2010

Květena České republiky 8

Mezi základními díly české botanické literatury představuje devítisvazková Květena České republiky dosud nejrozsáhlejší encyklopedicky pojaté dílo hodnotící flóru tohoto území. Je to komplexní kriticky taxonomické a chorologické zpracování s karyologickou, ekologickou a cenologickou charakteristikou jednotlivých druhů. Osmý svazek Květeny zahrnuje pro území České republiky první monografické zpracování rodu Taraxacum (se 179 druhy) a dále je zahrnuto 27 čeledí jednoděložných se 75 rody a 199 číslovanými druhy. Z rozsáhlejších čeledí jsou zastoupeny např. Potamogetonaceae, Liliaceae, Orchidaceae, Iridaceae, Convallariaceae a Hyacinthaceae. Autorsky se na svazku podílelo 29 autorů, text je doplněn 104 celostránkovými tabulemi

kvetena-cr-8

Štěpánková J., Chrtek J. jun. & Kaplan Z. (eds) 2010. Květena České republiky. Vol. 8. – Academia, Praha, 712 pp.

Ekonomika biologických invazí: v budoucnosti budeme splácet „invazní dluh“

Dvě navazující studie jako první na kontinentální úrovni odlišily význam ekonomických, geografických a klimatických faktorů pro biologické invaze (zavlékání druhů mimo oblast jejich původního výskytu) v suchozemském i sladkovodním prostředí. Zahrnutí výskytu několika skupin organismů (rostlin, hub, bezobratlých živočichů a obratlovců) v 55 evropských regionech přineslo robustní výsledky platné napříč taxonomickými skupinami. Ukázalo se, že demografické a ekonomické faktory hrají při biologických invazích mnohem důležitější úlohu než místní klimatické poměry či geografické podmínky. Míra zasažení evropských regionů invazními druhy nejvíce závisí na lidské populační hustotě a ekonomické prosperitě země, vyjádřené jako kumulativní národní bohatství (Obr. 1). Tuto makroekonomickou proměnnou jsme použili, protože je založena na kumulovaném kapitálu, který odráží ekonomickou historii daného regionu, a je tudíž vhodnější pro podchycení trendů v biologických invazí, které jsou samy výsledkem dlouhodobých procesů; předchozí studie vesměs vysvětlovaly dlouhodobou historickou akumulaci invazních druhů pomocí současných ekonomických parametrů. Rozhodující vliv ekonomických faktorů odráží význam intenzity mezinárodního obchodu, který je jedním z hlavních vektorů biologických invazí, a míry narušení krajiny lidskou činností, které umožňuje invazním druhům v dotyčném regionu zdomácnět (Pyšek et al. 2010). Většina invazních druhů, které dnes působí problémy, však byla do Evropy zavlečena před mnoha desetiletími. To se odráží v tom, že současná distribuce druhové bohatosti invazních druhů v evropských zemích je lépe vysvětlitelná ekonomickými parametry z počátku 20. století, než současnou výkonností ekonomik. Vytváří se „invazní dluh“, což znamená, že důsledky současné ekonomické aktivity pocítíme v plné míře až v budoucnosti (Essl et al. 2010). Tato zjištění jsou významná pro politiku přístupu k biologickým invazím v Evropě a jejich budoucí management. Evropa potřebuje zlepšit monitoring zavlékání invazních druhů a vhodným krokem by bylo omezení či regulace, nebo alespoň důslednější kontrola určitých typů importovaného zboží. K tomu lze využít znalosti toho, jak jednotlivé ekonomické činnosti souvisejí se zavlékáním konkrétních skupin invazních organismů; například regulace mezinárodního obchodu s doma chovanými zvířaty by přispěla k omezení počtu invazních obratlovců, zatímco zaměření na dopravní infrastruktury by mohlo pomoci omezit počet zavlékaných druhů hmyzu či rostlin.

Microsoft Word - Pysek_figs_ na predelani Honzou_od Vojty_JP.doc
Obr. 1
Regresní strom vyjadřující vliv statisticky signifikantních parametrů na standardizované počty nepůvodních druhů hub, rostlin, bezobratlých a obratlovců. Nejvíce invadovány jsou regiony s populační hustotou přesahující 91 obyvatel/km2 a národním bohatstvím (Wealth) přesahujícím ca 250 tis. USD/hlavu. Regiony spadající do skupin vymezených terminálními nody jsou označeny kódy anglických názvů.

Převzato z Pyšek et al., Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 107: 12157–12162, 2010

Pyšek P., Jarošík V., Hulme P.E., Kühn I., Wild J., Arianoutsou M., Bacher S., Chiron F., Didžiulis V., Essl F., Genovesi P., Gherardi F., Hejda M., Kark S., Lambdon P.W., Desprez-Loustau A.-M., Nentwig W., Pergl J., Poboljšaj K., Rabitsch W., Roques A., Roy D.B., Shirley S., Solarz W., Vilà M. & Winter M. 2010. Disentangling the role of environmental and human pressures on biological invasions across Europe. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 107: 12157–12162.

Essl F., Dullinger S., Rabitsch W., Hulme P.E., Hülber K., Jarošík V., Kleinbauer I., Krausmann F., Kühn I., Nentwig W., Vilà M., Genovesi P., Gherardi F., Desprez-Lousteau M.-L., Roques A. & Pyšek P. 2010. Socioeconomic legacy yields an invasion debt. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (early view, doi/10.1073/pnas.1011728108)

Genomická kompozice a evoluce allohexaploidního druhu Elymus repens (Poaceae, Triticeae)

Původ allohexaploidního druhu Elymus repens byl studován pomocí sekvencí tzv. multi-copy („internal transcribed spacer“ ribozomální DNA, ITS) a single-copy (granule-bound starch synthase I, GBSSI) DNA markerů a genomické a fluorescenční in situ hybridizace (GISH, FISH). Navzdory značné homogenizaci ITS sekvencí jsme pomocí ribozomální DNA identifikovali minimálně čtyři linie potenciálních předků druhu E. repens, odpovídající zástupcům jak v rámci Triticeae (Pseudoroegneria, Hordeum), tak mimo Triticeae (Panicum – Paniceae, Bromus – Bromeae). Sekvenování genu GBSSI potvrdilo přítomnost donorů Pseudoroegneria a Hordeum, vedle těchto však ukázalo na další dva: jeden odpovídal dnešnímu druhu Taeniatherum caput-medusae, sekvence druhého bohužel ve fylogenetické analýze nekorespondavaly s žádným diploidním genomem v rámci Triticeae a je tedy zatím neznámý. Výsledky GISH vcelku potvrdily výsledky dosažené pomocí sekvenačních markerů a umožnily kvalitativně i kvantitativně posoudit příspěvky jednotlivých donorů: genom E. repens obsahuje dva subgenomy Pseudoroegneria a jeden Hordeum. Kromě toho byl detekován segment chromozómu odpovídající donoru Panicum. Tento segment se nacházel na subgenomu Hordeum a zřejmě se do genomu E. repens dostal již s tímto subgenomem, nikoliv tedy až po vzniku hexaploidního E. repens. Výsledky GISH naznačily, že přítomnost genetického materiálu odpovídajícímu donorům Taeniatherum a Bromus jsou spíše důsledkem společného předka, případně dávné introgrese, než recentní hybridizace a polyploidizace. Fyzické mapování ribozomálních lokusů pomocí FISH odhalilo dynamiku ribozomálních lokusů, kdy všechny lokusy, s výjimkou jednoho, se nacházely v subgenomu Pseudoroegneria. V závěru práce je nastíněn a diskutován hypotetický vznik studovaného allohexaploidního druhu E. repens (Obr. 1). Původ druhu E. repens tak zřejmě zahrnoval jak recentní polyploidizace, tak starší hybridizace, případně introgrese (Mahelka& Kopecký 2010).

2010_Fig_3
Obr. 1
Dva hypotetické způsoby vzniku hexaploidního druhu Elymus repens, odvozené na základě výsledků ITS a GBSSI sekvencí a in situ hybridizace. Pseudoroegneria a Hordeum představují hlavní genomické konstituenty, kromě nich byly v genomu E. repens nalezeny sekvence odpovídající zástupcům rodů Panicum, Bromus a Taeniatherum. Tyto pravděpodobně představují dávné introgrese. Další donor v rámci Triticeae zatím zůstává neidentifikován. Příspěvky hlavních genomických konstituentů jsou znázorněny plnou čarou, hypotetické introgrese přerušovanou čarou. a – vznik druhu E. repens hybridizací tetraploidního druhu Elymus s genomickou konstitucí StH s diploidním druhem Pseudoroegneria a následnou duplikací chromozómové sádky. b – vznik druhu E. repens splynutím neredukované (2n) gamety tetraploidního druhu Pseudoroegneria a redukované (n) gamety allotetraploidního druhu Hordeum.

Převzato z Mahelka & Kopecký, Molecular Biology and Evolution 27: 1370–1390, 2010.

Mahelka V. & Kopecký D. 2010. Gene capture from across the grass family in the allohexaploid Elymus repens (L.) Gould (Poaceae, Triticeae) as evidenced by ITS, GBSSI, and molecular cytogenetics. Molecular Biology and Evolution 27: 1370–1390.

Homogenizace evropské flóry: důsledky biologických invazí a jejich management

Invazní druhy jsou důležitou součásti globálních změn a jejich zavlékání přispívá ke snižování biodiverzity, degradaci ekosystémů a zhoršení služeb těmito ekosystémy poskytovaných. Současný výzkum se začíná více orientovat na poskytnutí podkladů pro management invazních druhů; objevují se nové způsoby popisování a hodnocení důsledků biologických invazí a jejich vyčíslení. Hodnocení rizik, management vektorů a způsobů zavlékání, včasná detekce nových druhů a rychlá reakce na začínající invaze jsou postupy, které mohou přispět ke zmírnění důsledků invazí (Pyšek & Richardson 2010). Evropa se stala prvním kontinentem, pro který byly ekologické důsledky invazí kvantifikovány; negativní impakt je v literatuře dokumentován pro 1094 druhů invazních rostlin, obratlovců a bezobratlých živočichů v suchozemském, sladkovodním i mořském prostředí, ekonomický pro 1347 druhů. Tato data umožnila srovnat srovnat jednotlivé taxonomické skupiny z hlediska závažnosti impaktu a vyhodnotit, jak invazní druhy ovlivňují fungování ekosystémů. Největší důsledky mají invaze suchozemských rostlin a obratlovců. Měřeno pomocí ekosystémových funkcí, suchozemští obratlovci vykazují největší počet různých typů impaktu (Vilà et al. 2010). Jedním z konkrétních důsledků biologických invazí je homogenizace flóry jednotlivých oblastí Evropy. Člověk v uplynulých staletích ovlivňoval složení biologických společenstev prostřednictvím dvou základních procesů – vymíráním původních a zavlékáním nepůvodních druhů. Oba tyto procesy ovlivňují jak taxonomickou (tedy počet druhů), tak fylogenetickou (jejich příbuzenské vztahy) diverzitu evropské flóry. Invaze jsou mnohem častější než extinkce a souhrnným působením obou procesů sice došlo v Evropě za posledních několik století ke zvýšení taxonomické diverzity, avšak snížení fylogenetické diverzity v jednotlivých regionech. Současně však došlo k taxonomické i fylogenetické homogenizaci, neboť jednotlivé oblasti jsou si svojí flórou navzájem čím dál podobnější (Obr. 1). Mnoho evropských regionů tak již zčásti ztratilo svoji floristickou jedinečnost a tento proces bude pokračovat i nadále. Studie ukazuje, že biodiverzitu je třeba hodnotit nejen počtem druhů, ale i jejich fylogenetickou příbuzností (Winter et al. 2009).

2010_Fig_4
Obr. 1
Změny ve vzájemné taxonomické (ßtax) a fylogenetické (ßphyl) podobnosti evropských regionů za posledních 500 let. ß diverzita vyjadřuje nepodobnost, signifikantní výsledek srovnání minulého a současného stavu v levé dolní oblasti grafu tedy odráží, že kombinovaným důsledkem obou procesů, vymírání původních a zavlékání nepůvodních druhů, je taxonomická a fylogenetická homogenizace (vzájemná nepodobnost se snížila: ßtax (current total flora) < ßtax (original flora) a ßphyl (current total flora) <  ßphyl (original flora)). Current native flora = současné původní rostlinné druhy Evropy, tedy bez druhů vymizelých; current total flora = současné původní plus nepůvodní (zavlečené druhy); original flora = původní druhy včetně vyhynulých.

Převzato z Winter et al., Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 106: 21721–21725, 2010.

Pyšek P. & Richardson D.M. 2010. Invasive species, environmental change and management, and health. Annual Review of Environment and Resources 35: 25–55.

Vilà M., Basnou C., Pyšek P., Josefsson M., Genovesi P., Gollasch S., Nentwig W., Olenin S., Roques A., Roy D., Hulme P.E. & DAISIE partners [incl. Jarošík V., Hejda M., Pergl J., Perglová I.] 2010. How well do we understand the impacts of alien species on ecosystem services? A pan-European, cross-taxa assessment. Frontiers in Ecology and the Environment 8: 135–144.

Winter M., Schweiger O., Klotz S., Nentwig W., Andriopoulos P., Arianoutsou M., Basnou C., Delipetrou P., Didžiulis V., Hejda M., Hulme P.E., Lambdon P.W., Pergl J., Pyšek P., Roy D.B. & Kühn I. 2009. Plant extinctions and introductions lead to phylogenetic and taxonomic homogenization of the European flora. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 106: 21721–21725.

Polyploidizace a interakce s herbivory

Polyploidizace je důležitým mechanismem sympatrické speciace u rostlin. Stále ale víme málo o tom, zda polyploidizace rostliny může vést ke změně hostitele hmyzu, a zda tato nová interakce ovlivňuje stanovištní nároky a selekci druhových vlastností rostlin. Studovali jsme herbivorii bejlomorky Dasineura cardaminis, která tvoří hálky v květních pupenech, u tetraploidních a octoploidních jedinců byliny Cardamine pratensis. Bejlomorka napadala pouze oktoploidní rostliny a přesazovací pokus potvrdil tuto preferenci. Míra napadení herbivorem byla vyšší v zastíněných, vysoce propojených populacích a populacích podél potoků. V rámci populací, později kvetoucí jedinci s více květy byli napadáni častěji. Tvorba hálek snížila produkci semen a průkazně ovlivnila genotypickou selekci určující počet květů. Naše výsledky ukazují, že zvýšení plodního stupně rostliny může vést ke změně hostitele hmyzem a že ploidie rostliny dokáže vysvětlit výskyt herbivorů. U nově vytvořených polyploidů může nová interakce s herbivorem změnit stanovištní preference a selekci druhových vlastností a ovlivnit další evoluci daných cytotypů (Arvanitis et al. 2010).

Arvanitis L., Wiklund C., Münzbergová Z., Dahlgren J.P. & Ehrlén J. 2010. Novel antagonistic interactions associated with plant polyploidization influence trait selection and habitat preference. Ecology Letters 13: 330–337.