i

Aktuální číslo:

2020/2

Téma měsíce:

Houby

Celosvětový atlas výskytu hub

 |  3. 2. 2020
 |  Vesmír 99, 84, 2020/2
 |  Téma: Houby

Houby hrají zásadní roli ve fungování naprosté většiny terestrických ekosystémů. Jak změna prostředí, např. klimatu, ovlivní jejich biogeografii? A jaké důsledky by mohla tato změna mít pro naši společnost?

Pravděpodobně nejznámější je nenahraditelný podíl hub na rozkladu organické hmoty (ať už rostlinné, nebo živočišné), což z nich činí důležité hráče v globálním koloběhu uhlíku i ostatních prvků. Významná je také role hub jako symbiotických organismů. Většina vyšších rostlin (přibližně 80 % druhů včetně většiny dřevin a zemědělských plodin) přijímá velkou část minerálních živin a vody prostřednictvím mykorhizních hub, žijících v symbióze s kořeny. Rostliny jim na oplátku poskytují organické látky, které tvoří při fotosyntéze. Mykorhizní houby také pomáhají lesním stromům ukládat uhlík z atmosféry do půdy. Na druhou stranu řada druhů hub patří mezi patogeny rostlin a způsobují velké ztráty v celosvětové produkci potravin i v lesním hospodářství. Rovnováha mezi patogenními a mykorhizními houbami tedy významně ovlivňuje jak zemědělskou produkci, tak složení většiny rostlinných společenstev.

Řadu houbových biochemických procesů lidstvo využívá k výrobě potravin, léčiv, biopaliv a dalších komodit. Velká diverzita hub, u nichž se počet druhů na Zemi odhaduje na 2–4 miliony, skrývá v tomto ohledu ohromný, dosud nevyužitý potenciál.

Je proto prvořadým cílem současného výzkumu pochopit, jaké faktory ovlivňují globální diverzitu hub, globální rozšíření významných funkčních skupin i jednotlivých druhů.

Pokud se řekne houba, většině Čechů se pravděpodobně vybaví nějaký pěkný hříbek, za kterým se v průběhu houbařské sezony vydáváme do lesa. I když jsme často překvapeni pestrostí plodnic, které v lesích rostou, touto představou bychom druhovou pestrost hub jen těžko pokryli. Je to zejména proto, že většina druhů žije skrytě, například v půdě, a plodnice tvoří buď pod zemí, nebo vůbec.

Genetické čárové kódy

Lokální diverzita hub bývá mnohdy ohromující, v jednom gramu půdy se může najednou vyskytovat několik set druhů. Naprostá většina z této druhové bohatosti však zůstávala donedávna člověku skryta. Zlom přineslo až zavedení molekulárních metod detekce organismů, a především moderních metod masivního paralelního sekvenování (High Througput Sequencing, HTS), při kterém se k určování druhů využívá sekvenace ribozomální DNA získané ze studovaného vzorku.

Geneticky variabilní oblast ribozomální DNA si můžeme představit jako specifický čárový kód, jehož vzor je pro každý druh unikátní. Díky těmto metodám je v dnešní době možné a finančně dostupné získat téměř kompletní seznam druhů hub vyskytujících se v určitém vzorku půdy či v jiném substrátu, který je houbami kolonizován (listy či kořeny rostlin, sediment či voda z řek a jezer, lesní opad či tlející dřevo). Za poslední desetiletí tak vědci z různých koutů světa obohatili současné znalosti o rozšíření hub a jejich ekologii v širokém spektru ekosystémů.

Hromadění sekvenačních dat ze studií využívajících metody HTS však nabízí potenciál k ještě zajímavějšímu výzkumu. Díky relativně jednotné metodice, kterou většina vědeckých skupin po celém světě využívá, se nabízí možnost tato data sjednotit, a tím vytvořit bezprecedentní soubor údajů o globálním výskytu jednotlivých druhů. Každá sekvence funguje jako pozorování daného druhu houby v dané lokalitě a za daných podmínek, jejich souhrn tedy umožňuje vytvořit celosvětový atlas rozšíření hub. Právě této snaze se v posledních letech za podpory Grantové agentury ČR věnuje naše Laboratoř environmentální mikrobiologie Mikrobiologického ústavu AV ČR.

Metaanalýza

Na základě podrobné rešerše publikovaných vědeckých prací jsme vybrali téměř sedm desítek studií, které využily metod HTS k popisu složení společenstev hub v půdách řady ekosystémů v různých částech světa. Celkem se podařilo shromáždit údaje z tří tisíc vzorků obsahujících více než 66 milionů sekvencí, tedy jednotlivých údajů o výskytu konkrétního druhu houby v konkrétní lokalitě. Většina z těchto vzorků pochází z lesních ekosystémů, významný podíl však náleží i vzorkům z pouštních, travinných a křovištních oblastí. Zastoupeny jsou vzorky od tropů až po severské oblasti tundry (obr. 2).

Tento soubor dat jsme využili k zodpovězení několika základních otázek o výsyktu hub na Zemi: Jak je výskyt nejběžnějších druhů a nejdůležitějších ekologických skupin hub (např. patogenních, saprotrofních, mykorhizních) ovlivněn podmínkami prostředí? Jaké jsou globální trendy druhové diverzity hub? A kde je možné očekávat její nejvyšší hodnoty?

Výsledky ukazují, že na rozšíření jednotlivých druhů mají zdaleka největší vliv klimatické faktory (reprezentované jak teplotou, tak srážkami), dále půdní chemismus a produktivita vegetace (obr. 3). V rámci klimatických parametrů hraje větší roli teplota, ačkoli vliv srážek je rovněž významný. Vezmeme-li v úvahu probíhající změny klimatu a jejich předpokládaný vývoj, je zřejmé, že rozšíření většiny druhů hub bude v budoucnu procházet významnými změnami, které zatím nejsme schopni plně předpovídat. Základní problém spočívá v odlišném vlivu klimatu na rozšíření různých druhů. Je velmi pravděpodobné, že houby reagují i na jednotlivé klimatické extrémy, například dlouhá období sucha.

Patogeny ve výhodě

Podstatně znepokojivější obrázek nabízejí údaje o vlivu klimatu na výskyt různých ekologických skupin hub. Ukazuje se, že výskyt mykorhizních druhů, které zprostředkovávají příjem minerálních živin většiny rostlin a zvyšují odolnost svých hostitelů proti abiotickému stresu i proti patogenům, je obvykle omezen na úzké rozmezí klimatických podmínek, ať už teplotních, či srážkových. Jiné skupiny včetně patogenních druhů mají k teplotě a množství srážek daleko větší toleranci (obr. 4). Zatímco u 453 nejběžnějších druhů mykorhizních hub je obvyklé rozmezí průměrných ročních teplot, které tolerují, zhruba 5 °C, mezi 160 druhy rostlinných patogenů je to 9 °C.

V přirozených podmínkách jsou růst rostlin a složení vegetace řízeny vyváženým vlivem mykorhizních a patogenních hub. Patogenní houby negativně ovlivňují růst napadených rostlin, zatímco mykorhizní houby přispívají nejen k příjmu živin rostlinami, ale zprostředkovávají i propojení rostlin společným mykorhizním myceliem, skrze které si rostliny mohou vyměňovat živiny či informace o napadení patogeny, a tím zvyšovat obranyschopnost celého rostlinného společenstva. V případě, že se poměr zastoupení patogenních a mykorhizních hub kvůli klimatickým změnám posune směrem k první skupině, může dojít k ohrožení řady zemědělských plodin i hospodářsky významných dřevin. Lze tedy bohužel očekávat, že např. kůrovcové kalamity či jiná velkoplošná odumírání porostů nebo zemědělských kultur budou stále častější.

Další překvapivé závěry výzkumu nabízí identifikace oblastí s nejvyšší biodiverzitou hub. Jedno z učebnicových pravidel současné ekologie říká, že nejvyšší počet druhů se nachází v rovníkových oblastech, odkud se směrem k pólům snižuje. Negativní závislost diverzity a vzdálenosti od rovníku byla popsána na řadě skupin živočichů i rostlin a díky silné vazbě řady druhů hub na rostliny se v minulosti usuzovalo, že diverzita hub by mohla úzce sledovat druhové bohatství rostlin. Až donedávna však nebylo o diverzitě mikroorganismů, bakterií a hub prakticky nic určitého známo. Naše výsledky ukazují, že řada hub je kosmopolitních, díky snadnému šíření spor rostou po celé Zemi všude tam, kde nacházejí vhodné klimatické podmínky, a rozdělení do biogeografických zón pro ně neplatí. Na rozdíl od rostlin či živočichů není druhová bohatost hub v tropech nikterak vysoká, v řadě tropických oblastí je tomu spíše naopak: druhově nejchudší oblasti jsme identifikovali právě v rovníkových oblastech. Na druhou stranu se zdá, že v mírných oblastech diverzita hub významně kolísá mezi různými regiony, přičemž nejvyšší diverzity dosahují houby spíše ve vyšších zeměpisných šířkách (obr. 5).

Výsledky naší studie jasně ukazují na význam klimatu pro rozšíření hub na naší planetě. V současné době se často probírá téma přizpůsobení plodin či lesních porostů budoucímu klimatu, například přechodem na pěstování rostlin tolerujících vyšší teploty či sucho. Zdá se, že symbiotické mykorhizní houby jsou další významnou skupinou organismů, která může být změnami klimatu ohrožena, a jejich ekologii by proto měla být věnována zvýšená pozornost. Naše práce také ukazuje na důležitost globalizace výzkumu, sdílení dat a jejich opětovného využití. Právě díky těmto faktorům se podařilo odhalit vztahy mezi houbami a jejich prostředím.

Literatura

Větrovský T. et al.: A meta-analysis of global fungal distribution reveals climate-driven patterns. Nature Communications 10, 5142, 2019, DOI: 10.1038/s41467-019-13164-8.

Nilsson R. H. et al.: Mycobiome diversity: high-throughput sequencing and identification of fungi. Nature Reviews Microbiology 17, 95–109, 2019, DOI: 10.1038/s41579-018-0116-y.

Clemmensen K. E. et al.: Roots and Associated Fungi Drive Long-Term Carbon Sequestration in Boreal Forest. Science 339, 1615–1618, 2013, DOI: 10.1126/science.1231923.

Peay K. G. et al.: Dimensions of biodiversity in the Earth mycobiome. Nature Reviews Microbiology 14, 434–447, 2016, DOI: 10.1038/nrmicro.2016.59.

Ke stažení

TÉMA MĚSÍCE: Houby
OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Mykologie

O autorech

Tomáš Větrovský

Petr Kohout

Petr Baldrian

Další články k tématu

Plísně a vínouzamčeno

Plíseň na potravinách – to bývá špatné znamení. Předzvěst zkázy, nechutných pachů a zdraví škodlivých látek, mykotoxinů. Existují ale výjimky,...

Neviditelný glomalin prospívá půděuzamčeno

Glomalin je okem neviditelná látka, která prokazatelně zlepšuje kvalitu půdy – je objevem začátku druhého tisíciletí. Již víme, že působí jako...

Pohled na houby

Titulní stránka tohoto čísla Vesmíru odkazuje k hlavnímu tématu, jímž jsou houby. Pokud jste se na snímek zadívali detailněji, mohli jste si...

Pozoruhodné metabolity lesních hub

Když se za příhodného počasí projdete lesem, nemůžete přehlédnout svébytnou krásu hub různých velikostí, tvarů, barev a vůní. Kromě estetických a...

Doporučujeme

Cesty pod povrch a za horizont

Cesty pod povrch a za horizont

Ondřej Vrtiška  |  3. 2. 2020
Nebývá zvykem, aby časopis publikoval rozhovor se svým šéfredaktorem. Ivan M. Havel jím ve Vesmíru byl od roku 1990, ale koncem loňského roku tuto...
Pozoruhodné metabolity lesních hub

Pozoruhodné metabolity lesních hub

Martin Hrubý  |  3. 2. 2020
Když se za příhodného počasí projdete lesem, nemůžete přehlédnout svébytnou krásu hub různých velikostí, tvarů, barev a vůní. Kromě estetických a...
Od tolaru k dolaru

Od tolaru k dolaru

Petr Vorel  |  3. 2. 2020
Prapředek všech dolarů se zrodil před 500 lety v Čechách, v nové mincovně zřízené v dnešním Jáchymově. Tolar patří mezi důležitá dědictví, které...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

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

 

Objednat předplatné