Sněžné a ledové řasy: biologie, červené sněhy a ekologický význam
Sněžné a ledové řasy: biologie, příčiny červeného sněhu a jejich ekologický význam — od UV ochrany pigmentů po zásadní roli v potravních sítích polárních ekosystémů.
Ledové a sněžné řasy jsou řasy a sinice, které rostou na dlouhotrvajících sněhových a ledových polích, jako jsou ledovce. Pokud je mezi krystalky sněhu a ledu k dispozici tekutá voda, mohou v letních měsících zbarvit povrch zeleně, žlutě nebo červeně. Červený pigment některých druhů je vnitrobuněčnou ochranou před nadměrným vizuálním světlem a ultrafialovým slunečním zářením, které jinak může způsobit fotoinhibici fotosyntézy nebo mutace. Bez něj by řasy na povrchu trpěly zlomy chromozomů a mutacemi DNA.
Na mořském ledu se vyskytují také společenstva ledových řas. Tyto řasy (především diatomie) jsou v polárních ekosystémech (zejména v Antarktidě) důležité, protože poskytují potravu krilu. Kril seškrabává řasy ze spodní strany ledu, který je řasami zbarven do hněda. Řasy se mohou nacházet mezi ledovými krystaly nebo na nich přichycené, ve vodních nebo slaných kanálech mezi ledovými krystaly.
Galerie obrázků
6 Obrázky
Biologie a životní cyklus
Sněžné a ledové řasy zahrnují různé taxonomické skupiny: zelené řasy (např. tradičně Chlamydomonas nivalis, v novější literatuře i rody jako Sanguina), diatomy a sinice (cyanobakterie). V chladných podmínkách mají tyto organismy specifické adaptace: tvoří odolné spory nebo cysty se silnou stěnou, které přečkají zimu, a v teplejších obdobích se z nich vyvíjejí aktivní buňky s bičíky nebo nepohyblivé fotosyntetizující formy. Mnohé druhy syntetizují osmoprotektanty, cukerné alkoholy a speciální proteiny (antifreeze proteiny), které zabraňují poškození buněčných struktur mrazem a osmotickému stresu.
Pigmenty a ochranné mechanismy
Barvy sněhu závisí na převládajících pigmentech: zelena je důsledkem chlorofylu, hnědá často pochází od diatomových pigmentů, a červená až růžová je většinou způsobena karotenoidy (nejznáměji astaxanthinem). Tyto karotenoidy plní ochrannou funkci — absorbují přebytečné světlo a ultrafialové záření a chrání fotosyntetické aparáty i genetický materiál před poškozením. Díky tomu se snižuje riziko fotoinhibice a vzniku mutací.
Ekologický význam
Sněžné a ledové řasy jsou důležitými primárními producenty v extrémních prostředích. Na ledovcích a permanentním sněhu tvoří základ místních potravních sítí a ovlivňují biochemické cykly (uhlík, dusík). Na mořském ledu hrají podobnou roli diatomy: jejich hnědá vrstva pod ledem je klíčovým zdrojem potravy pro organismy jako je kril, který se živí řasami škrábáním spodní strany ledu.
Další ekologický efekt je fyzikální: rozsáhlé zbarvení sněhu snižuje jeho albedó (odrazivost), takže tmavší povrch absorbuje více slunečního záření a tání se urychlí. To vytváří pozitivní zpětnou vazbu — více vody a vlhkosti podporuje další řasové nárůsty, což může urychlovat ústup ledovců a měnit lokální vodní režim.
Společenstva a mikrobiální rozmanitost
Na ledovcích se kromě samotných řas nacházejí komplexní mikrobiální společenstva: bakterie, archea, prvoci a malé bezobratlé, které společně vytvářejí biofilmy a tzv. cryoconite díry — jamky vyplněné tmavou organickou hmotou, které akumulují teplo a slouží jako útočiště biodiverzity. Sinice často přispívají k fixaci dusíku a zásobování mikroekosystému živinami.
Dopady klimatických změn a vědecký význam
S oteplováním klimatu se mění doba a intenzita řasových květů na sněhu i ledu. Na jedné straně se může rozšířit délka období vhodného růstu, na druhé straně ubývá trvalých ledovcových biotopů. Vědci sledují tyto změny pomocí terénních odběrů i dálkového průzkumu (satelity dokážou detekovat rozsáhlé „červené sněhy“). Studium sněžných a ledových řas poskytuje důležité informace o tom, jak biologické procesy reagují na změnu teploty, dostupnost vody a slunečního záření.
Výzkum a využití
Studium pigmentů (např. astaxanthinu) a antifreeze proteinů má potenciální biotechnologické využití — v potravinářství, kosmetice nebo v biologii ochrany buněk. Mikroorganismy z extrémních prostředí jsou také zdrojem nových enzymů stabilních při nízkých teplotách, které mohou být užitečné v průmyslu.
Závěr
Sněžné a ledové řasy jsou malými, ale klíčovými hráči v polárních a vysokohorských ekosystémech. Ovlivňují fyzikální vlastnosti sněhu a ledu, tvoří základ potravních sítí a reagují citlivě na změny klimatu. Jejich studie nám pomáhá lépe porozumět interakci mezi živými organismy a fyzikálním prostředím v extrémních podmínkách a odhaluje možnosti využití jejich unikátních adaptací.
Chlamydomonas nivalis
Chlamydomonas nivalis je zelená mikrořasa, která kromě jiných blízce příbuzných druhů způsobuje melounový sníh.
Melounový sníh je sníh načervenalé nebo růžové barvy, který může mít vůni podobnou čerstvému melounu. Tento typ sněhu je běžný v létě ve vysokohorských a pobřežních polárních oblastech, jako je Sierra Nevada v Kalifornii. Zde, v nadmořské výšce 10 000 až 12 000 stop (3 000-3 600 m), je teplota nízká po celý rok, a tak se sníh udržuje ze zimních bouří. Když někdo šlápne na sníh s řasami, stopy vypadají červeně.
Chlamydomonas nivalis je zelená řasa, která za svou červenou barvu vděčí jasně červenému karotenoidnímu barvivu (astaxanthinu). Ten chrání chloroplast a buněčné jádro před silným viditelným a ultrafialovým zářením. Zelené a červené pigmenty pohlcují světlo a teplo, díky čemuž řasa získává tekutou vodu, když kolem ní taje sníh. Květy řas mohou sahat až do hloubky 25 cm. Protože každá buňka má v průměru 20 až 30 mikrometrů, obsahuje čajová lžička roztátého sněhu milion nebo více buněk. Řasy se hromadí ve "slunečních pohárech", což jsou mělké prohlubně ve sněhu. Karotenoidní pigment pohlcuje teplo, které prohlubuje sluneční baňky a způsobuje rychlejší tání ledovců a sněhových náplavů.
V zimních měsících, kdy je přikryje bílý sníh, řasy spí. Na jaře živiny, zvýšená hladina světla a tající voda stimulují klíčení. Jakmile vyklíčí, klidové buňky uvolní menší zelené bičíkaté buňky, které se pohybují směrem k povrchu sněhu. Jakmile se bičíkovci přiblíží k povrchu, mohou ztratit své bičíky a vytvořit tlustostěnné klidové buňky nebo mohou fungovat jako gamety, které se spojují v párech a vytvářejí zygoty.
Některé specializované druhy se živí C. nivalis, včetně prvoků, jako jsou řasinky, rotify, hlístice, ledoví červi a pružinovky.
Historie
První zmínky o melounovém sněhu se objevují v Aristotelových spisech. Melounový sníh vrtá hlavou horolezcům, badatelům a přírodovědcům už tisíce let.
V květnu 1818 vypluly z Anglie čtyři lodě, aby hledaly Severozápadní cestu a zmapovaly arktické pobřeží Severní Ameriky. Kvůli špatnému počasí nakonec lodě obrátili zpět, ale výprava významně přispěla k vědě. Kapitán John Ross si při objíždění mysu York na severozápadním pobřeží Grónska všiml karmínového sněhu, který se jako potoky krve táhl po bílých útesech. Výsadek se zastavil a přivezl vzorky do Anglie. O tomto objevu napsaly 4. prosince 1818 noviny Times:
| “ | Kapitán sir John Ross přivezl z Baffinova zálivu množství červeného sněhu, nebo spíše sněhové vody, která byla v této zemi podrobena chymické analýze, aby se zjistila povaha jejího barviva. Naše důvěřivost je při této příležitosti vystavena extrémní zkoušce, ale nemůžeme se dozvědět, že by existoval důvod pochybovat o uvedené skutečnosti. Sir John Ross neviděl padat žádný červený sníh, ale viděl jím pokryté velké plochy. Barva sněhových polí nebyla jednolitá, ale naopak se na nich vyskytovaly více či méně červené skvrny nebo pruhy s různou hloubkou odstínu. Tekutina neboli rozpuštěný sníh má tak tmavě červenou barvu, že připomíná červené portské víno. Uvádí se, že se v tekutině usazuje sediment, a není zodpovězena otázka, zda je tento sediment živočišné nebo rostlinné povahy. Předpokládá se, že barva pochází z půdy, na kterou sníh dopadá: v tomto případě nemohl být na ledu viděn žádný červený sníh. | ” |
Když Ross v roce 1818 vydal svůj příběh o plavbě, byla k němu připojena příloha s rostlinami od Roberta Browna. Brown v ní přirovnal červený sníh k řasám.
Otázky a odpovědi
Otázka: Co jsou ledové a sněžné řasy?
Odpověď: Ledové a sněžné řasy jsou druhy řas a sinic, které rostou na dlouhotrvajících sněhových a ledových polích, jako jsou ledovce.
Otázka: Co způsobuje zbarvení ledu a sněhu v letních měsících?
Odpověď: Pokud je mezi krystalky sněhu a ledu k dispozici tekutá voda, může se led a sníh v letních měsících zbarvit zeleně, žlutě nebo červeně v důsledku růstu ledových a sněžných řas.
Otázka: K čemu slouží červené barvivo v některých ledových a sněhových řasách?
Odpověď: Červený pigment v některých ledových a sněžných řasách chrání před nadměrným vizuálním světlem a ultrafialovým slunečním zářením, které může způsobit fotoinhibici fotosyntézy nebo mutace. Bez něj by řasy na povrchu trpěly zlomy chromozomů a mutacemi DNA.
Otázka: Kde se kromě ledovců vyskytují také společenstva ledových řas?
Odpověď: Společenstva ledových řas se vyskytují také na mořském ledu.
Otázka: Proč jsou společenstva ledových řas důležitá v polárních ekosystémech?
Odpověď: Společenstva ledových řas (hlavně diatomy) jsou důležitá v polárních ekosystémech (zejména v Antarktidě), protože poskytují potravu krilu.
Otázka: Jak kril získává potravu ze společenstev ledových řas na mořském ledu?
Odpověď: Kril seškrabává řasy ze spodní strany ledu, která je řasami zbarvena do hněda.
Otázka: Kde se ledové řasy vyskytují ve vztahu k ledovým krystalům?
Odpověď: Ledové řasy se mohou vyskytovat mezi ledovými krystaly nebo na nich přichycené, ve vodních nebo slaných kanálech mezi ledovými krystaly.
Související články
Autor
AlegsaOnline.com Sněžné a ledové řasy: biologie, červené sněhy a ekologický význam Leandro Alegsa
URL: https://cs.alegsaonline.com/art/46414
Zdroje
- pubmedcentral.nih.gov : "Surface gas-exchange processes of snow algae"
- doi.org : 10.1073/pnas.0235560100
- ncbi.nlm.nih.gov : 141035
- pubmed.ncbi.nlm.nih.gov : 12518048
- en.wikisource.org : List of Plants collected by the Officers, &c., in Captain Ross's voyage, on the coasts of Baffin's Bay
- commons.wikimedia.org : Ice algae