BAREVNÝ SNÍH


Obr. 1: Mapa Republiky, sněhové pole v Krkonoších, které většinou vytrvá po celý rok, přestože je exponováno na jih. Důvodem je cca 6 m hluboká sněhová návěj. Letos bohužel toto sněhové pole zřejmě léto nepřežije, zbyly jen Čechy a ubývá i Morava – škoda

Barevné sněhy jsou známy velice dlouho, zmiňuje je již Aristoteles ve své Meteorologice. I Charles Darwin si všiml, že stopy mezků ve sněhu při přechodu Kordiller byly uvnitř červené. Ve starých kronikách lze najít záznamy o „zčervenání sněhového pole“ v Alpách, ve Vysokých Tatrách i v jiných vysokých pohořích. Příčina tohoto jevu ale nebyla dlouho známa. Zčervenání sněhu se vykládalo jako boží varování (již tenkrát marné!), jako indikace výchozů rudných žil zlata nebo mědi nebo barevný prach z okolních skal (částečně pravdivé). Až německý botanik F. A. Bauer v r. 1819 vložil vzorek barevného sněhu pod mikroskop a uviděl živé organizmy, které nazval Uredo nivalis. Později byl tento organizmus určen jako zelený bičíkovec Chlamydomonas nivalis ( obr. 2). Ten je stále nejčastější příčinou červených sněhů ve vysokých horách a polárních oblastech. Vzhledem k rozsáhlému areálu se zdá pravděpodobné, že v rámci toho druhu bude existovat několik kmenů s rozdílnými fyziologickými vlastnostmi a nároky na prostředí.


Obr. 2: Chlamydomonas nivalis, spóra s vysokým obsahem ochranných barviv (astaxanthin) a silnou vrstvu nalepených prachových zrnek na buněčné stěně. Pohoří Vitoša, Bulharsko
Obr. 3: Chloromonas brevispina, prázdná buněčná stěna s charakteristickými bradavčitými výrůstky. Pohoří Stará Planina, Bulharsko
Obr. 4: Chloromonas brevispina, živá buňka s obsahem karotenoidů jako ochranou proti UV záření. Pohoří Stará Planina, Bulharsko

Vedle řas a sinic byly v barevném sněhu, odborně nazývaném kryoseston, nalezeny i bakterie, plísně, prvoci, pylová zrnka, prach (často barevný), ale i hmyz, chvostoskoci (Colebolla , tzv. sněžné blechy) či tzv. „sněžný červ“ (kroužkovci u rodu Mesenchytraeus, kteří jsou známi jen z ledovců Aljašky a Severní Ameriky a živí se sněžnými řasami).

První monografii kryosestonu sepsala až v r. 1968 maďarská botanička E. Kolová, která sbírala materiál pro své studium na celé řadě lokalit ve světě, mimo jiné ve Vysokých Tatrách nebo na Pirinu a Rile v Bulharsku. Ve své monografii uvádí dohromady 78 taxonů: z nich 63 jsou zelené řasy (Chlorophyta), 6 sinice (Cyanobacteria), 1 různobrvka (Xanthophyceae), 1 obrněnka (Dinophyceae) a 7 hub (Fungi). Vzhledem k dosavadnímu nedostatečnému prostudování se ale tento počet jeví značně nepřesný. Řada z uvedených taxonů jsou s velkou pravděpodobností synonyma. Na druhou stranu je značně pravděpodobné, že během výzkumu budou v kryosestonu identifikovány další druhy.

V Česku byl výskyt kryosestonu předpovězen tehdy mladým asistentem Geobotanického oddělení Katedry botaniky UK v Praze Janem Jeníkem. Ten organizoval tzv. zimní geobotanické kurzy v Krkonoších a uložil studentům, aby hledali barevný sníh. Krkonoše splňují podmínky pro výskyt sněžných řas nadmořskou výškou, přetrváváním sněžných polí do pozdního léta a někdy i po celý rok. Janu Jeníkovi proto přišlo divné, že se zde kryoseston dosud nenašel. Studenti ale našli jen několik „špinavých skvrn“. Nicméně vzorky dostal prof. B. Fott a ten autorovi článku (tenkrát tzv. pomocné vědecké síle) uložil vzorky odcentrifugovat, aby se částečně oddělila voda a vzorek se zahustil, a předběžně prohlédnout nálezy. A byly tam! Charakteristické spóry tenkrát nazývané Scotiella nivalis, nyní Chloromonas nivalis (obr. 6 ). Dalšími lokalitami, kde byl, i když až po mnoha letech, kryoseston studován, byla sněžná pole v jezerních stěnách Plešného a Černého jezera na Šumavě. I zde se po důkladném zahuštění objevily sněžné organizmy. Později jsme společně s L. Nedbalovou a V. Cepákem prozkoumali řadu nižších pohoří, například Jeseníky a Orlické hory. Ukazuje se, že kryoseston je v těchto nižších pohořích druhově pestřejší a vlastně zajímavější nežli ve vysokých horách. V Bulharsku, kde E. Kolová sbírala v padesátých létech na Rile a Pirinu, jsme našli kryoseston i na Vitoši, ve Staré planině, v Rodopech a v pohořích Slavjanka a Belasitsa. A na Pirinu jsme našli recentně Chlainomonas rubra (obr. 7 ), nový druh pro Bulharsko, který má navíc velice zajímavou stavbu buňky.


Obr. 5: Chloromonas brevispina, varianta s hladkou buněčnou stěnou, dříve byla určována jako Ch. japonica. Mapa Republiky, Krkonoše
Obr. 6: Chloromonas nivalis, spóra s charakteristickými podélnými žebry, uvnitř buňky jsou kapky olejů zbarvené karotenoidy. Pohoří Vitoša, Bulharsko
Obr. 7: Chlainomonas rubra, zelený bičíkovec, nový druh pro Bulharsko a teprve druhý dokumentovaný nález v Evropě. Pohoří Pirin, Bulharsko

Kryosestonní organizmy nejsou zajímavé jen jako doklad mnohotvárnosti života a jeho zajímavých adaptací. Jsou perspektivní i pro biotechnologii, fyziologii a genetiku. Aby přežily stresové podmínky svých mrazivých domovů, musí být buňky schopny syntetizovat látky zabraňující jejich zmrznutí (tzv. afp bílkoviny, cukry, oleje). Musí mít ale i filtry proti UV záření (sporopolenin, karotenoidy, ale i prachová zrnka nalepená na buněčné stěně) a také musí být schopny přežít rychlé cykly zmrznutí a rozmrznutí a rychle se namnožit, protože vegetační sezóna těchto organizmů je hodně krátká. To jsou ale vlastnosti, které jsou zajímavé pro šlechtitele kulturních plodin. Geny zvyšující mrazuvzdornost by byly vítaným obohacením genotypu. Schopnost buňky fungovat i při nižších teplotách je dána zvýšením obsahu nenasycených mastných kyselin v membránách – a to je opět zajímavé pro biotechnologii.

U nás jsou sněžné řasy spíše zajímavostí, ve vysokých horách a polárních krajích ale tvoří pole o rozloze desítek ba i stovek hektarů. Jejich biomasa je ale i u nás nezanedbatelná a hraje významnou roli v ekosystému, např. jako potrava ryb, korýšů a dalších živočichů. Důležité je, že se tvoří v době, kdy jsou vyšší rostliny ještě pod sněhem.

Logickou otázkou je, co dělají sněžné řasy v létě. U trvalých sněhových polí to jistě není problém, řada sněžných řas (vlastně asi většina) jsou bičíkovci, kteří jsou schopni léto přečkat ve spodních vrstvách sněhu a opět se s nadcházející zimou ze spodních vrstev aktivně probojovat na povrch ke světlu. V ostatních případech zřejmě přetrvávají ve formě odolných silnostěnných spór v půdě. Ale zmiňovaný Chlamydomonas nivalis je schopen fotosyntetizovat až do teplot 20 °C, čili je spíše psychrotolerantní nežli psychrofilní, což znamená, že chlad spíše toleruje, než vyhledává. Podmínky, za kterých tato řasa žije v Krkonoších, studovaly L. Nedbalová a J. Kvíderová pomocí miniaturních dataloggerů měřících a zaznamenávajících po několik měsíců teplotu a intenzitu světla. Tato řasa produkuje velice intenzivně cihlově zbarvený astaxanthin, navíc se na její buněčnou stěnu lepí zrnka prachu a to vše pohlcuje UV záření, které by poškozovalo buňku a hlavně její DNA. Zajímavé také je, že většinu svého buněčného cyklu prožívá ve stádiu spór (ty také rostou, nejsou zde tedy jenom nějakým stádiem pro přežití nepříznivých podmínek), ačkoliv je to zelený bičíkovec.


Obr. 8: Chloromonas nivalis pod UV mikroskopem. Chlorofyl svítí červeně – pokud je funkční, a buněčná stěna modře. Pohoří Rodopy, Bulharsko
Obr. 9: Aphanocapsa nivalis, poměrně vzácná kokální sinice z pohoří Rodopy, Bulharsko. Modré sněhy jsou velice vzácné
Obr. 10: Cryocystis nivalis, nepříliš známá, pravděpodobně kokální zelená řasa. Pohoří Rodopy, Bulharsko

Studium sněžných sinic a řas je součástí projektu Technologické agentury ČR „BIORAF“. Tento velký projekt je zaměřen na pokročilé zhodnocení rostlinné biomasy vyšších i nižších rostlin. Řasy jsou po izolaci napěstovány a jejich biomasa prochází analýzami na obsahové látky. Takže vedle obohacení našich znalostí řasové flóry Česka i Bulharska (máme několik nových druhů pro příslušná území a v ČR nové nálezy kryosestonu v řadě menších pohoří) máme již i řadu kultur schopných dalšího biotechnologického testování. Zatím největší sbírku kryosestonních řas na světě udržuje T. Leya („CCCryo-Culture Collection of Cryophilic Algae” Fraunhofer Inst. Biomedical Eng. IBMT v Potsdamu-Golm u Berlína). Jeho sbírka čítá 380 kmenů, určených právě pro biotechnologii a biomedicínu. Naše pracovní sbírka zatím udržuje několik desítek nejen kryofilních kmenů.

Díky svým neobvyklým vlastnostem a funkcím jsou extrémofilní organizmy nyní v centru zájmu, a proto jejich podíl ve sbírce stále roste. Tyto organizmy např. značně rozšiřují spektrum potenciálních kandidátů na život na jiných planetách, i když tento život by byl jistě velice primitivní. Takže sněžné řasy nejsou jenom zajímavé, ale mají i velký potenciál pro základní i aplikovaný výzkum.

• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •

Kontakt:
RNDr. Jaromír Lukavský, CSc. (jaromir.lukavsky@ibot.cas.cz, Centrum pro algologii)

Více informací o tématu:
Opera Corcontica 15: 109–112 (1978)
Živa 41:4–5 (1993)
Green cryosestic algae – kapitola v knize Algae and Cyanobacteria in Extreme Environments (nakladatelství Springer, 2007)
Microbiol. Res. 163: 373–379 (2008)
Šumava 4: 20–21 (2010)

Pozn.: PDF nemusí být správně zobrazeno v některých internetových prohlížečích (např. Mozilla).
Pro správné zobrazení otevřete soubor v programu Adobe Reader.

• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •