Jezera ostrova Jamese Rosse

Česká vědecká základna Johana Gregora Mendela (spravovaná Masarykovou univerzitou v Brně, viz rámeček 2 u článku Vesmír 91, 426, 2012/7) se nachází na ostrově Jamese Rosse. Leží na místě pro biology a ekology mimořádně zajímavém – na hranici mezi dvěma hlavními biogeografickými oblastmi Antarktidy (přímořskou a kontinentální). Na rozdíl od typické přímořské Antarktidy (představované například souostrovím Jižní Shetlandy) zde panuje chladnější a sušší klima. Nenajdeme tu již vyšší rostliny a primárními producenty jsou pouze sinice, řasy, mechorosty a lišejníky. Na druhou stranu ale zdejší podmínky nejsou zdaleka tak extrémní jako ve vnitrozemí Antarktidy. Na poloostrově Ulu v severní části ostrova se nachází rozsáhlé odledněné území o rozloze více než 100 km², které představuje unikátní „laboratoř“ pro nejrůznější ekologické studie. Naše pozornost se v rámci expedic v letech 2008 a 2009 zaměřila právě na průzkum sladkovodních jezer.

Vzhledem k vývoji zalednění s opětovnými ústupy a postupy ledovců v průběhu holocénu a k poměrně pestrému charakteru podloží (viz článek na Vesmír 91, 426, 2012/7) vznikla na ostrově Jamese Rosse unikátní mozaika ledovcových jezer, která se liší stářím, tvarem, fyzikálně- chemickými podmínkami a také organismy, které je obývají. Nejbližší významné jezerní oblasti jsou vzdálené stovky kilometrů buď v podstatně mírnějších podmínkách přímořské Antarktidy (například na ostrově Livingston v souostroví Jižní Shetlandy), či tisíce kilometrů v kontinentální Antarktidě (např. Schirmacherova oáza nebo oblast Dry Valleys nedaleko americké základny McMurdo).

Předpokládáme, že jezera v severní části ostrova Jamese Rosse jsou z geologického hlediska poměrně mladá. Nejstarší z nich vznikla počátkem holocénu, kdy ledovce rychle ustupovaly. Jsou to mělká jezera, která najdeme na vyzdvižených mořských terasách v těsné blízkosti mořského pobřeží či na výše položených plošinách dále ve vnitrozemí. V krátkém antarktickém létě obvykle rozmrzají a za jasných dní může ve velmi mělkých jezerech teplota vody překročit 10 °C. To poskytuje příznivé podmínky pro rozvoj sinic a řas, na něž jsou vázáni bezobratlí živočichové. Na druhou stranu to způsobuje výrazné cirkadiánní kolísání teploty. Častá jsou rovněž několikadenní období chladného počasí, kdy může jezero uprostřed letního období dočasně zamrznout. Organismy zde žijící se proto musí umět vyrovnat s náhlými změnami podmínek.

Další kategorií jezer jsou hluboká karová jezera, která důvěrně známe i z evropských pohoří. Na ostrově Jamese Rosse patří mezi mladá jezera, neboť vznikla až s ústupem ledovců po skončení malé doby ledové. Najdeme je ve vyšších nadmořských výškách a obvykle zůstávají celoročně zamrzlá. Podmínky v nich se proto výrazně liší od mělkých jezer. Teplota vody je velmi stabilní a nepřekračuje 1 °C. Pro život fotosyntetizujících organismů je navíc podstatné, že průnik světla do vodního sloupce výrazně zeslabuje až dvoumetrová vrstva ledu. Podmínky v těchto jezerech se nejvíce podobají extrémním podmínkám trvale zamrzlých jezer kontinentální Antarktidy.

Nejpočetnějším a také nejméně stabilním typem jezer na poloostrově Ulu jsou zahloubená jezera, která vznikla selektivním táním na povrchu ledovců. Takto vytvořené „kotlíky“ zaplněné tající vodou jsou staré obvykle pouhých několik desetiletí. Některé poměrně nedávno zanikly velmi rychlým odvodněním po protržení jejich ledových stěn. Jejich strmé ledové stěny jsou pokryté tenkou vrstvou velmi nestabilní sutě. Jezerní voda je málo průhledná, neboť obsahuje velké množství prachu (ledovcovou moučku), který vzniká ledovcovou erozí hornin. Podmínky pro život litorálních i planktonních organismů jsou tedy velmi nepříznivé.

Pro antarktická jezera jsou charakteristické poměrně jednoduché potravní sítě. Na rozdíl od Arktidy zde chybějí ryby a s výjimkou nejextrémnějších lokalit, kde najdeme pouze mikroorganismy a vířníky, zaujímají jejich místo na vrcholu potravní pyramidy korýši. Na ostrově Jamese Rosse najdeme běžně dva druhy – vznášivku Boeckella poppei a největšího sladkovodního živočicha Antarktidy, žábronožku Branchinecta gaini. Oba se vyskytují v celé oblasti Antarktického poloostrova a také na jihoamerickém kontinentě, odkud se do Antarktidy rozšířily během holocénu. Zajímavé informace o průběhu jejich šíření přes Drakeův průliv a o míře izolovanosti antarktických populací jistě zanedlouho přinesou molekulární analýzy.

Ale vraťme se k mikroorganismům, konkrétně k sinicím a řasám, které tvoří základ jezerních biocenóz. Pravděpodobně díky jednodušší stavbě buněk a lepším schopnostem přizpůsobit se extrémním podmínkám prostředí jsou dominantními primárními producenty v antarktických jezerech obvykle sinice. Doprovázejí je eukaryotické řasy z různých skupin, nejčastěji rozsivky a zelené řasy. I laika upoutá velká barevná a tvarová rozmanitost nárostů v jezerech s velmi podobnými podmínkami prostředí. Může za ni pravděpodobně jakési „dědictví“, kdy současný stav odráží druhové složení prvních kolonizátorů.

V letním období se v litorálu mělkých jezer vyvíjejí druhově bohatá společenstva ve formě povlaků mocných až několik centimetrů, často s výraznou zonací. Dominantními rody jsou nejčastěji Phormidium, Leptolyngbya, Calothrix a další. Výsledkem první rozsáhlejší studie, která se věnovala sinicím v jezerech, mělkých mokřadech a na dalších typech lokalit v blízkosti české vědecké stanice, byl nález několika desítek morfotypů vláknitých i kokálních sinic. Většina z nich je považována za druhy endemické pro antarktickou oblast, což u některých potvrdily i molekulární studie. Mnoho druhů má navíc poměrně úzce vymezené ekologické nároky a je vázáno pouze na určitý speciální typ prostředí. Zajímavá je například vláknitá sinice Leptolyngbya antarctica. Je známa ze dna trvale zamrzlých jezer kontinentální Antarktidy, kde často tvoří mohutné nárosty s charakteristickou strukturou. Již v šedesátých letech minulého století ji studoval náš přední odborník na taxonomii sinic Jiří Komárek ve vzorcích, které tehdy ze Schirmacherovy oázy přivezl astronom Antonín Mrkos.

Další důležitou skupinou primárních producentů v antarktických jezerech a v polárních oblastech obecně jsou rozsivky. Vyznačují se odolnými křemičitými schránkami s velkým množstvím taxonomických znaků. Specifické ekologické nároky jednotlivých druhů z nich činí velmi dobrý nástroj při studiu dopadu změn prostředí na sladkovodní ekosystémy. Rozsivky jsou v jezerech na ostrově Jamese Rosse nejrozmanitější skupinou řas – dosud zde bylo nalezeno přes 100 druhů a z nich několik nových (například Luticola desmetii nebo Luticola tomsui). Podobně jako u sinic je velký podíl z nalezených druhů endemických pro Antarktidu, či dokonce pro jednu z antarktických biogeografických oblastí. U rozsivek jsou však zatím k dispozici hlavně morfologická data. Teprve molekulární studie mohou přinést detailnější informace o míře izolovanosti antarktických kmenů. Každopádně i druhové složení rozsivek ukazuje na přechodný charakter ostrova Jamese Rosse, o čemž svědčí menší diverzita skupiny ve srovnání s přímořskou Antarktidou a současně přítomnost některých druhů, které jsou vázané na kontinentální Antarktidu.

Antarktická jezera jsou v mnoha ohledech unikátní a představují jedinečnou příležitost pro studium ekologie a evoluce organismů v extrémních podmínkách. Současně se ale ukazuje, že jde o velmi křehké ekosystémy, které rychle reagují na změny prostředí. Jedinečný pohled do minulosti jezerních ekosystémů poskytují vrtná jádra získaná ze dna jezer. Umožňují sledovat, jak se změny podmínek během holocénu odrazily na chemických vlastnostech, produktivitě i osídlení jezer.

A jak je to s vlivem změn současných? Oblast Antarktického poloostrova je v posledních 50 letech objektivně jednou z nejrychleji se oteplujících oblastí na Zemi. Svědčí o tom mimo jiné i rychlý ústup šelfových ledovců (viz článek Vesmír 91, 426, 2012/7). Dlouhodobé sledování jezer je finančně i logisticky velmi náročné, a proto existuje pouze malé množství přímých dokladů o změnách souvisejících s vývojem současného klimatu.

Výjimkou je tradiční výzkumná lokalita britských limnologů – ostrov Signy, který leží v přímořské Antarktidě.

Pravidelný monitoring, zahájený na začátku osmdesátých let 20. století, ukázal, jakým způsobem se vzestup teploty vzduchu odrazil na základní charakteristice jezer. A dopad to byl poměrně zásadní. Průměrná roční teplota jezerní vody vzrostla v letech 1980– 1995 o 0,9 °C, o dva měsíce se prodloužilo letní období bez ledové pokrývky, zvýšila se koncentrace živin a čtyřnásobně vzrostla koncentrace chlorofylu a, která je měřítkem množství biomasy sinic a řas. Výsledkem tedy byla komplexní změna fungování jezerních ekosystémů. Nelze předpokládat, že trendy pozorované na ostrově Signy se jezerům na ostrově Jamese Rosse vyhnou. Znalost současného stavu antarktických jezer a jejich vývoje v minulosti je proto klíčová pro podchycení budoucích změn způsobených klimatickým vývojem oblasti.