ŽÍŽALY (LUMBRICIDAE) JAKO BIOINDIKÁTOŘI ŽIVOTNÍHO PROSTŘEDÍ

VYSOKÁ ŠKOLA BÁŇSKÁ - TECHNICKÁ UNIVERZITA OSTRAVA Hornicko-geologická fakulta Institut environmentálního inženýrství ŽÍŽALY (LUMBRICIDAE) JAKO BIOINDIKÁTOŘI ŽIVOTNÍHO PROSTŘEDÍ bakalářská práce Autor: Vedoucí bakalářské práce: Jaroslav Stenzel Ing. Jiří Kupka, Ph.D. Ostrava 2013

VŠB TECHNICAL UNIVERSITY OF OSTRAVA Faculty of Mining and Geology Institute of environmental engineering EARTHWORMS (LUMBRICIDAE) AS BIOINDICATORS OF ENVIRONMENTAL Bahelor s thesis Author: Supervisor: Jaroslav Stenzel Ing. Jiří Kupka, Ph.D. Ostrava 2013

Poděkování Velice rád bych poděkoval vedoucímu bakalářské práce Ing. Jiří Kupkovi, Ph.D. za odborné vedení, užitečné rady a konzultace, které mi poskytl při vlastním vypracování bakalářské práce. Současně bych rád poděkoval Dr. Ing. Daliboru Matýskovi za spolupráci při pořízení fotodokumentace.

Summary The Bachelor thesis characterizes the taxonomic group of the lumbricoid (Lumbricidae) and its relation to the environment. It has a form of literary research and describes morphologic, physiologic and ethologicical qualities of these significant representatives of the soil edaphon. It presents the study by means of capturing methods, monitoring, the main determinative features, and it mainly emphasises the the lumbricoid bioindication importance, especially for application of agronomical methods in agricultural production and ecotoxicology. The thesis aims at presenting the growing interest in the scientific research of these organisms and the possibilities of using their special properties. Keywords: Lumbricidae, bioindication, edaphon, soil, ecotoxicology Anotace Bakalářská práce charakterizuje taxonomickou skupinu žížalovitých (Lumbricidae) a jejich vztah k životnímu prostředí. Formou literární rešerše popisuje morfologické, fyziologické i etologické vlastnosti těchto významných zástupců půdního edafonu. Předkládá způsoby studia prostřednictvím odchytových metod, monitoringu, hlavních determinačních znaků a především upozorňuje na jejich bioindikační význam, zejména při uplatňování agronomických metod v zemědělské výrobě a ekotoxikologií. Hlavním cílem práce je snaha prezentovat vzrůstající zájem o vědecké studium těchto organismů a možnosti využití jejich mimořádných schopností. Klíčová slova: Lumbricidae, bioindikace, edafon, půda, ekotoxikologie,

Jaroslav Stenzel: Žížaly (Lumbricidae) jako bioindikátoři životního prostředí OBSAH strana SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK 1 ÚVOD... 1 2 OBECNÁ CHARAKTERISTIKA BIOLOGIE ŽÍŽAL (LUMBRICIDAE)... 2 2.1 Systematické zařazení žížalovitých (Lumbricidae)... 2 3 STAVBA TĚLA ŽÍŽAL... 4 3.1 Trávicí soustava... 5 3.2 Cévní, nervová a dýchací soustava... 6 4 EKOLOGIE ČELEDI LUMBRICIDAE... 7 4.1 Žížaly jako součást edafonu... 7 4.2 Životní strategie žížal... 7 4.3 Ekologické kategorie čeledi Lumbricidae... 10 4.4 Hlavní faktory ovlivňující výskyt žížal... 12 4.5 Funkce a význam žížalovitých (Lumbricidae)... 16 4.6 Schopnost žížal přetvářet ekosystémy... 19 5 METODY STUDIA ŽÍŽAL... 23 5.1 Počátky studia žížalovitých na území ČR... 23 5.2 Fixace a konzervace žížal... 29 5.3 Determinace... 29 5.3.1 Prostomium... 31 5.3.1 Opasek... 33 5.3.2 Štětiny... 33 5.3.3 Zbarvení těla... 34 6 MOŽNOSTI VYUŽITÍ ŽÍŽAL (LUMBRICIDAE) V BIOINDIKACI A V EKOTOXIKOLOGII... 36 6.1 Využití organismů jako bioindikátorů... 36 6.2 Žížaly jako bioindikátoři prostředí... 37 6.3 Ekotoxikologie definice a vymezení... 38

Jaroslav Stenzel: Žížaly (Lumbricidae) jako bioindikátoři životního prostředí 6.4 Lumbricidae jako klíčový druh v ekotoxikologii... 39 6.4.1 Laboratorní testy... 39 6.4.2 Bioakumulace chemických látek v těle žížal... 40 6.4.3 Vliv radioaktivních látek na žížaly... 40 6.5 Monitorování společenstev žížal pro studium a ochranu půd... 41 7 DISKUSE A SHRNUTÍ... 43 8 ZÁVĚR... 45 9 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY... 46 SEZNAM OBRÁZKŮ... 51 SEZNAM TABULEK... 52 SEZNAM PŘÍLOH... 53

SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK BISQ Biological Indicator Systém for Soil Quality DDT Chlorovaný insekticid DON Deoxynivalenol ENVASSO Enviromental Assessment of Soil for Monitoring EPPO European and Mediterranean Plant Protection Organization EU 6. RP Evropská unie - šestý rámcový program pro výzkum a rozvoj HCH Hexachlorcyklohexan IOTM Mezinárodní organizace taxonomie Oligochaeta ISO Mezinárodní organizace pro normy NSMN Netherlands soil monitoring network OECD Mezinárodní organizace pro ekonomickou spolupráci a rozvoj OSN Organizace spojených národů ph Hodnota udávající kyselost na stupnici 1 až 7 nebo zásaditost 7 až 14 ppm Výraz pro jednu miliontinu (celku) RMQS Reslau de Mesures de la Qualités des sols TCDD Tetrachlordibenzo-p-dioxiny US EPA Národní agentura USA pro ochranu životního prostředí UV záření Ultrafialové záření

1 ÚVOD Žížaly jsou STŘEVA ZEMĚ. Takto výstižným způsobem charakterizoval tyto živočichy už Aristoteles. Jako jeden z prvních si uvědomoval význam žížal (Edwards 2004). Každý organismus této planety svou existencí ovlivňuje ekologické parametry prostředí, vždy je součástí vzájemných interakcí ekologických faktorů. Celosvětový růst populace vede k rostoucím nárokům na využívání přírodních zdrojů. Člověk svým způsobem života není v souladu s přirozenými ekologickými procesy. Důsledkem je ovlivňování, poškozování životního prostředí a narušování ekologických interakcí jednotlivých ekosystémů s následnou vazbou na celou biosféru. Půda patří mezi klíčové zdroje, jež umožňují život všech terestrických organismů včetně lidské populace. A právě proto je půda využívána nejvíce ze všech přírodních složek. Lidskou snahou je podmanit si stále více půdy pro uspokojování svých potřeb, dosahovat větších výnosů, což na druhou stranu vede k celkovému úbytku, vyčerpávání a snižování úrodnosti půdy. Půdu musíme chápat podle definice OSN jako dynamický, velmi omezený a nenahraditelný přírodní zdroj. V případě postupující degradace a její ztráty se stává tento zdroj v mnoha částech světa hranicí dalšího rozvoje lidské společnosti. Pokud by půda přestala existovat, přestane existovat i biosféra, což by přineslo ničivé následky pro lidstvo (Holý, 1994). Žížaly, skupina bezobratlých živočichů hraje významnou a nezastupitelnou roli v ovlivňování mnoha ekologických parametrů. V terestrické živočišné říši není mnoho ekvivalentů, které by měly tolik synergistických atributů, jež by mohly tak výrazně ovlivnit tok energie v životním prostředí, interakci ekologických faktorů, a to zejména těch pedologických. Žížaly se podílí na rozkladu organické hmoty, tvorbě humusu, upravují chemické, fyzikální a infiltrační vlastnosti půdy, transformují živiny rostlinám v dostupnější formě a vytváří vhodné podmínky pro půdní mikroorganismy. Díky svým adaptačním mechanismům jsou schopny zastávat dekontaminační roli v půdním prostředí. Cílem bakalářské práce je nastudovat problematiku studia čeledi žížalovitých (Lumbricidae) a jejich bioindikační význam. 2013 1

2 OBECNÁ CHARAKTERISTIKA BIOLOGIE ŽÍŽAL (LUMBRICIDAE) Dříve než vyšla Darwinova kniha The Formation of Vegetable Mould trough the Action of Worms 1 (1881), byly žížaly považovány za škůdce vyskytující se v půdě. Charles Darwin se ve svém díle zaměřil na prospěšnost žížal při přetváření mrtvého rostlinného i živočišného materiálu na půdu. Na jejich schopnost půdu převracet, provzdušňovat, odvodňovat a zúrodňovat. Jeho poznatky o užitečnosti žížal byly podporovány a rozšiřovány dalšími vědci jako byl Müller (1878), Urquhart (1887) a mnoho dalších. Pozorování, která Darwin popsal, byla tak pokročilá, že trvalo půl století, než se mnohá z nich potvrdila (Edwards 2004). 2.1 Systematické zařazení žížalovitých (Lumbricidae) Kmen: Kroužkovci (Annelida) Třída: Máloštětinatci (Oligochaeta) Řád: Žížaly (Opistophora) Čeleď: Žížalovití (Lumbricidae) Kmen: Kroužkovci (Annelida) Výskyt kroužkovců v historii se předpokládá už v době před prvohorní, ale doložen je z období prvohor, tj. asi před 600 milióny let. Jedná se o celosvětově velkou skupinu bezobratlých živočichů. Jednotlivé druhy převážně obývají mořské, ale i sladkovodní nebo terestrické ekosystémy. Některé z nich mají schopnost se volně pohybovat, jiné jsou přisedlé nebo cizopasí. Kmen kroužkovci (Annelida) je tradičně členěný na mnohoštětinatce (Polychaeta), pijavice (Hirudinea) a máloštětinatce (Oligochaeta). Kroužkovci (Annelida) se významně podílejí na samočisticích procesech vod, koloběhu látek a úrodnosti půdy. Hlavním charakteristickým znakem těchto živočichů je žláznatý opasek, vytvořený jako odlišně zbarvený prstenec v přední části těla. 1 Vznik humusu během činností žížal. 2013 2

V současné době je celosvětově popsáno přibližně 8 500 druhů kroužkovců. Z našeho území je doložen výskyt 224 druhů těchto organismů (Laštůvka et al. 2004; Hudec et al. 2007; Mikuláš 1998). Jedná se o živočichy s měkkým, válcovitě protáhlým a převážně pravidelně segmentovaným tělem. Počet článků se pohybuje od deseti do tří set, které kromě předních a zadních článků mají stejný vzhled. Čelní lalok (prostomium) se nachází před ústním otvorem a poslední články srůstají v jeden koncový článek (pygidium). U většiny druhů je na každém článku vyvinut pár parapodií opatřených štětinami (u mořských druhů). Pro velkou část našich druhů je charakteristické, že jim štětinky vyrůstají přímo z povrchu těla. Ve vnitřní části těla se článkování (metamerie) často projevuje příčnými přepážkami, čímž dochází k rozdělení tělní dutiny na jednotlivé části. Každá takto oddělená část obsahuje pár nervových ganglií a většinou i pár vylučovacích ústrojů metanefridiálního typu. Výrazný opasek představující několik silně zduřelých článků vybavených velkým množstvím žláznatých buněk, se u našich druhů nachází hlavně v přední polovině těla (Buchar et al. 1995). Čeleď: Žížalovití (Lumbricidae) Žížaly patří do třídy Oligochaeta, která obsahuje více než 8000 druhů a 800 rodů. Žížaly se vyskytují v lesních porostech a pastvinách, stejně jako v agroekosystémech. Můžeme je nalézt ve většině regionů světa s výjimkou oblastí, které jsou vystavené extrémním klimatickým podmínkám. Jako příklad lze uvést pouště a území pod neustálým vlivem sněhu a ledu (Edwards 2004). Ve světě je v současné době poznáno a popsáno přibližně 2500 druhů žížal, ale rodová klasifikace není jednotná. Tradičně jsou fylogenetické vztahy v rámci této čeledi vymezeny pomocí morfologických znaků, které vykazují vysokou variabilitu mezi jedinci. Proto dochází často k nesprávnému popisu druhu, ale i chybnému zařazení do různých rodů v závislosti na klasifikačním systému v dané části světa. Pro správnou determinaci je velice důležité precizovat nejen anatomické a morfologické znaky, ale rovněž informace biologické, fyziologické, ekologické a genetické (Kula, Švarc 2011). 2013 3

3 STAVBA TĚLA ŽÍŽAL Délka těla jednotlivých druhů žížal je odlišná. Ty nejmenší z nich dosahují délky pár milimetrů. Například náš epiendogeický druh Kritodrilus auriculatus má délku 22-34 mm a průměr těla 1,5-2,5 mm. Epigeický druh Dedrobaena pygmaea dorůstá do délky 10-35 mm s průměrem těla 0,5-1,5 mm (v ČR zjištěn výskyt jen v Národním parku Podyjí a v jedné z oblastí Národního parku Šumava - u Buzošné). Žížala Allolobophora hrabei s délkou přes 50 cm patří mezi naše nejdelší zástupce čeledi Lumbricidae (Pižl 2002). Mezi nejdelší žížaly v Evropě (Rumunsko, Srbsko, Bulharsko) určitě patří Allolobophora robusta 2, její délka se může pohybovat mezi 70-100 cm (Pavlíček, Csuzdi 2005). Jedním z největších známých druhů žížal na světě je Megascolides australis 3, která může dorůst do délky až 3,6 m, váhy 700 g a její průměr u největších jedinců přesahuje 2 cm (Stivens 1974). Válcovité tělo žížal je rozděleno na segmenty (somity metamerity). Jednotlivé články jsou na povrchu těla odděleny mezičlánkovými (intersegmentálními) rýhami, které odpovídají přepážkám (septům) uvnitř těla. Zadní část těla může mít tvar hranatý (oktagonální nebo čtvercový na průřezu), případně dorsoventrálně zploštělý, a to hlavně u velkých druhů, jež vytváří hluboké chodby, například Fitzingeria platyura a Octodrilus transpadanus. Zbarvení žížal je značně rozdílné. Základní zbarvení masové je u většiny druhů dáno přítomností hemoglobinu v krvi. Další možnost zabarvení je podmíněna obsahem pigmentů ve svalovině tělní stěny. Za červené až purpurové zbarvení jsou zodpovědné porfyriny, které spolu s optickými efekty ve svrchní vrstvě tělní stěny, kutikule, můžou občas vyvolávat dojem opaleskujícího zbarvení fialové až tmavomodré barvy. Přítomnost hnědočerveného pigmentu, melaninu, vede ke zlatavě hnědým až zeleným odstínům těla, což lze například pozorovat u acidotolerantního druhu Allolobophora chlorotica. Takzvané zebrovité zbarvení se vyskytuje u žížal, u nichž jsou pigmenty soustředěny jen do středu jednotlivých článků, typickým příkladem je Eisenia lucens (Pižl 2002). 2 3 Allolobophora robusta Rosa, 1895 (Druhy žížal, které nejsou uvedeny v příloze druhů a poddruhů žížal ČR) Megascolides australis Mc Coy, 1878 2013 4

3.1 Trávicí soustava Trávicí trubice prostupuje celým tělem žížaly. Začíná ústy, které obklopuje první tělní článek peristomium, a končí řitním otvorem na posledním tělním článku (periproktem) (Obrázek 1). Po stranách žláznatého žaludku (volete) má výrazné kalciferní žlázy. Ty slouží k neutralizaci huminových kyselin, obsažených v tlejícím listí. Širokým zažívacím traktem žížaly může v krátké době projít poměrně hodně potravy (za 24 hodin je schopna pohltit tolik potravy, kolik sama váží). K účinnějšímu využití potravy, která má nízkou nutriční hodnotu, ji napomáhá prokrvená epiteliální řasa typhlosolis zasahující do dutiny střeva po celé délce hřbetní části. Střevo je obaleno exkrečním, takzvaným chloragogenním epitelem, jehož buňky mají schopnost hromadit v sobě tělu škodlivé látky. Po odloupnutí opouštějí tělo metanefridiemi (Jelínek, Zicháček 2007). Obrázek 1: Zadní část těla žížaly poslední tělní článek periproktum. (Stenzel, Matýsek 2013) 2013 5

3.2 Cévní, nervová a dýchací soustava Cévní soustava Uzavřená cévní soustava je tvořena třemi hlavními cévami. Hřbetní cévou vedoucí podélně po horní straně trávicí trubice, jež uvádí do pohybu červenou krev s rozpuštěným hemoglobinem v plazmě a dále dvěma ventrálně položenými cévami, mezi které patří břišní céva ležící pod střevem, a céva procházející za jícnem mezi nervovou páskou a parietální stěnou. V oblasti jícnu se nachází několik párů (2 5) laterálně položených circumoesophageálních cév propojující hřbetní a břišní cévu. Tyto cévy jsou často vybaveny svalovinou a bývají označovány jako podpůrná nebo laterální srdce. V oblasti střeva se nalézají další segmentálně uspořádané boční cévy (peri-intestinální). Tělní stěna je protkána hustou sítí somatických cév. Jako zajímavost lze uvést, že systolický tlak krve největších žížal (12 250 Pa) se téměř blíží krevnímu tlaku člověka (15 000 až 20 000 Pa). U žížaly obecné (Lumbricus terrestris) byly naměřeny hodnoty 8 nižší (Jelínek, Zicháček 2007; Pižl 1996). Nervová soustava K nejvýraznějším částem v nervové soustavě žížal patří především hlavová uzlina (cerebrální ganglion) ležící na svrchní straně hltanu ve 3. tělním článku. Nadále pak podjícnová uzlina ve 4. článku a břišní (ventrální) nervová páska probíhající pod trávicí trubicí, která je zesílená uprostřed každého článku (segmentální ganglia). Preparace a zkoumání ostatních částí segmentálního nervového systému je velmi náročné, neboť jsou těžce rozpoznatelné (Pižl 1996). Dýchací soustava Žížala dýchá celým povrchem těla (nemá plíce), což je zajištěno velmi hustou sítí jemných podkožních vlásečnic. Výměně plynů napomáhá rovněž sliz nacházející se na jejím povrchu těla. Z tohoto důvoje jsou žížaly velmi citlivé na sucho (Pommeresche et al. 2007; Jelínek, Zicháček 2007). 2013 6

4 EKOLOGIE ČELEDI LUMBRICIDAE 4.1 Žížaly jako součást edafonu Společenstva půdních organismů označujeme jako edafon. Tvoří ho články dekompozičních trofických řetězců, jež se významným způsobem podílí na vývoji, tvorbě a vlastnostech půdy. Edafon můžeme rozdělit na jednotlivé části. Bakteriální složka je tvořena hlízkovitými a choroboplodnými bakteriemi. Fytoedafon je zastoupen kořenovým systémem, houbami, řasami, plísněmi atd. Zooedafon, který zahrnuje saprofágy, masožravce a býložravce, postupně připravuje organickou hmotu pro poslední dekompoziční fázi prováděnou mikroorganismy. Podle velikostí jedinců zooedafanu, rozlišujeme megaedafon, makroedafon, mezoedafon a mikroedafon. Za megaedafon pokládáme organismy zooedafanu s velikostí nad 20 mm, žížaly, stonožky, krtonožky, plže, mnohonožky a taky některé obratlovce, jako například krtky či hraboše. Makroedafon je tvořen zástupci o velikosti od 2 mm do 20 mm, a to převážně pavouky, sekáči, larvami hmyzu, stonožkami, mnohonožkami, plži, roupicemi atd. Mezoedafon zastupují druhy organismů s velikostí od 0,2 mm do 2,0 mm. Patří zde chvostoskoci, roztoči, vířníci, dravé saprofágní i fytoparazitické hlístice apod. Do společenstva mikroedafonu paří hlavně prvoci, kde bičíkovci, kořenonožci i nálevníci jsou zastoupeni v poměru 100:5 až 10:1. V jednom gramu půdy se vyskytují desítky až stovky tisíc těchto organismů (Laštůvka et al. 2004; Herčík 2004). 4.2 Životní strategie žížal Žížaly, stejně jako jiné organismy, mají stále několik vzájemně se vylučujících variant, jak se vypořádat s omezením a nepříznivými vlivy prostředí (Storch, Mihulka 2000). Výběr té nejvhodnější strategie je vždy spojen s vývojem určitého souboru vlastností, který jedním konkrétním způsobem řeší určitou situaci. Takto vybranou možnost označujeme jako životní strategii organismu. V dynamickém prostředí s velkými proměnami ekologických faktorů jsou přirozeným výběrem zvýhodňovány organismy, tak zvaní r - stratégové, se schopností se rychle množit a kompenzovat ztráty způsobené disturbancemi. Pokud nedochází k výrazným změnám podmínek, můžeme takovéto prostředí označit jako stabilní. V něm mohou být organismy limitovány množstvím zdrojů 2013 7

a tím uplatňovat konkurenceschopnost. Tyto organismy nazýváme K stratégy, které upřednostňují kvalitu před kvantitou. Mezi r- a K- strategií existuje mnoho přechodů, výjimek (hovoříme o r K kontinuu), a to i ve světě žížal (Storch, Mihulka 2000). Žížaly jsou schopné obývat různorodé biotopy, od boreálních přes mírné k subtropickým až po tropické oblasti, s vlivem rozdílných ekologických faktorů. Každý druh je adaptován na podmínky dané lokality a může vykazovat specifické chování, které umožňuje dlouhodobou existenci populace (Fründ et al. 2011). Například Microscolex pfosphoreus 4, druh dlouhý 10 35 mm s průměrem těla 1 2 mm, bílé až narůžovělé barvy, původem z jižní Ameriky a jižní Afriky, kde žije pod kameny a na březích potoků, byl několikrát nalezen v Evropě (v zahradní půdě). Do Evropy byl pravděpodobně zavlečen s dovezenými rostlinami. Janda (1925) podává zprávu (ve Sborníku Přírodovědecké společnosti v Moravské Ostravě 3: 3 15) o nálezu tohoto druhu, horníky ostravských dolů na Nové jámě v Lazích v jižním překopu sloje Kazimír I. na třetím patře v hloubce asi 200 m pod povrchem. Vyskytoval se na úseku přibližně 200 m dlouhém, v kamenité půdě promíšené kousky uhlí s malým obsahem živin. Žížaly tam žily hromadně a při kopnutí motykou do země se objevila spousta zářících bodů a pruhů, jelikož Microscolex phosphoreus při podráždění vylučuje světélkující sliz. Obdobný nález byl zaznamenán v Polsku v opuštěné štole v okolí Krakova 250 m pod zemí (Příhoda 1959). 5 Vertikální výskyt žížal dosahuje poměrně velkých výšek. V Evropě se můžeme setkat s těmito živočichy až do výšky 3 000 m n.m. a v tropech i přes 4 000 m n.m., ale druhové zastoupení je velmi malé. Například v předpolí ledovců v Tyrolských Alpách ve výšce 2 200 m n.m. jsou žížaly zastoupeny především druhy Dendrobaena octaedra a Dendrodrilus rubidus (Novák et al. 1959). Ačkoliv jsou žížaly závislé na půdní vlhkosti, lze je nalézt i v biotopech s nedostatkem vody. Jednou z takových oblastí je Levanta (v minulosti označovány země přiléhající k východní části Středozemního moře), kde dochází k prolínání převážně pouštních a stepních ekosystémů. V pouštích se vyskytují pouze v místech s trvalým nebo dočasným dostatkem vláhy, jako jsou sladkovodní 4 Microscolex pfosphoreus (Duges, 1837) 5 Pro Českou republiku je uváděn výskyt jednoho druhu žížaly, který je schopen takzvané bioluminiscence a to žížala podhorská Eisenia lucens (Hudec et al. 2007). Tuto žížalu poprvé popsal Vejdovský v roce 1875 jako novou žížalu z Krkonoš a nazval ji Lumbricus submontanus (Bačkovský et al. 1939). 2013 8

prameny, oázy a místa, kde dochází k akumulaci vody po deštích. Pokud dojde k poklesu půdní vlhkosti, přechází žížaly do klidového stadia (Obrázek 2). Nepředpokládá se, že by nějaký druh mohl přežít v tomto stavu dobu delší než jeden rok. Nejdelší doba klidového stadia 6 (je považována za rekord) byla zaznamenaná u druhu Bimastos syriacus 7, který přežil osm měsíců sucha v laboratorním prostředí (Pavlíček, Csuzdi 2005). Obrázek 2: Klidové stádium žížaly (Stenzel 2013) Dalším příkladem o schopnosti adaptace určitých druhů žížal na nové prostředí je východoafrický nepůvodní druh Dichogaster bolaui 8, který se tak stal první domikolní žížalou (výraz označuje druhy schopné žít v lidských obydlích nebo k tomuto způsobu adaptované). Vyskytuje se v Evropě (například ve Finsku, Švédsku, Rakousku, Izraeli, Irsku), kde obývá bazény s teplou vodou, kanalizační systémy a podobná místa (Pavlíček, Csuzdi 2005). Za kontrastní prostředí vůči druhu Dichogaster bolaui můžeme označit oblasti Skandinávie nebo Sibiře, kde jsou žížaly schopné přežít v úplně zmrzlé půdě i 6 7 8 Žížaly přechází do klidového stadia (kviescence, diapauzy), pokud nastanou nepříznivé podmínky (pokles půdní vlhkosti, teploty). V půdě si vytvoří komůrku, jejíž stěny naimpregnuji slizem a výkaly, stočí se do klubíčka a následně vypustí další množství sekretu, který zabrání vysychání. Některé druhy žížal přečkávají období sucha jen ve stádiu kokonů (Pommeresche et al. 2007; Pižl 2002) Bimastos syriacus (Rosa, 1893) Dichogaster bolaui (Michaelsen, 1891) 2013 9

několik měsíců (například: Eisenia nordenskioldi 9 - Sibiř, Dendrobaena octaedra - Skandinávie) (Pižl 2002). V Krušných horách byl zaznamenán Pižlem výjimečný výskyt druhu Dendrodrilus rubidus v půdě, která vykazovala ph 2,7 (Pižl 2002). 4.3 Ekologické kategorie čeledi Lumbricidae Mnoho autorů zabývající se studiem žížal, například Edwards, Bohlen (1996), Bouché (1977) rozdělují čeleď Lumbricidae podle jejich způsobu života na tři ekologické kategorie (Kula, Švarc, 2006): a) Epigeické (povrchové) druhy b) Endogeické (podpovrchové) druhy c) Anektické (hlubinné) druhy Základní ekologická charakteristika žížal je uvedená v tabulce č. 1. a) Epigeické druhy můžeme obecně charakterizovat jako r - stratégy, u kterých lze rozlišit další podskupiny (Pižl 2002): stramikolní - žijící v opadu, Dendrodrilus rubils; subkortikolní - vyskytující se pod borkou padlých dřevin, Dendrodrilus rubils tenis; detrifágní - vyskytující se v hnoji a kumulovaných rostlinných zbytcích, Eisenia fetida, Eisenia andrei; koprofágní - potravou jsou převážně exkrementy savců, Lumbricus rubellus; amfibitické - žijící pod vodní hladinou nebo preferují zamokřené půdy, Octolasion tyrtaeum, Helodrilus oculatus, Eiseniella tetraedra. Tento druh žížal nebuduje chodby v půdě, ale žije na jejím povrchu, a proto je vystaven neustálému predačnímu tlaku. Jedná se o menší druhy červené barvy, schopné rychlého pohybu. Mají krátký životní cyklus a období sucha přečkávají ve stádiu kokonů (Kula, Švarc 2011). 9 Eisenia nordenskioldi (Eisen, 1879) 2013 10

b) Endogeické druhy můžeme charakterizovat jako K - stratégy s možností odlišit další podskupiny této kategorie (Pižl 2002): epiendogeické - vyskytují se ve vrchní části minerálních půd, Proctodrilus opisthoductus; saprorhizofágní - potravou jsou rostlinné kořeny; hypoendogeické - vyskytují se ve větších hloubkách, kde vytváří horizontální chodby; Podpovrchové druhy žížal se vyskytují pod půdním povrchem, kde tvoří krátké vertikální chodby, které výrazně napomáhají urychlovat vsak vody do půdního profilu. Chodbičky žížal jsou v pedologii označovány jako novotvary (druhotné útvary, které se v půdním profilu vytvořily během půdotvorného procesu) vzniklé biologickou činností. U těžkých typů půd jsou mnohdy tyto chodby důležitým prostorem pro kořenové systémy rostlin (Vrba, Huleš 2006; Tomášek 2007). Pro endogeickou skupinu žížal je charakteristická střední délka životního cyklu i délka života. Nejsou tak vystavené velkému predačnímu tlaku jako epigeické druhy. V období sucha přechází do diapauzy (Kula, Švarc 2011). c) Anektické druhy je možné zařadit mezi r - stratégy tak i mezi K - stratégy (Pižl 2002). Mezi typické zástupce výše uvedené ekologické kategorie patří například Octodrilus transpadanus a Octodrilus complanatus. Jedná se o druhy žížal, které jsou schopné vytvářet až tři metry dlouhé, do hloubky klesající, často téměř vertikální systémy chodeb ústící na povrch půdy. Tyto žížaly se pohybují pomalu, ale mají schopnost rychle se stáhnout. Vyznačují se relativně dlouhým životním cyklem i délkou života. Pokud se dostanou na povrch, jsou vystaveny velkému predačnímu tlaku, v opačném případě jsou chráněny v systémech svých chodeb. Nepříznivé podmínky, jako je například období sucha, přečkávají ve fázi kviescence (Kula, Švarc 2011). 2013 11

Tabulka 1. Základní ekologická charakteristika žížal podle: Lee (1985); Lowe a Butt (2005) (Whalen, Sampedro 2010) Charakteristika Epigeické druhy Endogeické druhy Anektické druhy Výskyt Na povrchu půd V povrchových vrstvách půdy, < 15 cm V hlubších vrstvách půdy, > 1m Délka těla (cm) 1 5 5 10 > 10 Biomasa (g) 0,1 0,5 0,5 1,0 < 5 Pigmentace Fialová, tmavě červená Světlé růžová, šedá Tmavě fialová hlava, bledé tělo Rozmnožování Asexuální nebo sexuální Míra reprodukce (počet kokonů /rok) 45 55 10 27 18 Životní cyklus/den (polní podmínky) 40 60 80 120 cca 1 rok 4.4 Hlavní faktory ovlivňující výskyt žížal Půdní teplota a vlhkost výrazně ovlivňují populaci žížal, jejich těla obsahují 70 90 % vody. Jsou schopné tolerovat až 60 % pokles vody ve svém těle. U většiny druhů jsou preference na teplotu rozdílné. Obecně lze konstatovat, že anektické a endogeické druhy upřednostňuji nižší teploty než epigeické druhy (Pommeresche et al. 2007; Kula, Švarc 2011). Egyptští vědci A. Khalaf El-Duweini a S. I. Glabbour zjistili teplotní preferenci u druhu Aporrectodea caliginosa v rozmezí 2 37 C a letální teplota pro uvedený druh představuje více jak 42 C (Pavlíček, Csuzdi 2005). Jako další faktor limitující populace žížal uvádí Statchel (1967) obsah dusíku. Mnohé studie ukazují, že velký vliv na osídlení stanoviště žížalami má i zastoupení poměru uhlíku k dusíku v půdním prostředí (Kula, Švarc 2011). Rovněž půdní ph může vykazovat odlišnou 2013 12

preferenci pro jednotlivé druhy. Většina druhů je však neutrofilní v rozpětí ph 6 7. Za další méně významné faktory, (za určitých okolností se mohou stát limitující pro přežití žížalovitých) lze považovat obsah kyslíku, oxid uhličitý, utužení půdy, světelné záření (hlavně UV), koncentrace soli, atd. (Pižl 2002). Curry (2004) uvádí, hustota populace není ovlivněna pouze kvalitou půdy. Půda, klima a potrava jsou tři hlavní faktory, které mohou být charakterizovány následovně: kvalita půdy určuje fyzickou a chemickou kvalitu areálu ve vztahu k specifickým preferencím a toleranci jednotlivých druhů. Množství potravy určuje maximální velikost populace. Klimatické podmínky snižují velikost populace a zahajuji fázi obnovy. Katastrofální rozpady populace žížal po mimořádných obdobích sucha nebo mrazech byly pozorovány Graffem (1964) a Ehrmann et al. (2007). Při sledování nadbytku žížal musí být bráno v potaz, že populace může být ve stádiu obnovy a proto nemusí být typickou součástí půdy v daném prostředí. Ukazuje se, že společenstvo čeledi Lumbricidae na základě druhového zastoupení je mnohem významnější monitorovací parametr, než jejich četnost a biomasa (Fründ et al. 2011). Antropogenní vlivy Zhutňování a zpracovávání půdy výrazně ovlivňují hustotu populace žížal. Při využívání těžké zemědělské techniky (rychlootáčkové frézy v lehčích půdách můžou snížit množství žížal až o 70 %) dochází k poškozování žížal, žížalích chodbiček a kokonů. Používání průmyslových hnojiv, pesticidů a kontaminace půdy toxikanty patří mezi další faktory, které rovněž ovlivňují abundanci a strukturu společenstev žížal (Kula, Švarc 2011; Pommeresche et al. 2007). Přirození nepřátelé žížal Žížalovití tvoří velmi významnou potravní složku mnoha živočichů, proto abundanci žížal ovlivňují také jejich přirození nepřátelé-predátoři, jako jsou ptáci, hlodavci, žáby, krtci, ježci, ale i zástupci bezobratlých. Například stonožky mohou ulovit žížaly až dvojnásobné velikosti, než jsou samy (Růžička, Tuf 2006). Dravá ploštěnka Artioposthia triangulata (zavlečený druh z Nového Zélandu), která se živí převážně žížalami a potenciálně ohrožuje jejich populace na britských 2013 13

ostrovech. Předpokládá se, že ploštěnky s hustotou 6,5 jedince na m 2 na zkoumaných pastvinách Severního Irska (potvrzena hustota přes 20 jedinců na m 2 ) by za rok zlikvidovaly běžnou populaci britských žížal se 475 jedinci na m 2. Tento odhad sice nezahrnuje rozmnožování žížal, a proto neodpovídá skutečnosti, ale každopádně lze očekávat vznik nové rovnováhy ve vztahu kořist a predátor. Žížaly po napadení ploštěnkou hynou, pokud s ní přišly do přímého styku, nebo utrpěly jen drobná poranění. Sliz stonožek Artioposthia triangulata totiž obsahuje bílkoviny s neurotoxickými účinky (Chalupecký 1994). Žížaly mohou sloužit jako hostitelé masařek k vykladení dravých larev, ať už v jejich blízkosti nebo přímo na tělech žížal, do něhož larvy aktivně vnikají tělními pohlavními otvory a posléze hostitele zničí. Jakým způsobem, kladoucí samička masařky pozná podle výhrabku, že je pod ním žížala sice ještě živá, ale už stará, která má ochablé svěrače pohlavních vývodů, (do mladších žížal larva nevnikne) zůstává záhadou (Povolný 2005). Životní projevy Délka života žížal a schopnost regenerace Pod vlivem různých faktorů jako jsou například klimatické podmínky, predátoři a zpracovávání půdy se žížaly v přírodě dožívají maximálně 1 2 let. Eisenia fetida se množí po 2 3 měsících a žije nejdéle 4 roky. Druh Lumbricus rubellus s délkou života maximálně 4 let je schopen rozmnožit se za 4 5 měsíců. U Lumbricus terrestris je možná reprodukce až po jednom roce života, ale její růst je pomalý. Ve volné přírodě byly nalezeny žížaly tohoto druhu starší 12 let a v umělých chovech se mohou někteří jedinci dožít více než 30 let. Této skutečnosti napomáhá schopnost žížal regenerovat poškozenou zadní část těla, pokud o ni přijde. Přední část (zadní část nepřežije) se zkroutí do klubíčka, vyloučí sliz a přejde do klidové fáze, aby využila energii k regeneraci. Pro úspěšnou regeneraci je podstatné zachování důležitých orgánu v přední části těla (Pommeresche et al. 2007). Žížaly se líhnou z kokonu s konečným počtem tělních segmentů. Další změny v počtu článků jsou důsledkem regenerace poškozené zadní části (Pižl 1996). 2013 14

Rozmnožování Reprodukční cyklus u mnoha žížalovitých je poměrně jednoduchý, přestože se jedná hermafrodity, jsou vybaveni mechanismem, aby se zabránilo samooplodnění. Během páření leží dva jedinci vedle sebe (bok po boku). Hlenový obal obklopuje žížaly a drží je těsně u sebe. Spermie jsou vypouštěny z varlat a stékají semennou drážkou v boční straně každého jedince do chámového váčku pro následné oplodnění. Vajíčka jsou prostřednictvím bílkovinného pouzdra přesouvána reprodukčním traktem k chámovým schránkám a následně oplodněna spermiemi. Potom je pouzdro vyloučeno přes hlavovou část a mění se v kokon (Obrázek 3), z něhož se následně po určité době líhnou malé žížaly (Reynolds 1977). Kokony žížal jsou odolné vůči nepříznivým klimatickým podmínkám. V jižní Anglii se dochovalo 71 neporušených fosilních kokonů z období doby bronzové (Vašků 1994). Obrázek 3: Kokon žížaly. (Stenzel, Matýsek 2013) 2013 15

4.5 Funkce a význam žížalovitých (Lumbricidae) Velmi stručně a výstižně můžeme charakterizovat tuto skupinu živočichů jako půdní, ekologické inženýry, protože svou činností mohou přebudovat a výrazně ovlivňovat jednotlivé ekosystémy, v nichž se vyskytují. Už od dob Darwina je akceptován nezastupitelný vliv žížal na pedogenezi, půdní strukturu, dekompozici organické hmoty a koloběh živin. Drilosféra je jedna ze sedmi základních funkčních složek půdy, v níž žížaly mají zásadní význam. Současně drilosféra ovlivňuje složky ostatní, například detritosféru, rhizosféru, porosféru, agregátosféru (Pižl 2002). Žížaly ovlivňuji fragmentaci organické hmoty v roli primárních dekompozitorů, převážně odumřelé zbytky rostlinného a živočišného původu. Smíchávají organickou a anorganickou frakci půdy (Bezchlebová, 2003). Bylo vypozorováno, že žížala je schopna během noci vtáhnout do půdy deset až dvacet listů (Bergstedt et al. 2005). Exkrementy žížal podle Heymonse (1923) obsahují asi 50 miliónů bakterií (stejné množství půdy obsahuje 10 miliónů bakterií). Lumbricidae se podílejí na disperzi spór hub v půdě. Mohou zvyšovat obsah vápníku, dusíku, fosforu a taky částečně měnit ph v půdním prostředí (Novák et al. 1959). Infiltrační schopnost půdy ovlivněná činnosti žížal Půdní voda má zásadní význam pro terestrickou vegetaci, zejména pro zemědělství. Prostřednictvím půdy je zajišťován příjem vody, rozvádění a rozdělování srážek, popřípadě závlah, zadržování vody (retenční schopnost), akumulace i odvodňovací schopnost krajiny a rovnoměrné zásobovaní kořenových systémů rostlin. Nejdůležitější hydrologickou vlastností půdy je její influkčně-infiltrační schopnost. Na základě této vlastnosti bude ovlivněn podíl srážek na povrchovém odtoku a také podpovrchový odtok do podzemních vod. Především záleží na fyzikálních vlastnostech půdy (struktuře, pórovitostí), skladbě vegetačního krytu, klimatických podmínkách, intenzitě a délce srážek, také agrochemických i biologických vlastnostech půdy a v neposlední řadě na půdním edafonu. Pedohydatody jsou nejúčinnějšími hydrologickými póry v půdě. Náleží k nim také různorodé praskliny, dutiny a trhliny vznikající například v důsledku objemových změn při vysychání, ale hlavně jsou to póry biologického původu vytvořené kořeny rostlin a půdními organismy. Trubičkovité pedohydatody vzniklé činností žížal, vykazují poměrně velkou vodostálost, což napomáhá odvádět vodu ve středně těžkých i těžkých půdách ze všech půdních pórů. Významnou roli zastávají především anektické 2013 16

(hlubinné) druhy žížal například Allolobophora hrabei a Octodrilus transpadanus vytvářející síť chodeb v hlubších vrstvách půdy, které jsou zaústěné na povrch (Vašků 2008). Ve stěnách žížalích chodeb se nachází téměř polovina půdních mikroorganismů, schopných vázat vzdušný dusík (aerobních fixátorů). Toto prostředí je pro ně mnohem příznivější, než okolní půda. Hlavním faktorem je větší koncentrace cukrů a ostatních látek pocházející z tělních výměšků, jimiž žížaly zpevňují své chodby a následně se stávají zdrojem energie pro mikroorganismy. Chodbičky obsahují dusíkaté látky, které žížaly zpřístupňují rostlinám ve svých výkalech. Tyto půdní póry mají současně vliv na aeraci půdy (Pommeresche et al. 2007). Vliv na kvalitu a úrodnost půdy Dostatečně velké populace žížal mohou kladným způsobem ovlivňovat nejen strukturu a mikrostrukturu půdy, ale také úrodnost půdy i procesy v ní probíhající, což dokazují mnohé studie. Zejména produkci exkrementů, v nichž jsou minerální částice promíchávaný s rozloženou organickou hmotou a mikroflórou. Význam exkrementů v půdě je značný, stejně jako jejich produkce, proto mohou velmi výrazně ovlivnit kvalitu půdy. Některé studie potvrzují, že tyto odpadní produkty po průchodu střevním traktem žížal jsou charakteristické větším obsahem fosforu (vodě rozpustné formě), v porovnání s okolní půdou. Předpokládá se, že v našich podmínkách je na povrch půdy ukládáno ročně kolem 40 50 tun na jeden hektar, což představuje vrstvu vysokou asi 4-5 mm. Mohutnější kořenové systémy mají rostliny, v půdách, s velkým počtem žížal. Jejich přítomnost a aktivita zabraňuje tvorbě krusty na povrhu půdy, napomáhá potlačovat vliv škodlivých činitelů i zvyšovat produktivitu plodin (Vrba, Huleš 2006; Chapuis-Lardy et al. 2011). Význam žížalovitých při uplatňování agronomických metod Abundance čeledi Lumbricidae v zemědělských půdách je dobrým indikátorem pro uplatňování agronomických metod v zemědělské výrobě. Faktory ovlivňující množství žížal v orné půdě v rámci agrotechniky jsou dány plodinou, jejich strukturou v osevním postupu a disturbancí jejich prostředí (používání zemědělské techniky). Každoroční obdělávání a zpracování půdy může pozměnit environmentální podmínky a následně 2013 17

ovlivnit cyklus nebo skladbu společenstva žížal. Orbou dochází k přímému poškození těl žížal, jejich vystavení nepříznivým abiotickým i biotickým vlivům (sluneční záření, sucho, predátoři). V jedné ze švýcarských studií je uvedeno, že v průběhu jarní orby, racci zkonzumovali až 100 kg žížal na jeden hektar pole. Dalším důsledkem mechanického zpracování půdy je poškozování relativně permanentních chodeb větších druhů žížal ve svrchní části půdy. Větší druhy vykazují lepší schopnost přežívání po takovémto zásahu do půdy. To je jeden z faktorů, který se uplatňuje ve vztahu k výsledkům zvyšující se průměrné hmotnosti jedinců. Současně se zde ukazuje vyšší schopnost adultních jedinců žížal, kolonizovat větší vzdálenosti a touto migrací obsazovat místa, uvolněná mortalitou žížal z důvodu agrotechnických vlivů. Mělká orba snižuje abundanci žížal podstatně méně než orba hluboká. Nejvhodnější pro žížaly je uplatňování bezorebného způsobu. Pokud se ponechá po sklizni sláma na neoraném povrchu půdy, počet žížal se postupně zvyšuje. Při uplatňování bezorebné metody po dobu několika let, dochází k nárůstu populace žížal až třicetinásobně. Časem může docházet k poklesu této populace, protože množství organické hmoty v půdě je limitujícím faktorem (Holec, 2009; Pommeresche, et al. 2007; Vrba, Huleš 2006). Žížaly zneškodňují fytopatogenní houby produkující toxické metabolity V roce 2011 německý vědecký tým v T I (Johann Heinrich von Thünen Institut), J K I (Julius Kühn Institut) v Braunschweigu a oddělení ochrany rostlin Zemědělské komory Hannover, odhalili schopnost žížal zneškodňovat fytopatogenní houby produkující toxické metabolity. Při pokusech byla použitá půda z okresu Hildesheim, žížaly (odebrané v tomto okrese) Lumbricus terrestis a Aporrectodea caliginosa, rostliny pšenice (odrůdy Tommi) a uměle inokulované Fusarium culmorum. Kromě žížal byli z půdy odstranění ostatní půdní živočichové, aby se vyloučil jejich vliv. Z těchto dvou sledovaných druhů žížal, potvrdila tuto schopnost jen žížala obecná (Lumbricus terrestis). Tento druh žížaly téměř odstranil furazium a výrazně snížil koncentraci mykotoxinu deoxynivalenolu (DON). Během pěti týdnů poklesla koncentrace fuzáriových proteinů o 98,8 % a obsah deoxynivalenolu o 99,7 %. Tento jev považují sami vědci za pozoruhodný (Flur und fuche 2012). 2013 18

Žížaly místo pesticidů Německé studie ukázaly, že s pomocí žížal lze významně potlačit výskyt strupovitosti ve výsadbách ovocných stromů. Dostatečně velká populace žížal dovede vtáhnout do půdy celý podzimní listový opad a tím například houba Venturia inaequalis (původce strupovitostí jabloní) nemá možnost se na spadaném listí množit. Pro podporu natality žížal je vhodné mulčování okolí stromů posekanou trávou. Spadlé listí na podzim se má v sadech ponechat ležet na půdě, aby bylo k dispozici žížalám. Také čerstvě ořezané větve po rozdrcení mohou posloužit jako vhodný substrát pro žížaly (Vrba 2006). Žížaly mohou tlumit nežádoucí účinky toxikantů v půdě Tým odborníků z indické Pondicherry University studuje způsoby, jak odstranit ionty těžkých kovů, hlavně kadmia a železa, které jsou součástí městských organických odpadů. K tomu jim mají být nápomocné žížaly. Trávicí systém žížal je dobře pohlcuje v komplexu s huminovými kyselinami. Pokud by se povedlo odstranit ionty těžkých kovů, můžou být tyto kaly využitý jako hnojivo. Zdeněk Petružálek (Enzymix s.r.o.) a Ing. Roman Honzík (Výzkumný ústav ekotoxikologie, Chomutov) jsou toho názoru, že to zdaleka nebude tak jednoduché. Ionty těžkých kovů jsou toxické nejen pro člověka, ale i pro žížaly. V prostředí kde je vysoká koncentrace těchto látek, žížaly buď uhynou, nebo tuto oblast opustí. Cíleným výběrem lze získat určité druhy, které jsou tolerantní k vyšším koncentracím kontaminantů v substrátu. Pokud bude množství rizikových látek pod hranici toxicity pro žížaly, mohly by být využívány pro snižování jejich obsahu. Aby docházelo ke snižování množství toxických látek v substrátu, bude potřeba vyřešit, jakou metodou odstranit výměšky žížal, neboť společně s výměšky se toxické látky dostanou zpět do matečného substrátu. Sice už v imobilizované formě vázané na huminové kyseliny, ale za určitých okolností (změna teploty, ph apod.) se mohou opět uvolňovat do prostředí (Dvořák 2012). 4.6 Schopnost žížal přetvářet ekosystémy Současné poznatky o čeledi Lumbricidae obecně potvrzují pozitivní vliv žížal na fyzikální i chemické vlastností půdy a především její úrodnost. Některé půdy by bez jejich vlivu asi nedosahovaly pověstné přirozené úrodnosti. Naproti tomu existují rozsáhlá 2013 19

světová území (především v oblastech suchého klimatu), kde nejsou žížaly vůbec a přece jsou tam relativně úrodné půdy. Proto nelze předpokládat, že přítomnost žížal je bezvýhradnou podmínkou úrodností všech půd (Novák et al. 1959). Žížaly jako alochtonní druh s (negativním) vlivem přetvořit ekosystémy Například všechny terestrické druhy žížal v Minnesotě jsou nepůvodní, jedná se o invazní druhy z Asie a Evropy. Nejsou důkazy o tom, které by dokládaly výskyt žížal na území Minnesoty před evropským osídlením. I kdyby tomu tak bylo, ledovce by zahubily všechny severoamerické druhy v této oblasti. Za posledních 11 000 let, co ledovce ustoupily, se Minnesotské ekosystémy vyvíjely bez žížal. V severní Americe existuje více než 100 nativních druhů žížal v oblasti nepokryté ledovci, jako je jihovýchodní část USA a severozápad Pacifiku. Původní druhy se přesunovaly na sever buď velmi pomalu, nebo nebyly schopny přežít v drsných klimatických podmínkách Minnesoty (Holdsworth et al. 2012). Doposud bylo zjištěno 15 nepůvodních terestrických druhů. První žížaly se tam zřejmě dostaly s půdou a rostlinami z Evropy. Lodě plující do severní Ameriky používaly kamení a půdu jako závaží. Tento materiál po úpravě hmotnosti zůstal na břehu. Na konci 19. a počátků 20. století si mnoho evropských osadníků dovezlo evropské rostliny, které obsahovaly žížaly nebo kokony v jejich půdě. Jako další důvod se uvádí, používání žížal v podobě rybí návnady do vzdálenějších oblastí státu. Všechny běžně používané návnady jsou nepůvodními druhy žížal. Studie provedené Minnesotskou univerzitou a lesní správou ukazují, že nejméně 7 druhů je invazní pro přirozené listnaté lesy tohoto území a způsobují úbytek sazenic stromů, květin i kapradí. Přirozené listnaté lesy Minnesoty se vyvinuly bez žížal. Tato oblast má sypkou půdu s velkou vrstvou humusu, a proto se listový opad bez zástupců čeledi Lumbricidae rozkládá velmi pomalu a vytváří houbovitou vrstvu organického lesního humusu. Vrstva tohoto humusu tvoří přirozené prostředí pro původní lesní rostliny a současně poskytuje rozsáhlá útočiště pro přízemní druhy organismů a zároveň zabraňuje erozi půdy (Holdsworth et al. 2012). Invazní žížaly konzumují listy, které tvoří vrstvu humusu. Tito živočichové jsou schopni vrstvu zhutnit a následně snížit infiltraci vody do půdního profilu nebo ji dokonce eliminovat úplně. Méně vody v kombinaci s úbytkem vrstvy humusu a listového opadu má 2013 20

za následek zvýšení povrchového odtoku a eroze. V oblastech s velkou abundanci žížal může eroze půdy a vyplavování živin snížit produktivitu lesů a v neposlední řadě degradovat i vodní prostředí. Velké stromy sice přežijí, ale mnoho mladých sazenic zahyne, stejně tak mnoho kapradin a květin. Některé druhy rostlin mají schopnost se vrátit po této počáteční invazi, jiné však vymizí úplně (Holdsworth et al. 2012). I žížaly mohou proměnit prales v měsíční krajinu Pontoscolex corethrurus 10 je maličká žížala obývající amazonský prales. Jakmile se někde objeví mýtiny, představuje až devadesát procent veškeré biomasy, kterou reprezentují na takových místech půdní bezobratlí. Už od dob Darwinových je známo, že dovedou přemístit mnohem více zeminy, než jsou s to přemístit jakékoliv stroje. Odhaduje se, že na ploše jednoho hektaru projde jejím zažívacím traktem asi 1 000 tun půdy ročně. Mimořádná schopnost spočívá však v tom, co dokáže udělat s krásně bující pastvinou, která vznikne vykácením části původní pralesa. Populace Pontoscolex corethururus totiž za určitých okolností vypouští místo běžně tvrdých exkrementů zvláštní polotekutou hmotu. Tahle hmota po uschnutí vytvoří nepropustnou až 5 cm silnou krustu, která prakticky zamezí okysličování půdy. Pod krustou jsou schopny žít jen anaerobní organismy, které celý ekosystém pastviny výrazně pozmění. Zmizí-li prales a sníží-li se diverzita půdních organismů, dojde k úbytku jiných druhů, které za přirozených podmínek (pod ochranou pralesa) omezovaly abundanci žížal. Poté se žížaly namnoží a porózita půdního povrchu se sníží v takové míře, jak by to nedokázala ani těžká technika nebo dlouhodobé zdupávání pastviny dobytkem. Jen termitům a mravencům se může po několika letech podařit tuto krustu narušit, což znovu umožní zakořenit prvním výhonkům trav (Latour 2001). Mezinárodní organizace taxonomie Oligochaeta - IOTM Navzdory významu máloštětinatých (Oligochaeta) máme v dnešní době docela vážné nedostatky ve znalostech o jejich taxonomii, biologii, ekologii a rozšíření v porovnání se savci, ptáky a dalšími druhy živočichů. Jeden ze způsobů jak překlenout 10 Pontoscolex corethrurus (Müller, 1857) 2013 21

tuto mezeru je spojit dohromady vědce a odborníky, kteří se zabývají tímto tématem. Účelem je urychlit poznatky o pokroku v jejich práci, výměnu názorů a motivovat je ve spolupráci. Toto je hlavní myšlenka zorganizování mezinárodního setkání klasifikace Oligochaeta IOTM (International Oligochaeta Taxonomy Meetings). Pět velmi úspěšných setkání již proběhlo v letech 2003 (Španělsko), 2005 (Rumunsko), 2007 (Kypr), 2009 (Turecko) a 2011 (Švýcarsko) (Pavlíček 2013). Setkání se tradičně zaměřují především na taxonomii a fylogenezi Oligochaeta, ale rovněž se zde diskutuje o různých aspektech z dalších vědních oborů, jako je například ekologie žížal, faunistika a fylogeografie včetně nových metod jejich studia. 6. Mezinárodní taxonomické setkání Oligochaeta bude navazovat v té nejlepší tradici na pět předchozích a bude se konat v Palmeira de Faro v Portugalsku od 22. dubna do 25. dubna 2013 (Pavlíček 2013). 2013 22

5 METODY STUDIA ŽÍŽAL Součástí každého studia zaměřeného na ekologii terestrických živočichů jsou záznamy s charakteristikou dané oblasti, kde se výzkum provádí. Záznamy obsahují především údaje geografické, které určují zeměpisnou polohu s nadmořskou výškou, základní klimatické informace - průměrný roční souhrn srážek, roční teplotu, případně aktuální počasí apod. Pokud je výzkum zaměřen na půdní zoocenózu detailněji, budou důležité informace o mikroklimatických faktorech, jako je: teplota půdy v jednotlivých půdních horizontech, tlak vzduchu, fyzikální i chemické vlastnosti půdy, skladba vegetačního krytu a fauny, která se vyskytuje v zájmové oblasti (Losos 1992). Určování hustoty, struktury a šíření populací žížal je velmi obtížné s ohledem na sezonní změny v počtech jedinců a jejich vertikální rozmístění populací. Při srovnávání abundance u těchto živočichů by mělo docházet k odběru vzorků vždy, ve stejně srovnatelném čase za použití stejných metod pro odběr vzorků. Populace žížal jsou velmi proměnlivé a mohou vykazovat jen několik jedinců na 1000 m 2 (Zajonc 1981). Za ekosystémy s malým počtem jedinců na m 2 podle Sachtla (1981), můžeme obecně označit lesní porosty s výskytem horského smrku a borovice kleče (Kula, Švarc 2011). Počet žížal v rozmezí 30 až 400 ks na m 2 odpovídá oblastem severního mírného pásma a to v ekosystémech přirozených i ovlivňovaných antropogenní činností. S velmi podobnou hustotou se můžeme setkat u endemických druhů žížal v tropech a subtropech. V temperátních částech jižní polokoule, které slouží jako pastviny, sady a cíleně vysévané louky může hustota populací (zavlečených evropských druhů) vykazovat až 2000 jedinců na jeden m 2. Obecně lze konstatovat, že diverzita výrazně klesá od jihu na sever a od východu na západ. Tuto skutečnost dokládá výskyt 198 druhů žížal na území Balkánského poloostrova. V Rakousku je společenstvo žížalovitých zastoupeno 60, v Rusku a Maďarsku 59, v Polsku 29 a Norsku 20 druhy (Pižl 2002). 5.1 Počátky studia žížalovitých na území ČR Zájem o studium tohoto taxonu na území dnešní ČR započal v druhé polovině 19. století. Zoolog František Vejdovský v roce 1874 jako první přispěl publikovanou zprávou o nálezech žížal z tohoto území na základě žádosti Prof. Dr. Antonína Friče 11 11 Prof. Dr. Antonín Frič byl významný český badatel a popularizátor přírodních věd 2013 23

ve snaze získat a determinovat materiál čeledi Lumbricidae pro tehdejší Zemské muzeum v Praze (Pižl 2002). Systematickou příslušnost našich žížal v následujících desetiletích řešili například Hrabě, Černosvitov, Zajonc a Prokšová. Breza doplnil ekologii těchto organismů a jejich význam při přenosu některých cizopasníků. Zároveň však upozornil na určitou nedůslednost při jejich klasifikaci podle způsobu života (Dyk 1969). Současným a nejvýznamnějším odborníkem zabývajícím se studiem čeledi Lumbricidae v ČR je doc. RNDr. Václav Pižl, CSc. (Biologické centrum AV ČR, v.v.i. Ústav půdní biologie, České Budějovice). Metody sběru Volba vhodné metody je většinou závislá na cíli prováděného výzkumu. Obecně můžeme rozdělit metody na kvalitativní a kvantitativní (Pižl 2002). Pro určování výskytu počtu druhů, velikosti populace a společenstva je nezbytný terénní průzkum, kde se uplatňuje jako základní a nejvíce využívaná metoda odběr náhodných vzorků (Spellerberg 1995). V současné době je na území České republiky doložen výskyt 52 druhů a poddruhů z čeledi Lumbricidae (Příloha 1), ale asi jen jednu třetinu žížal lze považovat za obecně rozšířenou (Pižl 2002; Kula, Švarc 2011). Kvalitativní metoda Pokud chceme charakterizovat faunu žížal žijící v dané lokalitě (inventarizace taxonu), nebo je-li předmětem našeho zájmu sběr zástupců určitých druhů pro laboratorní účely k ekotoxikologickým testům, je vhodné uplatnění metody takzvaného individuálního sběru. Sběr žížal je prováděn v heterogenních ekosystémech sledované oblasti, například ve dnových sedimentech lotických a lentických vod, v nahromaděném organickém materiálu, pod kůrou odumřelých stromů, kameny atd. Z půdních vzorků můžou být žížaly odebrány přímo na místě, nebo následně až v laboratořích pomocí dalších metod (Pižl 2002). 2013 24

Kvantitativní metody Kvantitativní metody můžeme rozdělit na tři základní kategorie: mechanické metody; etologické metody; nepřímé metody. Tyto uvedené metody jsou vhodné pro získání informací, které mohou charakterizovat hustotu populace, strukturu společenstva, aktivitu apod. (Pižl 2002). Mechanické metody sběru Základním typem mechanické metody je bezpochyby plošný vzorek předem vymezené plochy a hloubky půdy. Aby se předešlo lokálním odlišnostem, je vhodný odběr 3 až 5 vzorků ve stejném místě i termínu. Daný prostor lze vytyčit pomocí dřevěného rámu (například 50 50 cm) nebo plechového zařízení ve tvaru kruhu. Pak následuje nejjednodušší ruční rozbor odebraného půdního substrátu nebo jiného materiálů, z něhož jsou žížaly vyseparovány přímo v terénu nebo na speciálních pracovištích. Tento způsob umožňuje odhalit i přítomnost neaktivních jedinců, kteří se nacházejí v klidovém stavu včetně kokonu. Na druhou stranu je nutno podotknout, že i zkušení odborníci neodhalí velkou část juvenilních jedinců menších než 20 mm. Efektivitu této metody lze zdokonalit prosíváním za mokra a flotace. Jedná se o prosívání odebraných vzorků přes soustavu sít s různou velikostí ok, které se postupně zmenšují. I přesto, že tuto činnost vykonávají poloautomatické přístroje, je tato metoda pracná, časově velmi náročná a navíc dochází k mechanickému poškozování žížal. Flotační metoda je založena na principu rozdílné hustoty flotačního roztoku (často síran hořečnatý, hustota 1,2 g/cm 3 ) a hustoty těla žížal. Výhodou flotační metody je možnost zvýšit procento získaných juvenilních jedinců, kokonů a žížal, které jsou v klidovém stádiu (Pižl 2002; Losos 1992). Etologické metody sběru Tato kategorie metod je obecně založena na principu znalostí etologických vlastností organismů, jako jsou geotaxe, hypotaxe, reakce na podráždění, únikové reakce 2013 25

před zvyšující se teplotou nebo klesající vlhkostí apod. Etologické metody jsou zejména využívány pro kvantitativní extrakci určitých zástupců půdního zooedafonu (Losos 1992). Pomocí roztoku formaldehydu Pro získání žížal z větších hloubek půdy, je využíván roztok formaldehydu (0,2 až 0,5 %), kterým se zalévá vytýčené místo pro odběr vzorku. Žížaly začnou reagovat na toto podráždění tím, že vylézají na povrch (Losos, 1992). Zajonc (1971) při svých sběrech v terénu kombinoval uvedený způsob s metodou výkopovou. Doporučuje 10 litrů roztoku (50 ml formaldehydu na 10 litrů vody) pro výkop o rozměrech 50 50 cm. Roztok nalévat do sondy postupně ve třech dávkách. Pokud nedochází k vsakování a tekutina zůstává na povrchu, použije se jen 1/3, případně 1/2 z celého množství. Žížaly se na povrchu objevují již po několika vteřinách až minutách, ale někteří jedinci se mohou ukázat až po půl hodině. Použití metody je závislé na přítomnostech vodních zdrojů nebo na jejím transportu. Tento způsob sběru nemá uplatnění ve svahovitém terénu a značně kamenitých půdách (Zajonc 1971). Vypuzování žížal z půdy pomocí vibrací V USA profesionální lovci žížal (pro rybářské účely) vypuzují žížaly ze země pomocí vibrací. Zdrojem těchto vibrací je dřevěný kolík zaražený do země, o nějž lovec drhne kusem železa. Dnes používají údajně někteří žížaláři k témuž účelu i motorovou pilu. V šedesátých a sedmdesátých letech minulého století dosáhl lov žížal v oblasti floridských lesů Apalachicola National Forest takových rozměrů, že tímto způsobem si přivydělávalo tisíce lovců žížal, mezi kterými byli i ryzí profesionálové. Lesní správa nakonec byla nucena lov žížal regulovat, neboť hrozil kolaps populací některých endemických druhů, především pak žížaly Diplocardia mississippiensis 12. Už Charles Darwin ve svém díle o vzniku humusu a činností žížal, v části věnované smyslům žížal uvedl, že si žížaly nevšímají křiku, ale jsou citlivé na vibrace půdy. Uvádí se, že vyhnat žížaly ze země dupáním umí racek stříbřitý (Larus argentatus) i želva hrbolatá (Glyptemys insculpta). Podle Darwina žížaly opouští své chodbičky při vibracích, protože se domnívají, že jsou pronásledovaní krtkem. Člověk náhodou napodobil vibrace vyvolané 12 Smith, 1924 2013 26

krtkem a využil je k lovu žížal. Což potvrdil i americký zoolog Kenneth C. Catania z Vanderbiltovy univerzity v Neshvillu (Petr 2009). Tato metoda je vhodná k odchytu převážně exotických žížal, protože pro většinu druhů čeledi Lumbricidae není účinná (Pižl 2002). Metoda tullgrenů Metoda tullgrenů pracuje na principu hypotaxe a na pozitivním geotropismu. Slouží k odchytu žížal z půdních vzorků selekčním způsobem za pomocí Tullgrenova přístroje. Základem tohoto přístroje je kovové síto s velikosti ok 6 6 mm vložené do plechové nádoby (Obrázek 4a), která je ve spodní části nálevkovitě zúžena. Odebraný půdní vzorek se umístí na síto (Obrázek 4b) a pak se nádoba v horní části překlopí víkem s větracími otvory a zabudovanou žárovkou, popřípadě jiným zdrojem tepla. Výhodou je možnost regulace teploty. Postupně dochází k zahřívání a vysychání půdního vzorku, ve kterém pozvolna dochází k přesunu půdních organismů do spodní vrstvy až k sítu, kde následně propadávají do připravené nádoby (Obrázek 5) s konzervační tekutinou (Losos 1992). a) Tullgrenův přístroj vlastní výroby b) Tullgrenův přístroj s půdním vzorkem Obrázek 4: Fotodokumentace selekční metody za použití Tullgrenova přístroje (Stenzel 2013) 2013 27

Obrázek 5: Selekční vzorek žížal z půdního vzorku vyseparovaného pomocí Tullgrenova přístroje. (Stenzel, 2013) Pomocí elektrického proudu - Oktetová metoda Vypudit žížaly ze země lze také pomocí elektrického proudu. Jedná se poměrně o nebezpečný způsob, přesto je běžně využívaný hlavně rybáři. Při použití příliš velkého proudu dochází k usmrcení žížal v blízkosti elektrod. Další metodou, kde je využíván elektrický proud je takzvaná oktetová metoda. Jedná se o osm elektrod zapuštěných do půdy po obvodu vytýčené plochy ve tvaru kruhu. Tyto elektrody jsou propojené se speciálním zařízením, které je napájeno autobaterií. Pomocí takového zařízení je možné vytvořit téměř stejnorodé elektrické pole a regulovat napětí, frekvenci i amplitudu elektrického proudu. Při volbě takové metody je nutné počítat s tím, že celkový výsledek může být ovlivněn klimatickými a pedologickými podmínkami, věkem populace, druhem i absenci kokonů a klidových stadií žížal. Výhodou tohoto způsobu je minimální narušení stanoviště. (Pižl 2002; Reynolds 1977). 2013 28

5.2 Fixace a konzervace žížal Zkoumání živých jedinců je obtížné, protože jsou stále v pohybu. Malý exemplář lze krátkodobě narkotizovat ponořením do vody nasycené oxidem uhličitým (lze použít běžnou minerálku). Pro determinaci žížal se doporučuje usmrtit jedince ve vodě, do které přidáme pár kapek formaldehydu. Usmrcovat žížaly v alkoholu se nedoporučuje, jelikož dochází ke smrštění těla, sesychání (Obrázek 6) a zatažení jeho koncových partií. Trvale konzervovat žížaly můžeme v roztoku formaldehydu (7-10 %) nebo 80 % lihem, ale po určité době je nutno líh vyměnit, poněvadž dochází k jeho zředění z důvodu velkého obsahu vody v tělech žížal. U dlouhodobých sbírek lze odpařování roztoku redukovat přidáním malého množství glycerolu (Pižl 1996, 2002; Zajonc 1981). Obrázek 6: Sesychání povrchu těla žížaly. (Stenzel, Matýsek 2013) 5.3 Determinace Pro určování výrazných determinačních znaků si vystačíme s kvalitním osvětlením, ale pro detailnější studium je vhodná binokulární lupa. Pokud předmětem studia budou menší druhy, je nutné použít například stereoskopický mikroskop (Obrázek 7). Než začneme žížalu studovat, je důležité předem ji pořádně opláchnout čistou vodou. Umístění žížaly na větší Petriho misku vylitou voskem, nám pomůže lépe ji 2013 29

zafixovat pomocí špendlíku v požadované poloze. Při zkoumání anatomických znaků otvíráme jedince řezem ve střední linii hřbetní strany od prvního článku až k opasku. Když bude řez příliš hluboký, dojde k poškození trávicí trubice a vylití střevního obsahu. Chirurgické nůžky (nejlépe oční) jsou mnohem vhodnější než skalpel nebo žiletka. Pokožku a svalové vrstvy velmi jemně odklopíme pinzetou a upevníme špendlíky. V přední části těla je nutné přestřižení zesílených disepimentů (blanité přepážky oddělující jednotlivé články uvnitř těla). Na takto upraveném preparátu se dá sledovat struktura trávicího systému, cévní a nervová soustava, rozložení pohlavních orgánů apod. (Zajonc 1981; Pižl 1996). Obrázek 7: Stereoskopický mikroskop DV4 ZEISS. (Stenzel 2013) Určování jednotlivých druhů a poddruhů žížalovitých je prováděno na základě hlavních determinačních znaků: Prostomium čelní lalok Opasek na kterých článcích se nachází a na kterém článku končí Štětiny sblížené, oddálené, oddělené, perichaetinní Zbarvení těla např. červené, červenofialové, hnědočervené, zelené 2013 30

Dalšími determinačními znaky jsou: samčí pohlavní vývody, pubertální valy, chámové schránky, chámové vaky a to podle toho, na kterém článku se daný úvar nachází, zda se vyskytuje v daném článku výjimečně nebo zasahuje na sousední segmenty (somity) apod. Žížalovití, svou stavbou těla jsou relativně jednoduchá stvoření, ale o to je náročnější jejich determinace, která vyžaduje preciznost, důslednost i zkušenost (Pižl 2002). 5.3.1 Prostomium Na začátku kuželovité přední části těla (Obrázek 8), nad ústním otvorem se nachází pohyblivý čelní lalok prostomium (Obrázek 9), který podporuje možnost uchopení potravy (Pommeresche et al. 2007). Podle způsobu oddělení od prvního tělního článků a tvarů rozeznáváme typy prostomia: zygolobický, prologický, epilogický otevřený, epilogický uzavřený, tynalobický (Obrázek 10) viditelné při pohledu z hřbetní strany (Zajonc 1981; Edwards, Bohlen 1996). Obrázek 8: Boční pohled na přední část těla žížaly. (Stenzel, Matýsek 2013) 2013 31

čelní lalok-prostomium prvý tělní segment-peristomium Obrázek 9: Přední část těla žížaly: prvý tělní segment - peristomium čelní lalok - prostomium. (Stenzel, Matýsek 2013) a) zygolobické b) prolobické c) epilobické otevřené d) epilobické uzavřené e) tynalobické Obrázek 10: Typy prostomia. Převzato (Edwards, Bohlen 1996) 2013 32

5.3.1 Opasek Umístění a počet segmentů tvořících opasek (Obrázek 11) v přední části těla žížal je druhově specifické. Jedná se o místo, kde je pokožka (epidermis) pozměněna na základě přítomností husté sítě velkých žláznatých buněk produkujících mukoidní (slizovité) sekrety, které slouží k produkci kokonů. Clitellum (opasek) může být po celém obvodu článku a tvořit takzvaný prstencový (annulární) opasek, jenž není tak běžný jako opasek sedlovitý (není na spodní části těla) u většiny druhů žížalovitých (Pižl 2002). Obrázek 11: Opasek žížaly, žížala byla ponořena do minerálky, aby došlo k znehybnění, bublinky představují oxid uhličitý. (Stenzel, Matýsek 2013) 5.3.2 Štětiny S výjimkou prvního článku peristomia a posledního článku periproktu má žížala po celém těle osm řad (čtyři páry na každém článku) krátkých štětin, které ji pomáhají při pohybu a hloubení chodeb. Štětiny jsou vybavené svalovinou a tím žížala může regulovat jejich vysunutí. Protože štětiny jsou přichýlené k tělu v jednom směru, usnadňují pohyb vpřed, přičemž současně znesnadňují její protisměrné vytažení z chodbičky, jako obranný mechanismus při napadení predátorem (Pommeresche et al. 2007). Rozlišujeme štětiny 2013 33