Aktuální číslo:

2017/12

Téma měsíce:

Kontakty

Arktida

Nejrychleji se měnící část naší planety
 |  10. 5. 2007
 |  Vesmír 86, 292, 2007/5

Článek věnuji památce Dr. Lenky Soukupové-Papáčkové, která se zabývala ekologií subarktické a vysokohorské vegetace a řadu let vedla český výzkum subarktické vegetace v severním Švédsku na stanici Švédské královské akademie věd v Abisku.

Arktická oblast a vývoj její neživé i živé přírody jsou ukazateli rychlosti a intenzity globálních změn probíhajících na naší planetě. Proto se ekologickému výzkumu Arktidy věnuje velká pozornost. V několika posledních letech probíhal velký mezinárodní projekt, jehož cílem bylo vypracovat kompletní vědeckou zprávu o měnící se přírodě arktické oblasti v souvislosti s globálními změnami, především s oteplováním a zvyšováním UV-B záření. 1)

Jak se globální klimatické změny projevují v arktické oblasti

Analýza ledových vrtných jader dokázala, že zvýšení koncentrace oxidu uhličitého v atmosféře souvisí s růstem průměrné globální teploty. Vlivem spalování fosilních paliv a snižování ploch zeleně se koncentrace oxidu uhličitého, metanu a ostatních skleníkových plynů v atmosféře zvýšila od počátku průmyslové revoluce zhruba o 35 %. Projevilo se to nárůstem průměrné roční globální teploty o 0,6 °C. Přinejmenším v tomto století koncentrace skleníkových plynů v atmosféře nadále porostou a průměrné roční teploty se zvýší o 1,4 až 5,8 °C. Vlivem nárůstu teploty se změní cirkulace atmosférických a vodních mas, geografické rozložení a intenzita srážek a zvýší se hladina oceánů. Nejpostiženější budou pobřežní ekosystémy. Pro lidstvo bude krom jiného stále obtížnější nacházet nové zdroje pitné vody. V současnosti je 80 % potřebné energie zajišťováno spalováním fosilních paliv. Ani v 21. století se to nepodaří významně změnit a pokles množství vypouštěných skleníkových plynů bude jen velmi pomalý. Zastavení a obrácení současného trendu zvyšování koncentrace oxidu uhličitého a skleníkových plynů v atmosféře je záležitostí ještě vzdálenější budoucnosti.

Historický přehled změn v Arktidě

Význam všech změn neživé i živé arktické přírody souvisejících se změnami klimatu (viz rámeček 1 ) může být snadno zpochybněn. Vždyť přece k výkyvům klimatu dochází v arktické oblasti odnepaměti a člověk zatím nedokáže aktivně ovlivňovat globální zákonitosti. Jsme pouze schopni přihlížet a reagovat až na konkrétní změny. To vše je pravda, ale jejich pochopení v celé složitosti musí ovlivňovat naše chování především v oblasti spalování fosilních paliv.

Během posledního glaciálního maxima (zhruba před 10 000 lety) většinu arktických oblastí pokrýval ohromný ledový příkrov, který zasahoval až do centrálních částí Evropy, Asie a Severní Ameriky. Některá místa Arktidy však led nepokrýval, a ta se stala útočištěm pro různé organizmy. Průměrná teplota arktické oblasti byla tehdy o 10 až 13 °C nižší, než je tomu nyní. V průběhu několika dalších tisíciletí se mnohokrát oteplilo a opět ochladilo. V některých případech byla rychlost změn srovnatelná s rychlostí předpovězenou pro 21. století. Posledním takovým obdobím byla malá doba ledová, chladná perioda mezi 13. až 19. stoletím.

Za posledních 150 000 let zaujímá arktický ekosystém nejmenší rozlohu. Očekávané negativní důsledky klimatických změn nemají v historii celého pleistocénu obdobu, neboť současné oteplování je provázeno dalšími ekologickými změnami, např. zvyšováním dávek UV-B záření, ukládáním dusíkatých sloučenin, znečištěním těžkými kovy, okyselováním prostředí, kontaminací radioaktivními látkami či fragmentací ekosystémů.

Organizmy Arktidy a jejich schopnost reagovat na klimatické změny

Rostlinná diverzita Arktidy je nízká a snižuje se od hranice lesa směrem k polární poušti. Žijí tu jen asi 3 % druhů nacházejících se na naší planetě (vyjma sinice a řasy), některé formy jsou zde však velmi hojné (např. mechorosty a lišejníky). Ačkoliv všeobecně je množství druhů v Arktidě nízké, vybrané skupiny rostlin zde mají vyšší diverzitu než v mírném pásu. Gradient četnosti rostlinných druhů podle zeměpisné šířky působí v Arktidě daleko výrazněji a na kratší vzdálenosti než kdekoli jinde. To naznačuje, že diverzita arktických rostlin je citlivá na změny klimatu. Proto se velké množství druhů citlivých na teplotní změny nachází v blízkosti jižní hranice tundry.

Arktické rostliny nemají žádná zvláštní přizpůsobení. První schopnost, kterou musí mít, je odolnost k mrazu, a tu má asi 75 % všech cévnatých rostlin světa. Krátká vegetační doba a ostrý úhel dopadu slunečního záření jsou výhodnější pro dlouhý životní cyklus, v němž pomalý růst často zabezpečují živiny a energie uložené v těle. Některé rostlinné druhy umějí maximálně využít teplotu svého vnitřního prostředí, která je mnohdy vyšší než teplota okolí. Nízká teplota půdy snižuje mikrobiální aktivitu i dostupnost minerálních látek. Rostliny se snaží tyto nevýhody zmírnit – ukládají minerální živiny v tkáních, využívají živiny z odumřelých tkání, zvyšují rychlost příjmu za nízkých teplot atd. Mnohá přizpůsobení arktickým podmínkám znesnadňují rostlinám reakci na oteplování; umožňují jim sice žít v extrémním prostředí, avšak znevýhodňují je v konkurenci s invazními rostlinami z jihu.

Arktické druhy rostlin mají podobnou genetickou různorodost jako druhy mírného pásma – variabilita kolísá od vysoké až po velmi nízkou. Například u rozšířeného rodu ostřice není stupeň genetické rozmanitosti ovlivněn klimatem, ale je do značné míry spojen s glaciální historií lokality, z níž daný druh pochází. Populace z míst odledněných před 10 000 lety mají významně nižší genetickou variabilitu než populace z oblastí odledněných před 60 000 lety. Druhy s velkou genetickou variabilitou mají obvykle větší areál rozšíření. Obojí společně s velkou fenotypovou plasticitou přispívá k odolnosti vůči změnám prostředí na úrovni populací i na úrovni druhů. Genetická rozmanitost ve vztahu k ekologickým podmínkám je zakódována v semenech, která si zachovávají vysokou klíčivost po dlouhou dobu.

Diverzita arktických živočichů nad hranicí lesa je asi dvakrát vyšší než diverzita cévnatých rostlin a mechorostů. Pokles počtu živočišných druhů se zeměpisnou šířkou je mnohem pomalejší (asi dvaapůlkrát) než u rostlin a je provázen zvýšenou dominancí některých druhů. Nejdominantnější rostliny a živočichové osídlují široké spektrum biotopů a pro většinu procesů ekosystému mají velký význam.

Živočichové jsou životu v Arktidě rozmanitě přizpůsobeni. Savci a ptáci jsou vybaveni mohutnou izolační vrstvou srsti či peří (která se navíc sezonně obměňuje) a před zimním obdobím si ukládají zásobu podkožního tuku. Před chladem je chrání i třes svaloviny, snížení evaporace, řízení periferního krevního oběhu, tepenná výměna tepla, zužování a rozšiřování cév ad. Bezobratlí se chrání před nízkými teplotami tak, že kombinují rychlý růst s výhodným zbarvením a ochlupením. Krátká vegetační doba s nestálými klimatickými podmínkami většinu zvířat nutí, aby dokončila životní cyklus velmi rychle. Biotické prostředí je však relativně jednoduché a tlak predátorů či potravních konkurentů je mnohem slabší než v teplejších oblastech. Proto také arktičtí živočichové v ochraně před predátory nevynikají a hůře odolávají nemocem a parazitům. Důležitým předpokladem přežití je víceletý životní cyklus. Řada zvířat přečkává zimu v hibernaci nebo migruje na dlouhé vzdálenosti. Obecně jsou arktičtí živočichové velmi citliví na změny způsobené klimatickými vlivy.

Genetická různorodost suchozemských živočichů je ovlivněna přítomností migračních bariér. Pro zvířata s omezenou pohyblivostí (např. lumíky) může i široká řeka tvořit hranici mezi poddruhy. Naopak zvířata mobilní (např. lišky) mají genetickou variabilitu velmi malou. Prozatím víme jen málo o schopnosti zvířat přizpůsobit se klimatickým změnám. Také znalosti o rozšíření druhů a hranicích jejich výskytu jsou nedostatečné. Avšak porovnání současných migračních cest karibu s historickými záznamy naznačuje, že ke změnám dochází.

Většina hmyzích populací žije jižně od hranice lesa. S posunem hranice se posouvá i území obývané hmyzem. Studie zabývající se vybranými druhy ptáků a motýlů naznačují, že druhy žijící v současné době jižněji jsou připraveny migrovat na sever. Na základě klimatického modelu lze předpokládat, že dramaticky ubude ptáků obývajících tundru, protože se část tundry přemění v lesotundru a další část bude zaplavena vodou stoupajícího moře.

Mikrobiální diverzita je těžko odhadnutelná. Arktická půda obsahuje velké zásoby mikro biální biomasy, ačkoliv její diverzita je nižší než v mírné či tropické oblasti a se zeměpisnou šířkou rychle klesá. Řada druhů bakterií a hub běžných v mírném pásu se v tundře nevyskytuje. Arktické mikroorganizmy jsou odolné vůči vymrzání a některé z nich metabolizují dokonce při teplotách až –39 °C. V zimním období je metabolická aktivita bakterií odpovědná asi za 50 % emisí CO2. Chladová odolnost je spojená s odolností vůči vysoušení. Mikroorganizmy jsou vysoce adaptivní. Tolerují většinu extrémních podmínek a díky rychlému životnímu cyklu se snadno přizpůsobují podmínkám novým. Asi jedno procento přírodních bakteriálních kmenů izolovaných v Arktidě vykazuje mutagenní změny. Vysoká rychlost mutací umožňuje vznik různých patogenních mikrobiálních typů, které mohou vyvolat epidemii. Předpokládá se, že v Arktidě budou mikroorganizmy rychle mutovat především kvůli zvyšujícím se dávkám UV-B záření a kvůli toxickým látkám, které se do Arktidy dostávají z mírné oblasti. Pravděpodobnost patogenních mutací sice není velká, ale jejich vznik může vést k rozsáhlým epidemiím.

Struktura a ekologické vazby arktického ekosystému

Změny klimatu pravděpodobně ovlivní tři významné prvky současných ekosystémů Arktidy: strukturu vegetace, potravní vztahy a bio-diverzitu. Vertikální struktura rostlinných společenstev a pokryvnost se mění od lesotundry, která se nachází na jižním okraji arktické oblasti a dosahuje výšky necelých 2 m, až po tundru s výškou do 5 cm a s pokryvností menší než 5 %. Dál na sever přechází tundra v polární poušť. Rostlinná společenstva konkrétních lokalit se postupně stěhují do severnějších oblastí. Satelitní snímky a původní obyvatelé Arktidy tento pohyb registrují.

Přidáme-li do půdy minerální živiny, zvýší se produktivita, výška i struktura arktických společenstev a zrychlí se koloběh organické hmoty. Vyprodukované biomasy může být více nebo méně – záleží na dávce hnojiva. V příští stovce let předpokládáme oteplení tundry o 2–4 °C. To bude mít na vegetaci menší vliv než zavlažování a hnojení. Účinek živin, teploty a závlahy se stupňuje se zeměpisnou šířkou – v nízké Arktidě je nejnižší, ve vysoké se projevuje výrazně. Na druhé straně desetiletý experiment v subarktické oblasti ukázal, že mechorosty a lišejníky svoji produkci naopak snižují. Ve vysoké Arktidě reaguje na zvýšení teploty velmi pozitivně především mikrofauna na povrchu půdy. Méně zřetelná je reakce mikrofauny pod povrchem půdy a ještě nezřetelnější u mikrofauny subarktické. Střídavé zamrzání a tání v jarním období zvyšují úmrtnost řady druhů. Arktičtí bezobratlí budou reagovat na oteplení velmi rychle a pozitivně. Dlouhodobé letní zahřívání o 2–4 °C oproti tomu nezpůsobilo významné změny ve složení mikrobiálních společenstev ani v mikrobiální produkci a v zásobě minerálních živin. Z toho vyplývá, že pouhé zvyšování teploty významně neovlivňuje obsah mikrobiálního uhlíku ani uvolňování živin v půdě. Také vyšší intenzita UV-B záření a vyšší koncentrace CO2 nezmění složení rostlinných společenstev. UV-B radiace však mění složení houbového společenstva.

Trofické vztahy v tundře a v subarktické leso-tundře jsou velmi jednoduché, protože býložravých hlodavců je jen několik málo druhů. Někteří z nich se pravidelně přemnožují a ovlivňují vývoj vegetace, její strukturu a diverzitu. Po přemnožení zpravidla následuje i zvýšení četnosti predátorů a parazitů. Naopak nedostatek drobných hlodavců v letním období vede k větší rostlinné produkci. Takto provázané trofické vztahy jsou velmi citlivé na klimatické změny. Například ledová zimní krusta brání lumíkům v přístupu k vegetaci, příliš hluboký sníh z nich pro změnu dělá snadnější kořist. V subarktickém lese žije několik druhů hmyzu, které se podobně jako drobní hlodavci cyklicky přemnožují. Mohou pak zdevastovat velké plochy březového porostu a hrát klíčovou úlohu ve struktuře a dynamice lesa.

V důsledku velmi pomalého rozkladu se v arktickém ekosystému hromadí organické látky a minerální živiny. Tyto živiny, především dusík a fosfor, často limitují rozvoj arktického ekosystému. Proto v současné době probíhá řada experimentů (teplotní manipulace, závlaha a manipulace se sněhovou pokrývkou), které mají odhadnout, do jaké míry klimatické změny ovlivní vztah mezi fixací uhlíku a omezením minerálními živinami. Jakékoli narušení ekosystému pravděpodobně zároveň zrychlí tok uhlíku a ostatních látek. Obnova po narušení je pak velmi pomalá. Jednotlivé rostlinné druhy mají vliv na tok látek ekosystémem, ale rychlost toku vzhledem ke klimatu a zdrojům je zatím neznámá, stejně jako vliv zvýšené koncentrace CO2 a UV záření na ekosystém. Předpokládá se, že nepřímý vliv CO2 a UV záření na úrovni ekosystému bude důležitější než změny na úrovni diverzity.

Nejdůležitější plyny v Arktidě jsou oxid uhličitý a metan. Jejich výměnu mezi ekosystémem a atmosférou zajišťují z poloviny rostliny a z poloviny půdní mikroorganizmy. Podmáčená tundra je důležitým dodavatelem CH4 do atmosféry, ale metan je aerobními procesy v půdě také spotřebováván. Za normálních okolností jsou produkce a spotřeba v rovnováze. Uvolňování metanu je ovlivněno složením vegetace a teplotou půdy. Silná sněhová pokrývka na začátku zimy, kdy ještě nepromrzla půda, vede k silné emisi metanu. Kromě metanu se v zimním období uvolňuje také N2O. Oba procesy jsou citlivé na případné zimní oteplování.

V Arktidě panují největší sezonní rozdíly v toku energie, neboť se mění albedo (množství odražené sluneční energie). V zimním období sníh většinu dopadající energie odráží, v létě naopak ekosystém většinu energie absorbuje. Výměnu vody a energie významně ovlivňuje vegetace. Cévnaté rostliny jsou odpovědné za většinu toku CO2, kdežto mechy se největší měrou podílejí na výparu vody. Velikost albeda v zimním období od tundry přes lesotundru k opadavému a jehličnatému lesu klesá. Keře a stromy zvyšují sněhovou pokrývku, která zase zvyšuje zimní teplotu půdy. Rostliny s velkou pokryvností a mechové koberce izolují půdu, a tím chrání permafrost před rozmrzáním.

Fyzikální a biologické procesy v Arktidě jsou provázané s procesy na celé planetě. Se změnou klimatu nejúže souvisí albedo, uvolňování nebo poutání skleníkových plynů a urychlování koloběhu vody. Všechny tyto faktory jsou závislé na rozložení vegetace, ale je těžké přesně předpovědět, jak se budou vyvíjet.

Poznámky

1) Na vzniku zprávy se podílelo asi 300 odborníků. Přispěli i specialisté z nearktických zemí – Velké Británie, Německa, Francie, Japonska, Nového Zélandu, Rakouska a České republiky (autor tohoto příspěvku). Zpráva byla roku 2005 publikována v Cambridži pod názvem Arctic Climate Impact Assessment. Evropská polární komise ji vyhodnotila jako nejlepší publikaci posledního pětiletého období (2000–2005).

Změny v důsledku globálního oteplování

Nejrychlejší změny v souvislosti s globálním oteplováním probíhají dnes v Arktidě. Během příštích sto let se zde dramaticky změní přírodní, sociální i ekonomické poměry. Probíhající a předpokládané změny můžeme shrnout do několika bodů:
  • V poslední dekádě 20. století rostla průměrná roční teplota v arktické oblasti dvakrát rychleji než ve zbytku světa. V důsledku toho odtávají ledovce, ubývá plocha mořského ledu a zkracuje se období, kdy je krajina pokryta sněhem.

  • Ústup zalednění a zkrácení doby sněhového pokryvu vedou k větší absorpci sluneční energie a oteplování se zrychluje. Zvýšené tání kontinentálních ledovců způsobuje vzestup hladiny světových oceánů. Následné zpomalení a změna cirkulace oceánských vodních mas ovlivňují lokální klima řady oblastí. Oteplování významně ovlivní produkci nebo absorpci skleníkových plynů půdou a vegetací na zemi i na dně mořských šelfů. Změny, ke kterým v populacích rostlin a živočichů dojde nebo již dochází, jsou podmíněny extrémními klimatickými událostmi, především v zimním období.

  • V důsledku oteplování se zvýší druhová diverzita a produktivita arktické oblasti. Většina druhů změní své rozšíření. Geneticky fixovaná přizpůsobení podmínkám prostředí budou vznikat mnohem vzácněji. Arktické vegetační stupně se posunou na sever a do vyšších nadmořských výšek. Značnou část tundry nahradí les a polární poušť nahradí tundra. Produktivnější rostlinná společenstva budou vázat více atmosférického uhlíku. Větší rozlohy vegetace pohltí více sluneční energie, což povede k ještě většímu oteplování. Do vybraných oblastí se rozšíří zemědělství. V některých případech budou stěhování druhů bránit různé geografické bariéry. Citlivé druhy mechorostů a lišejníků mohou vyhynout.

  • Oteplování a vysušování některých oblastí Arktidy přispěje ke změnám v cirkulaci uhlíku. V minulosti se uhlík ukládal v rostlinné biomase hromaděné v permafrostu. Nyní se opět začíná uvolňovat do atmosféry. I když mnohá místa stále slouží jako úložiště uhlíku, jejich rozloha klesá a poměr mezi ukládáním a uvolňováním se postupně mění. Proces se však zatím měří pouze na několika lokalitách, takže získané výsledky jsou jen hrubým odhadem. Je proto obtížné předpovědět, zda bude arktická oblast v budoucnu uhlík uvolňovat, nebo naopak ukládat. Současné modely naznačují, že bude uhlík spíš zadržovat, protože do severnějších oblastí proniknou produktivnější rostlinná společenstva. To jsou ale jen domněnky.

  • Změní se diverzita i areál rozšíření mnoha živočišných druhů. S redukcí mořského zalednění dramaticky ubude míst, kde mohou žít lední medvědi, tuleni a ptáci vázaní na výskyt mořského ledu. Sobům, losům a dalším býložravcům se změní pastevní podmínky i místa, kde rodí a vyvádějí mláďata. To přispěje ke změnám jejich migračních cest. Do arktických oblastí se budou šířit nové druhy (a s nimi také infekční choroby). Posun diverzity vystaví arktické druhy silnější konkurenci.

  • Některé pobřežní lokality budou čelit silným bouřkám a vlnobitím. Spolu se stoupající mořskou hladinou způsobí intenzivní erozi mořského pobřeží. Permafrost těchto oblastí bude tát, což přispěje k technickým a geomorfologickým problémům. Rozloha přímořských mokřadů se bude rozšiřovat. Častěji se vyskytnou různé kalamity – velkoplošné požáry nebo invaze a přemnožení různých rostlinných a živočišných druhů.

  • Na rostliny, živočichy i lidi žijící v Arktidě budou působit zvýšené dávky UV záření. Stratosférická ozonová vrstva nad Arktidou se v příštích dekádách významně nezmění. Dávky UV záření budou stejné jako nyní. Zvýšené dávky UV-B záření sice působí na metabolické procesy probíhající v rostlinných tkáních jen minimálně, ale v dlouhém časovém období mohou zpomalit koloběh minerálních látek a snížit rostlinnou produkci. Mohou poškozovat především dílčí procesy ve fotosyntéze a také zárodečná stadia některých živočichů. Největší nebezpečí ozáření vysokými dávkami UV-B vzniká v jarním období. Víme, že lidé v Arktidě jsou dnes vystaveni asi o 30 % vyšším dávkám UV záření než předešlé generace. To může vyvolávat zdravotní potíže.

  • Spolu s oteplováním působí na ekosystémy Arktidy řada přidružených ekologických faktorů (znečišťování chemickými látkami, intenzivní rybářský průmysl, zvýšené užívání půdy pro zemědělské a průmyslové účely, růst lidské populace), které vyvolávají stres v populacích rostlin a živočichů. Stresová zátěž může dosáhnout úrovně, která sníží jejich početnost, v krajním případě zaviní jejich vyhynutí.

  • Ústup mořského ledu usnadní námořní dopravu a zpřístupní některé zdroje surovin. Transarktická lodní cesta bude otevřena po delší období a provoz pravděpodobně výrazně zhoustne. Těžba ropy a zemního plynu se rozšíří do nových částí Arktidy. Tání permafrostu naruší některé tradiční transportní koridory (cesty po zamrzlých vodních plochách a v zamrzlé tundře, dálkové ropovody a plynovody, letištní plochy atd.) a změní vodní a odtokové poměry rozsáhlých oblastí.

  • Změny zasáhnou do tradičního způsobu života původních obyvatel.

Adaptace organizmů na život v Arktidě

Odledněná terestrická území Arktidy jsou mladá. Jen nepatrný zlomek organizmů – tzv. endemiti – přežil zalednění na vrcholcích (nunatacích) jinak zaledněných pohoří. Ostatní druhy se stěhují za stále ustupujícím zaledněním. Odledněná území jsou však velmi specifická a organizmy se jim musí přizpůsobovat. Flóra arktické oblasti (kryoflóra) se většinou rekrutuje z rostlinných čeledí mírného pásma, především z vysokohorské květeny. Nadzemní i podzemní části rostlin tvoří tenkou vrstvu, která využívá příznivější mikroklima terénních nerovností. V aktivní vrstvě půdy probíhají mineralizační procesy jen velmi omezeně. Nedostatek minerálních živin (N, P, K, Ca ad.) je častý. Vodní eroze v době tání sněhu narušuje povrch půdy a poškozuje rostliny. Uvedeným stresovým faktorům lépe odolávají kryptogamy (mechorosty, lišejníky, řasy a sinice), které jsou do značné míry ekologickými oportunisty. V arktické oblasti jsou nejhojnější vytrvalé jednoděložné cévnaté rostliny (traviny a nízké keře), které tvoří květní pupeny v předešlé vegetační sezoně, jsou větrosnubné nebo se samy opylují, mají zvýšený počet chromozomů (polyplodii), vegetativně se rozmnožují a jsou viviparní (schopné klíčit již na mateřské rostlině).

Na konci třetihor žilo v travnaté tundře mnoho velkých savců a ptáků, kteří však během rozsáhlého zalednění na konci čtvrtohor vyhynuli. Současná fauna se rozšířila do arktické oblasti až po tomto zalednění a její vývoj ovlivnila řada chladnějších period. Neznáme jediného savce, který by žil v alpínské oblasti a zároveň v Arktidě.

Existuje však několik takových druhů ptáků a chladnokrevných obratlovců.

V dlouhodobě teplotně stabilním prostředí polárních oceánů, moří a některých sladkovodních jezer měly organizmy dostatek času přizpůsobit se nízkým teplotám – nazýváme je stenotermní nebo psychrofilní. Metabolická aktivita mnoha z nich je nejvyšší při teplotách –2 až +3 °C, avšak výkyvy teplot přes 10 °C jsou pro ně většinou smrtelné. Naopak v terestrickém prostředí organizmy neměly dost času, aby si vytvořily speciální adaptace na nízkou teplotu (zalednění oblasti více-méně přerušilo evoluci). Proto tu žijí druhy s širokou teplotní tolerancí (eurytermní nebo mesofilní). Nízké teploty pro ně nejsou optimální a nejvyšší metabolické aktivity dosahují obvykle při teplotách přes 20 °C. Často jedinými producenty organické hmoty v extrémně chladných podmínkách jsou sinice a řasy. To jim umožňují následující adaptace:

  • S klesající teplotou rychleji klesá respirační aktivita než fotosyntéza, což vede k pozitivní bilanci v hromadění organického uhlíku.

  • Současně se zvyšuje aktivita enzymu RUBISCO, ostatních enzymů Calvinova cyklu a koncentrace fotosyntetických pigmentů. Vzniká větší množství buněčné biomasy, především buněčných bílkovin a tuků.

  • Mění se složení a propustnost buněčných membrán. Zvyšuje se zastoupení nenasycených mastných kyselin, zkracuje se jejich délka a mění se složení fosfolipidů a sterolů. To vede k větší propustnosti membrán a k snadnější výměně látek mezi vnějším a vnitřním prostředím buňky.

Ryby žijící v podmínkách polárních oceánů a moří produkují látky (glykoproteiny, polyhydrické alkoholy), které z jejich tělních tekutin dělají nemrznoucí směs – zabraňují vzniku krystalů.

Poznatky o fyziologických adaptacích na nízkou teplotu se úspěšně využívají v komerční sféře. Speciální prací přípravky pro studenou vodu využívají princip enzymatických štěpných reakcí popsaných u mikroorganizmů z polárních oblastí. Běžně užívanou metodoU se stává také implantace genů odpovědných za rezistenci vůči nízkým teplotám a vymrzání.

Ke stažení

OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Klimatologie

O autorovi

Josef Elster

Doc. Ing. Josef Elster, CSc., (*1958) vystudoval Vysokou školu zemědělskou v Českých Budějovicích. V Centru polární ekologie na Přírodovědecké fakultě Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích a v Botanickém ústavu AV ČR, v. v. i., v Třeboni se zabývá ekologií a ekofyziologií sinic a řas polárních oblastí. Podílel se na projektu založení vědecké infrastruktury Masarykovy univerzity v Antarktidě a byl pověřen založením české arktické vědecké infrastruktury „Stanice Josefa Svobody“ na Svalbardu.
Elster Josef

Doporučujeme

Tajemná sůva šumavská

Tajemná sůva šumavská

Jan Andreska  |  17. 12. 2017
Byl vyhuben a vrátil se. Na Šumavu lidskou snahou a do Beskyd vlastním přičiněním. Puštík bělavý teď žije opět s námi, ale ohrožení trvá.
Hmyz jako dokonalý létací stroj

Hmyz jako dokonalý létací stroj

Rudolf Dvořák  |  4. 12. 2017
Hmyz patří k nejdokonalejším a nejstarším letcům naší planety. Jeho letové schopnosti se vyvíjely přes 300 milionů let a předčí dovednosti všech...
Hranice svobody

Hranice svobody uzamčeno

Stefan Segi  |  4. 12. 2017
Podle listiny základních práv a svobod, která je integrovaná i v Ústavě ČR, jsou „svoboda projevu a právo na informace zaručeny“ a „cenzura je...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné