23.3.2015
ROSTLINY A MOŘE Martin Vohník Botanický ústav AVČR Přírodovědecká fakulta UK
[email protected]
(Vodní) rostliny většinou zůstávají stranou pozornosti... Most marine naturalists tend to focus nearly all their attention on animals. Somehow, organisms such as whales and crabs tend to capture the imagination. However, the intertidal and shallow subtidal seabed is often covered with seaweeds and sea grasses. These plants are fascinating in their own right, but they also form the base of major food webs in the ocean. Levinton 2001: Marine Biology – Function, Biodiversity, Ecology
Struktura přednášky 1. Rostliny suchozemské vs. vodní 2. Rostliny a moře 2.1. Rostliny suchozemské, ale ovlivněné mořem 2.2. Mangrove 2.3. Mořské rostliny (cévnaté, bezcévné)
1. Rostliny suchozemské vs. vodní • • • • • • • •
význam kořenů v zásobení vodou příjem živin celým povrchem těla transpirace (x průduchy) malé výkyvy teplot tolerance nižšího osvětlení tolerance hydrostatického tlaku CO2 pro fotosyntézu z (HCO3) ‐ Ca(HCO3)2 => CaCO3 + CO2 + H2O (CaCO3 vysrážený na povrchu listů = biologické odvápnění)
3. Invazní vs. ohrožené mořské rostliny 4. Význam mořských rostlin pro člověka
1. Rostliny suchozemské vs. vodní • v současné době je >> vyšší diverzita rostlin na souši, hydrofytismus vyšších rostlin sekundárně • mnohem více vyšších rostlin hydrofyticky ve sladké vodě než ve slané • mořské rostlinstvo dominováno nižšími rostlinami – řasami
2. Rostliny a moře? 2.1. Rostliny bez trvalého kontaktu, ale ovlivněné (sucho, slano, větrno, slunečno…) 2.2. Rostliny v trvalém či periodickém kontaktu s mořem (mangrove) 2.3. Mořské (vodní) rostliny: vyšší (cévnaté) + nižší (bezcévné)
• rostliny hrají v moři klíčovou roli (potravní řetězec, produkce kyslíku, mechanické zpevňování podkladu, zmírňování proudění vody…)
1
23.3.2015
2.1. Rostliny bez trvalého kontaktu s mořem, ale ovlivněné jeho přítomností (sucho, slano, větrno, slunečno…)
2.1. Rostliny bez trvalého kontaktu s mořem, ale ovlivněné jeho přítomností (sucho, slano, větrno, slunečno…) ‐ fyziologický nedostatek vody => sukulence + CAM metabolismus ‐ nadbytek soli => halofytizmus (vysoký osmotický tlak cytoplazmy) ‐ obě adaptace často kombinovány ‐ příbřežní slaniska, dostřiková zóna útesů apod.
2.1.1. Motar přímořský (Crithmum maritimum, Apiaceae, Apiales)
2.1.2. Slanorožec (Salicornia spp., Chenopodiaceae, Caryophyllales)
‐ celý Mediterán + pobřeží Černého moře + pobřeží Atlantiku až do Norska a Kanárské ostrovy ‐ pobřežní skály, útesy, kamenité pláže; do vnitrozemí jen podél toků a v dosahu mlhy a větrů od moře ‐ listy do salátů, nálevů, jako koření; vysoký obsah vitamínu C
‐ např. slanorožec evropský (S. europaea, “Glassworth”) ‐ do konce 18. století popel používán jako zdroj jedlé sody (Na2CO3) pro výrobu skla, mýdla apod. ‐ jedlý, jako příloha nebo salát; stačí uvařit ve větším množství sladké vody (+ máslo nebo olivový olej)
2.2. Neponořené rostliny v trvalém kontaktu s mořskou vodou: mangrove
2.2. Neponořené rostliny v trvalém kontaktu s mořskou vodou: mangrove
‐ tropy a subtropy
‐ např. rody Avicennia, Rhizophora
‐ Austrálie, Amerika, Asie a Afrika
‐ opěrné a dýchací kořeny
‐ anoxická rhizosféra (H2S, CH4, CO2, redukující ionty kovů…)
‐ viviparie ‐ hotspoty biodiverzity
‐ vysoká koncentrace solí (exkreční žlázy na listech, energeticky velmi náročné udržování osmotického gradientu v kořenech…) ‐ vysoká koncentrace rozkladných baktérií (akumulace taninů v pletivech…)
2
23.3.2015
2.2.1. Mangrove ‐ opěrné chůdové kořeny = stabilizace
2.2.2. Mangrove ‐ dýchací kořeny (pneumatofory)
2.2.3. Mangrove ‐ viviparie
2.3. Mořské cévnaté rostliny ‐ většina nebo celý život ve vodě ‐ vodní život sekundárně (před ca. 100 mil. let) ‐ předci jiní slanovodní hydrofyti nebo mangrove, rod Enhalus asi sladkovodní předek ‐ opylení pod vodou (x Enhalus acoroides – samčí květ se oddělí a putuje k hladině => opylení) ‐ převažuje nepohlavní rozmnožování ‐ krytosemenné, jednoděložné ‐ pouze Alismatales (šmelotvaré) ‐ 12 rodů, cca. 59 (72) druhů celosvětově, tedy méně než 0.02% druhů cévnatých rostlin ‐ více než 50% druhové diverzity ve třech evolučně nejstarších rodech: Halophila, Zostera a Posidonia ‐ nejmladší monotypický rod Enhalus
2.3. Mořské cévnaté rostliny ve Středozemním moři původní 3 rody s celkem 4 druhy:
2.3.1. Mořské cévnaté rostliny – distribuce ‐ zhruba 9 oblastí co se týče distribuce + diverzity ‐ některé oblasti se překrývají (společné druhy)
CYMODOCEA Cymodocea nodosa POSIDONIA Posidonia oceanica ZOSTERA Zostera marina, Zostera noltii
(+ zavlečená Halophila stipulacea)
3
23.3.2015
2.3.1. Mořské cévnaté rostliny – distribuce ‐ přítomny ve většině příbřežních oblastí tropů, subtropů a temperátu ‐ nepřítomny v arktických a antarktických vodách ‐ neprozkoumané oblasti: JV a JZ pobřeží Jižní Ameriky, JZ a S pobřeží Afriky
2.3.3. Mořské cévnaté rostliny – mořské trávníky ‐ drtivá většina tvořena pouze jedním druhem (Jadran: P. oceanica nebo C. nodosa), někdy dvěma (Jadran: P. oceanica + C. nodosa)
2.3.2. Mořské cévnaté rostliny – diverzita ‐ centrem diverzity Indomalajská oblast ‐ diverzita klesá směrem od rovníku ‐ rody s disjunktním areálem výskytu, např. Posidonia
2.3.3. Mořské cévnaté rostliny – mořské trávníky ‐ nezastupitelná role v příbřežních ekosystémech ‐ produkce kyslíku, biomasy (koloběh živin), substrát epifytů, útočiště živočichů... ‐ zpevňování dna, zmírňování příboje...
2.3.3. Mořské trávníky – jsou tady?
‐ porosty mořských trav jsou schopné na jednotku plochy zadržet dvojnásobné množství uhlíku než suchozemské systémy lesů mírného pásma či pralesů. ‐ pobřežní porosty poutají 83.000 tun uhlíku na km2 (většinu v biomase kořenů a oddénků ve dně), zatímco typický suchozemský les poutá kolem 30.000 t C na km2 (většinu v biomase dřeva). ‐ porosty mořských trav zabírají méně než 0,2% plochy světového oceánu a přesto jsou zodpovědné za poutání více než 10% celkového uhlíku z roční fixační kapacity moří a oceánů.
4
23.3.2015
2.3.3. Mořské trávníky – jsou tady?
2.3.4. Mořské cévnaté rostliny: Posidoniaceae ‐ jediný rod Posidonia s osmi druhy ‐ Středozemního moře + J a JZ Austrálie
2.3.5. Mořské cévnaté rostliny: posidonie Neptunova
2.3.5.1. posidonie Neptunova: květy a semenáčky
‐ Posidonia oceanica ‐ “oceanica” omylem (Linné spletl sběry) ‐ podmořské louky Středozemního moře ‐ od hladiny až do 35 (50) m hloubky (světlo) ‐ především nepohlavní rozmnožování – rhizomy (růst 5 – 10 cm za rok) ‐ květy nenápadné, ne každý rok ‐ kvete na jaře, semena na podzim (jako mořské trávy jižní polokoule) ‐ plovoucí semena, často parazitována ‐ růst listů a současné zasypávání pískem dávají vzniku zpevněným písečným lavicím (“matte”, 1m za 100 let) ‐ 1 čtvereční m porostu tvoří 1‐14 l kyslíku denně (osvětlení, čistota vody, množství živin)
2.3.5.2. posidonie Neptunova: kořeny (a houby)
2.3.5.3. posidonie Neptunova: epifytické organizmy
5
23.3.2015
2.3.6. Cymodocea nodosa
posidonie jako jedny z nejstarších organizmů na světě!!
2.3.7. Zostera marina
2.3.8. Halophila stipulacea
2.4. Většinu mořských rostlin ale tvoří bezcévnaté
2.4.1. Tělo bezcévných rostlin tvoří stélka (thallus) Levinton 2001: Marine Biology
Říhová-Ambrožová J.: Encyklopedie hydrobiologie : výkladový slovník [online]
6
23.3.2015
2.4.2. Bezcévné rostliny mají často složité životní cykly, které jsou u cévnatých rostlin zastřeny
2.4.3. Adaptace mořskému prostředí – plovací útvary
Levinton 2001: Marine Biology
izomorfní a heteromorfní stélky, jediná morfologická fáze
2.4.4. Kelp beds, kelp forests (kelpy)
2.4.5. Korálové útesy Zooxantely ‐ obrněnky, rozsivky; chloroplasty; coral bleaching
2.4.6. Fytoplankton
2.4.7. Z praktického hlediska dělíme na “červené”, ”hnědé” a ”zelené” PROKARYOTA: skupina oddělení EUBACTERIA: oddělení CYANOBACTERIA ‘ SINICE‘ EUKARYOTA: skupina oddělení ALGAE (řasy) Oddělení: Rhodophyta Oddělení: Heterokontophyta (Chromophyta) Třída: Chrysophyceae Třída: Synurophyceae Třída: Dictyochophyceae Třída: Pelagophyceae Třída: Bacillariophyceae Třída: Phaeophyceae Třída: Xanthophyceae Třída: Raphidophyceae Třída: Eustigmatophyceae Oddělení: Chlorophyta Třída: Prasinophyceae (Micromonadophyceae) Třída: Chlamydophyceae Třída: Chlorophyceae Třída: Pleurastrophyceae Třída: Ulvophyceae Třída: Zygnematophyceae Třída: Charophyceae
‘ČERVENÉ ŘASY’
‘ROZSIVKY’ ‘HNĚDÉ ŘASY’
‘ZELENÉ ŘASY’ Jedno‐ i mnohobuněčné
7
23.3.2015
PROKARYOTA ‐ SINICE
ČERVENÉ ŘASY (Rhodophyta) = ruduchy ‐ chlorofyl a + d, alfa + beta karoteny, zeaxanthin, lutein
-
Bezjaderné Bakterie Malé rozměry (1-10 µm) Možnost kolonií Fixace vzdušného dusíku Evolučně velmi staré Mnoho symbiontů
‐ hlavní zásobní látkou florideový škrob ‐ doplněk potravy (‘Hoši‐Nori’ = Porphyra spp.) OCHUTNÁVKA ‐ agar (Gelidium, Gracillaria), karagén (Chondrus crispus, Gigartina) ‐ antihelmintika (Digenea simplex), neuritika…
Sinice rodu Synechoccus
‐ minerální látky
STROMATOLITY (zkamenělé kolonie sinic) jsou obsaženy v prekambrických až kambrických usazeninách jako důkaz existence fotosyntetizujících mikroorganismů už před 2,5-3 miliardami let!!!
Amphiroa rigida
Jania rubens
[Rhodophyceae: Florideophyceae: Corallinales: Corallinaceae]
[Rhodophyceae: Florideophyceae: Corallinales: Corallinaceae]
Ceramium rubrum
Chondrus crispus
8
23.3.2015
Peyssonnelia squamaria
Lithophyllum spp.
[Rhodophyceae: Peyssonneliaceae]
[Rhodophyceae: Corallinales: Corallinaceae]
dipbot.unict.it; unav.es; unige.ch; dafni.com; ilesmedes.chez-alice.fr
ROZSIVKY ‐ BACILLARIOPHYCEAE
HNĚDÉ ŘASY (Phaeophyceae) = chaluhy chlorofyl a + c, beta karoten, fukoxantin
-
Jednobuněčné řasy Dvoudílná křemitá schránka Diatomit (křemelina) Malé rozměry (1-10 µm) Tisíce druhů Pohlavně i nepohlavně Planktonní i bentické Odhadem až 25% PP v oceánu
hlavními zásobními látkami jsou chrysolaminaran a manitol bakteriostatické látky, rakovinostatické látky vysoký obsah jódu, draslíku a dusíku doplněk potravy (Laminariales), krmiva, hnojiva
Chaetoceros diadema
Dictyota dichotoma
Fucus vesiculosus L.
[Pheophyceae: Dictyotales: Dictyotaceae]
[Pheophyceae: Fucales: Fucaceae]
9
23.3.2015
Laminaria ochroleuca
Padina pavonica
[Pheophyceae: Dictyotales: Dictyotaceae]
[Pheophyceae: Laminariales: Laminariaceae]
Typické znaky: Kornoutovitá stélka, barva bělo‐hnědavá až bělo šedavá. Bílé pruhy na stélce ‐ kalcifikace
Hlavní vegetační sezóna: Červenec ‐ Září
Rozmnožování: Sporofyt a gametofyt homothalické
Habitat: Svrchní infralitorál. Klidné oblasti s dobrým osvětlením. Epilitická (na kamenech)
Rozšíření: Atlantik, Středozemní moře, Černé moře
Výskyt: Velmi hojná
ZELENÉ ŘASY (Chlorophyta)
Acetabularia acetabulum [Chlorophyceae: Dasycladales: Dasycladaceae (nebo Polyphysaceae)]
chlorofyl a + b, alfa a beta karoten, lutein, neoxantin, violaxantin, zeaxantin zásobní látkou je škrob (alfa‐1,4 glukan) nebo mannan nebo xylan potrava, krmivo, hnojivo, léčiva…
Typické znaky: Vrcholová část JEDNOBUNĚČNÉ stélky je diskovitá, celá řasa má podobu malého deštníku. Bělavé zbarvení je dáno silnou kalcificací
Hlavní vegetační sezóna: Červenec ‐ Září
Rozmnožování: Sporangia ukrytá ve vrcholovém disku
Habitat: Svrchní infralitorál. Klidné oblasti s dostatkem světla. Epilitická, na písčitém nebo kamenitém podkladě
Rozšíření: Středozemní moře a severovýchodní Atlantik
Výskyt: Středně hojná
Codium bursa [Chlorophyceae: Bryopsidales: Codiaceae; Syn: Codium bursae ]
Codium bursa a příbuzné druhy
Typické znaky: Kulovitý tvar s výdutí; houbovitý charakter; tmavě zelená barva. Celá stélka je tvořena sifonálními útvary s měchýřky, v nich gamety.
Codium coralloides Codium bursa
Vegetační sezóna: Celoročně
Rozmnožování: Gamety tvořeny uvnitř měchýřků uvnitř stélky
Habitat: Epilitická
Rozšíření:
Codium vermilara
Codium vermilara
Středozemní moře, severovýchodní Atlantik, Austrálie, Nový Zéland
Výskyt: Velmi hojná Codium adherens Codium tomentosum
Codium fragile
10
23.3.2015
Caulerpa prolifera [Chlorophyceae: Bryopsidales: Caulerpaceae]
Udotea petiolata [Chlorophyceae: Ulvophyceae: Halimedales: Udoteaceae]
3. Invazní vs. ohrožené mořské rostliny
Invazivní, toxické!!
Halimeda tuna [Chlorophyceae: Bryopsidales: Udoteaceae]
Valonia utricularis (Valoniaceae) – jednobuněčná stélka
3. Invazní vs. ohrožené mořské rostliny
Invazivní, toxické!!
11
23.3.2015
3. Invazní vs. ohrožené mořské rostliny
3. Invazní vs. ohrožené mořské rostliny
Chlorophyta Lazucha tisolistá – (Caulerpa taxifolia) Dokumentární film BBC „Killer Algae“ (2001) mapuje detektivním způsobem počátky šíření tohoto druhu ve Středozemním moři. Typická ukázka invazivity podpořené lidskou činností. Nechtěný vznik „odolného mutanta“ Jacques Cousteau’s Oceanographic Museum of Monaco in 1984
ODKAZY NA VIDEO
http://docuwiki.net/index.php?title=Killer_Algae_%28BBC%29 https://www.youtube.com/watch?v=3_iPnFVMRek ‐ Lazucha tisolistá (Caulerpa taxifolia) je invazní řasou – zaroste velkou plochu dna, ale téměř nic jí nežere (chemická obrana) ‐ plž Elysia subornata je proti ní účinnou biologickou zbraní
3. Invazní vs. ohrožené mořské rostliny
3. Invazní vs. ohrožené mořské rostliny
4. Význam mořských rostlin pro člověka
4. Význam mořských rostlin pro člověka • Sushi Nori (Porphyra Yezoensis Uede) •Wakame (Undaria pinnatifida) jednoduchá příprava (umýt ve vodě a povařit) • vysoký obsah Ca, Mg, Zn, I, Na, Fe, vitamínů, bílkovin, vlákniny... • jednoduchá příprava (umýt ve vodě a povařit), absurdní ceny…
ŽELÉ ARAME: 100g DW = 6 EUR
AGAR
NORI: 100g DW = 16 EUR
AGAR-AGAR: 100g DW = 5 EUR Laminaria japonica: 100g DW = 6 EUR
Potraviny, kosmetika, chemický průmysl, biologický výzkum
12
23.3.2015
4. Význam mořských rostlin pro člověka
4. Význam mořských rostlin pro člověka
OKRUHY OTÁZEK K TÉMATU • • • • •
Hlavní skupiny vodních rostlin Adaptace mořských rostlin (anatomie, fyziologie,…) Zástupci v jednotlivých skupinách Význam pro organismy i člověka Problematika šíření nepůvodních druhů (příklady)
13
