsou také logisticky podporovány infrastrukturním projektem Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy "CzechPolar - České polární stanice: stavba a operační náklady", 2010 až 2015, LM Bez této zásadní státní podpory by nemohlo vzdělávání a výzkum arktické přírody probíhat. 5

8 KLIMATOLOGIE - GLACIOLOGIE 1 Klimatologie - Glaciologie Zuzana Chládová & Kamil Láska Arktida podobně jako Antarktida představuje důležitý článek v klimatickém systému naší planety. Reguluje přenos tepla od rovníku směrem k pólu a podílí se na utváření všeobecného systému atmosférické cirkulace na Zemi. Současná klimatická změna Arktidy a téměř dvojnásobný vzestup teploty vzduchu je dokumentován také v souostroví Svalbard. Meteorologická pozorování a měření automatických stanic v zátoce Petunia mohou objasnit význam těchto změn a očekávané dopady na polární ekosystémy. Základní meteorologickou stanicí je AWS 1, která se nachází na mořské terase v nadmořské výšce 15 metrů nad mořem (obr. 1.1.). Instruktoři se studenty zde každoročně provádí instalace nových snímačů, výměnu nefunkčních přístrojů a vybitých baterií. Obr Základní meteorologická stanice na západní pobřeží zátoky Petunia. 6

9 KLIMATOLOGIE - GLACIOLOGIE Zápis do meteorologického deníku Mezi další povinnosti studentů patří pravidelná pozorování počasí a záznam naměřených údajů do meteorologického deníku. Studenti zaznamenávají průběh a stav počasí, množství oblačnosti a její druh, výšku základny oblačnosti a dohlednost podle mezinárodních tabulek definovaných Světovou meteorologickou organizací. Pozorování jsou prováděna v každou celou hodinu. Pouze v nočních hodinách od půlnoci do šesti hodin ráno je pozorování redukováno na každou sudou hodinu. V případě výskytu optických úkazů, jako jsou duha, gloriola, malé halo, boční Slunce, či irizace, studenti zaznamenají čas a délku jejich výskytu. Srážky se zapisují zpětně jako celodenní úhrn podle údajů z automatického srážkoměru. Dále se zaznamenává druh srážek, jejich intenzita a stanovuje se začátek a konec trvání srážkových epizod. Struktura deníku je rozdělena po jednotlivých dnech a hodinách. Studenti rovněž fotografují oblaka a určují jejich základní charakteristiky. Mezi ně patří druh, tvar, odrůda a zvláštní formy oblačnosti. Fotodokumentace je později archivována a využita při hodnocení povětrnostních podmínek. Z archivu jsou každoročně vybírány a popisovány desítky fotografií. Nejlepší z nich jsou vybírány do Atlasu arktických oblaků, který je možné najít na internetových stránkách Centra Polární Ekologie ( Na Svalbardu se nejčastěji vyskytují oblaka druhu stratus a stratocumulus. U stratu jde konkrétně o tvar a odrůdu nebulosus opacus (obr. 1.2.). Častým jevem je přechod atmosférických front, pro který je typické postupné přibývání oblačnosti a snižování základny nízké oblačnosti s následným vypadáváním srážek. Obr Stratus nebulosus opacus. 7

10 KLIMATOLOGIE - GLACIOLOGIE Instalace meteorologické stanice a záznam meteorologických prvků Studenti se v rámci expedice podílejí na stavbě a zprovoznění meteorologické stanice, která jim poskytuje důležité údaje o směru a rychlosti větru a dále o teplotě a relativní vlhkosti. Na meteorologický stožár se do výšky 2 metrů nainstaluje snímač pro měření relativní vlhkosti a teploty vzduchu a do výšky 3 metrů miskový anemometr se směrovkou pro měření rychlosti a směru přízemního větru. Stožár meteorologické stanice je třeba ukotvit pomocí lanek a provést jeho vyrovnání do vertikály pomocí kruhové vodováhy. Na závěr je nutné připojit meteorologické snímače k baterii a k měřicí a záznamové ústředně (dataloggeru). Zde budou naměřená data ukládána v pravidelných 30 minutových intervalech a později pomocí přenosného počítače kopírována na paměťová média pro další zpracování (obr. 1.3.). Obr Příklad průběhu atmosférického tlaku, teploty vzduchu a rychlosti větru ve dnech 5. až 19. července 2013 na základní meteorologické stanice v zátoce Petunia. Člunkový srážkoměr K měření padajících srážek v Petunii používáme člunkový srážkoměr. Člunkový srážkoměr (obr. 1.4.) funguje na principu sbírání srážkové vody do člunku v podobě dvou vzájemně oddělených komor, které se po naplnění překlopí a sepnou spínač. Srážkoměr registruje počet 8

11 KLIMATOLOGIE - GLACIOLOGIE překlopení a z objemu jedné komory a počtu překlopení registruje celkový úhrn srážek. Funkce člunkového srážkoměru je velmi dobře patrná při odklopení nádobky srážkoměru a následné demonstraci při dolévání vody. Srážkoměrné údaje se ukládají v pravidelných intervalech do paměti dataloggeru, který je trvale připojený ke srážkoměru. Uložené hodnoty se z dataloggeru kopírují pomocí počítače a speciálního programu. Po provedení malých úprav jsou naměřené údaje připraveny k dalšímu zpracování do podoby tabulek nebo grafů. Obr Automatický člunkový srážkoměr. Glaciologický výzkum na ledovci Bertilbreen Základní glaciologická měření probíhají na ledovci Bertilbreen v blízkosti opuštěného hornického města Pyramiden. V rámci přípravy na vrtání ablačních tyčí je třeba donést parní vrtačku (obr. 1.5), novodurové tyče a ostatní materiál na ledovec. Teploty vzduchu na ledovci jsou vždy o 3-5 stupňů nižší než na základní stanici u pobřeží. Práci na ledovci může nečekaně zkomplikovat vznik nízké stratovité oblačnosti nebo mlhy, která nejvýrazněji snižuje horizontální dohlednost (obr. 1.6). 9

12 KLIMATOLOGIE - GLACIOLOGIE Obr Parní vrtačka. Obr Instalace ablačních tyčí na ledovci Bertilbreen. 10

13 KLIMATOLOGIE - GLACIOLOGIE Nejprve je potřeba připravit parní vrtačku na vrtání a sestavit novodurové tyče. Příprava zahrnuje naplnění zásobníku vodou a zapálení propanbutanové bomby. Současně je třeba upevnit navrtávací hadice a trysku, která usměrňuje horkou páru. Novodurové tyče o délce 3,7 metrů je třeba nejprve sestavit. Tyče o délce přibližně 1,2 metru jsou spojeny pomocí drátu v jednu dlouhou sestavu, která se umístí do vyhloubené díry v ledu. Vlastní vrtání probíhá pomocí horké páry, která tryská velkou rychlostí z koncovky hadice. Vrtání se zpravidla nepodaří na první pokus, tryska s parní hadicí se často zastaví o kámen uvnitř ledovce a hloubení je nutné opakovat. Po dosažení požadované hloubky se hadice vytáhne zpět na povrch. Do vyhloubené jámy se zasune kompletně sestavená ablační tyč. Dále se pomocí svinovacího metru změří její výška nad povrchem ledovce a zaměří poloha pomocí GPS přijímače. Studenti se na začátku léta snaží vyhledat novodurové nebo bambusové tyče z předcházejících sezón. Následně provádějí měření výšky tyče a zaměření její polohy. Získané údaje jsou porovnávány s dřívějším měřením, která umožní výpočet hmotové bilance ledovce. V případě, že se výška tyče zkracuje, na ledovci dochází k tvorbě sněhové pokrývky. Naopak, pokud ledovec odtává, klesá povrch ledu kolem tyče a její výška roste. Dochází tak k ablaci, kterou rozumíme tání ledovcového ledu a sněhové pokrývky na jeho povrchu. Velmi často se tak děje v okrajové dolní části ledovce v průběhu letní sezóny. Literatura Láska, K., Chládová, Z., Ambrožová, K., Husák, J. Cloudiness and weather variation in central Svalbard in July 2013 as related to atmospheric circulation. Czech Polar Rep. 3 (2), (2013). Láska, K., Witoszová, D., Prošek, P. Weather patterns of the coastal zone of Petuniabukta (Central Spitsbergen) in the period Polish Polar Res. 33 (4), (2012). 11

14 GEOLOGIE - GEOMORFOLOGIE 2 Geologie - Geomorfologie Martin Hanáček, Daniel Nývlt & Zbyněk Engel Geologie Svalbardu, výzkum skupiny GEO Geologicky i zeměpisně byl Svalbard pevně připojen k severozápadnímu Grónsku a spolu s tímto ostrovem představoval součást Severní Ameriky. Teprve ve starších třetihorách, když se završovalo otevírání Atlantského oceánu, byl Svalbard od Grónska odtržen a stal se výspou euroasijské desky. Oblast zátoky Petunia je tvořena starohorními přeměněnými horninami a vrstvami prvohorních sedimentů (obr až 2.3.). Ke zvrásnění těchto vrstev došlo naposledy v třetihorách. Na současnou podobu krajiny Svalbardu mají nejzásadnější vliv ledovce, které modelují hory i údolí a ukládají velké objemy sedimentů. Obr Transformní zlom - zlom kolmý k povrchu a pronikající hluboko do zemské kůry. Podél těchto zlomů se k sobě přiblížily jednotlivé části Svalbardu. V hoře Cheopsfjellet je vidět přiblížení dvou odlišných typů hornin - červených rul (vlevo) a vápenců (vpravo). 12

15 GEOLOGIE - GEOMORFOLOGIE Obr Vrstvy karbonských a permských mořských sedimentů (hlavně vápenců a evaporitů) budují podstatnou část centrálního Spitsbergenu. Skansen v Billefjordenu. 13

16 GEOLOGIE - GEOMORFOLOGIE Obr Kmeny stromových plavuní ve vrstvách devonského stáří. Plavuně se zachovaly v růstové pozici. Munindalen. Důležitým prvkem reliéfu zátoky Petunia jsou tříděné pruhy. Jde o pásy ostrohranných kamenů střídající se s pásy jemnozrnného sedimentu (obr. 2.4.). Abychom zjistili rychlost tohoto pohybu, vyznačili jsme si barvou linii kolmou na pruhy. Pohyb materiálu časem způsobí 14

17 GEOLOGIE - GEOMORFOLOGIE pokřivení linie, protože obarvené kameny se na svahu posunou. Tříděné pruhy vznikají na mírně ukloněných svazích společným působením mrazového třídění, které odděluje kameny od zeminy a gravitace, kvůli níž se materiál pomalu posunuje po svahu (obr. 2.5.). Obr Detail na tříděný pruh s jasně oddělenými pásy hrubozrnného a jemnozrnného materiálu. Hřbet Mumien. Obr Tříděné pruhy na hřbetu Mumien, v pozadí zálivy Petuniabukta a Adolfbukta. 15

18 GEOLOGIE - GEOMORFOLOGIE Z tříděných pruhů odebíráme vzorky pro podrobnou analýzu sedimentu. Informace o zrnitosti sedimentu a horninovém složení úlomků, které sediment obsahuje, jsou velmi důležité. Průběh periglaciálních procesů a podoba půdních tvarů, které vytvářejí, jsou totiž zčásti závislé na charakteru substrátu, v němž se periglaciální procesy odehrávají. Třetím zkoumaným periglaciálním jevem jsou soliflukční laloky. Jde o proudy mrazově rozpadlého materiálu, které pozvolna stékají po svahu (obr. 2.6.). Právě svažitý terén břehů zátoky Petunia umožňuje hojné rozšíření soliflukčních laloků. Při studiu těchto fenoménů je potřeba věnovat pozornost charakteru sedimentu, jímž je lalok tvořen. K tomuto účelu využijeme půdní sondu, kterou zarazíme do laloku a následně kroutivým pohybem vytáhneme. Tak získáme potřebný vzorek sedimentu. Všímáme si zrnitosti. Gravitačně nejsnadněji pohyblivým materiálem je prach a střednozrnný písek. Jemnější (jílovitý materiál) je příliš soudržný, hrubý, kamenitý materiál zase příliš těžký a k jeho uvedení do pomalého svahového pohybu je zapotřebí více energie. Soliflukční lalok Protáhlé konvexní sedimentární těleso vzniklé gravitačním pohybem materiálu po svahu. Obr Soliflukční lalok na západním břehu Petuniabukty. Ke zjištění rychlosti pohybu soliflukčního laloku se používá krýpová sonda. Je to řada válečků, které se zapustí do nitra laloku. Po svém umístění do laloku spočívají válečky ve svislé řadě. 16

19 GEOLOGIE - GEOMORFOLOGIE Pomalý pohyb materiálu je ale různě posouvá ve směru stékání, takže během let bude svislá řada narušena a válečky budou různě posunuty podle toho, která část laloku se pohybuje rychleji. Malá doba ledová představuje zatím poslední období globálního ochlazení, trvající od 14. do 19. století. Vyvrcholila zhruba před 150 až 115 lety, kdy se projevovala postupem ledovců na celé planetě Zemi. Zhruba po roce 1900 začínají ledovce opět ustupovat a od té doby se v oblasti zátoky Petunia stáhly někdy až o více než 3 kilometry. Linii někdejšího maximálního rozsahu ledovců vyznačuje val čelní morény a bočních morén (obr. 2.7.). Například před Nordenskiöldovým ledovcem, který se odlamuje do Adolfovy zátoky, se kvůli ústupu ledovcového čela odhalil ostrůvek, který byl ještě před osmdesáti lety zcela zakryt ledovcem. Čelní a boční morény Kopírují hranici ledovcového splazu a po jeho roztátí zůstávají zachovány jako nápadné hřbety tvořené sedimentárním materiálem. Obr V některých údolích Svalbardu jsou vyvinuty nápadné valy čelní morény, která vyznačuje maximální zásah ledovce během malé doby ledové na přelomu 19. a 20. století. Munindalen. 17

20 GEOLOGIE - GEOMORFOLOGIE I přestože ledovce odtávají, stále ještě dosahují tloušťky mnoha desítek až stovek metrů. Závěrem 19. století byly však daleko mohutnější. Vysoké dnes zcela leduprosté skály byly během malé doby ledové zakryty ledovcem a jeho pohybem a tlakem obroušeny do tvarů takzvaných oblíků (obr. 2.8.). Oblík Plochý skalní pahorek modelovaný ledovcem. Strana vůči ledovci přivrácená je pozvolnější, strana od ledovce odvrácená je strmější. Povrch oblíku je důsledkem pohybu ledovce vyhlazen a rýhován. Obr Oblík - skála obroušená a rýhovaná pohybujícím se ledovcem. Předpolí ledovce Nordenskiöldbreen. Geologové studují sedimenty morén. Zajímáme se hlavně o zaoblené úlomky hornin neboli valouny. Podle jejich vlastností můžeme rekonstruovat transport materiálu v ledovci. Zkoumáním valounů v morénách můžeme poznat, z jakého prostředí ledovec svůj náklad převzal. Například, pokud moréna obsahuje dokonale zakulacené valouny, je pravděpodobné, že tyto valouny se původně zaoblily v řece. Z toho lze dovodit, že před zaledněním se z v těchto místech nacházel vodní tok. Pomocí tvarů valounů v morénách tak rekonstruujeme vzhled krajiny před zásahem ledovce (obr. 2.9.). 18

21 GEOLOGIE - GEOMORFOLOGIE Obr Graf umožňující odlišení valounů opracovaných ledovcem od valounů opracovaných v řece. Valouny opracované ledovcem bývají částečně zaoblené a zároveň mají rýhovaný povrch. Rýhy vytvořil ledovec při posunování valounů po skalním podkladu. Valouny zaoblené v řece jsou zaoblené podobně jako ledovcové valouny, ale nejsou rýhované. Říční transport rýhy nevytváří, jen kameny zaobluje. Třetí skupinu tvoří ostrohranný detrit, který není nijak opracovaný. Graf je metodou k rozpoznání historie materiálu ledovcových sedimentů a vznikl během výzkumů GEO skupiny. 19

22 GEOLOGIE - GEOMORFOLOGIE Literatura Benn, D. I., Evans, D. J. A. Glaciers & Glaciation. (Hodder Education. London, 2010). Smolová, I., Vítek, J. Základy geomorfologie: vybrané tvary reliéfů. (Univerzita Palackého v Olomouci, 2007). 20

23 HYDROLOGIE - LIMNOLOGIE 3 Hydrologie - Limnologie Jan Kavan & Linda Nedbalová Voda v kapalném skupenství je v prostředí Arktidy limitujícím faktorem pro existenci života. Je proto nezbytné toto prostředí detailně zkoumat a sledovat. V této části se proto zaměříme na poznání sladkovodního prostředí Arktidy obecně a především pak centrální části Svalbardu. Toto prostředí má z pohledu hydrologie svá specifika. Jedním z nich je i primární zdroj vody pro odtok tedy sníh a led (Obr. 3.1.). Obr Nejvýznamnějším zdrojem vody pro Arktické sladkovodní ekosystémy je v létě tající sněhová pokrývka. Jezerní ekosystémy Lokalita Billefjorden je relativně bohatá na různé typy jezer. Najdeme zde mnoho typů jezer, která se liší způsobem vzniku, stářím, hloubkou i chemickým složením vody. Mezi základní 21

24 HYDROLOGIE - LIMNOLOGIE charakteristiky, které u jednotlivých jezer sledujeme je i tvar jezerní pánve, které jsou u jednotlivých typů jezer rozlišné. K tomu nám slouží tzv. batymetrie, tedy mapa hloubek jezera. Pro získání hloubkové mapy jezera používáme sonar s integrovanou GPS. Ta se instaluje na malý nafukovací člun, ve kterém následně projíždíme jezero. Data o hloubce se automaticky zaznamenávají společně s GPS souřadnicemi. Kromě dat o hloubce se zaznamenává i teplota vody. Je nutné celé jezero důkladně projet, během projíždění jezera je dobré si všímat aktuálních dat o hloubce a místa s většími rozdíly hloubek projet a proměřit důkladněji. Společně se záznamem ze sonaru je vhodné získat GPS polohu tzv. břehovky, tedy obvodu jezera. K tomu nám poslouží prostá ruční GPS, se kterou obejdeme po břehu jezero a zaznamenáme polohu jeho břehu (Obr. 3.2.). Při zaznamenání břehové linie je třeba zjistit i polohu všech přítoků a odtoku. Obr Tvar jezera se může v průběhu sezony měnit na základě výšky vodní hladiny, což ukazuje i fotografie tohoto jezera na konci sezony; tvar a rozsah jezera na začátku sezony označuje načervenalý pruh nárostů, který je začátkem léta celý pod vodou. Takto získaná data následně stáhneme do počítače. Před samotným zpracováním dat v prostředí GIS je nutné data zkontrolovat a vyloučit očividně chybná měření. Po takto provedené kontrole je možné interpolovat bodová data hloubek a vytvořit výslednou batymetrickou mapu. Fyzikálně chemické parametry mělkých jezer měříme ze břehu. Na měření teploty, vodivosti, ph a koncentrace rozpuštěného kyslíku používáme multifukční sondu. Fytobentos, tedy rostlinnou složku společenstva dna, odebíráme v litorálu jezera. Z náhodně vybraných kamenů seškrabujeme nárosty. Zooplankton odebíráme pomocí planktonní sítě (Obr. 3.3.). Způsob odběru je třeba přizpůsobit charakteru lokality. Na hlubokých jezerech měříme a 22

25 HYDROLOGIE - LIMNOLOGIE odebíráme vzorky ze člunu. Na nejhlubším místě změříme průhlednost a v pravidelných intervalech základní fyzikálně-chemické parametry. Jezera na Svalbardu patří většinou mezi chladná monomiktická, to znamená, že v letním období nevytvářejí vrstvy rozdílnou teplotou vody - nestratifikují. Obr Měření základních fyzikálně chemických parametrů a odběr vzorků planktonní sítí. 23

26 HYDROLOGIE - LIMNOLOGIE Pro zjištění historické ho vývoje jezera i jeho okolí využíváme jezerní sedimenty (Obr. 3.4.). Poskytuji cenné informace o organismech žijících v jezeře v určitém období i o základních vlastnostech prostředí. Věda, která se zabývá touto problematikou, se nazývá paleolimnologie. Pro odběr sedimentů v hlubokých a mělkých jezerech používáme různá odběrová zařízení - korery. Profil je následně rozřezán na tenké plátky, které jsou určeny pro jednotlivé geochemické a biologické analýzy a na datování sedimentu. Obr Vytažené sedimentární jádro z jezera Garmaksla; dobře patrná je výrazná vrstevnatost sedimentů. 24

27 HYDROLOGIE - LIMNOLOGIE Na základě základních fyzikálně chemických charakteristik můžeme rozlišit tyto typy jezer: 1/ tektonicky podmíněná jezera (obr. 3.5.) 2/ jezera vázaná na sesuv (obr. 3.6.) 3/ jezera na mořských terasách (obr. 3.7.) 4/ jezera hrazená morénou (obr. 3.8.) 5/ karová jezera (obr. 3.9.) 6/ kotlíková jezera (obr ) 7/ krasová jezera (obr ) Obr Tektonicky podmíněná jezera na oblíku před ledovcem Nordenskiold. 25

28 HYDROLOGIE - LIMNOLOGIE Obr Jezero Garmaksla vzniklé na horní odlučné hraně svahového sesuvu Obr Typická mělká jezírka na mořských terasách s bohatou vegetací (lokalita Brucebyen). Obr Proglaciální jezero Ragnar hrazené čelní morénou. 26

29 HYDROLOGIE - LIMNOLOGIE Obr Karová jezera (nebo též jezera v nivačních depresích) jsou typická pro vyšší polohy reliéfu, většinou napájena pouze tavnou vodou ze sněhu lokalita Mimerdalen. Obr Kotlíková jezera jsou v členitém reliéfu po ústupu ledovce asi nejčastějším typem, se kterým se můžeme setkat; vznikla odtáním ledové čočky v materiálu morény. 27

30 HYDROLOGIE - LIMNOLOGIE Obr Krasová jezera jsou naopak jedním z velmi ojediněle se vyskytujících se typů jezer lokalita Mathiessondalen. Tekoucí voda Charakter říční sítě na Svalbardu odpovídá morfologii terénu. Na rozdíl například od plochých akumulačních regionů Sibiře jsou Špicberky jak už název napovídá oblastí plnou hor (Obr ). Charakteristický je tedy horský reliéf s řadou krátkých údolí s výrazným zaledněním území. Tomu logicky odpovídá i délka a tvar říční sítě společně s dalšími charakteristikami vodních toků velký spád, vysoká rychlost proudění a velká unášecí schopnost. Z pohledu klasického členění podélného profilu vodního toku se zde setkáváme v převážné většině s tokem charakteru horního toku. Pouze několik nejdelších vodních toků vytváří jakousi nivu, kde má vodní tok malý spád i rychlost a vytváří meandry. V oblasti centrálního Svalbardu se zabýváme monitoringem odtokového režimu. Odtok z povodí nám dává obecnou představu o chování celého povodí v našem případě především o celkové hmotové bilanci ledovce, objemu transportovaného materiálu, živin a minerálů. 28

31 HYDROLOGIE - LIMNOLOGIE Obr Celkový charakter krajiny Svalbardu je hornatý, tomu odpovídá i charakter říční sítě. Obecným problémem, se kterým se setkáváme při měření průtoků a instalaci automatického měření hydrostatického tlaku, je nestabilita koryt. Díky absenci vegetace, která v našich středoevropských podmínkách stabilizuje říční koryto, jeho břeh, je většina vodních toků značně nestabilních (Obr ). Nestabilita koryta a časté změny ve tvaru příčného profilu prakticky znemožňují trvalou instalaci měřícího systému. Je proto nutné nanejvýš pečlivě vyhledat místo daného toku, které nám instalaci umožňuje. Velmi častým jevem je také větvení koryt, je proto nutné ověřit, zda měření instalujeme na jediném existujícím korytě vodního toku. Nejvhodnější místo pro instalaci stálého měření je část toku protékající přímo podložím nemůže tedy docházet k překládání toku ani změnám v příčném profilu koryta. 29

32 HYDROLOGIE - LIMNOLOGIE Obr Nestabilní říční koryto s častými břehovými nádržemi. 30

33 HYDROLOGIE - LIMNOLOGIE Automatické měření hydrostatického tlaku, které se následně přepočítá na výšku vodní hladiny, je samozřejmě nutné kalibrovat na výsledný průtok. K tomu slouží tzv. konsumpční křivka. Díky této empiricky odvozené křivce udávající vztah průtoku a vodního stavu můžeme následně přepočítat vodní stavy na průtok. K získání konsumpční křivky je nutné získat patřičné hodnoty průtoku, tedy manuálně změřit průtok daného vodního toku v daném čase. K tomu nám na Svalbardu slouží měřicí přístroj FlowTracker (Obr ). Obr Práce s FlowTrackerem v povodí ledovce Bertil. 31

34 HYDROLOGIE - LIMNOLOGIE Ten pracuje na principu měření rychlosti proudění vody pomocí odrazu akustických vln od částic proudících ve vodě. Měřicí přístroj má dvě akustické sondy pracující v součinnosti. To umožňuje měření rychlosti i směru proudění. Směr proudění je v tomto případě nanejvýš důležitým faktorem. Hydraulika divočících toků je značně ovlivněna materiálem pohybujícím se v korytě a v něm uloženém. Od ideálního laminárního proudění vody jsme značně vzdáleni a díky určení směru proudění a následného automatického přepočtu sondou, jsme schopni měřit s relativně vysokou přesností i v těchto náročných podmínkách. Samotné měření probíhá pokud možno za standardních podmínek. Vybereme si vhodný příčný profil koryta s co možná nejvíce laminárním prouděním, ověříme, zda jde opravdu o jediné koryto vodního toku. Přes vodní tok natáhneme pásmo a upevníme napnuté na obou březích. Samotné měření pak probíhá v příčném profilu v pravidelných intervalech. Interval zvolíme tak, aby měření dostatečně reprezentativně pokrývala celý příčný profil. Počet měřících bodů by měl být dostatečný tak, aby žádný z měřících bodů svým výsledným průtokem nepřesáhl 10% celkového průtoku. V místních podmínkách to obvykle znamená zhruba měřících bodů na profil. Na tocích řádově 3-5 metrů širokých obvykle používáme měřící interval 10cm, který zaručí dostatečnou přesnost. V každém bodě profilu provedeme 30 sekundové měření. Měření FlowTrackerem se provádí vždy za standardních podmínek, používáme tzv. metodu 0,6 to je metoda, kdy se měření provádí v 0,6 hloubky měřeného vodního sloupce. V každém bodu profilu tedy nejdříve změříme hloubku, tu zadáme ručně do přístroje. Dále srovnáme FlowTracker do svislé polohy, začneme měřit a vytrváme 30 sekund do konce měření ve svislé poloze přístroje (Obr ). Takto změříme všechny body profilu. Na konci celého měření přístroj sám dle zvolené metody spočítá výsledný celkový průtok. Celé měření včetně jednotlivých měření v každém vodním sloupci zvlášť je možné následně stáhnout v datovém souboru do počítače. Tento soubor je možné dále detailně vyhodnotit včetně analýzy variability průtoku v jednotlivých bodech měření. V případě komplikací během samotného měření, které se během měření můžou vyskytnout a jsou patrné na displeji, je možné výsledky následně ověřit. 32

35 HYDROLOGIE - LIMNOLOGIE Obr Díky akustické technologii měření lze pracovat i v obtížných arktických podmínkách ve vodních tocích o malém průtočném profilu a velkém množství unášeného materiálu Transport fluviálních sedimentů Ledovcový ekosystém je jedním z nejcharakterističtějších prostředí, se kterým se v Arktidě můžeme setkat. Zároveň je přítomnost ledovců důležitá jako významný zdroj vody. Kromě vody je také zdrojem materiálu, který ledovec a následně vodní tok unáší (Obr ). Kromě monitoringu odtoku z povodí lze také analogicky monitorovat transport sedimentů. Ty lze podle způsobu, kterým se transportují, rozdělit do dvou základních typů sedimenty transportované v suspenzi a sedimenty dnové. Dnové sedimenty hrají významnou roli při transformaci plochých území protékaných ledovcovými řekami, tzv. výplavových plošin (Obr ). Velká unášecí schopnost a velké množství materiálu má za následek příležitostné překládání koryt. Je to jeden z procesů, který aktivně a relativně rychle přeměňuje tvář krajiny. 33

36 HYDROLOGIE - LIMNOLOGIE Obr Povodí ledovce Bertil je typickým případem silně zaledněného území s velkým množstvím transportovaného materiálu. 34

37 HYDROLOGIE - LIMNOLOGIE Obr Příklad výplavové plošiny s množstvím jednotlivých říčních ramen. Monitoring těchto procesů je důležitou součástí nejen hydrologického výzkumu. Kombinuje celou řadu přístupů standardní hydrologický monitoring, mapování terénu pomocí laserového scanneru či tvorba ortofotomap, monitoring dlouhodobých kontinuálních procesů pomocí časosběrného snímání či manuální odběr dnových sedimentů. Studie dynamiky výplavové plošiny je prováděna na předpolí ledovce Bertil. Hydrologický monitoring je založen v kaňonu řeky Bertilelva těsně pod výplavovou plošinou. Mapování terénu provádíme pomocí terestrického laserové scanneru. Na výplavové plošině rozmístíme vlícovací body, které zaměříme GPS (Obr ). Obr Zaměřování vlícovacích bodů pomocí diferenční GPS. 35

38 HYDROLOGIE - LIMNOLOGIE To nám následně slouží k zorientování výsledného modelu terénu a určení správného horizontálního a vertikálního měřítka. Laserový scanner (Obr ) na základě rychlosti vyslaného a přijatého paprsku vytvoří tzv. mračno bodů. Každé místo studovaného území je nutné skenovat nejméně ze tří různých míst to nám zajistí po složení jednotlivých mračen bodů správnou lokalizaci všech bodů v 3D prostředí. Obdobný postup platí i pro tvorbu ortofotomap a 3D modelu i při použití snímkování z dálkově ovládaného vrtulníčku s kamerou tzv. dronu (Obr ). Obr Monitoring sledované oblasti pomocí laserového scanneru. Obr Díky snímání povrchu sledovaného území s pomocí dronu jsme schopni vytvořit digitální model terénu včetně ortofotomap. 36

39 HYDROLOGIE - LIMNOLOGIE Časosběrné snímání je založeno na principu fotografování daného území v pravidelných intervalech. V našem případě používáme fotopast s možností automatického časosběru Ltl Acorn Tato kamera je přizpůsobena extrémním povětrnostním podmínkám a s použitím externího napájení vydrží nepřetržitě snímat několik měsíců v několika-minutovém intervalu. Kameru namíříme na studovanou oblast, nastavíme interval snímání a necháme celou sezonu fotit výplavovou plošinu. Z výsledných fotografií sestavíme časosběrné video, na kterém je následně patrné kdy a jak docházelo během sezony k překládání koryt. Můžeme tak určit polohu koryt a přesný čas, kdy k těmto událostem docházelo. Čas fluviální aktivity následně porovnáme s meteorologickými parametry a s měřenými průtoky. Můžeme tedy ve výsledku určit za jakých meteorologických a hydrologických podmínek k těmto procesům dochází. Manuální odběr dnových sedimentů se odehrává přímo v korytě vodního toku. Používáme k tomu tzv. odběráky dnových sedimentů (bedload sediment traps). Jsou to obdélníkové rámy, na které je připevněn pytel z pevné textilie. Tyto odběráky se po přesně stanovený čas instalují přímo do koryta vodního toku, kde se zajistí proti pohybu. Po uplynulé době se odběráky vyjmou, v nich se zachytí materiál transportovaný po dně. Ten je následně vážen a přesítován. Tím zjistíme, kolik materiálu vodní tok přepraví a jaká je frakce přepravovaného materiálu. Literatura Sund, M. Polar hydrology (NVE, 2008) Vincent, W. & Laybourn-Parry, J. (eds.) Polar lakes and rivers (Oxford university press, 2008) Shaw, E. M. et al. Hydrology in Practice (CRC press, 2010) 37

40 MIKROBIOLOGIE - ALGOLOGIE 4 Mikrobiologie - Algologie Josef Elster & Jana Kvíderová Diverzita sinic a řas Ekosystém vysoké arktické tundry tvoří komplikovanou mozaiku území, kde v klimaticky příznivějších podmínkách nacházíme nejproduktivnější rostlinná společenstva (100%-ní pokrytí povrchu půdy cévnatými rostlinami). Na druhé straně v klimaticky méně příznivých podmínkách a v podmínkách narušovaných různými typy disturbance pokryvnost cévnatými rostlinami rychle klesá (v polární polopouště mají pokryvnost 5 až 25%, polární pouště mají pokryvnost menší než 5%). Dalším stupněm extremity prostředí jsou zaledněná, nově odledněná a kamenitá nestabilní území, která označujeme jako ledové či kamenné pouště. Tato přírodní mozaika nabízí možnost uplatnění mikroorganismů, které jsou schopné se v konkrétních extrémních podmínkách úspěšně rozvíjet. Z produktivních fotosynteticky aktivních organismů jsou to především prokaryontní fotosyntetické bakterie - sinice a pak dále eukaryotní mikroskopické řasy, mechorosty a symbiotické lišejníky. Na tuto produktivní složku je pak vázané široké spektrum mikroorganizmů (bakterie, houby), kteří využívají vytvořenou organickou hmotu. Tato přírodní mozaika se pak společně s cévnatými rostlinami rychle mění v souvislosti se změnami klimatu, které probíhají ve vysoké Arktidě. Obrazový přehled biotopů, od mokřadních po terestrické Dovolujeme si vás pozvat na exkurzi, ve které vás seznámíme s jednotlivými biotopy, které se nacházejí v této mozaice tundry. Budeme postupovat od sladkovodních systémů, kde je voda v tekutém stavu dostupná po většinu vegetačního období až po systémy, kde se voda v tekutém stavu nachází jen po krátké období, nebo je voda dostupná jen ve formě vzdušné vlhkosti. Jezera Jezera - sladkovodní ledovcová nebo tajícím sněhem napájená jezera jsou běžnou součástí Vysoké Arktidy. Pokud jsou dostatečně hluboká, nezamrzají až na dno během zimy. Organismy tam žijící mohou přečkat zimní období v tekuté vodě. V jezerech studujeme především nárostová společenstva sinic a řas na dně jezer. Tato složka tvoří základ potravního řetězce těchto typů jezer. Studium jezer je těsně propojené s hydrologickou a limnologickou skupinou. Na dně se může vyskytovat celá řada dominant, především rozsivek, sinic a některých řas. 38

41 MIKROBIOLOGIE - ALGOLOGIE Jezera v oblasti zátoky Petunia vznikají jednak hrazením morénami v odledněných oblastech ledovců (obr. 4.1.), nebo se může jednat o termokrasová jezera (obr. 4.2.), která vznikají po odtání ledové čočky v permafrostu. Obr Jezero v moréně ledovce Ragnar. Obr Termokrasové jezero v Mathiesondalsen. Jezírka v tundře (obr. 4.3.) - ve starších déle odledněných částech zátoky Billefjorden, na vyzvednutých mořských terasách nebo na starých morénách pokrytých vegetací se nachází 39

42 MIKROBIOLOGIE - ALGOLOGIE systém tundrových jezer. Jedná se vesměs o mělká jezera, která jsou do značné míry zazemněná. Po dlouhé období přitékající voda přináší do jezírek sediment, který se postupně hromadí na dně a jezera zazemňuje. Tato jezírka jsou optimálními lokalitami pro studium vývoje jezerního ekosystému za pomoci analýzy sedimentů (rozsivky, mikrozbytky rostlin a živočichů, pylová zrna, atd.). Kromě toho tato jezírka mohou být navštěvována ptáky, to znamená, že jejich obsah rozpuštěných živin může být značně rozdílný, od jezírek oligotrofních až po eutrofní. Na dně těchto jezer nacházíme opět velice rozličná nárostová společenstva sinic a řas, včetně těch, která jsou přizpůsobena vyšší trofii jezerní vody (obr. 4.4.). Obr Tundrové jezírko v Brucebyen. 40

43 MIKROBIOLOGIE - ALGOLOGIE Obr Typičtí zástupci mikroflóry jezer. Sinice (Cyanobacteria): 1 Calothrix sp.; 2 Rivularia borealis, a kolonie, b detail vláken; 3 Woronichinia sp. Rozsivky (Bacillariophyta): 4 Cymbella sp.; 5 Denticula sp.; 6 Navicula sp. Potoky Z tajících ledovců teče tavná voda, která vytváří komplikovaný systém tekoucích ledovcových biotopů (obr. 4.5.). V případech, že se jedná o vodu napájenou tajícími ledovci, tak jde většinou o velmi rychle tekoucí potoky, které unášejí velké množství minerálního sedimentu. Rychlost proudu a sediment působí na bentická společenstva velmi agresivně a osídlení nárostovými společenstvy sinic a řas, včetně navazujících složek sladkovodního ekosystému je velmi sporadické. 41

44 MIKROBIOLOGIE - ALGOLOGIE Obr Ledovcový potok. Z tajících sněžníků a permafrostu stéká tavná voda, která vytváří komplikovaný systém tekoucích sladkovodních biotopů (obr. 4.6.). Potoky sycené tavnou vodou ze sněžníků a 42

45 MIKROBIOLOGIE - ALGOLOGIE permafrostu unáší malé množství minerálních částic, prostředí není tak agresivní z hlediska mechanického narušování, a proto dna těchto potoků jsou bohatě osídlena nárostovými společenstvy sinic a řas. V peřejnatých rychle proudících částech potoků nacházíme například populace sinice Schizothrix sp., společně s celou řadou rozsivek (obr. 4.7.). V pomaleji tekoucích částech se nacházejí na biomasu velmi hojné populace vláknité zlativky Hydrurus foetidus (Chrysophyceae), společně se zelenými vláknitými řasami Klebsormidium sp. a Ulothrix sp. a s vláknitou žluto-zelenou řasou Tribonema sp. (Xanthophyceae) (obr. 4.8.). Obr Potok sycený tajícím sněhem s malým vodopádem. 43

46 MIKROBIOLOGIE - ALGOLOGIE Obr Typičtí zástupci mikroflóry rychle tekoucích částí sněžníkových potoků. Sinice (Cyanobacteria): 1 Schizothrix fascilis. Rozsivky (Bacillariophyta): 2 Eucocconeis flexella; 3 Fragillaria sp.; 4 Hannaea arcus; 5 Meridion circulare. Obr Typičtí zástupci mikroflóry pomaleji tekoucích částí sněžníkových potoků. Zlativky (Chrysophyta): 1 Hydrurus foetidus. Žlutozelené řasy (Xanthophyta): 2 Tribonema sp. Zelené řasy: 3 Klebsormidium sp. (Charophyta); 4 Ulothrix sp. (Chlorophyta). Vodopády a smáčené stěny Vodopády a smáčené stěny (obr. 4.9.) jsou speciální ekosystémy, kde je voda v tekutém stavu dostupná jen po část vegetačního období, nebo je ve formě dostřiku vody. Jedná se o vybrané části potoků napájených tavnou vodou ze sněžníků, nebo tavnou vodou z permafrostu. Tyto biotopy jsou osidlovány společenstvy, která jsou dobře adaptována na vysychání a vymrzání. Jedná se především o společenstva sinic, a některých vybraných druhů řas. Druhy, které se zde vyskytující tvoří mohutné slizové obaly, vícevrstevné buněčné stěny (obr ). Všechny tyto morfologické přizpůsobení slouží k uchování vody v průběhu vysychání. Některá společenstva těchto biotopů prochází lichenizací. 44

47 MIKROBIOLOGIE - ALGOLOGIE Obr Vodopád a smáčené stěny. 45

48 MIKROBIOLOGIE - ALGOLOGIE Obr Zástupci mikroflóry smáčených stěn. Sinice (Cyanobacteria): 1 Gloeocapsa alpina; 2 Gloeocapsa athrata; 3 Gloeocapsa sanguinea; 4 Schizothrix septemtrionalis. Mělké rozlitiny (seepage) Mělké rozlitiny (seepage, obr ) jsou speciální biotopy, kdy tavná voda ze sněžníků, z permafrostu a dalších zmrzlou vodou nasycených prostředí protéká aktivní rozmrzlou vrstvou půdy. Pokud tato voda narazí na překážku, teče na povrchu půdy. Na těchto stanovištích pak následně dochází k ohřívání takto pomalu tekoucí vody a k osidlování vodou nasyceného povrchu půdy širokým spektrem organismů. Na lokalitách, které nejsou narušovány mrazovými 46

49 MIKROBIOLOGIE - ALGOLOGIE procesy (kryoturbace) se vytváří společenstva cévnatých rostlin a mechorostů. Na méně stabilních a často se měnících místech seepage se vytvářejí komplikovaná mozaika společenstev sinic a rozsivek a další skupin řas (obr ). Obr Mělká rozlitina (seepage). Obr Typičtí zástupci mikroflóry mělkých rozlitin. Sinice (Cyanobacteria): 1 Coelofasciculus chtonoplastes; 2 Microcoleus sp., a vlákno, b konec svazku vláken; 3 Phormidium sp. Zelené řasy (Charophyta): 4 Klebsormidium sp.; 5 Zygnema sp. 47

50 MIKROBIOLOGIE - ALGOLOGIE Povrchy ledovců Na povrchu ledovců (obr ) v ablačních oblastech dochází v období tání sněhu a ledu ke vzniku širokého spektra drobných mělkých stagnantních i tekoucích mokřadů. Drobné louže a jezírka (kryokonity, obr ) a tekoucí potůčky obsahují na dnech minerální sediment, který se dostává na ledovec vzdušnou erozí, spadem materiálu z okolního prostředí, nebo některé části povrchu ledovců mohou být obohaceny minerálními látkami pocházejícími z guána v okolí ledovců hnízdících ptáků. Sediment na dně mokřadů je osídlován speciálním společenstvem mikroorganismů, sinic, řas, bakterií, mechorostů a některých zástupců bezobratlých (prvoků, vířníků, želvušek, obr ). V maritimní (vlhké) Arktidě toto společenstvo zaujímá plošně velké území a významně přispívá ke koloběhu látek a energie na povrchu ledovců. Současně zpětně ovlivňuje intenzitu tání, protože tmavý substrát sedimentu a asociovaného mikrobiálního společenstva značně mění poměr mezi odraženým a pohlceným slunečným zářením. Obr Alblační zóna ledovce. 48

51 MIKROBIOLOGIE - ALGOLOGIE Obr Kryokonity. 49

52 MIKROBIOLOGIE - ALGOLOGIE Obr Typičtí zástupci mikroflóry sněžných a ledových řas. Zelené řasy: 1 Ancylonema nordenskioeldii (Charophyta); 2 Chlamydomonas nivalis (Chlorophyta); 3 Cylindrocystis brebissonii (Charophyta). Podmáčené louky Podmáčené louky jsou nejproduktivnějšími částmi Arktické tundry (obr. 4.16). Je zde 100% pokrytí vegetací především mechorosty a cévnatými rostlinami. Často zde vzniká kopečková tundra. Kopečky jsou většinou aktivně vytvářeny vegetací. Uvnitř kopečků jsou příznivější mikroklimatické podmínky a současně kopečky lépe zadržují vodu. Podmáčené louky jsou během jarních měsíců sycené tavnou vodou ze sněžníků, v průběhu vegetačního období postupně vysychají. Ve společenstvu mechorostů a cévnatých rostlin na povrchu stonků těchto rostlin se často vyvíjí komplikované společenstvo metafytonu (společenstvo sinic a řas), které nachází optimální podmínky ve vrstvičce vody, která je držena adhezí na povrchu stonků. Sinice, řasy, nižší huby, bakterie a celá řada bezobratlých živočichů zde vytváří společenstvo, které má velký význam v koloběhu látek a energie ekosystému podmáčené louky (obr ). 50

53 MIKROBIOLOGIE - ALGOLOGIE Obr Podmáčená louka. Obr Typičtí zástupci mikroflóry podmáčených luk. Sinice (Cyanobacteria): 1 Aphanothece sp.; 2 Snowella sp.; 3 Chroococcus sp.; 4 Nostoc sp., a makroskopická kolonie, b iniciální stádium. Zelené řasy: 3 Closterium (Charophyta). 51

54 MIKROBIOLOGIE - ALGOLOGIE Půdní krusty Půdní krusty (obr ) jsou ekosystémem vysoké Arktidy v oblastech, kde je růst cévnatých rostlin limitován extrémními klimatickými podmínkami a nestabilními podmínkami (kryoturbace). V polárních pouštích a v polopouštích je jedinou produktivní složkou ekosystému. Půdní krusty se vytvářejí v horní vrstvičce aktivní vrstvy půdy. Půdní krusta může být v nestabilních (kryoturbace), nebo nově odledněných stanovištích tvořena výhradně vysráženými solemi (abiotická půdní krusta). V klimaticky příznivějších a stabilnějších podmínkách se vytváří komplikované společenstvo biologické půdní krusty, které může dosahovat hloubky až několika centimetrů a je tvořeno komplikovanou mozaikou sinic, řas, hyf hub, bakterií a dalších organismů (obr a 4.20.). Na stabilnějších a starších lokalitách muže půdní krusta procházet lichenizací a společně s mechorosty pokrývat půdní povrch. Mořští ptáci hnízdící na pevnině přenášejí velké množství minerálních živin z moře na pevninu. Podobně jako společenstva cévnatých rostlin, tak také mikrobiální společenstva povrchu půdy intenzivně reagují v produkci své biomasy a ve druhovém složení na zvýšené množství minerálních živin. Obr Půdní krusty. 52

55 MIKROBIOLOGIE - ALGOLOGIE Obr Vývoj půdní krusty. Nejméně vyvinuté společenstvo vlevo, nejvíce vyvinuté vpravo. Obr Typičtí zástupci mikroflóry půdních krust. Sinice (Cyanobacteria): 1 Chroococcus turgidus 2 Woronichia sp.; 3. Nostoc. sp.; 4. Calothrix sp. Antropogenně ovlivněné biotopy v městě Pyramiden V zátoce Billefjorden se nachází opuštěné ruské těžební město Pyramiden (obr ). Ve městě a v jeho nejbližším okolí byl původní Arktický ekosystém pozměněn lidskou činností, ať už je to konstrukcemi domů, cest, odvodňovacích kanálů, atd., tak cizorodými látkami a znečištěním, které je spojeno s činnosti člověka. Přirozený rozvoj mikrobiálních společenstev je narušen oběma těmito činnostmi. Můžeme zde očekávat také zvýšenou přítomnost invazivních druhů. 53

56 MIKROBIOLOGIE - ALGOLOGIE Obr Pyramiden. Metodika a cíle studia Zaměřování GPS Terénní práce na vytýčených studijních lokalitách začínají detailním proměřením a popisem lokality (obr ). Popis lokality a jeho přesné geografické zaměření umožňuje provádět některá pozorování a měření v delších časových úsecích několika let. Tento přístup v ekologickému výzkumu umožnuje dokumentovat změny, ke kterým v Arktidě v současnosti dochází. Pozorování a popis lokalit je propojen s popisem diverzity, který provádíme přímo na terénní stanici. 54

57 MIKROBIOLOGIE - ALGOLOGIE Obr Zaměření místa odběru. Odběr vzorků na lokalitách a měření ekologických a ekofyziologických parametrů K odběru vzorků sinic a řas používáme široké spektrum odběrových zařízení. Ve filmu některá z nich představujeme. Současně měříme ekologické parametry, přímo na místě přenosnými terénními přístroji nebo odebíráme vzorky na analýzu v našich terénních laboratořích. Část vzorků dopravujeme do České republiky na speciální analýzy (například - chemické analýzy vody a půdy, mikrobiální analýzy, analýzy mastných kyselin, izolování kmenů sinice a řas, analýzy DNA, atd.; obr ). 55

58 MIKROBIOLOGIE - ALGOLOGIE Obr Odběr perifytonu z potoka. 56

59 MIKROBIOLOGIE - ALGOLOGIE Sběr perifytonu Sběr nárostových společenstev ze dna jezer a potoků je metodicky komplikovaný (obr 4.24.). Pro kvantitativní i kvalitativní posouzení se využívá celá řada metodik. Nejjednodušší metodikou je prostý sběr viditelné biomasy s následným mikroskopickým popisem složení společenstva. Pokud chceme nárostové společenstvo hodnotit současně kvantitativně, potřebujeme společenstvo odebrat z definované plochy povrchu dna. K tomu používáme různých metodik, například oškrábání povrchu kamenů vyzvednutých ze dna, nebo můžeme vkládat na dno umělé nosiče s definovaným povrchem. Na základě těchto přesnějších metod můžeme určit sklizeň nárostového společenstva definovanou na úrovni druhů či vyšších taxonomických jednotek, popřípadě biomasu z instalovaných nosičů. Též můžeme odhadnout relativní primární produkci (růst společenstva) v čase, nebo dokonce tuto biomasu použít pro následné ekofyziologické experimenty. Na odběr biomasy nárostových společenstev navazuje detailní popis ekologických parametrů mokřadů a měření fyzikálně-chemických parametrů vody. Obr Sběr nárostů v mělké rozlitině u stanice. Snímkovaní v podmáčené louce V návaznosti na mikroklimatické podmínky (délka období přítomnosti vody) v podmáčených loukách můžeme studované lokality rozdělit do několika kategorií, ve kterých je diverzita a aktivita společenstev sinic a řas rozdílná. Identifikace a kvantifikace sinic a řas v těchto ekologicky rozdílných stanovištích podmáčené louky nám společně s následným měřením vybraných ekofyziologických charakteristik (nitrogenázová aktivita a rychlost 57

60 MIKROBIOLOGIE - ALGOLOGIE fotosyntézy) umožňuje odhadnout ekologický význam těchto společenstev ve vývoji podmáčených luk (obr ). Obr Odběry na podmáčené louce pro stanovení složení metafytonu. Příprava preparátu na mikroskopování Většina sebraných vzorů sinic a řas je podrobena již v terénu (obr ) nebo v terénní laboratoři (obr ) mikroskopické identifikaci. V terénní laboratoři identifikujeme sebraný materiál podle morfologických charakteristik do druhů (pokud je to možné), nebo aspoň do taxonomických jednotek. Se sebraných a určených matriálů vzniká společně se základními popisy sbíraných biotopů databáze druhového složení a základních ekologických charakteristik prostředí, které se doplňují při každoročním kurzu. Tak vzniká databáze diverzity sinic a řas na studovaných lokalitách společně s databází ekologických parametrů sbíraných lokalit. 58

61 MIKROBIOLOGIE - ALGOLOGIE Obr Mikroskopování v terénu. Obr Mikroskopování v terénní laboratoři. 59

62 MIKROBIOLOGIE - ALGOLOGIE Rekonstrukce vývoje krajiny V případě, že chceme využít sediment na dně mokřadů či organickou stařinu z podmáčených luk k posouzení dlouhodobého vývoje krajiny, použijeme sediment či nashromážděnou stařinu k paleoekologické analýze. V sedimentu i ve stařině se nacházejí zbytky buněk nárostového společenstva či metafytonu (především křemičité schránky rozsivek) a současně zbytky vegetace a zbytky živočichů, kteří na lokalitě žili, nebo se dostali na tyto lokality ze širokého okolí. Na základě rychlosti sedimentace a rychlosti vývoje podmáčené louky můžeme pak v horizontálním profilu sedimentu - stařiny analyzovat vývoj konkrétního mokřadu - podmáčené louky, nebo konkrétní oblasti, kde se mokřad nachází (obr ). Obr Odebírání vrtu v podmáčené louce blízko jezera. Měření sezónních změn vybraných populací sinic Detailní ekofyziologické studium vybraných společenstev sinic a řas v průběhu celého arktického léta a období vegetačního klidu (zima) přináší informace o strategii obrany vůči stresům vysycháním a vymrzáním, ke kterým dochází především v období zimy (obr ). Pomocí speciálních metod fluorescenčního barvení a podrobného mikroskopického studia, které kombinujeme s laboratorní experimenty zaměřenými na vytváření stresových situací, které jsou podobné těm, jaké probíhají v přírodě, jsme schopni popsat celoroční strategii přežívání nepříznivých podmínek v proběhu arktické zimy u vybraných skupin sinice a řas. 60

63 MIKROBIOLOGIE - ALGOLOGIE Obr Odběry nárostového společenstva. Odběr vzorků a snímkování povrchu ledovců Hlavní pozornost je věnována kryokonitům. Dno kryokonitů je pokryto jemným sedimentem. Sediment je kolonizován mikrobiálním společenstvem bakterii, sinic, řas a bezobratlých živočichů. Prostředí kryokonitů je velmi různorodé a v závislosti na dostupnosti minerálních živin, charakteru sedimentu a stáří kryokonitů se mění kvantitativní i kvalitativní složení společenstva. Odebíráme vzorky sedimentů na následnou mikrobiální analýzu a současně měříme hlavní fyzikálně-chemické parametry vody (obr ). Odběrem sedimentů ze dna kryokonitů s následnou analýzou diverzity a abundance mikrobiálního společenstva a studiem jejich vzájemných vztahů (konkurence, žrací tlak bezobratlých, vztah k environmentálním parametrům prostředí) zjišťujeme stupeň jejich vývoje. 61

64 MIKROBIOLOGIE - ALGOLOGIE Obr Odběry společenstva v kryokonitu. 62

65 MIKROBIOLOGIE - ALGOLOGIE Odběr půdních krust Půdní krusty studujeme dvěma přístupy. Jednak odebíráme vzorky povrchové vrstvy půdy pro následnou mikroskopickou a molekulární analýzu diverzity (určování druhů a morfologických typů s následnou kvantifikací, izolací kmenů a jejich sekvenovaní, obr ). Současně používáme odebrané vzorky k analýze nitrogenázové aktivity v závislosti na konkrétních mikroklimatických parametrech a stupni vývoji půdní krusty. Na vybraných stanovištích měříme také změny ve fotosyntetické aktivitě, která se mění v závislosti na mikroklimatických parametrech. Vzorky přivezené do laboratoří v České republice analyzujeme fyzikálně-chemických parametrů půdy. V závislosti na lokální disturbanci, na typu geologického substrátu a na konkrétních mikroklimatických podmínkách studujeme ekofyziologickou aktivitu půdních krust (nitrogenázová a fotosyntetická aktivita). Tyto ekofyziologické aktivity měříme v závislosti na změnách klimatických parametrů v 24 hodinovém denním cyklu. Obr Odběry společenstva půdních krust. 63

66 Studium biologické diverzity v půdách ve výškovém gradientu MIKROBIOLOGIE - ALGOLOGIE V mozaice arktické tundry, kde se střídají společenstva cévnatých rostlin, mechorostů se společenstvy různě vyvinuté půdní krusty (lichenizované) je složení mikrobiálního společenstva velmi různorodé. Ve spolupráci s laboratoří půdní biologie naší fakulty provádíme analýzu mikrobiálního složení půdy (mastné kyseliny, mikroskopické huby, aktinobakterie, G+ a G- bakterie a jejich poměry). Toto studium je zaměřené na posouzení vývoje půd v extrémních podmínkách vysoké Arktidy. Jedním tématem, kterým jsme se zabývali, bylo zjištění mikrobiálního složení půdy v horizontálním (výškovém) gradientu v okolních horách obklopujících zátoku Billefjorden (obr ). Obr Odběr půdních krust ve výškovém gradientu. Odhad fotosyntetické aktivity měřením variabilní fluorescence za použití ručního fluorometru Abychom mohli odhadnout fotosyntetickou aktivitu, a tím i primární produkci, a její změny v čase u nárostů sinic a řas v mělkých vodních biotopech, potřebujeme metodu, která nebude ovlivňovat sledované společenstvo sinic a řas tím, že budeme narušovat jeho strukturu pravidelnými odběry vzorků. Využíváme proto metody založené na měření variabilní fluorescence chlorofylu. Energie absorbovaných fotonů může být využita jednak pro fotosyntetické reakce, jednak přeměněna na teplo a jen malá část je zpětně vyzářena jako fluorescence. Pokud je díky stresu využití energie ve fotosyntéze omezeno, třeba poškozením fotosyntetického aparátu UV zářením, zvýší se podíl tepelné disipace i intenzita fluorescence. Při měření variabilní fluorescence v terénu používáme ruční fluorometr FluorPen (obr ) s předem naprogramovanými protokoly, kdy vzorek ozařujeme definovanou sekvencí světelných 64

67 MIKROBIOLOGIE - ALGOLOGIE pulsů či kontinuálního světla o dané intenzitě. Ze záznamu fluorescenčního signálu pak vypočítáme řadu parametrů, které nám indikují fyziologický stav vzorku. Obr Měření fotosyntetické aktivity ručním fluorometrem.. Pomocí ručních fluorometrů můžeme měřit fotosyntetickou aktivitu i v půdních krustách a sledovat tak její změny během dne i vegetační sezóny. Používáme protokoly pro měření aktuálního a maximálního kvantového výtěžku. Aktuální kvantový výtěžek měříme okamžitě po příchodu na lokalitu, maximální kvantový výtěžek po 10minutové temnotní adaptaci. Měření fotosyntetické aktivity pomocí variabilní fluorescence chlorofylu Měření fotosyntetické aktivity začíná měřením sledovaných abiotických faktorů prostředí - teploty, viditelného spektra a UV záření. Nejsnáze měřitelné parametry jsou maximální kvantový výtěžek, který měříme po temnostní adaptaci, a aktuální kvantový výtěžek, který měříme při osvětlení. Před měřením maximálního kvantového výtěžku je nutné vzorek nechat ve tmě po dobu 10 minut, poté spustíme měření. Nejprve se měří minimální fluorescence, F 0, ve tmě pomocí slabých měřících pulsů, poté aplikujeme silný saturační puls pro zjištění maximální fluorescence, F M. Z hodnot F 0 a F M pak vypočítáme maximální kvantový výtěžek. Pro sledování aklimatizace společenstva k dopadajícímu záření využíváme protokoly Světelné křivky 1 (LC 1), pro měření závislosti aktuálního kvantového výtěžku na ozářenosti. Z tvaru křivky vypočítáme relativní maximální rychlost fotosyntézy a účinnost fotosyntetických reakcí. 65

68 MIKROBIOLOGIE - ALGOLOGIE Odhad fotosyntetické aktivity měřením variabilní fluorescence za použití kamery zobrazující fluorescenci chlorofylu Metodiku variabilní fluorescence chlorofylu můžeme využít i pro sledování heterogenity fotosyntetických reakcí ve vzorku, kdy používáme kameru zobrazující fluorescenci chlorofylu, FluorCam (obr ). FluorCam jsme použili pro sledování fotosyntetické aktivity i u kolonií sinice Nostoc, jednoho z hlavních primárních producentů v mokřadech. Toto měření probíhá na stanici. Nejprve je třeba optimalizovat nastavení FluorCamu, tedy intenzitu měřících a saturačních pulsů. Poté jsou kolonie ponechány v chladu ve tmě po 4 hodiny. Po skončení temnotní adaptace jsou jednotlivé kolonie přeneseny do FluorCamu a změřena jejich fotosyntetická aktivita. Po fluorescenčním měření je třeba kolonii zvážit, její hmotnost se pak použije při přepočtech nitrogenázové aktivity na jednotku hmotnosti nebo při sledování rychlosti vysychání. Obr Měření fotosyntetické aktivity pomocí FluorCamu. 66

69 MIKROBIOLOGIE - ALGOLOGIE FluorCam můžeme požívat i pro odhad pokryvnosti půdních krust, pro hodnocení požíváme jednoduchý protokol pro měření kvantového výtěžku. Z měření vypočítáme fotosynteticky aktivní plochu a vypočítáme její procentuální podíl z celkové plochy vzorku. Měření nitrogenázové aktivity Dusík je nejčastějším limitujícím faktorem v polárních ekosystémech. Sinice jsou mikroorganismy, které jsou schopné vázat vzdušný dusík. Sinice mají enzymatický komplex nitrogenázu. Pro měření nitrogenázové aktivity byla použita metoda acetylenové redukce, která využívá nitrogenázové redukce acetylénu na etylen. Metoda spočívá v tom, že vzorek inkubujeme v prostředí s acetylénem, který inhibuje redukci N2 a zároveň saturuje enzym nitrogenázu, pomocí níž je acetylén redukován na etylén. Na počátku experimentu (acetylen obsahuje malou příměs etylénu) a na konci inkubace se stanoví množství etylenu v inkubační atmosféře za pomocí plynové chromatografie. Inkubace vzorků probíhá v terénu (obr ). Vlastní analýza na plynovém chromatografu se provádí v laboratoři Prof. Šimka na Ústavu půdní biologie AV ČR. Z nitrogenázové redukce acetylénu můžeme odhadnout nitrogenázovou redukci N2. Tato měření jsme prováděli u vzorů půdních krust, u vybraných vzorků z vodního prostředí, nebo u vybraných skupin sinic. Obr Měření nitrogenázové aktivity kolonií sinice Nostoc. Manipulační experimenty Arktická oblast je nejrychleji se měnící části naší planety. Průměrné teploty v arktické oblasti se zvýšily od počátku průmyslové revoluce, kdy se začala masivně spalovat fosilní paliva o 1.5 až 2 C. Současně se za toto období zvýšila koncentrace skleníkových plynů v atmosféře více jak o 30%. Tyto změny se dotýkají všech složek arktické přírody. Mezinárodní vědecká 67

70 MIKROBIOLOGIE - ALGOLOGIE společnost věnuje vlivu oteplování a posunu klimatu v Arktidě velkou pozornost a český vědecký tým se zapojil do výzkumu vlivu posunu klimatu na různé arktické ekosystémy. V terestrickém ekosystému se této problematice věnuje mezinárodní vědecká společnost "International Tundra Experiment - ITEX", která navrhla k použití manipulační systém - Otevřené Komory - Open Top Chambers (obr )., které zajišťují zvýšení průměrné teploty o několik stupňů celsia, což je zvýšení teploty, které se očekává v arktické tundře v dalších 30 a ž 50 létech. Jedná se o metodiku instalace šestihranných otevřených komor, kde je uvnitř omezený pohyb vzduchu, což zajištuje navýšení teploty. Současně zde dochází také k manipulaci se srážkami. Na některých lokalitách dochází k akumulaci sněhu uvnitř komor, a tak vzniká také rozdíl v délce pokrytí sněhem a ke změně vlhkostních parametrů. Česká skupina se zaměřila na manipulaci za pomocí otevřených komor na lokalitách s podmáčenou loukou, kde byly monitorovány ekofyziologické vlastnosti (rychlost fotosyntézy a nitrogenázová aktivita) dominantní sinice Nostoc sp. a současně byla měřena rychlost dekompozice a změny ve vegetačním krytu. Druhou etapou manipulačního experimentu je studium změn půdních krust pod vlivem manipulace za pomocí otevřených komor. Tyto experimenty probíhají na České vědecké stanici dlouhodobě a doplňují průběžný monitoring společenstev zájmového území. Obr Otevřené komory před ledovcem Horbye. Pyramiden jako příklad narušení arktické přírody Hornické město Pyramiden bylo využíváno k těžbě černého uhlí od počátku minulého století. V průběhu tohoto období intenzita těžby a množství lidí, kteří žili v tomto městě, postupně narůstalo. Množství stavebních zásahů do lokální přírody, pohyb lidí, doprava vytěženého uhlí a současně zásobování města s rozvojem celé infrastruktury se postupně zvětšovala. S rozvojem infrastruktury, která na konci 80 let minulého století zahrnovala komplexní občanské vybavení s nemocnicí, školou, sportovním vybavením atd. vytvořila tlak na komplexní změnu arktického ekosystému. Antropogenní aktivita byla doprovázena značným znečištěním prostředí širokým spektrem toxických látek, běžně používaných v druhé polovině minulého století. Tento antropogenní vliv se projevil ve změnách arktického ekosystému. 68

71 MIKROBIOLOGIE - ALGOLOGIE Veškeré lidské aktivity, které se projevily v tomto městě, slouží jako optimální přírodní experiment, ve kterém můžeme studovat vliv lidské činnosti na vývoj arktické přírody. V hornickém městě Pyramiden odebíráme vzorky půdy a rostlin (obr ). Na lokalitách na místě analyzujeme druhové složení cévnatých rostlin, odebíráme jejich nadzemní a podzemní biomasu na následnou analýzu toxických látek. Podobné analýzy provádíme ze vzorků půd z různých hloubek a současně z tkání vybraných rostlin. Kromě toxických látek v půdě a v tkáních rostlin také analyzujeme mikrobiální složení půdního ekosystému (sinice a řasy), se záměrem zjistit, zda se v půdě vyskytují ve zvýšené míře zavlečené druhy. Tyto studie se provádějí v laboratořích za použití molekulárních metod. Obr Snímkování v Pyramiden. Literatura: Aleksandrova, V. D. The Arctic and Antarctic: Their Division into Geobotanical Areas. The Arctic and Antarctic: Their Division into Geobotanical Areas. (1980). Beyer, L. & Bölter, M. Geoecology of Antarctic Ice-free Coastal Landscapes. (Springer Science & Business Media, 2002). Callaghan, T. et al. Arctic tundra and polar desert ecosystems. Arctic climate impact assessment, (2005). Callaghan, T, V., Björn, L. O., Chernov, Y, Chapin, III. F. S., Christensen, T. R., Huntley, B., Ims, R. A., Callaghan, T. V. et al. Biodiversity, distributions and adaptations of Arctic species in the context of environmental change. Ambio 33, (2004). Callaghan, T. V. et al. Biodiversity, distributions and adaptations of Arctic species in the context of environmental change. Ambio 33, (2004). Elster, J. and Benson E.E. 2004: Life in the Polar Terrestrial Environment a Focus on Algae and Cyanobacteria. In: B. Fuller, N. Lane and E.E. Benson, (editors) Life In The Frozen State. Taylor and Francis, London, pp Chapin, S.F. Jefferies, R.L. Raynolds J. Shaver, G.R and Svoboda J. (1992) Climatic Change and Arctic Ecosystem Response. The role of Ecophysiology. (Academic Press, 1992). Elster, J. in Enigmatic microorganisms and life in extreme environments (ed J. Seckbach) (Kluwer Academic Publishers, 1999). 69

72 MIKROBIOLOGIE - ALGOLOGIE Elster, J. in Geoecology of Antarctic ice-free coastal lanscapes (eds L. Beyer & M. Bötler) (Springer- Verlag, 2002). Elverland E. The Arctic System. (Norwegian Polar Institute, 2008). Evans, D. & Benn, D. A practical guide to the study of glacial sediments. (Routledge, 2014). Fogg, G. E. The biology of polar habitats. (Oxford University Press, 1998). Friedmann, E. I. & Thirstle, A. B. Antarctic microbiology. (Wiley-Liss, 1993). Pielou EC (1994) Naturalists guide to the Arctic. (The University of Chicago Press, 1994) Singh, P. Snow and glacier hydrology. (Springer Science & Business Media, 2001). Svoboda, J., Freedman, B., Calvert, J. & Murray, J. L. Ecology of a Polar Oasis: Alexandra Fiord, Ellesmere Island, Canada. (Captus University Publications, 1994). Tedrow, J. C. F. (Soils of the polar landscapes. (Rutgers University Press, 1977). Vincent, W. F. Microbial ecosystems of Antarctica. 320 (Cambridge University Press, 1988). Vincent, W. F. & Laybourn-Parry, J. Polar lakes and rivers: Limnology of Arctic and Antarctic ecosystems. (Oxford University Press, 2008). 70

73 BOTANIKA EKOLOGIE ROSTLIN 5 Botanika Ekologie rostlin Jitka Klimešová, Tomáš Hájek, Alexandra Bernardová & Petr Macek Na první pohled se zdá, že tady žádné rostliny nerostou. Důvodem toho, že na Svalbardu v nadmořské výšce jen několika metrů nad mořskou hladinou najdeme podobné rostlinstvo jako na vrcholcích Alp, je chladná a krátká vegetační sezóna. Arktická tundra se podobá alpinské tundře nejen nízkým vzrůstem rostlin a nízkou pokryvností, ale částečně i druhovou skladbou. Přesto se v Arktidě vyskytují také druhy, s nimiž se v jiných částech světa nestřetneme (obr až 5.3.). Obr Papaver dahlianum. 71

74 BOTANIKA EKOLOGIE ROSTLIN Obr 5.2. Cassiope tetragona. 72

75 BOTANIKA EKOLOGIE ROSTLIN Obr Pedicularis dasyantha. 73

76 BOTANIKA EKOLOGIE ROSTLIN Když se rozhlédneme po krajině, rozložení rostlin není náhodné. Na některých místech se daří rostlinám lépe, na některých hůře. Příčinou jsou vlivy prostředí, které osídlení vegetací podporují či naopak. Patří mezi ně hlavně stabilita a stáří substrátu, vlhkost či vytrvání sněhové pokrývky. Sníh hraje v tundře významnou roli. V zimě chrání rostliny před nízkými teplotami a na jaře poskytuje při tání vláhu. Pokud zůstane na povrchu déle, nebo nasněží-li během léta, zkracuje vegetační sezónu. Stanoviště se zanedbatelnou sněhovou pokrývkou mohou trpět i nedostatkem vody. Jejich protikladem jsou vláhou dobře zásobená stanoviště, mokřady hojně obývané mechy a několika typickými druhy vyšších rostlin (obr. 5.4.). Obr Eriophorum scheuchzeri. 74

77 BOTANIKA EKOLOGIE ROSTLIN Ve vysoké Arktidě více než kde jinde působí na ekosystém mocní činitelé: ledovce, sezónně vydatné přívaly tavné vody, nebo pohyb půdy vyvolaný opakovaným zamrzáním a táním. Všechny ovlivňují složení vegetace. Na nestabilních svazích rostliny nemohou růst, protože by jejich kořeny byly brzy přetrhány a oddenky polámány. Když už na nestabilních kamenitých svazích rostliny najdeme, jsou to rostliny s kůlovitým kořenem, který je ukotvuje ve stabilnější vrstvě a umožňuje jim z hloubky čerpat vodu a živiny. Naopak oddenkatým rostlinám se na těchto místech nedaří. Mrazově tříděné půdy osídlují rostliny pouze na nejméně pohyblivých místech. Při takovém třídění hrubší úlomky horniny tvoří opakovaným působením mrazu a tání hranice polygonů (obr. 5.5.), zatímco jemnozrnný materiál se hromadí uvnitř. Na svazích pak vznikají brázdité půdy, kdy dochází k třídění horninových úlomků a formování vegetace do svislých pruhů. Obr Polygonální půdy. Na místa, kde byla vegetace zničena, se rostliny zvolna dostávají pomocí semen. Ve výhodě jsou druhy produkující velké množství malých semen. Přeborníkem v tomto oboru je lomikámen vstřícnolistý, Saxifraga oppositifolia. Ten se tu vyskytuje v takovém množství, mimo jiné proto, že snadno regeneruje i z lodyh, které se ulomí z mateřské rostliny (obr. 5.6.). 75

78 BOTANIKA EKOLOGIE ROSTLIN Obr Saxifraga oppositifolia. Rostlinstvo není ovlivňováno jen abiotickými faktory, ale i živočichy. Do míst, kde je dostatek rostlin, se soustřeďují býložravci. Bělokuři a samozřejmě i sobi zůstávají v Arktidě přes zimu, která udržuje jejich přirozeně řídké populace. Naopak v případě hus krátkozobých, které zimují v severozápadní Evropě, jsme v posledních desetiletích vědecky dramatického nárůstu jejich populace vlivem ochrany. Husy spásající vegetaci tak začínají ohrožovat stabilitu svalbardské tundry. Kromě spásání však ti samí živočichové tundru zároveň hnojí. Rostlinám dodávají potřebné živiny, především dusík a fosfor. Polární půdy jinak bývají na živiny chudé, neboť nízké teploty blokují rozklad organické hmoty a tím přirozený koloběh živin. Jejich významným zdrojem jsou především trus těch ptáků, kteří se živí v moři. Právě větší produkce rostlin pod ptačími bazary ukazuje, že to není jen nízká teplota, co růst rostlin limituje. Tato místa jsou tak zelená nejen kvůli ptákům, kteří propojují bohatý mořský ekosystém s poměrně chudým suchozemským, ale kvůli dostatečné vlhkosti a navíc kvůli teplé jižní expozici. Možná jsou tato místa předobrazem budoucího rostlinstva Svalbardu, tedy alespoň míst dostatečně zásobených vodou. Tady totiž přežívají teplomilné druhy, které by se mohly v budoucnu rozšířit (obr až 5.12.). 76

79 BOTANIKA EKOLOGIE ROSTLIN Obr Chrysosplenium tetrandrum. 77

80 BOTANIKA EKOLOGIE ROSTLIN Obr Micranthes nivalis. 78

81 BOTANIKA EKOLOGIE ROSTLIN Obr Micranthes tenuis. 79

82 BOTANIKA EKOLOGIE ROSTLIN Obr Polemonium boreale. Obr Potentilla crantzii. 80

83 BOTANIKA EKOLOGIE ROSTLIN Obr Taraxacum brachyceras. I v tundře je hmyz významným opylovačem rostlin, pro které je tvorba semen hlavním mechanismem šíření na větší vzdálenosti, například při osídlování nově vzniklých biotopů po ústupu ledovce. V tundře však nepotkáme blanokřídlý hmyz, jako jsou včely nebo čmeláci; jejich funkci přebírají dvoukřídlí, především různé mouchy. Naše pozorování a experimenty ukázaly, že hmyz v květech vyhledává nejen potravu, ale často i úkryt před nepřízní počasí. Protože v nízké tundře bývá velmi větrno, hmyz mezi květy spíše chodí, než létá. K opylování tak dochází často nespecificky a pyl je přenášen spíše na kratší vzdálenosti. Každopádně v místech, kde je jen velmi sporá nebo žádná vegetace, nepotkáme ani hmyz. A jak je na tom Svalbard a globální oteplování? Růst rostlin zde limituje chlad, takže by se na nich mělo oteplování projevit. Klíčovou otázkou však je, jak vliv oteplování na rostliny zjistit. Nejlépe je vliv oteplování vidět na odtávání ledovců za posledních asi 100 let (Obr ). Maximální rozsah zalednění v takzvané malé době ledové lze v terénu rozeznat podle morén. Polským geomorfologům se podařilo zrekonstruovat ústup ledovců v zátoce Petunia. Když použijeme jejich data, můžeme poměrně dobře zjistit jak dlouho je konkrétní místo bez ledu a můžeme také studovat vývoj vegetace na odledněném území. 81

84 BOTANIKA EKOLOGIE ROSTLIN Obr Ústup ledovce Hørbyebreen za posledních 50 let. Nikde není ani rostlinka; trochu dál od ledovce se najdou nejotužilejší pionýři: je to obvykle braja nachová, Braya purpurascens (obr ) nebo lomikámen vstřícnolistý. Zatímco braja později na starších odledněných plochách mizí, protože je specializovaná jen na nové narušené substráty, lomikámen vytrvává, tvoří stále větší a větší polštáře a najdeme ho i ve zcela zapojené tundře. Sukcese za ustupujícím ledovcem se tu totiž vyznačuje tím, že druhů s časem přibývá a nemění se tady různé typy vegetace, jak je tomu při sukcesi třeba v mírném pásu. Po 100 letech sukcese jsou už na místě všechny rostliny typické pro tundru. Výjimkou je Cassiope tetragona, vždyzelený keřík z čeledi vřesovcovitých, který se na předpolí ledovců v zátoce Petunia nevyskytuje, asi proto, že nemá rád zásadité půdy, které jsou pro zátoku typické. Obr Braya purpurescens. 82

85 BOTANIKA EKOLOGIE ROSTLIN Jinou metodou výzkumu vlivu změn klimatu je analýza pylu a makrozbytků semen a listů uložených v organických sedimentech za nepřístupu vzduchu, nejlépe pod vodou. Sedimenty se odebírají za pomoci speciálního vrtáku. Odebraný profil se poté rozdělí na jednotlivé vrstvy, které se analyzují. Nalezené druhy nám pak poskytnou obrázek o ekologických podmínkách, které tu v minulosti panovaly. V dnešní době hojně využívanou metodou, jak poznat vliv klimatických změn na rostlinstvo, je zopakovat podrobné mapování, které udělal někdo před námi. V těchto domcích v roce 1936 trávil léto britský botanik Ackok, který zde zmapoval malé území. My jsme mapování v roce 2008 zopakovali. Můžete vidět, že mapy jsou skoro stejné, stejně jako fotografie, které jsme tu pořídili. Je tedy zjevné, že kromě odtání ledovců se zde mnoho nezměnilo (obr ). Obr Porovnání fotografií pokrytí vegetace v roce 1936 a Musíme si ale uvědomit, že z minulosti máme jen málo záznamů, jak tady rostlinstvo vypadalo a arktická příroda reaguje pomalu. Nadbytečnou biomasu, mohli spást býložravci a vzhledem k velké vzdálenosti k nejbližší pevnině, pravděpodobnost, že přiletí semínko nějakého invazního druhu, není velká. Zdroj teplomilných druhů je mnohem blíž: pod ptačími bazary nebo v lidských sídlech. Živočichem, který vegetaci ovlivňuje nejvíce, je člověk. Jeho stopy se v arktické přírodě nezahojí ani po několika desítkách let. Město Pyramiden bylo budováno hlavně v 60. a 70. letech minulého století pro sovětské horníky. Asi dva tisíce obyvatel mělo k dispozici také skleník na pěstování zeleniny, kravín, vepřín a drůbežárnu. Převoz krmiva pro domácí zvířata 83

86 BOTANIKA EKOLOGIE ROSTLIN a snaha o vytvoření louky v centru osady s pomocí dovezené půdy nejvíce ovlivnily floru a vegetaci. Staly se zásobníkem nepůvodních genotypů a druhů, o kterých dosud víme velmi málo. Díky drsnému klimatu jich moc nepřežilo. Ty co vytrvaly, by se mohly stát invazními, až se klima ještě více oteplí. Proto i ony jsou předmětem našeho bádání (obr ). Obr Barbarea vulgaris v Pyramiden. Mnohé druhy jsou však na souostroví přiváženy i nyní: na botách a oděvu turistů. Takový přenos je zatím jen sporadický, s rostoucí návštěvností a popularitou je ale velmi pravděpodobné, že jeho četnost bude narůstat. To bude nejspíš i případ krvavce totenu, Sanguisorba officinalis, lučního druhu mírného pásma, který jsme v roce 2014 objevili na turisty hojně navštěvovaném náměstí. Patrně jde o první nález tohoto druhu na Svalbardu. Vzhledem k postupnému oteplování klimatu je jen otázka času, kdy přibudou další (obr ). 84

87 BOTANIKA EKOLOGIE ROSTLIN Obr Sanguisorba officinalis v Pyramiden. 85

88 BOTANIKA EKOLOGIE ROSTLIN Také okolí města nese stopy lidské přítomnosti - pozůstatky těžby a prospekce před druhou světovou válkou a zbytky starých loveckých přístřešků. Tyto stopy lidské činnosti jsou chráněny jako kulturní dědictví. Nejvíc patrné jsou však stopy zanechané obyvateli Pyramiden - zůstanou v tundře zachovány po dlouhou dobu. Ovlivňují totiž druhové složení rostlin, které na takových člověkem zničených místech jsou schopny růst. Literatura Acock A.M. Vegetation of a calcareous inner fjord region in Spitsbergen. J. Ecol. 28, (1940). Prach K., Košnar J., Klimešová J. & Hais M. High Arctic vegetation after 70 years: a repeated analysis from Svalbard. Polar Biol. 33, (2010). Subsets of aerial photographs S61_3103, S90_1967, S2009_13822 Norwegian Polar Institute. 86

89 ZOOLOGIE - PARAZITOLOGIE 6 Zoologie Parazitologie Oleg Ditrich Fauna Vysoké Arktidy se vyznačuje nízkou biodiverzitou, ne sice do té míry, jako v Antarktidě, ale přece jen výraznou především v suchozemském a sladkovodním prostředí. Týká se to mnoha skupin bezobratlých a velmi nápadný je tento jev u obratlovců. Některé skupiny, jako například obojživelníci a plazi se extrémním podmínkám vůbec neadaptovaly a ve Vysoké Arktidě chybějí, jiné skupiny se tam vyskytují, avšak v omezených počtech druhů. Na Svalbardu se navíc výrazně projevuje efekt ostrova vzdáleného od pevnin. Teorie rovnovážného stavu (MacArthur & Wilson) vychází z velmi jednoduché premisy: počet druhů na ostrově je určen rovnováhou mezi imigrací a extinkcí, a tato rovnováha je dynamická, to znamená, že druhy vymírají a přicházejí neustále. Na ostrově vzdáleném od imigračních zdrojů je proto biodiverzita nižší. Suchozemští savci Před příchodem člověka žily na Svalbardu jen dva druhy suchozemských savců. Jediným býložravým savcem je sob polární špicberský, Rangifer tarandus platyrhynchus. Ostrovní pravidlo Tento poddruh je velmi názorným příkladem Fosterova ostrovního pravidla, podle něhož se velké druhy po migraci na ostrov zmenšují a naopak. Je to nejmenší poddruh ze všech sobů, samci dosahují kg a samice jen kg, typickým znakem jsou relativně krátké nohy se širokými kopyty, usnadňujícími pohyb ve vlhkém nebo zasněženém terénu (obr. 6.1.). 87

90 ZOOLOGIE - PARAZITOLOGIE Obr Sob polární špicberský, Rangifer tarandus platyrhynchus. Donedávna se tvrdilo, že tento poddruh vznikl z evropských populací soba, zatímco východogrónský dnes již vyhynulý Rangifer tarandus eogroenlandicus a dosud žijící západogrónský Rangifer tarandus groenlandicus, kteří jsou mu podobní, z kanadských populací soba. Molekulární analýzy však prokázaly, že i svalbardská populace migrovala ze západu přes Grónsko nejpozději před 5000 lety. Cirkumpolární výskyt jednotlivých poddruhů soba ukazuje schematická mapa (obr. 6.2). Obr Geografické rozšíření poddruhů sobů. 88

91 ZOOLOGIE - PARAZITOLOGIE Kvůli intenzivnímu lovu hrozilo špicberskému sobu vyhubení, v roce 1925 byl proto jeho lov zcela zakázán. Populace se obnovila a od r je v omezené míře loven pouze v některých oblastech. V místech, kde se neloví, má velmi krátkou útěkovou vzdálenost. Jediným suchozemským masožravým savcem na Svalbardu je liška polární, Vulpes lagopus (obr. 6.3.). Ačkoliv bývávaly svalbardské populace označovány jako poddruh Vulpes lagopus spitzbergenensis, bylo v poslední době prokázáno, mimo jiné i studiem parazitů lišek, že populace polárních lišek stále migrují v rámci svého cirkumboreálního rozšíření a jsou schopny překonat i obrovské vzdálenosti mezi pevninami. Využívají k tomu plovoucí kry a schopnost dlouhého hladovění. Vyskytují se ve dvou barevných odstínech, světlejším ( bílá liška ) a tmavším ( modrá liška ). Obr Liška polární, Vulpes lagopus. Na rozdíl od kontinentů nežijí na Svalbardu autochtonní populace hlodavců a lišky na Svalbardu se proto potravně specializují zejména na ptačí mláďata a vejce, na mršiny včetně těch, které vyvrhlo moře a na zbytky kořisti medvědů. Kožešiny lišek byly v minulých staletích hlavní kořistí svalbardských traperů: s výjimkou rezervací jsou lišky loveny dodnes a traperské stanice norská správa udržuje jako součást kulturního dědictví. Marine mammals Vrcholovým predátorem a špičkou potravní pyramidy v Arktidě včetně Svalbardu je lední medvěd, Ursus maritimus (obr. 6.4.). Jak jeho vědecký název napovídá, již nejde o savce suchozemského, ale mořského. Lední medvědi dokážou vyšplhat na téměř kolmé kry a dovedou 89

92 ZOOLOGIE - PARAZITOLOGIE přeskočit až čtyřmetrové díry v ledu. Jsou to také velmi zdatní plavci, nejlepší ze všech medvědů. Plavou rychlostí okolo 10 km/h. Umějí se také potápět, pod vodou vydrží až dvě minuty. Obr Medvěd lední, Ursus maritimus. Během letních měsíců medvědi migrují s ustupujícím ledem na severovýchod souostroví. Jedinci, kteří zůstanou ve vnitrozemí, nejsou schopni v rozmrzlých fjordech ulovit tuleně a hladovějí. Tito jedinci nepohrdnou žádnou potravou, žerou mršiny, plení hnízda a jsou nebezpeční i pro lidi. Při výzkumech na Svalbardu je nezbytné být neustále ve střehu a počítat s tím, že medvěd může zaútočit. Také potraviny a odpad je třeba skladovat v uzavřených nádobách, na přehledném místě vzdáleném od obydlí. Zatímco medvědi jsou na Svalbardu doma, my jsme tam na návštěvě a musíme tomu přizpůsobit své chování. Pozice na vrcholu potravní pyramidy přináší riziko ohrožení cizorodými látkami (obr. 6.5.). 90

93 ZOOLOGIE - PARAZITOLOGIE Hromadění cizorodých látek v tělech predátorů Jestliže se z prostředí do počátku potravního řetězce dostane cizorodá látka, začne se postupně hromadit v tělech organismů na vyšších stupních potravní pyramidy. Může být příčinou hynutí konzumentů vyšších řádů. Tímto způsobem se mohou v tělech hromadit například pesticidy, těžké kovy radioaktivní látky apod. Obr Potravní pyramida na Svalbardu. 91

94 ZOOLOGIE - PARAZITOLOGIE Další arktičtí savci jsou na mořské prostředí vázáni ještě pevněji. Mezi kytovce patří běluha severní, Delphinapterus leucas (obr. 6.6.) z čeledi narvalovitých typická svou bílou barvou. Jejich průměrná délka se pohybuje kolem 4,5 m, někteří jedinci však mohou dorůst až 6 metrů a váží kg. Obr Běluha severní, Delphinapterus leucas. Mláďata jsou světle šedá a bílou barvu získají po dosažení pohlavní zralosti ve čtyřech letech. Žijí v malých skupinách, nejčastěji to bývají stádečka složená ze samice a několika mláďat různého věku. Samci žijí zvlášť a k samici se připojují jen v době rozmnožování. Nejčastějším ploutvonožcem je na Svalbardu tuleň kroužkovaný, Pusa hispida (obr. 6.7.). Právě tento druh je nejčastější kořistí medvědů. Dospělí jedinci měří až 160 cm a váží až 90 kg. Jsou světle šedí s černým tečkováním; skvrny jsou často obklopeny světlými prstenci. Čenichy mají krátké a úzké. Živí se převážně rybami. 92

95 ZOOLOGIE - PARAZITOLOGIE Obr Tuleň kroužkovaný, Pusa hispida. Na plovoucím ledu se vyskytuje tuleň vousatý, Erignathus barbatus (obr. 6.8.). Žije osaměle, nejčastěji v místech kde se pohybuji volné ledové kry a kde je hloubka 100 až 200 m. Většina ponorů za potravou je do hloubky okolo 100 m, i když byly zaregistrovány případy do 300 až 500 m. Loví převážně bentické živočichy z měkkého dna, přičemž využívají svých specifických dlouhých vousů. Nejčastěji loví korýše, měkkýše a v menší míře i ryby. Obr Tuleň vousatý, Erignathus barbatus. 93

96 ZOOLOGIE - PARAZITOLOGIE Mrož lední, Odobenus rosmarus (obr. 6.9.) byl na Svalbardu téměř vyhuben lovem. Díky přísné ochraně se postupně navrací. Mroží potravu tvoří živočichové žijící při mořském dně (převážně mlži, plži, korýši, ale nepohrdne ani menší rybkou. Je to velice zdatný plavec a pro potravu se může potopit až m hluboko. Při dně hledá potravu pomocí svých hmatových vousů a díky proudu vystřikovaného z tlamy ji uvolní ze sedimentu. Tímto systémem umí též oddělit měkkou část od lastur a pozřít pouze měkký vnitřek. V některých případech mroži zabíjejí a požírají tuleně. Obr Mrož lední, Odobenus rosmarus. Paraziti savců I arktičtí savci hostí ve svých tělech parazity. Je až překvapivé, jak málo jsou dosud paraziti arktických savců prozkoumání, snad jen s výjimkou parazitů sobů. V plné míře to platí i pro Svalbard. Přitom mnoho informací o střevních, jaterních i plicních parazitech lze získat z trusu jejich hostitelů. Parazitologické vyšetření trusu je neinvazivní metoda, která zvířata v přirozeném prostředí nijak neobtěžuje. Pro vyšetření sbíráme výhradně vzorky, u kterých jsme si jisti, z jakého druhu hostitele pochází. Nesmí se zapomenout na záznam polohy pomocí GPS a zejména pečlivé označení vzorku. Vzorky se vyšetřují koncentračními koprologickými metodami a analýzou DNA parazitů. Ukazuje se, že velmi zajímavě jsou zejména parazitické hlístice v trusu polárních medvědů a lišek: nalezli jsme vajíčka druhů, které mohou mimo jiné být patogenní pro člověka (obr a 6.11.). 94

97 ZOOLOGIE - PARAZITOLOGIE Obr Vajíčka parazitů z trusu medvěda ledního. Obr Vajíčka parazitů z trusu lišky polární. 95

98 ZOOLOGIE - PARAZITOLOGIE Problémem, který je známý i mezi laickou veřejností, je výskyt měchožila bublinatého, zvaného též tasemnice liščí, Echinococcus multilocularis na Svalbardu (obr 6.12.). Umožnilo jej zavlečení hraboše východního, Microtus levis, z Ruska prostřednictvím píce, která byla do ruských hornických osad dovážena kvůli chovu dobytka. Hraboš slouží v životním cyklu echinokoka jako mezihostitel. Parazit však nebyl zavlečen s hraboši, ale přinesly si jej migrující lišky. Člověk se může infikovat vajíčky tasemnice v liščím trusu a echinokokóza může být pro lidi smrtelná. Obr Životní cyklus tasemnice Echinococcus multilocularis. Ptáci Na Svalbardu bylo pozorováno více než 100 druhů ptáků, ale jen 30 z nich tam pravidelně hnízdí. Rybák dlouhoocasý (též zvaný severní), Sterna paradisaea (obr ), zimuje až v pobřežních vodách Antarktidy, přičemž každoročně absolvuje jednu z nejdelších tahových cest mezi ptáky. Je mezi ptáky šampionem v dálkových přeletech. Trasa jeho migrační cesty vede od severního pólu k jižnímu a naopak. Díky tomu se stal jednak symbolem českého bipolárního výzkumu a jednak se stal předmětem výzkumu našich ornitologů. 96

99 ZOOLOGIE - PARAZITOLOGIE Obr Rybák dlouhoocasý, Sterna paradisaea. Během hnízdění rybáci chrání svá vejce a mláďata proti vetřelcům. Útočí střemhlav na predátory i na lidi. Útok směřuje na nejvyšší předměty, takže se člověk může vyhnout bolestivému klovnutí třeba zdvižením hole. K agresivitě mají rybáci dobrý důvod: jejich hnízda jsou totiž objektem predace jiných ptáků, lišek a dokonce i medvědů. Pomocí kamer byly sledovány kontakty predátorů se dvěma koloniemi rybáků. Jedné ovlivněné lidskou přítomností a druhé vzdálené od lidských sídlišť. Kamery zachytily mimo jiné i predaci vajíček rybáka rackem šedým, liškou polární a dokonce ledním medvědem. Jeden hladový medvěd takto postupně zlikvidoval snůšky třetiny velké kolonie. Racek šedý, Larus hyperboreus (obr ) zaujal na Svalbardu ekologickou niku dravce a přizpůsobil tomu i své chování. Chová se teritoriálně a každý pár hájí svůj lovecký revír. Stejný druh na pevnině žije společensky v koloniích. Skuteční dravci a sovy se na Svalbardu nevyskytují. 97

100 ZOOLOGIE - PARAZITOLOGIE Obr Racek šedý Larus hyperboreus. Menším druhem racka, žijícím v hojném počtu na Svalbardu je racek tříprstý, Rissa tridactyla (obr ). Tento druh žije i na Svalbardu v koloniích a loví především korýše a drobné ryby. Obr Racek tříprstý, Rissa tridactyla. 98

101 ZOOLOGIE - PARAZITOLOGIE Hnízdí na útesech, aby hnízda ochránil před polárními liškami. V osadě Pyramida našel ze svého hlediska rovnocennou náhradu útesu: opuštěné domy. Pro jeho početnost a v neposlední řadě i kvůli relativně snadnému získání povolení pro jeho odchyt jsme jej zvolili jako modelový druh pro studium ektoparazitů a virů. Nejdůležitější je, aby při práci nebyl žádný racek poraněn, a s ulovenými jedinci je třeba zacházet opatrně, aby nezranil sebe ani toho, kdo jej drží. Chycení ptáci jsou nejdříve pečlivě prohlédnuti, zda jsou na nich ektoparaziti. V této kolonii jsme nalezli jen všenky Saemundssonia lari tridactylae (obr ), ale u jiných arktických populací racků tříprstých byla nalezena i klíšťata, která nás obzvláštně zajímají jako potenciální přenašeči arbovirů. Obr Všenka racčí, Saemundssonia lari tridactylae Následuje odběr krve. Při odběru z pažní žíly roztáhneme křídlo, místo vpichu očistíme alkoholem, napíchneme žílu a z nabereme vzorek krve. Část vzorku krve se uchovává ve stabilizátoru genetického materiálu (RNAlater) pro molekulární analýzy, zbytek krve slouží po vysrážení a centrifugaci k získání séra pro serologická vyšetření. Podle předběžných výsledků mají racci tříprstí z kolonie v Pyramiden protilátky proti viru ptačí chřipky. 99

102 ZOOLOGIE - PARAZITOLOGIE Racek sněžní, Pagophila eburnea (obr ), hnízdí na Svalbardu a zimuje na okraji arktického ledu, příležitostně zaletuje dále na jih po severozápadní Evropu. Je známý tím, že doprovází lední medvědy a přiživuje se na jejich kořisti. Obr Racek sněžní, Pagophila eburnea. Film zachytil skupinu sněžních racků našla kořist vskutku kapitální: mršinu vorvaně uvízlou na mělčině. Spolu s buřňáky a s medvědicí se dvěma mláďaty se rackové na mršině po dvě letní sezóny živili, dokud nezkonzumovali veškeré měkké tkáně vyčnívající při odlivu nad vodou. Buřňák lední, Fulmarus glacialis (obr ) je jedním z nejhojnějších arktických ptáků. Potravu sbírá z mořské hladiny a převažují v ní uhynulá zvířata a plankton. Hnízdí však vysoko na nepřístupných útesech, které hnízdům poskytují ochranu. Patří tedy, podobně jako alkounovití ptáci, k významným nositelům živin: dopravuje dusík, fosfor a další významné prvky z moře na pevninu. 100

103 ZOOLOGIE - PARAZITOLOGIE Obr Buřňák lední, Fulmarus glacialis Bělokur horský, Lagopus muta hyperborea (obr a 6.20.) je jediný pták, který na Svalbardu přezimuje. Využívá k tomu jednak své tukové zásoby, jednak je schopen ze sněhu vyhrabat rostlinnou stravu. Samec je na hřbetě a hlavě zbarven hnědě, nad každým okem má červený proužek, křídla a břišní část je opeřena bíle a ocas černě. Na zimu ovšem své opeření vymění a je téměř zcela bílý. Zbarvení samice v době hnízdění peří je dokonalé ochranné mimikry, které ji v tundře činí jen ztěžka rozeznatelnou od terénu. Toto zbarvení chrání i odrostlá mláďata, která musí před příchodem zimy vytvořit dostatečné zásoby tuku, bez něhož by nepřežila. Tato schopnost je příkladem adaptacím živočichů na extrémní podmínky Vysoké Arktidy

104 ZOOLOGIE - PARAZITOLOGIE Obr Bělokur horský, Lagopus muta hyperborea, samec. Obr Bělokur horský, Lagopus muta hyperborea, samice. 102

105 ZOOLOGIE - PARAZITOLOGIE Sladkovodní fauna Sladkovodní jezera a vodní toky Svalbardu jsou oligotrofní, tedy obsahují málo živin. Přesto jsou obývána celou řadou druhů zajímavých živočichů. Dominují mezi nimi bezobratlí, jako perloočky, larvy dvoukřídlého hmyzu a listonozi. Listonoh arktický, Lepidurus arcticus (obr ), je v mnohých jezerech vrcholovým predátorem. Zatímco středoevropští listonohové se živí detritem, tento arktický druh navíc loví perloočky a menší příslušníky svého druhu. Obr Listonoh arktický, Lepidurus arcticus. Na rozdíl od svých teplomilnějších příbuzných, kteří nežijí v zarybněných vodách, listonoh arktický dovede v omezeném počtu přežít i v jezerech, kde je vrcholovým predátorem siven severní, Salvelinus alpinus (obr ) Obr Siven severní, Salvelinus alpinus. 103

106 ZOOLOGIE - PARAZITOLOGIE Nejpočetněji zastoupenou skupinou vodního hmyzu ve Vysoké Arktidě jsou pakomáři, čeleď Chironomidae. Jen na Svalbardu jich bylo napočítáno dosud 77 druhů a některé z nich přežívají i v extrémně oligotrofních vodách na předpolí ledovce. Virology však zajímají především komáři, protože by mohli i v arktických podmínkách přenášet arboviry. Hledají je v larvách, kuklách i v dospělcích. Komáři jsou na Svalbardu na rozdíl od pakomárů zastoupeni jediným druhem Aedes nigripes (obr ). Obr Komár Aedes nigripes. Tento komár saje na sobech, liškách a ptácích, nepohrdne ani člověkem. Skutečnost, že dovede hibernovat ve stádiu kukly, mu umožňuje přežít v krátké sezóně na Svalbardu, Grónsku a v severní Kanadě. Na Islandu nežijí komáři vůbec: pro teplomilnější druhy je tam příliš chladno, pro hibernaci kukel chladnomilného Aedes nigripes naopak teplo. Sladkovodní živočichové žijí i ve vlhkých půdách. Na gradientech od ledovce až k moři lze pozorovat, jak se půdní fauna postupně obohacuje. Přinesené vzorky půd je třeba ještě v terénu zpracovat a živočichy pomocí extraktorů z nich izolovat, determinovat a kvantifikovat. Na předpolí ledovce dominují půdní hlístice, v nižších polohách přibývají vířníci a želvušky. Chvostoskoci (Collembola), starobylá bazální skupina šestinohých členovců, se dovedou také extrémním podmínkám přizpůsobit a přežijí i na sněhu. Vzorky je třeba zkoumat nejdřív zaživa, poté lze živočichy nafixovat a převézt k dalšímu zpracování. Mořská fauna Mořské prostředí představuje pro živočichy polárních oblastí relativně stálé prostředí, ve kterém nedochází k výkyvům teplot. Autotrofní organismy musejí překonat polární noc, což však není velký problém pro heterotrofní organismy včetně živočichů. Jejich diverzita je sice o 104

107 ZOOLOGIE - PARAZITOLOGIE poznání menší, než třeba v tropických mořích, ale rozdíly nejsou tak velké, jako v suchozemských a sladkovodních biotopech. Hluboko ve fjordech je dno tvořeno převážně nezpevněnými sedimenty, které jsou neustále doplňovány materiálem transportovaným vodou z ledovců. Dno je obýváno živočichy, kterým říkáme benthičtí. V sedimentech žije mnoho druhů mnohoštětinatých červů (Polychaeta). Afroditkovití mnohoštětinatci jsou dravci. Živí se bezobratlými živočichy, jejich kořistí jsou převážně jiné druhy mnohoštětinatců, například nereidky. Žebrovka vejčitá, Beroe ovata (obr ), patří mezi žebernatky a loví planktonní živočichy. V Černém moři sice pomohla omezit počty jiného druhu invazní žebernatky, ale sama se tam stala vetřelcem dovezeným tankery v zátěžové vodě. Obr Žebrovka vejčitá, Beroe ovata. Žebernatka severní, Mertensia ovum (obr ), je dalším hojným druhem v arktickém planktonu. Po povrchu těla se táhnou čtyři pásy brv, které ve dne opalizují a v noci při podráždění fluoreskují. Brvy umožňují žebernatce aktivní pohyb, dokonce i se zpětným chodem. 105

108 ZOOLOGIE - PARAZITOLOGIE Obr Žebernatka severní, Mertensia ovum. Talířovka obrovská, Cyanea capillata, je největší známou medúzou - rekord 3 m v průměru a 37 m délka chapadel. I menší kusy, jako jedinec ve filmu, dovedou bolestivě požahat. Pelagické medúzy tvoří pro různé živočichy včetně malých ryb jakési "oázy", kam se mohou skrýt před predátory či se dopravit z místa na místo. Korýš na filmovaném jedinci není parazitem, ale cestujícím. Ježovky sice preferují pevné skalnaté dno. Ježovka zelená, Strongylocentrotus droebachiensis, pokud se nachází na sedimentech, snaží si najít kámen nebo jiný pevný podklad. Krab Hyas araneus (obr ) je převážně mrchožroutem, ale také predátorem. Je sice typickým obyvatelem severních moří, ale v r byl nalezen u Antarktického poloostrrova, kam se nepochybně dostal díky lidem. Dnes tam patří k invazním vetřelcům. 106

109 ZOOLOGIE - PARAZITOLOGIE Obr Krab Hyas araneus. Poustevníček chmýřitý, Pagurus pubescens (obr ), se živí jakýmkoliv mrtvým organickým materiálem. Větší poustevníčci si s oblibou vyhledávají ulity surmovek, do kterých se ukrývají před predátory. 107

110 ZOOLOGIE - PARAZITOLOGIE Obr Poustevníček chmýřitý, Pagurus pubescens. Další korýš, kreveta Sclerocrangon boreas, se ukrývá tak, že se nechá pokrýt sedimentem a je viditelná až zblízka. Pokud se predátor přiblíží, bleskurychle vyrazí vzad pomocí ocasní ploutve. Chroustnatka severní, Tonicella rubra (obr ), patří mezi primitivní měkkýše. Pomocí raduly ožírá nárosty řas na kamenech. Obr Chroustnatka severní, Tonicella rubra. 108

111 ZOOLOGIE - PARAZITOLOGIE Klíčovým druhem arktického mesoplanktonu je trnovka arktická, Limacina helicina (obr ). Tento zadožábrý plž má průsvitnou tenkou ulitu a jeho plášť vytváří ploutvičky. Pomocí nich plave a loví planktonní organismy. V antarktických vodách má svou příbuznou trnovku antarktickou: Limacina antarctica. Obr Trnovka arktická, Limacina helicina. Ač je trnovka predátorem, je zároveň i kořistí dalšího zadožábrého planktonního plže ze skupiny Pteropoda: válcovky severní Clione limacina (obr ). Je to potravní specialista, který se živí výhradně arktickými trnovkami. Pokud je nemá, vydrží i rok hladovět. Námořníci trnovku pojmenovali "mořský anděl" nebo "velrybí potrava". I tento měkkýš má u Antarktidy sesterský druh (sibling species) Clione antarctica. Ta se živí výhradně trnovkami antarktickými. 109

112 ZOOLOGIE - PARAZITOLOGIE Obr Válcovka severní, Clione limacina. Předožábrý natikovitý plž Lunatia pallida (obr ) je predátorem bentickým. Pomocí široké nohy se čile pohybuje po sedimentu, vyhledává v něm zahrabané mlže, navrtává jim lastury a požírá je. 110

113 ZOOLOGIE - PARAZITOLOGIE Obr Lunatia pallida. Predátorem je také surmovka ledovcová, Buccinum glaciale, a její blízce příbuzná surmovka vlnitá, Buccinum undatum (obr ). Sifonem nasává vodu k žábrům a ke smyslovému orgánu, pomocí kterého vyhledá kořist: mnohoštětinatce či mlže nebo vezme zavděk uhynulým živočichem. 111

114 ZOOLOGIE - PARAZITOLOGIE Obr Surmovka vlnitá, Buccinum undatum. Surmovky jsou významní mezihostitelé motolic, vyvíjejí se v nich například nepohlavní stádia motolic čeledi Opecoelidae. Cenné informace získáme prohlížením, kreslením a fotografováním živého materiálu. V hepatopankreatu surmovky jsme nalezli sporocysty Podocotyle atomon z čeledi Opecoelidae. V nich vznikají nepohlavně cerkárie se špičatým stiletem u přední přísavky: xiphidiocerkárie (obr ). Xiohidiocerkárie opouštějí redii a pohybují se pomocí krátkého ocásku. Zjistili jsme, že na rozdíl od jiných druhů motolic Podocotyle atomon svého mezihostitele nešetří ani jej neopouští. Naopak, silně mu poškodí hepatopankreas a čeká, až uhyne a kadaver přiláká mrchožravé korýše, různonožce. Po pozření se v nich vyvine metacerkárie. 112

115 ZOOLOGIE - PARAZITOLOGIE Obr Podocotyle atomon. Mnoho bentických živočichů se ukrývá před predátory v sedimentu. Rozchlipka arktická, Mya truncata (obr ), komunikuje vystrčeným sifonem, který jí k žábrám přivádí vodu s kyslíkem i s potravu, kterou pak žábra filtrují. 113

116 ZOOLOGIE - PARAZITOLOGIE Obr Rozchlipka arktická, Mya truncata. Velké množství rozchlipek hostí larvy motolic rodu Gymnophalus (obr ) jsou tedy jejich mezihostiteli. Obr Larva (cerkarieum) Gymnophalus sp. 114

117 ZOOLOGIE - PARAZITOLOGIE Definitivním hostitelem jsou kajky. Aby motolice zvýšily pravděpodobnost, že jejich životní cyklus bude pokračovat, manipulují chování svého mezihostitele. Přimějí rozchlipku vylézt ze sedimentu a vystavit se predátorům, včetně kajek (obr ). Obr Parazitovaná rozchlipka arktická Mya truncata vylezlá ze sedimentu. Ryby pro parazitologickou pitvu si musíme nalovit. Tenata klademe souběžně s břehem buď benticky (dosahují na dno) nebo pelagicky (do vodního sloupce). Tenata by ve vodě neměla Tenata (Pokorný - Sítě s.r.o.) Tenata slouží k lovu ryb ve sladkých i mořských vodách. Patří mezi tzv. pasivní lovné prostředky, kdy ulovení ryby zcela závisí na její aktivitě. Tenata ve vodě tvoří zeď ze síťoviny, ve které se ryba zachytne. Největší výhodou tenat je široké spektrum velikostí a druhů ryb, které loví. Tenata je možné instalovat do téměř všech vodních typů (habitatů). Tyto výhody zařazují tenata mezi nejčastěji používané sítě pro výzkum rybích obsádek. Existují dva základní typy tenat - bentická a pelagická. Bentická tenata jsou potápivá, instalují se na dno a mají výšku 1,5 m. Šňůra spojující čtyři panely je z potápivého nekličkujícího materiálu. Pelagická tenata jsou vyráběna ve třech formách, a to jako plně plovoucí (epipelagická), která se instalují od hladiny, pomalu potápivá (mesopelagická), která se mohou instalovat kamkoliv do vodního sloupce podle délky úvazů mezi horní žíní a bójkami. Třetí formou pelagických tenat jsou tenata bathypelagická, která se instalují do dolních částí vodního sloupce, kde výšku ode dna udává délka úvazů mezi externími zátěžemi a spodní žíní tenata - nákres. Šňůra spojující čtyři panely pelagických tenat je u plovoucí formy plovoucí a u pomalu potápivých a bentických potápivá. Bentická tenata se nastražují po prohlídce dna echolotem. Dno by mělo být rovné bez zlomů a nerovností a překážek. Pokud umisťujeme tenata na svahy, vždy je nastražujeme po vrstevnici (souběžně se břehem). 115

118 ZOOLOGIE - PARAZITOLOGIE zůstat déle než den, aby ryby zůstaly živé. Je třeba tenata vytáhnout a ryby z nich opatrně vyjmout. Do bentických sítí se ve fjordu chytají především vranky (obr a 6.38.). Obr Vranka mořská, Myoxocephalus scorpius. Obr Vranka severní, Gymnacanthus tricuspis. Někdy však do nich naplave hejno sleďů nebo huňáčků a loví se i ostrohřbetníci, platýzi a další druhy ryb. Treska polární, Boreogadus saida (obr ), byla donedávna jedinou významně početnou treskou v okolí souostroví Svalbard. Má velký význam v potravním řetězci, vyhovují ji i podmínky pod ledem. Nyní, vlivem oteplování jí konkurují další teplomilnější tresky. 116

119 ZOOLOGIE - PARAZITOLOGIE Obr Treska polární, Boreogadus saida. S úlovkem je třeba spěchat na stanici. Nalovené ryby je třeba udržovat v chladné, prokysličené vodě, čehož nejlépe dosahujeme častou výměnou. Co nejdříve také zahájíme parazitologickou pitvu. Ryby je třeba determinovat a změřit, obvykle měříme standardní délku bez ploutve. 117