Houby v zimním lese

Při vstupu do lesa často zvedáme zrak ke korunám stromů. Ale nejen tam. Zástupy houbařů obracejí oči spíše k zemi, a když mají štěstí, vytahují po chvíli z půdy první úlovky. Málokoho při tom napadne, jak neuvěřitelně pestrý a rozmanitý svět se v půdě ukrývá – je to svět bakterií a hub, o nichž jsme donedávna mnoho nevěděli. V jediném gramu půdy se vyskytuje až několik desítek tisíc druhů bakterií a několik set až tisíců druhů hub. Ty sehrávají v půdě velmi důležitou roli. Podílejí se například na rozkladu organické hmoty, která se do půdy dostává mnoha cestami a která by se bez jejich přičinění hromadila a zůstala pro rostliny a živočichy z velké části nevyužita.

Stromy a další rostliny v lese vytvářejí organické sloučeniny při fotosyntéze a do půdy je transportují svými kořeny. Vedle toho přichází značné množství organické hmoty do lesních půd i z odumřelých částí rostlin ve formě tzv. opadu – tedy například opadaného listí a jehličí. Lesní půdy proto představují celosvětově obrovskou zásobárnu uhlíku, jež poskytuje obživu půdním mikroorganismům. Zvláště zdatné jsou v čerpání organických látek z půdy houby. Předurčuje je k tomu vláknitá struktura, díky které dosáhnou i na velmi nerovnoměrně rozmístěné zdroje živin.

Aktivita půdních mikroorganismů významně rozhoduje o tom, zda se organická hmota v lesních půdách hromadí nebo rozkládá za vzniku oxidu uhličitého, metanu a dalších plynů, jež pak unikají z půdy do ovzduší. Vzhledem k tomu, že jak oxid uhličitý, tak i metan patří k důležitým skleníkovým plynům, je otázka aktivity půdních mikroorganismů velmi závažná s ohledem na důsledky předpokládaných budoucích změn klimatu. Při nízké úrovni rozkladu organické hmoty se bude uhlík v půdě akumulovat a lesní půdy tak zmírní nárůst koncentrace skleníkových plynů v atmosféře. Pokud nabude aktivita půdních enzymů na intenzitě, uvolní se CO₂, metan a další skleníkové plyny z půdy se všemi negativními důsledky. Abychom poznali, co nás čeká, nastanou- -li předpokládané změny globálního klimatu, potřebujeme vědět, jak na ně půdní houby a bakterie zareagují. To je důvod, proč je nutné půdní mikroorganismy poznat a zjistit, které z nich jsou pro přeměnu organických látek v půdě rozhodující.

Výzkum, který probíhal v Mikrobiologickém ústavu Akademie věd ČR, se soustředil na půdy horských smrčin. Tyto porosty jsou velmi blízké severským jehličnatým lesům (tajze), které pokrývají rozsáhlé oblasti a mají na pozemské klima dalekosáhlý vliv.

Každý, kdo chce postihnout aktivitu půdních mikroorganismů, se musí vypořádat s několika problémy. Prvním je inventarizace mikroorganismů, které se v půdě nacházejí. Druhým je odlišení těch aktivních od neaktivních, tedy těch, které v půdě například jen přežívají ve formě spór a půdních procesů se neúčastní. Další významný faktor představuje střídání ročních dob. V létě stromy fotosyntetizují, produkty jejich fotosyntézy jsou vedeny do kořenů a jsou vylučovány do půdy (obr. 1). Mikroorganismy v půdě – zejména mykorhizní houby, žijící v symbióze s kořeny – tak mají zajištěn stálý přísun organických látek. Odhaduje se, že v jehličnatých lesích je půdními mikroorganismy spotřebováno více než 20 % fotosyntetické produkce stromů. Za nízkých zimních teplot však fotosyntéza neprobíhá a tok uhlíkatých látek do půdy se zastaví. Jediným zdrojem pro metabolismus půdních mikroorganismů tak zůstává rozklad organických látek v opadu a půdě. Přesto mnohé mikroorganismy ani v teplotách těsně nad bodem mrazu, jaké pod sněhovou pokrývkou panují, nepolevují ve své aktivitě.

Druhové spektrum půdních mikroorganismů je možné stanovit analýzami DNA, zatímco aktivní mikroorganismy lze poznat při sekvenaci ribonukleové kyseliny – RNA (viz rámeček). Abychom zjistili, které skupiny hub jsou aktivní v zimním období s převažujícím rozkladem organické hmoty, porovnávali jsme sekvence DNA a RNA v půdách pod čerstvou sněhovou pokrývkou. Analyzovali jsme jednak vrstvu opadu bohatou na živiny a organické látky, jednak půdu, kde je vyšší obsah minerálů a méně dostupných živin (obr. 2). Při analýze bylo celkem „přečteno“ více než 400 000 sekvencí DNA či RNA. Naše výsledky ukázaly, že v půdách horských smrčin lze identifikovat více než 1500 druhů hub. Kupodivu druhové bohatství aktivních hub není o mnoho nižší než celková diverzita všech druhů, což svědčí o tom, že většina druhů je metabolicky aktivních. Míra této aktivity se však výrazně liší: řada druhů s vysokou početností je v zimním období velmi málo aktivní a naopak mnoho druhů, jejichž genetická informace je vzácná, je vysoce aktivní. Pokud rozdělíme druhy do skupin podle typu výživy (obr. 3), zjistíme, že v horských smrčinách převládají houby symbiotické s kořeny smrku a dalších rostlin – mykorhizní. V zimním období, kdy se mykorhizní houby musí vyrovnat s výpadkem zdrojů živin z fotosyntézy, jsou však v aktivní části společenstva více zastoupeny ty druhy, které se živí jako rozkladači organické hmoty (saprotrofové), popřípadě parazité. Společenstvo hub je navíc výrazně specifické pro jednotlivé půdní horizonty: pouze 40 % druhů má srovnatelnou početnost v opadovém horizontu i v půdě, zatímco 60 % druhů se vyskytuje pouze anebo převážně v jednom z obou horizontů. Pravděpodobnou příčinou těchto rozdílů je obsah a chemická forma živin v jednotlivých horizontech.

Ty druhy mikroorganismů, které jsou silně aktivní v půdě během zimního období, jsou pravděpodobně klíčové pro rozklad organické hmoty v půdě, a tedy i pro vývoj půdy pod vlivem globálních změn klimatu. Jejich dalším studiem bude možné zjistit, jak v budoucnu zareagují na globální klimatické změny – ať už se to bude týkat zvýšení či snížení teplot, srážek nebo koncentrace CO₂ ve vzduchu. A to nám napoví, jestli nás houby z horských lesů budou před důsledky klimatických změn chránit, nebo nám „zatopí“.

Tato práce byla podpořena Grantovou agenturou České republiky (526/08/0751).