docbiodiverzita a udržitelný rozvoj
download 
Stížnost Transkript
biodiverzita a udržitelný rozvoj
BIODIVERZITA A UDRŽITELNÝ ROZVOJ MILADA ŠVECOVÁ, JAROSLAV SMRŽ, JAROSLAV PETR Klub ekologické výchovy, o.s., Praha PROJEKT JE SPOLUFINANCOVÁN EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM, STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY A ROZPOČTEM HLAVNÍHO MĚSTA PRAHY 2007 Anotace Z pohledu vývoje organismů je biodiverzita výsledkem dlouhodobé evoluce. Jejím projevem jsou adaptace, mutace a genetický posun tzv. „drift“. Je považována za jeden z globálních problémů planety Země, neboť patří k základním podmínkám udržení života na Zemi a má úzkou vazbu na diverzitu kulturní, kdy jako indikátor jsou používány komunikační prostředky – jazyky. Publikace má dvě části – tištěnou a elektronickou. Účelem obou částí metodiky je poskytnout obsahovou i metodickou podporu učitelům biologie (přírodopisu), ekologie a dalších vyučovacích předmětů především vzdělávací oblasti „Člověk a příroda“ na středních i základních školách při implementaci prvků udržitelného rozvoje (EVVO) do výuky. Může být využita jako zdroj informací pro praktickou realizaci integrovaného přístupu ve vzdělávání Elektronická část publikace může být vhodnou moderní pomůckou prostřednictvím níž lze posílit využívání IKT ve výuce všeobecně vzdělávacích i odborných předmětů. V tomto případě prostřednictvím videopřednášek. Autoři doc. PaedDr. RNDr. Milada Švecová, CSc. prof. RNDr. Jaroslav Smrž, CSc. prof. Ing. Jaroslav Petr, DrSc. Technická spolupráce Mgr. Miroslav Ulrich Mgr. Petr Chlubna Tomáš Petrus Bc. Michal Rezek Recenze tištěné části publikace PaedDr. Anna Sandanusová doc. Ing. Danica Fazekašová, PhD. © Milada Švecová a kol. Text neprošel redakční ani jazykovou úpravou. ISBN 2 1. ÚVOD 4 VYMEZENÍ ZÁKLADNÍCH POJMŮ S PRAKTICKÝMI PŘÍKLADY 5 1.1 2. Bioindikace – úloha druhu, populace, společenstva BIOLOGICKÁ ROZMANITOST (BIODIVERZITA) 7 9 2.1 Úrovně biodiverzity 11 2.1.1 Ekosystémová biodiverzita 12 Ekosystémový management 12 2.1.1.1 2.1.2 Druhová biodiverzita 2.1.2.1 2.1.3 13 Postavení druhu v pojetí společensko – mediálním Genetická biodiverzita 14 15 2.1.3.1 Genetická variabilita a biologický druh 16 2.1.3.2 Mezidruhoví kříženci 17 2.1.3.3 Vnitrodruhová genetická variabilita na příkladu člověka 19 2.1.3.4 Epigenetické zdroje variability 24 2.1.3.5 Význam genetické variability pro přežití druhu 28 3. VLIV ČLOVĚKA NA BIODIVERZITU 34 4. BIODIVERZITA A JEJÍ OCHRANA 45 4.1 Ochrana biodiverzity „in situ“ 46 4.2. Ochrana biodiverzity „in situ“ 47 4.3 Genetické banky a udržování genetické biodiverzity 48 4.4 Invazní druhy 51 4.5 Záchranné programy 58 4.5.1 5. Klonování a záchrana ohrožených živočichů 59 UDRŽITELNÝ ROZVOJ – KRAJINA A JEJÍ STRUKTURA, OKRAJOVÉ EFEKTY 63 6. PŘEHLED DOPORUČENÉ A POUŽITÉ LITERATURY 65 7. ELEKTRONICKÉ MATERIÁLY (DVD) - PŘÍLOHA 69 3 Úvod Ke změnám biodiverzity v pozitivním i negativním smyslu (zvyšování či snižování) dochází v prostoru i v čase. Na snižování biodiverzity působí celá řada faktorů prostředí. Jsou jimi například změny klimatu, změny v ozónové vrstvě, degradace půd a vod, akumulace znečišťujících a toxických látek. Z hlediska znečištění životního prostředí v ČR je v současné době zvláště nebezpečný prach. Dále pak následují hluk a výfukové plyny, především oxidy dusíku. Naopak díky používání moderních technologií šetrných k životnímu prostředí se zlepšilo znečištění ovzduší oxidy síry. Nově se objevuje i riziko spojené se znečištěním životního prostředí tzv. endokrinními disruptory, tj. látkami narušujícími hormonální rovnováhu a reprodukci živočichů. Území ČR, i přes svou malou geografickou rozlohu, se vyznačuje poměrně velkou druhovou diverzitou (biodiverzitou). Je to dáno nejen geografickou polohou, ale také historickým a kulturním vývojem. Na území ČR tak žije kolem 2400 druhů bezcévných rostlin, 50 000 druhů bezobratlých a zhruba 380 druhů obratlovců. Negativní dopady na složení biodiverzity mělo a dosud má především konvenční zemědělství a dále pak je to masívní rozvoj průmyslu bez využívání moderních technologií, které by zmírňovaly negativní dopady lidské činnosti na životní prostředí. Veškeré antropické vlivy se tak odrazily nejenom v rozšíření a početnosti planě rostoucích rostlin a volně žijících živočichů, ale také na celkovém stavu biotopů a ekosystémů. V současné době dochází k postupnému zlepšování situace. Vyhlašováním dalších chráněných území v ČR je podporována poměrně účinná ochrana, jejímž cílem je zachovat reprezentativní vzorek ekosystémů, druhů a genů zvláštního ochranářského významu. Dalším cílem ochrany biodiverzity je vytváření soustavy chráněných území evropského významu známé pod názvem Natura 2000. Na území ČR je tak postupně vytvářen systém ptačích oblastí a evropsky významných lokalit. Natura 2000 je základním pilířem legislativně závazné ochrany biodiverzity v zemích EU a demonstruje koordinovanou ochranu vybraných druhů a biotopů na evropské úrovni. 4 1. Vymezení základních pojmů s praktickými příklady Přírodní komplexy, ekologické soustavy, ekosystémy, kde živé (mikrobiální, rostlinné a živočišné) složky spolu s neživými složkami (půdou, vzduchem a vodou) tvoří jediné, do určité míry soběstačné celky, které označujeme jako biogeocenózy nebo také geobiocenózy. Ekosystém byl definován jako „soubor organizmů, faktorů a jejich prostředí v jednotě jakékoli hierarchické úrovně“. Podstatnou vlastností ekosystému je tedy schopnost jistého stupně autoregulace . Biogeocenóza představuje tedy vhodně vymezenou určitou jednotnou oblast ekosféry, ve které jsou společenstva organizmů a je obklopující neživé prostředí propojeny mnohonásobnými strukturními a funkčními vztahy. Příkladem může být např. les, louka, rašeliniště nebo jezero. Pokud slunce dodává tomuto celku svou energii (světelnou, tepelnou) a pokud systém má dostatek vody v podobě podzemní, povrchové nebo srážkové vody, probíhá v něm koloběh látek. Primární producenti (fotosyntetizující zelené rostliny) fixují energii slunečního záření a vytvářejí organické látky. Organickými látkami se živí konzumenti (hlavně živočichové). Odumřelá těla primárních producentů i konzumentů odbourávají rozkladači (bakterie, houby) až na výchozí organické látky, které opět mohou využívat primární producenti. Všímáme-li si přednostně organizmů, tj. živé stránky určité oblasti ekosféry, hovoříme o biocenóze. Soubor organizmů, zahrnující četnost druhů, populací a společenstev včetně jejich prostředí a vzájemných, často složitých interakcí se označuje pojmem biodiverzita. Biodiverzita organizmů jako fenomén je důležitá nejen z hlediska příslušných odvětví biologie, ale i ve smyslu charakterizace různých celků, ve kterých bychom biologickou složku nehledali. Definice biodiverzity jako bohatství či početnosti druhů v určitém areálu v sobě obsahuje značnou, i když pouze určitou část tohoto pojmu. Konkrétně se jedná o druhovou biodiverzitu. V tomto smyslu je také biodiverzita poměrně často chápána. Kromě počtu druhů je však nutno zohlednit i podmínky, ve kterých se druhy vyskytují, ve kterých se vyvíjely, jejich vzájemné vazby s prostředím i mezi nimi samými. Samozřejmě nutno rozlišit globální biodiverzitu, tedy úvahy v dimenzích Země a diverzitu menších areálů od kontinentů či biomů až po zájmové plochy typu lesů, luk či aglomerací a jejich částí. Podjednotkou druhu je geografická nebo genetická populace. Jedná se o určitou jednotku, entitu, která se od dalších entit odlišuje ekologicky nebo geneticky. Populace se vyvíjejí více či méně izolovaně od ostatních populací; z hlediska udržitelného rozvoje mohou hrát mnohem významnější roli než celé druhy. Populace navíc poskytují i genetickou diverzitu, rozmanitost geonomu. Samozřejmě z hlediska biodiverzity je potom podstatná biodiverzita populační, resp. genetická biodiverzita. Skutečně konkrétní zájmovou plochu, tj. prostředí, které se vytvoří vzájemným působením biotických a biotických faktorů, pak nazýváme biotop, či z hlediska osídlení organizmy stanoviště (habitat). Zjednodušeně můžeme říci, že stanoviště představuje jakousi adresu organizmu. 5 Stanoviště pak lze dále dělit dle specifik na menší části nazývané mikrostanoviště (mikrohabitaty). Při jejich charakterizaci se vychází obecně, z vnějšího pohledu, z členitosti stanoviště a abiotických specifik mikrostanovišť, někdy označovaných jako ekotop. Ovšem konečná charakteristika vychází z osídlení společenstvem mikroorganizmů, rostlin a živočichů, specifických pro dané mikrostanoviště. Specificita může vycházet z prostorových faktorů. Příkladem budiž srovnání lučního porostu se sousedícím lesem. Les, pochopitelně poskytuje daleko více mikrostanovišť pro svoje pestřejší rozčlenění ve všech dimenzích. V lese nacházíme např. (kromě půdy se specifickou biocenózou) mohutnější vrstvu opadu, patro mechů a lišejníků, porosty hub, bylinné patro, patro keřové a konečně patro stromové s možnostmi vertikálního rozčlenění včetně epifytických (v tropech i epifylních) nárostů mechorostů, lišejníků a, ale také často velmi výraznou koncentraci rozkládajícího se dřeva, opět obývaného specifickou faunou i mykoflórou. K tomu přistupuje i rozmanitější spektrum možností pro konzumenty živých rostlinných pletiv (potenciální škůdci) a tím i jejich predátory a parazity. Takovou síť vztahů můžeme rozvíjet dále. Proto velké, zdánlivě uniformní plochy (lesy, rekultivace, agroekosystémy) nutno považovat za málo homogenní právě v důsledku existence mikrostanovišť. Z předchozího tedy vyplývá, že prvním krokem při studiu biodiverzity bude stanovení prostorové struktury společenstva. Společenstvo představuje soubor populací na určitém místě a v určitém čase. Studujeme-li jeho charakteristiky, zjišťujeme v prvé řadě jeho druhové složení (druhovou rozmanitost). Další charakteristiky jsou založené na kvalitativních parametrech jako je např. frekvence (četnost) dominance, u rostlin pak pokryvnost. Dále jsou to podobnost, vlivy jednotlivých faktorů – charakteristik biotopů a podobné hodnoty). Druhová diverzita je chápána v rámci říše rostlinné především jako soubor cévnatých (obvykle již nesprávně označovaných „vyšších“) rostlin. Z hlediska praktické užitkovosti a zájmové činnosti je pozornost věnována i souboru tzv. „vyšších“ hub (makromycetů). Bezcévné rostliny v celé své šíři, včetně mikroskopických hub a jim podobných organizmů, se mnohdy ač neprávem dostávají do pozadí. Obdobná je i situace v říši živočišné. Zde hrají významnou roli zejména obratlovci, přestože je jich daleko méně druhů (ale i jedinců) ve srovnání s tzv. bezobratlými. Z toho vyplývá i to, že bude-li se jednat o charakteristiku a následně management či přímo ochranu biotopu se společenstvem např. lišejníků, štírků, mnohonožek či roztočů, nebude zájem o ni srovnatelný např. s porostem vstavačovitých nebo s ptačím hnízdištěm. A to jsou eliminováni živočichové, kteří nepůsobí, díky nejrůznějším předsudkům a filmům, dobře na lidi obecně (např. pavouci). Bezobratlí živočichové spolu s bezcévnými rostlinami (např. zelenými řasami) a houbami (ve smyslu celé biologické skupiny svým počtem jedinců i množstvím druhů, a tím i pestřejší škálou vazeb na faktory prostředí), mohou zájmovou oblast či plochu charakterizovat daleko výstižněji a často i detailněji. Na druhé straně zde hraje významnou roli i znalost, resp. schopnost člověka si zapamatovat a identifikovat určité množství forem. Tedy při většinou nepatrných rozměrech bezcévných rostlin, mikroskopických hub a bezobratlých živočichů, a tím i méně nápadných znacích, se opět dostávají do popředí při charakterizaci areálu a posuzování biodiverzity cévnaté rostliny, kloboukaté houby (makromycety) a obratlovci. 6 V současnosti celý problém identifikace jednotlivých druhů ještě komplikují nové přístupy ke zkoumání organismů např. molekulární metody. V souvislosti s rozvojem těchto metod se však navíc začíná projevovat i úbytek odborníků, schopných postihnout reálnou biodiverzitu byť i určité skupiny organizmů. Z toho vyplývá, že prostou identifikaci organismu na základě morfologicko anatomických znaků bude nutno doplnit o další charakteristiky ve speciálních případech. Kromě struktury studovaného společenstva by bylo potřeba uvažovat i o další stránce problému – kvantitativní charakteristice. Ta nám vypovídá nejen o přítomnosti druhu na určitém biotopu, ale také o jeho přizpůsobení se k podmínkám, schopnosti rozmnožovat se, tedy vytvářet přiměřené populace, ale také vstupovat do nejrůznějších vztahů s jinými organismy. Zde tedy můžeme sledovat především tzv.dominanci, tedy stručně řečeno procentuální zastoupení druhu ve společenstvu, z ní pak odvodit číselnou hodnotu diverzity (několik indexů pro výpočet), druhovou vyrovnanost společenstva a další, číselně vyjádřené charakteristiky. Ve vztahu k druhové diverzitě by měla být dlouhodobě sledována také biologie druhů (jako je např. výživa, potrava a rozmnožování), alespoň dominantních, tedy zejména početně převažujících organismů. K tomuto monitoringu zase existují metody, které jsou sice náročnější, ale které mohou postihnout detailněji obraz o skutečných vztazích mezi jednotlivými druhy. . 1.1 Bioindikace – úloha druhu, populace, společenstva Nelze konstatovat, že ta či ona skupina je zajímavější, že lépe charakterizuje své prostředí nebo že má o něm vyšší vypovídací hodnotu. Právě zde nabývají významu podmínky prostředí, vývoj biotopu a funkce společenstva organismů v něm. Dosti problematickou se pak jeví úloha jednotlivých, izolovaných druhů jako tzv. bioindikátorů. Druh sám o sobě může jen těžko existovat bez vztahů k ostatním druhům či organizmům. Nemůže ani pokrýt všechny vztahy a interakce. Nicméně v této otázce se poněkud projevuje rozdíl mezi rostlinnou a živočišnou složkou biocenózy. Rostlinný druh, který je obvykle pevně vázán na určitou, malou část biocenózy (nepohybuje se), může být bioindikátorem poměrů určitého mikrostanoviště. Příklady organismů - bioindikátorů Známá je skutečnost, že mnohé lišejníky nebo mechorosty jsou schopny indikovat často velmi úzké rozpětí znečištění prostředí, mnohé rostliny indikují např. pH či jiné charakteristiky stanoviště včetně extrémů jako je výskyt těžkých kovů či hromadění radionuklidů. Lišejníky rostou velmi pomalu (méně než 1 mm za rok) a na nejrůznějších podkladech (borka stromů, skály, půda, zídky apod.) od polárních oblastí až po tropy. Najdeme je na extrémních stanovištích, kde přežívají dlouhodobý nedostatek vody nebo jsou vystaveny nadměrnému slunečnímu svitu. 7 Určité druhy lišejníků jsou velmi citlivé vůči znečištění prostředí, jsou zejména citlivé na oxidy dusíku a síry, na těžké kovy, které se v lišejníkových stélkách kumulují. V důsledku působení uvedených látek znečišťujících životní prostředí a stélky lišejníků hnědnou a postupně odumírají. Příkladem velmi citlivých lišejníků s úzkým rozsahem tolerance vůči znečištění prostředí jsou různé druhy provazovek (Usnea sp.). Naopak příkladem lišejníku tolerantního vůči imisím je misnička práškovitá (Lecanora conizeaoides). Tento korovitý lišejník najdeme nejčastěji na borce stromů. V současné době patří tento lišejník k druhům invazním, které se rychle a téměř nekontrolovatelně šíří. Nejznámějšími druhy jsou terčovka bublinatá ( Hypogymnia physodes), pukléřka islandská (Cetraria islandica), dutohlávka sobí (Cladonia rangiferina), misnička práškovitá (Lecanora conizeaoides), větvičník slívový ( Evernia prunastri), terčník zední ( Xanthoria parietina),provazovka chlupatá (Usnea hirta), hávnatka psí (Peltigera canina), lišejník zeměpisný (Rhizocarpon geographicum). Největším u nás rostoucím lišejníkem je důlkatec laločnatý (Lobaria pulmonaria). Jeho stélky najdeme na borce stromů a dorůstají průměru stélky až 200 mm. U nás roste např. na Šumavě. Lecanora esculenta je lišejník rostoucí v pouštních oblastech severní Afriky a bude zřejmě totožný s biblickou mannou. Rychle nasává vodu, zvětšuje svůj objem a bývá využíván jako krmivo pro hospodářská zvířata. Naproti tomu u živočichů pouhá existence druhu sice může naznačit, při jeho známé specializaci potravní, faktory prostředí či jejich trendy. Pro charakteristiku prostředí či konkrétně bioindikaci však nehraje rozhodující roli. K bioindikaci samozřejmě poslouží celé společenstvo se svými vazbami na prostředí včetně biotických faktorů. Sukcese – primární, sekundární, efekt ekotonu Na druhé straně je potřeba brát v úvahu vlastní typ biotopu. Jinak řečeno, čím jednodušší biotop, tím jednodušší struktura společenstva. To platí nejen pro málo rozvinuté, pionýrské biotopy na skalách či stromech, ale také antropogenně ovlivněné či vytvořené (výsypky, rekultivace, aglomerace). Tam platí pak pravidlo nízké diverzity, tedy společenstva několika málo druhů (extrémně i jednoho mimořádně přizpůsobivého a ekologicky tolerantního), které se ovšem vyskytují ve velkých populacích, tedy ve velkém množství jedinců. Totéž lze říci o rozvinutých, i když nějakým způsobem extrémních biotopech jako jsou stepi, pouště horké, ale i studené – vysokohorské a polární oblasti, rašeliniště či vrchoviště. Každý osídlitelný biotop jakožto část ekosystému prochází určitým vývojem – sukcesí. Ta má svá pravidla dle specifik prostředí, ale vždy můžeme rozlišovat stadia pionýrská, tedy raná a pokročilá, která pak vedou většinou do stadia klimaxu. Raná stadia obecně obývají jednoduchá společenstva malého množství druhů, které ovšem mají značnou toleranci k faktorům prostředí a velkou plasticitu včetně potravní. Z organizmů zde nacházíme hlavně primitivní zástupce primárních producentů, sinice (cyanobakterie) a řasy, kterým postačuje sluneční záření, vlhkost a minerální látky k životu. Primární producenti pak slouží jako potrava společenstvu živočišnému, a to hlavně širokospektrálním konzumentům, kterým poskytují základní živiny. Na odumřelá těla řas a jejich konzumentů invadují rozkladači (bakterie, 8 mikroskopické houby), které je rozkládají a tvoří tak, spolu s vlastními rozloženými buňkami substrát pro další konzumenty včetně makroskopických hub a živočichů živících se odumřelou organickou hmotou Z takto vznikajícího substrátu, který díky rozkladačům mineralizuje, se tedy stává anorganická hmota vhodná teprve pro rostliny počínaje mechorosty doprovázenými opět svými konzumenty či obecně obyvateli. Celé živé společenstvo se stává nejen početnější, ale hlavně pestřejší, budují se stále další vzájemné vztahy. Ve stavu klimaxu, tj. jakéhosi stabilizovaného stavu vzhledem k ekologickým, klimatickým, geografickým podmínkám okolního prostředí, se organizmální společenstvo stabilizuje na určité úrovni, interakce se upevňují a díky husté síti těchto vztahů se stává společenstvo méně citlivé k vnějším zásahům. Klimaxové společenstvo necharakterizuje tedy ohromné množství druhů živočichů, rostlin a mikroorganizmů, ale stabilizované vztahy mezi nimi, byť kvantum druhů bývá menší než u předchozího, předklimaxového stadia. Charakteristikou rozvíjející se sukcese se stává i rozrůzňování biotopu či stanoviště do mikrostanovišť (mikrohabitatů). Mikrostanoviště, ale i vyšší jednotky (stanoviště, společenstva organismů) jsou nejen vertikálně, ale i horizontálně členěná. Mohou do sebe plynule (kontinuálně) přecházet nebo mohou být i ostře odlišeny. Většinou však se vytváří určitá přechodová zóna (ekoton), kterou tvoří vybrané směsice druhů obou hraničících jednotek. Ekoton pak u velké části biotopů bývá relativně bohatý i ve smyslu biodiverzity, tedy s hustou, i když ne vždy stabilizovanou sítí vztahů). 2. Biologická rozmanitost (biodiverzita) Biologická rozmanitost (biodiverzita) je spojena především s rozmanitostí živých organismů a ekosystémů. Je však potřeba mít na zřeteli, že biodiverzita zahrnuje i složitost vztahů v rámci společenstva organismů (biocenóz) či celých ekosystémů, kdy do hry vstupují rovněž abiotické složky prostředí. Z pohledu vývoje organismů je biodiverzita výsledkem dlouhodobé evoluce a jejím projevem jsou např. adaptace, mutace a genetický posun tzv. „drift“. Je považována za jeden z globálních problémů planety Země, neboť patří k základním podmínkám udržení života na Zemi. Biodiverzita je velmi úzce spojena s diverzitou kulturní. Jako indikátory tohoto typu diverzity jsou používány komunikační prostředky – jazyky. Z uvedeného počtu 5000 – 7 000 jazyků je podle statistik UNESCO 4 000 – 5 000 používáno domorodými obyvateli, kteří představují největší procento kulturní rozmanitosti. Domorodci většinou také obývají lokality s největší druhovou biodiverzitou (např. tropické deštné lesy). Pro udržení živého jazyka je totiž důležitý jeho „ekologický kontext“. Kultura v širším slova smyslu byla popsána i u některých savců (např. lidoopů, kytovců). Jedná se o činnosti, které skupina zvířat provádí určitým způsobem, i když obdobného výsledku lze dosáhnout stejně efektivně i jinými postupy. Zvířecí kultura se předává učením. Příkladem může být rozbíjení ořechů šimpanzi. Ti používají 9 několik postupů. Některé skupiny využívají jako „kladiva“ kamen, jiné používají pro stejný účel kusy tvrdého dřeva. Mládě se učí rozbíjet ořech způsobem, který odpovídá kultuře jeho tlupy. V určitých aspektech tedy můžeme hovořit o kulturní diverzitě i u živočichů. V posledních staletích v souvislosti s narůstajícím počtem obyvatel a technickým rozvojem došlo k nevratným změnám ve vztahu k životnímu prostředí. Tisíce druhů organismů jsou ohroženy intenzivním využíváním krajiny ze strany člověka, znečištěním prostředí či ztrátou svých stanovišť. Za posledních 400 let vyhynulo kolem 300 – 350 druhů obratlovců a asi 400 druhů bezobratlých. Ohrožené a vyhynulé druhy obratlovců Obratlovci Počet druhů Počet ohrožených Počet vyhynulých savci 4 763 1 130 87 ptáci 9 946 1 183 131 plazi 7 970 296 22 obojživelníci 4 950 146 5 ryby 752 92 25 000 Význam biologické rozmanitosti v zemědělství podtrhuje skutečnost, že zemědělské plochy pokrývají rozsáhlá území na Zemi a jsou klíčovými pro přežití lidské populace. 10 Nejvýznamnější zemědělské plodiny ve výživě lidstva 26% 27% rýže 26% pšenice 23% kukuřice 7% proso a čirok 4% brambory 2% batáty 2% 6% soja 3% 3% další olejniny 6% 23% 2% 2% jiné plodiny 7% 4% Biodiverzita funguje na několika úrovních. Je to faktor zachování produktivity, regenerace i potenciálu ekosystému.Současně také vypovídá o daných funkcích jako soubor parametrů prostředí. Druhová rozmanitost jednoznačně vychází z plurality druhů, avšak sama o sobě tato pluralita či druhová bohatost nevystihuje diverzitu v celém jejím komplexu. Samotný druh nemůže být vždy signifikantní při bioindikaci ani pro stanovení biodiverzity. Na druhé straně právě na druzích se ukazuje nutností stavět parametry biodiverzity. Autekologie tak představuje základní kámen pro další studie synekologické, systémové a krajinářské. 2.1 Úrovně biodiverzity Při komplexním posuzování biodiverzity je potřeba rozlišovat 3 její úrovně: • ekosystémovou, kde se nejvíce projevují dopady činnosti člověka, • druhovou, která je poměrně spolehlivým indikátorem aktuálního stavu ŽP; klesá v důsledku vymírání druhů, kdy dochází ke snížení velikosti populace; existuje zde silná vazba na diverzitu genetickou; • genetickou, která umožňuje kontinuální vývoj druhů na základě příbuzenských subpopulací. Ovlivňuje biodiverzitu vyšších úrovní – druhovou a ekosystémovou; dále pak je předpokladem dalšího vývoje a přizpůsobení organismů změnám ŽP, kdy k jejímu snižování dochází zejména u vyšlechtěných odrůd a plemen a jde o důležitý indikátor pro chov domácích zvířat i pěstování odrůd polních plodin i ovocných dřevin. 11 2.1.1 Ekosystémová biodiverzita Až doposud byla v zájmu pozornosti celé řady výzkumů především biodiverzita na úrovni druhů, a ta byla považována za prioritu. Z řady výzkumů prováděných po celém světě však jednoznačně vyplývá, že nejúčinnější je ochrana komplexní. Ta velmi úzce souvisí s péčí o celé biotopy a ekosystémy a nikoli však s ochranou jednotlivých druhů. Je také zřejmé, že snižování biodiverzity nelze plnohodnotně vyvážit záchrannými chovy ani pěstováním v laboratorních podmínkách bez zpětné vazby na původní biotopy. Z uvedených důvodů jsou chráněná území zřizována právě na místech s vysokým výskytem přirozených a přírodě blízkých biotopů a ekosystémů. Od roku 1990 je patrné postupné zlepšování životního prostředí v důsledku využívání moderních technologií v průmyslu, v energetice a v zemědělství, avšak dosud se příliš nedaří zlepšovat kvalitu a početnost ekosystémů. Zlepšení biologické rozmanitosti lze sledovat pouze v jednotlivostech (např. zvýšení početnosti u některých druhů savců a ptáků). Výrazné zlepšení však není patrné ani v komplexním pojetí, tedy na úrovni biotopů a celých ekosystémů. 2.1.1.1 Ekosystémový management Udržení biodiverzity ekosystémů je důležité proto, aby byla zajištěna schopnost ekosystému produkovat ekosystémové služby (fotosyntéza, půdotvorné procesy atd.). Na nich závisí jak biodiverzita, tak lidská civilizace. Udržitelné využívání biologické rozmanitosti je nedílnou součástí koncepce udržitelného rozvoje. Ekosystémové statky jsou produkty poskytované ekosystémy a využívané lidmi (např. dřevo, potraviny nebo léčiva). V budoucnu bude potřeba definovat a uplatňovat indikátory biologické rozmanitosti při měření pokroku dosaženého na úkor rychlosti a rozsahu úbytku biodiverzity. Např.většina genetických zdrojů používaných pro komerční účely pochází z rozvojových a postkomunistických zemí, avšak zisky z jejich využívání plynou na podporu rozvoje hospodářství zemí vyspělých. Ekosystémový přístup představuje strategii pro integrovanou péči o suchozemské, vodní, a živé zdroje, která rovnoměrně podporuje jejich ochranu a jejich využívání. Je založen na využití odpovídajících vědeckých poznatků. a směřuje k péči o biodiverzitu a udržitelné využívání jejích složek. Ekosystémový přístup se postupně stane východiskem pro řízenou péči o ekosystémy (ekosystémový management). Udržení biodiverzity ekosystému je důležité proto, aby byla zajištěna schopnost ekosystému produkovat ekosystémové služby ( např. fotosyntézu, půdotvorné procesy, biochemické cykly). Na nich závisí jak další úrovně biodiverzity, tak lidská civilizace. Ekosystémové statky z pohledu ekosystémového managementu jsou produkty poskytované ekosystémy a využívané lidmi např. dřevo, potraviny nebo léčiva. 12 V budoucnu bude potřeba podrobněji definovat a důsledně uplatňovat indikátory biologické rozmanitosti při měření pokroku dosaženého na úkor rychlosti a rozsahu úbytku biodiverzity. Většina genetických zdrojů používaných pro komerční účely pochází z rozvojových a postkomunistických zemí, avšak zisky z jejich využívání plynou na podporu rozvoje hospodářství zemí vyspělých. Ekosystémové procesy bývají často nelineární a jejich výstupy se mohou projevit teprve po určité době. Proto je potřeba podniknout určitá opatření i tehdy, kdy některé vztahy mezi příčinami a důsledky nejsou z vědeckého hlediska zcela objasněny (princip předběžné opatrnosti). Je potřeba monitorovat fungování hlavních typů ekosystémů. 2.1.2 Druhová biodiverzita Biodiverzitu je možno chápat ve smyslu kvalitativním, určenou např. počtem různých druhů v určitém společenstvu nebo ve smyslu kvantitativním tj. měřenou počtem jedinců určitého druhu. Důležitým a často používaným ukazatelem biologické rozmanitosti je diverzita druhů na určitém území, či v celosvětovém měřítku. Až dosud bylo popsáno kolem 1,75 miliónů druhů a předpokládá se, že větší počet nebyl dosud objeven či popsán. Počet popsaných a počet existujících druhů vybraných skupin organismů Druhy Bakterie Živočichové Rostliny Počet druhů popsaných Celkový počet druhů 4 000 1 000 000 1 320 000 10 600 000 270 000 300 000 Rozdělení druhů na zeměkouli i v rámci určitého území není rovnoměrné. Počet druhů se zvyšuje směrem k rovníku a s větší diverzitou se setkáme spíše v tropických oblastech než například v oblasti mírného pásu, kde je zase větší v porovnání s oblastmi polárními. Tato značná proměnlivost je v úzké vazbě na dostupném množství energie a vody. Úzce souvisí s primární produkcí a fotosyntézou. Jsou tak vytvářeny životní podmínky pro existenci většího počtu organismů. Velkou druhovou diverzitou se vyznačují tropické deštné lesy z terestrických ekosystémů a z vodních jsou to například korálové útesy, vyskytující se hlavně v obastech tropických moří. 13 Tropické deštěné lesy sice pokrývají necelých 7 % povrchu planety Země, avšak žije v nich 90 % světového počtu druhů. 2.1.2.1 Postavení druhu v pojetí společensko – mediálním Z pohledu biologického můžeme druh definovat jako: Soubor vzájemně se křížících jedinců produkujících životaschopné, plodné potomstvo. Od ostatních druhů ho zpravidla oddělují reprodukčně-izolační mechanismy, které přírodní výběr – díky snížené životaschopnosti hybridů – ustavuje velmi rychle již po prvním kontaktu příslušných druhů. Druhy dle jejich chápání člověkem v kontextu celého společenstva či přírody můžeme rozdělit podle Plesníka (2005) do několika skupin. První skupinou, která je výchozí pro celou řadu studií, jsou druhy vzácné. Ty jsou častým předmětem sporů o svém výskytu, kdy je nutno brát v úvahu především jejich ekovalenci, tedy nároky na prostředí, které se mohou promítnout do jejich rozšíření, početností na biotopu. Všechny uvedené indikátory vycházejí z reprodukce a uspokojení potravních nároků, jakož i abiotických kritérií výskytu. Výskyt vzácných druhů vypovídá o zachovalosti biotopů, které ovšem mohou sloužit i jako refugia (útočiště). Zcela jinou kategorii tvoří druhy endemické, které nejsou zpravidla tolik vnímány veřejností, přestože často reprezentují hlubší vazby než je tomu u druhů vzácných. Dostávají se zde do popředí historické vazby na podmínky jejich existence. Endemický druh, tedy druh charakteristický pro určitý areál či území potvrzuje stabilitu prostředí. Podobně lze hodnotit i druh reliktní – tedy obývající původní, člověkem neovlivněné přírodní prostředí. Reliktní druhy vypovídají o původnosti, chráněnosti prostředí a mohou být proto považovány za velmi cenné z hlediska ochrany prostředí. Z tohoto důvodu charakteristika zachovalosti biotopu představuje nevyhnutelnou součást studia biodiverzity, kdy je nutno stanovit nejen konkrétní druh, ale i celé společenstvo. Pro posouzení zachovalosti biotopu lze dobře využít některé skupiny organizmů, proto by měly být sledovány bez ohledu na svoji vzácnost či výjimečnost (pavouci slíďáci, střevlíci, měkkýši, jepice – zejména juvenilové, v extrému pak žábronožky, a další). Zcela odlišnou kategorii tvoří druhy ohrožené, a to bez ohledu na historický vývoj. Na druhé straně mohou být zranitelné, ohrožené či kriticky ohrožené, tedy využívané při hodnocení prostředí, zejména lokálně. Nemusí však vyjadřovat výjimečnost biotopu v historickém kontextu, pouze výjimečnost v dané krajině. Podobně i ochranářsky významné druhy slouží spíše jako podklady k opatřením a programům pro záchranu či omezení vlivu člověka, přestože nemusejí patřit k významným z pohledu zoogeografie či ekologie. Zcela zvláštní postavení mají druhy klíčové, které vykazují větší vliv než jejich vlastní početnost či biomasa. Tyto druhy ovlivňují, bez ohledu na populační či reliktní parametry, své okolí, a to přímo či nepřímo. Lze je nazvat ekosystémovými 14 inženýry. Patří sem opylovači, asociované organizmy, mezihostitelé patogenů. Z hlediska medializace však tyto druhy nepatří ke sledovaným. Naproti tomu, vlajkové druhy mají největší mediální význam – charismatické, oblíbené, známé veřejnosti, často zmiňované v mediích, byť nemusí být rozhodující z pohledu biodiverzity. Vyvolávají emoce hlavně svým vzhledem (habitem). Druhy deštníkové vykazují vliv na ostatní a příkladem mohou být šelmy. Obývají velké areály a plochy, mohou být prostředkem pro odvození velkosti chráněných území, pro výběr chráněných lokalit a ploch apod. Samostatnou kategorii tvoří hospodářsky významné druhy, které jsou velmi významné a známé, ať již pozitivně či negativně. Může se jednat i o volně žijící předky kulturních rostlin i domestikovaných živočichů či naopak tzv. škůdce. Z vědeckého hlediska, druhy fylogeneticky a taxonomicky významné podávají sice informace o vývojových linií, zahrnují živé fosilie, mohou být jedinými zástupci jednotek a linií, nicméně pro veřejnost a media nepatří ke klíčovým. Řada druhů je pak zařazována mezi indikační. Mají schopnost indikovat změny prostředí, tvořit indexy obtížně či nákladně měřitelných vlastností. Mohou být považovány za „bioindikátory“, tvořit skupiny vzájemně se doplňující a lze usuzovat na diverzitu jiných druhů či skupin a celých oblastí. Nicméně tyto předpokládané vlastnosti nemusejí vždy splňovat očekávání spolehlivé indikace. Za další skupinu organizmů lze považovat druhy invazní (viz dále kapitola 4.4). 2.1.3 Genetická biodiverzita I příslušníci jednoho druhu se navzájem více či méně liší. Tato zjevná variabilita je výsledkem odlišností dědičné informace, různých vlivů vnějšího prostředí a interakce dědičné informace s vnějším prostředím. Variabilita dědičné informace významně přispívá k vnitrodruhové variabilitě, ale není její jedinou příčinou. Názorným příkladem jsou jednovaječná dvojčata, která sice sdílejí totožnou dědičnou informaci, ale v některých znacích se přeci jen liší. Mají například odlišné otisky prstů, protože tvar papilárních linií není určen geneticky a je výsledkem náhodných procesů při tvorbě kůže každého jedince. Z hlediska genetické variability patří k nejlépe prozkoumaným tvorům člověk. Už při prvním představení lidského genomu v roce 2000 bylo konstatováno, že lidé mají dědičnou informaci shodnou z 99,9%. To je mezi primáty nezvykle nízká genetická variabilita. Naši nejbližší živočišní příbuzní lidoopi geneticky podstatně variabilnější. Jak je to možné, když lidí žije na Zemi více než 6 miliard a lidoopi se počítají na stovky, tisíce nejvýše desetitisíce kusů? Dnes žije na Zemi mnohonásobně více lidí než šimpanzů, orangutanů nebo goril. Po většinu existence rodu Homo tomu však bylo naopak. Lidé a jejich předci byli velmi vzácní tvorové a nejednou balancovali na hraně vymření. Lidé druhu Homo sapiens si prošli zřejmě velkou krizí naposledy před 70 000 roky, kdy drsné klima ledových dob ovlivnilo velikost populace na pár desítek tisíc. Celé lidstvo by se tehdy vešlo na 15 jeden fotbalový stadión. Dědictvím těchto kritických období je naše nízká genetická variabilita. Genetici vyhodnotili svá zjištění, že z dlouhodobého pohledu žilo na Zemi asi pětkrát více šimpanzů než lidí. 2.1.3.1 Genetická variabilita a biologický druh Definice biologického druhu je poměrně komplikovaná. Dřívější ryze morfologické určení druhů bývá stále častěji doplňováno i výsledky genetických analýz, které přispěly k popisu mnoha nových druhů. Příkladem může být levhart obláčkový (Neofelis nebulosa) byl nedávno rozdělen na dva samostatné druhy – jeden je domovem na asijském kontinentu a druhý na indonéských ostrovech. Podobně byl plejtvák Brydeův (Balaenoptera brydei) na základě genetických analýz rozdělen dokonce na tři druhy – plejtváka Brydeova a plejtváky s latinskými jmény Balaenoptera edeni a Balaenoptera omurai. Plejtvák (Balaeonoptera edeni) byl někdy vydělován z druhu Balaenoptera brydei i na základě morfologických znaků. Druh Balaenoptera omurai byl nejprve identifikován podle struktury mitochondriální DNA a následně u něj byly prokázány i anatomické odlišnosti (např. jiný tvar lebky a menší počet kostic). Ani genetická klasifikace druhů ale nedokáže zabránit tomu, že se vědci v systematickém zařazení jednotlivých organismů neshodnou. Například galapážské obří želvy řadí někteří zoologové do různých druhů a jiní v nich vidí naopak poddruhy želvy sloní. Často jsou pro systematické řazení organismů využívány analýzy mitochondriální DNA. I to je zdrojem mnoha problémů. Rostliny mohou obsahovat několik typů mitochondrií, nesoucích různé geny, a mají zřejmě také možnost ovlivnit, které mitochondriální typy v dané rostlině nakonec převládnou. Typickou ukázkou rostliny s takto mnohotvárnou mitochondriální DNA je u nás běžně rostoucí silenka obecná (Silene vulgaris). V jejích středočeských populacích nalezli čeští vědci nezvykle velkou proměnlivost mitochondriálních genů. Dvě sousední rostliny se liší v sekvenci některých mitochondriálních genů více než tabák a kukuřice. 16 2.1.3.2 Mezidruhoví kříženci Definice druhů na základě schopnosti vzájemného rozmnožování je velmi nepřesná. Vznik mezidruhových kříženců není tak vzácný, jak by se mohlo na první pohled zdát. Na jedné straně tak zjevně vznikají nové druhy. Mezidruhové klonování – schema (viz komentář DVD) 17 Například na Galapágách dochází občas ke křížení některých druhů pěnkavek a výslední hybridi jsou o tolik životaschopnější než příslušníci rodičovských druhů, že mají všechny předpoklady k vytvoření životaschopné populace a vytvoření nového druhu. Z hlediska ochrany přírody je důležité o mezidruhové hybridizaci vědět. Právě molekulární genetika je často rozhodujícím arbitrem při vynesení verdiktu o tom, zda je daný živočich mezidruhovým hybridem. Případ medvědího hybrida versus klimatické změny Příkladem může být vznik kříženců ledního medvěda s grizzlym, který sice vědci nevylučovali, ale na většinu svědectví o jejich existenci se dívali spíše jako na loveckou latinu, kterou se častovali Eskymáci za dlouhých polárních nocí. Všechny spekulace ukončily genetické analýzy úlovku amerického lovce Jima Martella na Banksově ostrově v Beaufortově moři. Martell zaplatil za povolení k odstřelu ledního medvěda 45 000 dolarů a s vydatnou pomocí eskymáckého stopaře Rogera Kuptany zvíře nakonec složil. Nad úlovkem však zůstal v rozpacích stát, protože si nakonec nebyl si jistý, co vlastně ulovil. Stopař upozornil Martella na některé velice nezvyklé znaky – černé lemování oční duhovky, dlouhé drápy, „hrb“ na zádech a nahnědlé skvrny v srsti. „Mohl by to být nanulak,“ prohlásil Kuptana. Tímto slovem, vzniklým spojením slov nanuk – lední mědvěd a aklak –grizzly, označují Eskymáci bájného křížence grizzlyů a ledních medvědů. V blízkosti Kuptanova rodiště na jihu kanadského Banksova ostrova v Beaufortově moři pozorovali údajného hybrida dvou různých medvědích druhů před třemi roky. Nikdo ale nepodal hodnověrný důkaz o jeho existenci. Křížení mezi medvědem ledním a medvědem hnědým bylo popsáno ze zajetí. Zoology tato skutečnost nijak nepřekvapuje. Grizzly a polární medvěd jsou si blízce příbuzní a jejich společný předek žil zhruba před 250 tisíci lety. Z volné přírody však spolehlivé důkazy o narození mezidruhových hybridů chyběly a vědci předpokládali, že k němu nedochází. Rozmnožovací sezóna obou druhů se ale časově překrývá a stejně se překrývají i areály jejich výskytu. Příležitost k vzájemnému páření se grizzlymu a lednímu medvědovi tedy zřejmě naskýtá. Zkušenosti z chovu v zajetí dokládají, že hybridi polárního medvěda a grizzlyho jsou na rozdíl o některých jiných mezidruhových kříženců plodní. Kuptanovo podezření potvrdily s definitivní platností teprve genetické testy v laboratořích společnosti Wildlife Genetics International, jež se specializuje na analýzy DNA volně žijících zvířat. Medvěd ulovený Jimem Martellem měl za matku polární medvědici a otcem mu byl grizzly. Případ medvědího hybrida je námětem k zajímavým úvahám. Globální oteplení vyhání lední medvědy z moře, protože ledy tají zjara velice brzy a na podzim se zamrzání zpožďuje. Naopak, grizzlyové prchají před vedry dále na sever a byli spatřeni v oblastech, kterým se dříve vyhýbali. Může tento fenomén přispět k častějšímu míšení obou druhů? A nesplynou nakonec v jedinou populaci? Představa, že mezidruhoví hybridi jsou automaticky neplodní chudáčci odsouzení 18 k vymření, je mylná. To platí nejen pro křížence ledního medvěda a grizzlyho, ale i pro jiné živočišné druhy. Objev mezidruhových kříženců jako příslib pro záchranu kriticky ohroženého druhu To je zřejmě případ obří galapážské želvy (Geochelone abingdoni), kterou někteří zoologové ji považují za podruh Geochelone nigra abingdoni. Tento druh želvy obýval galapážský ostrov Pinta a byl považován za vyhynulý až do roku 1971, kdy jeden zapálený zoolog pátrající po vzácných plžích narazil na „posledního mohykána“ – samce, jenž dostal jméno Lonesome George, česky Jiří Osamělý. Dnes žije Jiří na Výzkumné stanici Charlese Darwina v městečku Puerto Ayora na ostrově Santa Cruz. Pro tamější ochránce přírody je čímsi jako maskotem. Přesto nikdo nepouští ze zřetele ambiciózní plán, jehož uskutečnění by vrátilo želvy na ostrov Pinta. Pokud by se povedlo osamělou výspu v moři osídlit Jiřího potomky, byl by úspěch dokonalý. Nejnovější genetický výzkum ukázal, že existuje celkem reálná šance na nález dalších želv Geochelone abingdoni. Kupodivu bychom po nich neměli pátrat na ostrově Pinta, ale na ostrově Isabela. Žije na něm asi dva tisíce želv řazených k druhu Geochelone becki. Vědci provedli analýzu DNA získané od 89 želv a zjistili, že po genetické stránce jsou to zvířata velmi různorodá. Část z nich jsou nepochybné původní místní želvy. Najdou se však mezi nimi i jedinci s notnou příměsí cizí krve. Kde se tu vzali? Na tuto otázku odpověděly analýzy DNA Osamělého Jiřího a dědičné informace izolované z šesti muzejních exemplářů želv Geochelone abingdoni. Z nich vyplynulo, že ony prapodivné želvy z Isabely jsou mezidruhoví kříženci. Rodiči jim byli zástupci druhů Geochelone abingdoni a Geochelone becki. Hybridní želvy nebyly tak staré, aby neexistovala šance na to, že naživu jsou stále ještě i jejich rodiče. To by znamenalo, že na ostrově Isabela žijí čistokrevní Jiřího příbuzní. Podle genetiků je jen otázkou času, kdy na čistokrevnou želvu Geochelone abingdoni narazí a potvrdí její původ genetickým testem. 2.1.3.3 Vnitrodruhová genetická variabilita na příkladu člověka Co do pořadí jednotlivých písmen genetického kódu platí, že se lidé navzájem liší v každém tisícím písmeni genetického kódu. Tento typ dědičné variability je označován jako single nucleotide polymorphism (SNP). Genetici byli přesvědčeni, že právě v SNP je nutné hledat příčiny dědičných rozdílů mezi jednotlivými lidmi, např. náchylnost k některým chorobám (kardiovaskulární choroby, obezita, duševní poruchy apod.), individuální rysy ve vzhledu i v nervových funkcích atd. Tento předpoklad se ale nepotvrdil. Začaly se proto zkoumat tzv. haplotypy – tedy určité kombinace SNP. V rámci mezinárodního projektu HapMap vědci zmapovali haplotypy čtyř populací – nigerijských Jorubů, Japonců z Tokia, Číňanů z Pekingu a potomků obyvatel západní a severní Evropy usídlených v americkém státě Utah. Také u haplotypů pátrají po 19 jejich souvislosti s dědičnými dispozicemi zvyšujícími rizika kardiovaskulárních chorob, rakovina nebo neurodegenerativních onemocnění. Zdroje vnitrodruhové genetické variability jsou však ještě mnohem pestřejší. DNA různých lidí liší i velkými úseky čítajícími mnoho tisíc písmen genetického kódu. Někdo vlastní jeden úsek, další jej má mnohonásobně zmnožen a třetímu člověku může tatáž rozsáhlá část DNA bez zjevných následků úplně chybět. Pokud bychom přirovnali lidskou DNA ke knize, pak musíme konstatovat, že každý z nás zdědil jedinečný výtisk. Od „knih“ jiných lidí se liší nejen „překlepy“ v jednotlivých písmenech ale i počtem odstavců nebo celých kapitol. Některé odstavce a kapitoly máme hned několikrát, jiné postrádáme. Při prvním čtení lidské DNA nebyla opakujícím se úsekům věnována velká pozornost. Nejnovější analýzy mezinárodního konsorcia genetiků odhalily, jak velké části lidské dědičné informaci se „kopírování odstavců a kapitol“ týká. Vědci porovnali dědičnou informaci 269 lidí ze čtyř různý etnik, jež zkoumali i v rámci projektu HapMap, tedy afrických Jorubů, Japonců z Tokia, Číňanů z Pekingu a potomků vystěhovalců ze západní a severní Evropy obývajících dnes americký stát Utah. Celkem u nich odhalili 1500 míst, kde se dědičná informace jednotlivců liší počtem dlouhých úseků DNA. V 3,2 miliardách písmen genetického kódu lidské dědičné informace zabírají asi dvanáct procent. Zdaleka to neznamená, že na stejnou hodnotu narostly i genetické rozdíly mezi jednotlivými lidmi. Nikdo nevyužívá plnou měrou prostor, který se mu pro odlišení od ostatních nabízí. Vědci se zatím nedokážou shodnout, jak velkou variabilitu „kopírované odstavce a kapitoly“ DNA lidem přinášejí. První kalkulace skončily odhadem, podle kterého lidé sdílejí asi 99,5% dědičné informace. Určitě to není konečné číslo. Zatím se daří odhalit v lidském genomu kopie dlouhé nejméně 50 000 písmen genetického kódu. Analýzám unikají kratší úseky čítající 1000 až 10 000 písmen, které budou zřejmě v lidské DNA namnoženy na mnohem větším počtu míst. Shodou okolností byla nedávno odhadnuta shoda DNA člověka Homo sapiens a neandrtálce rovněž na 99,5%. Tento údaje se však týká pouze „překlepů“ v jednotlivých písmenech. O tom, nakolik neandrtálci opakovali odstavce a kapitoly ve své „knize DNA“ nemáme nejmenší tušení. Pokud se to podaří odhalit, bude rozdíl jistě mnohem větší. Velmi důležitý je fakt, že se množení úseků DNA nevyhýbá ani místům, kde leží geny. Vědci jich zatím odhalili 2908 a o 285 z nich vědí, že se podílejí na vzniku některých chorob. Stávající představa, podle které dědíme jeden „výtisk“ genu od otce a druhý od matky, se ukazuje jako silně zjednodušená. Od jednoho rodiče nemusíme zdědit ani jeden „výtisk“ daného genu, zatímco druhý nám jej může předat hned v několika kopiích. Ukazuje se, že pomnožení některých genů může stát v pozadí náchylnosti k Alzheimerově chorobě, rakovině prostaty nebo k poruchám krvetvorby. Počet kopií genu CCL3L1 významně ovlivňuje odolnost člověka k nákaze virem HIV. Příkladem významu zmnožení velkých úseků DNA pro evoluci může být lidský gen MGC8902. Tento poněkud záhadný gen odhalený v lidské DNA mohl sehrát 20 významnou roli ve vydělení člověka ze zvířecí říše. Naši předci si jej „naklonovali do zásoby“ a to podle amerických genetiků vedených Jamesem Sikelou z University of Colorado v Denveru nemůže být náhoda. Genomy člověka a jeho nejbližších živočišných příbuzných se nápadně podobají. Rozdíly mezi jejich majiteli jsou přesto propastné. Genetici proto pátrají v dědičné informaci člověka, lidoopů a opic po rozdílech, které by mohly být za evoluční vzestup člověka zodpovědné. Donedávna se soustředili na záměny v pořadí písmen genetického kódu. V poslední době se však stále častěji zabývají i změnami, jež postihly celé dlouhé úseky lidské DNA. Do této kategorie změn patří mnohonásobné namnožení genů. Pokud bychom geny přirovnali k počítačovým souborům dat, pak bychom mohli říci, že evoluce tato data mnohonásobně „zálohovala“. Při čtení genomu mají genetici velké potíže s pasážemi, kde se úseky DNA opakují. I proto toho o „zálohovaných“ genech a jejich významu víme poměrně málo. Evoluční biologové předpokládají, že „záložní kopie“ mohl organismus využít jako surovinu pro vznik nových genů s novou funkcí. Původní funkce plnil i nadále „originál“ a jeho kopie mohly „beztrestně“ experimentovat s vlastním uspořádáním. Část namnožených genů nakonec zmizela. Některé kopie však čekala hvězdná kariéra. Geny s motivem DUF1220 jsou aktivní v řadě tkání a orgánů, např. v srdci, tenkém střevě, slezině nebo svalovině. S úplně nejvyšším nasazením však pracují v mozkové kůře. Gen MGC8902 a další geny s motivem DUF1220 jsou proto ve vážném podezření z účasti na vyšší nervové činnosti typické jen pro člověka. Některé velmi krátké mnohonásobně se opakující sekvence DNA jsou natolik jedinečné pro daného jedince, že je lze využít k jednoznačné identifikaci. To je základem tzv. otisků DNA (anglicky DNA fingerprint) využívaných např. v kriminalistice. Základem jsou vysoce variabilní části dědičné informace, v kterých se opakují sekvence 3 až 5 písmen genetického kódu. Pokud je stanoven dostatečný počet různých míst s opakující se sekvencí, pak kombinace v počtu opakování jednotlivých sekvencí tvoří jedinečný kód typický pro daného jedince. Pravděpodobnost výskytu stejné kombinace u jiného člověka (s výjimkou jednovaječného dvojčete) je prakticky nulová. Tyto opakující se sekvence nejsou součásti kódujících sekvencí a neovlivňují expresi genů. Nemají proto žádný vztah k fenotypu daného jedince. Zjednodušeně řečeno, otisk DNA nás jednoznačně identifikuje, ale o našich dědičných vlastnostech nic nevypovídá. Stanovení DNA otisku se využívá i k jednoznačné identifikaci zvířat – hospodářských i volně žijících. Protože se DNA otisk dědí (DNA otisk potomka vzniká kombinací otisků otce a matky), lze jeho analýzou prokázat rodičovství. To se využívá nejen v paternitních sporech u člověka, ale i pro určení paternity zvířat (např. se tak potvrzuje původ plemenných zvířat, závodních koní apod.). Určení paternity u volně žijících zvířat napomohlo k odhalení chování, které lze jinak jen těžko prokazovat. Například se ukázalo, že údajná věrnost ptačích samic je v mnoha přídech pouhým mýtem, protože v hnízdě se klubou potomci více samců, s nimiž se samice pářila, i když má jednoho stálého partnera. K dědičné variabilitě mohou přispívat i některé z tzv. tichých mutací, které jsme donedávna považovali za evolučně neutrální. Tento typ mutace mění v genu 21 písmeno genetického kódu, ale nemění aminokyselinu, která se podle pozměněné DNA zařazuje do bílkoviny. Zařazení aminokyseliny do bílkoviny kóduje trojice písmen genetického kódu, tzv. triplet. Změna DNA beze změny bílkoviny je umožněna skutečností, že daná aminokyselina je řazena do řetězce bílkoviny podle několika různých tripletů. . Změny DNA, které nevykročí za rámec skupiny tripletů kódujících jednu a tu samou aminokyselinu, byly doposud považovány za neutrální. Počítalo se s tím, že pro výslednou vlastnost bílkoviny je jedno, podle jakých tripletů byla syntetizována. Za hlavní biologové považovali to, aby měla bílkovina všechny aminokyseliny na svém místě. Američtí vědci z National Cancer Institute v Bethesdě toto dogma vyvrátili. Tým vedený Michaelem Gottesmanem zjistil, že tichá mutace genu MDR-1 mění vlastnosti P-glykoproteinu, který se podle instrukce tohoto genu syntetizuje. To má celkem vážné následky. Gen MDR-1 získal svou zkratku ze slovního spojení „multidrug rezistence-1“. P-glykoprotein, který si buňky podle genu MDR-1 vyrábějí, dokáže pumpovat chemoterapeutika z nitra nádorových buněk ven a chrání tak rakovinné buňky před účinky těchto léků. Není proto vůbec jedno, s jakou aktivitou P-glykoprotein v nádorových buňkách pracuje. V kombinaci s některými dalšími mutacemi dokáže specifická „tichá“ mutace genu MDR-1 označovaná jako C3435T zvýšit výkon pumpy P-glykoproteinu a zvýšit tak i odolnost nádoru k léku. Změna vlastností bílkoviny pouhou změnou tvaru molekuly bez změny aminokyselin v jejím řetězci není nic nového. Je velmi dobře známá například při proměně neškodného prionového proteinu na zhoubný prion. Z předešlého vyplývá, že lidstvo je ve srovnání s jinými živočichy geneticky velice jednotvárné. Rozdíly v DNA jednotlivých lidí, národů i ras jsou malé. Přesto jsou mezi různými etniky patrné rozdíly. Vedle typických rysů, jako je barva pleti nebo typ vlasů, se příslušníci různých etnických skupin liší i vnímavostí k chorobám. Příčiny nejsou jasné. Výzkum dědičných rozdílů mezi jednotlivými rasami narážel donedávna na nepochopení. Mnozí v něm viděli víceméně skrytý projev rasismu. Tento výzkum ale může odhalit příčiny jemných nuancí v lidské individualitě a v neposlední řadě má význam i pro prevenci a léčbu závažných onemocnění. V této souvislosti je vhodné upozornit na komerční aktivity některých soukromých společností, které nabízejí testování na nejrůznějších úseků DNA s tím, že pak zákazníkovi vydají příslušný glejt o jeho příslušnosti k vybrané skupině. Nejznámější osobností na tomto poli je zřejmě britský genetik B. Sykes, který je u nás populární díky knize „Sedm dcer Eviných“. Popisuje v ní sedm fiktivních nositelek nejběžnějších variant lidské mitochondriální DNA, s nimiž se můžeme v Evropě setkat. Sykesova soukromá společnost provádí testy mitochondriální DNA a na základě jejich výsledků pak zákazník dostane certifikát, jenž jej přiřazuje k potomkům jedné z pravěkých „Eviných dcer“. Podobných společností je celá řada a člověk si u nich může objednat test na nejrůznější typ předků (od indiánů až po Vikingy). V České republice vzbudila nedávno velkou pozornost soukromá společnost Genomac International, která za zhruba 1200 korun provádí zájemcům analýzu dědičné informace, jejíž výsledek naznačí, odkud pocházel jejich dávný praotec. První výsledky ukazují, že většina českých mužů zdědila po meči část dědičné informace, tzv. pohlavní chromozom Y, 22 jež má uspořádání běžné mezi muži z jiných koutů světa, než je Česká kotlina. Znamená to, že devadesát procent Čechů nejsou praví Češi? Dělit Čechy na „pravé“ a „nepravé“ je samo o sobě zavádějící. Nic se na tom nezmění, ani když dělení opřeme o certifikát s výsledky genetických analýz. Mužský pohlavní chromozom Y se dědí výhradně z otce na syna. V tom je v dědičné informaci výjimkou. Převážnou většinu dědičné informace dostáváme od obou rodičům a potomci ji mohou zdědit bez ohledu na pohlaví jak od otce tak i od matky. Dědičná informace každého se proto v každé další generaci míchá a jejich původ nelze vystopovat tak snadno jako u chromozomu Y. Mužský chromozom tvoří jen zlomek celkové dědičné informace. Z celkového počtu 23 000 genů máme na chromozomu Y uloženou necelou stovku. Naše dědičné dispozice, jsou dány většinou geny ležícími mimo chromozom Y. Navíc to, jací jsme, neurčuje zdaleka jen dědičná informace. Neznamená to, že se analýzou chromozomu Y nemůžeme dopracovat k velmi zajímavým a důležitým informacím. Napomáhají určit genetickou různorodost lidstva, pomáhají vystopovat dávné migrace. Tyto genetické stopy však rychle berou za své. Lidstvo se začalo dramaticky „mísit“ už po velkých objevitelských plavbách Kolumba či Magellana. V dnešním globalizovaném světě rychle mizí genetické „rarity“. Podle irského historika Marka Humphryse z university v Dublinu by mohli všichni dnešní Evropané odvodit svůj původ od někoho, kdo žil v době Karla Velikého. Podle amerického statistika Josepha Changa z Yaleovy university Changova se rodokmeny všech současných obyvatel Země už propletly natolik, že ve všech nakonec najdeme jednoho jediného člověka, který žil někdy kolem roku 1500 př.n.l. Jeho domov mohl ležet kdesi ve východní Asii, protože právě tam se protínají největší migrační cesty. Jednotlivá etnika si přesto uchovávají určité typické spektrum dědičných rysů. Ty mohou činit jejich příslušníky zvýšeně náchylnými k některým chorobám, zvyšovat riziko nežádoucích reakcí na určité léky. Pokud světový neklid zanese běžence daleko od jejich původní vlasti, mohou mít v nové domovině potíže s hledáním vhodných dárců kostní dřeně nebo orgánů pro transplantace. Význam podobných studií pro lidstvo jako celek je nesporný. Jejich přínos pro jednotlivce je mnohem menší. Nevhodně interpretovaný výsledek genetické analýzy může napáchat i škody. „Nepravý“ Čech „odhalený“ na základě „zahraniční“ varianty chromozomu Y, může mít ve zbytku DNA varianty genů, které jsou ve zdejší populaci zcela běžné. Nedělá to z něj „pravého“ Čecha o nic víc, než z něj „cizorodý“ Y chromozom činí „cizáka“. O tom, jak je hra na geneticky „pravé“ Čechy nesmyslná, svědčí fakt, že jeden z mála odhalených „ryzích“ Čechů je modrooký blonďák s příjmením Fridrich. Mnohé varianty genů, které považujeme za zcela zásadní a typické pro danou rasu či etnikum se objevily zcela nedávno. Příkladem může být světlé zbarvení kůže obyvatel evropského kontinentu. Lidé, kteří přišli před 40 tisíci lety do Evropy z africké kolébky lidstva, měli bezpochyby tmavou pleť. Ve sluncem ozářeném černém kontinentu chránil kožní pigment člověka před poškozením kůže ultrafialovým zářením a vznikem kožních nádorů. Vědci se domnívali, že v mnohem stinnější Evropě pravěkým lidem pokožka díky změnám některých genů rychle 23 vybledla. Antropoložka Heather Nortonová z University of Arizona v Tucsonu však došla k závěru, že Evropu obývali černoši možná ještě před pěti tisíciletími. Světlou pleť Evropanů má z valné části na svědomí zvláštní varianta genu SLC24A5. Nortonová provedla analýzy „evropské“ varianty tohoto genu a porovnala ji s variantou, jakou nesou ve své dědičné informaci Afričané, Indiáni a obyvatelé Asie. Americká badatelka přečetla gen SLC24A5 a písmena genetického kódu v jeho těsném sousedství celkem u jednačtyřiceti příslušníků různých etnik. Zjistila, že „bledý“ gen Evropanů se změnil oproti původním „tmavým“ variantám jen velmi málo. Varianta genu určující světlou pleť Evropanů je zřejmě stará jen 5300 až 6000 let. Od vzniku „bledého“ genu nás rozhodně nedělí více než 12 tisíc roků. 2.1.3.4 Epigenetické zdroje variability Na funkci (expresi) jednotlivých genů mají velký vliv nejen změny ve struktuře DNA (změny v regulačních sekvencích genů), ale i změny, které se odehrávají „na povrchu“ DNA. Jde o tzv. epigenetické změny, při nichž se nemění pořadí bazí v DNA, ale výsledný fenotyp jedince může být přesto diametrálně odlišný a navíc dědičný. Stále častěji se hovoří o epigenetické informaci a spolu s již notoricky známým slovem „genom“ vědci skloňují i žahavou novinku „epigenom“. Genom – tedy dědičnou informaci zapsanou do dvojité šroubovice DNA písmeny genetického kódu – si můžeme pro názornost představit jako noty. Jednotlivé geny bychom si pak mohli představit různé skladby. Některé jsou navzájem zcela odlišné – asi jako Bachova fuga a poslední šlágr Madonny. Jiné geny jsou si podobné nebo sdílejí společné motivy – třeba jako Smetanova Vltava obsahující motiv nápadně podobný lidové písni „Kočka leze dírou…“. Samotné noty ale neurčují celkové znění skladby. Skladatel je „obalil“ dalšími modifikujícími pokyny. Určuje například zda mají jít tóny po sobě rychle nebo pomalu, zda se má skladba hřmít „forte“ nebo ševelit „piano“. V některých místech předepisuje změnu hlasitosti, jinde zase změnu tempa. Také „symfonie dědičnosti“ v našich buňkách si nese podobná „znaménka“. I geny mohou pracovat ve velkém kalupu nebo naopak téměř umlknout. V roli „znamének“ vystupují molekuly, které se vážou na DNA. Jsou přichyceny na jejím povrchu jako tu více a tu zase méně kompaktní obal. Za konkrétní příklad z dědičné informace nám poslouží gen „aguti“ u myší. Pokud je obalen jen málo, čte jej organismus jako pokyn pro růst rezavé srsti, tloustnutí a silnou náchylnost k nádorovému bujení. Pokud je obalen silněji, pak jej organismus čte jako instrukci k růstu hnědočerné srsti, štíhlé postavy a odolnosti k rakovině. Už z tohoto příkladu vysvítá, že „obaly“ genů jsou přinejmenším stejně důležité jako geny samotné a mohou rozhodovat o životně důležitých věcech. Epigenetické změny – tedy „obalení“ jednotlivých genů - vysvětlují i některé záhady. Jednu z nich představují rozdíly v dědičných vlastnostech u jednovaječných dvojčat. Tito sourozenci mají úplně totožnou dědičnou informaci a přesto se mohou lišit dědičným sklonem k rakovině, duševním chorobám a dalším neduhům. Jak to? S „totožnou“ DNA jednovaječných dvojčat se to má jako s pohádkovou chytrou horákyní, jež byla nahá-oblečená, bosá-obutá, učesaná-rozcuchaná. DNA dvojčat je totiž stejná a zároveň i odlišná. Totožné je pořadí písmen genetického kódu v dvojité šroubovici DNA. To není málo. V každé buňce máme asi dva metry DNA, jež se 24 skládá z tří miliard písmen genetického kódu. Dvojčata se však mohou lišit v tom, jak, nakolik a kde je jejich dědičná informace obalená. A skutečně se liší. A s postupujícím věkem se liší čím dál tím víc.Dokázal to velmi přesvědčivě španělský genetik Manuel Esteller z Národního centra pro výzkum rakoviny v Madridu. Spolu se svými spolupracovníky prověřil dědičnou informaci osmdesáti párů jednovaječných dvojčat ve věku od tří do čtyřiasedmdesáti roků. V útlém dětství mají dvojčata DNA obalenou prakticky totožně. V padesáti se však už odlišují v obalení třikrát většího počtu genů než ve věku tří let. „Nejsme jen to, co máme napsáno v genech,“ říká Esteller. „Není důležité jen pořadí písmen genetického kódu v DNA, ale také to jak aktivní jsou jednotlivé geny. Vysvětluje to také, proč mohou být jednovaječná dvojčata různě vnímavá k některým chorobám.“ Změny v obalování genů a s tím související změny v aktivitě genů nepostihují samozřejmě jen dvojčata. Odehrávají se v DNA každého z nás, dnes a denně se nám některé části DNA „zahalují“ a jiné zase „rozkrývají“. Zatímco pořadí písmen vlastní dědičné informace nemůžeme změnit, „balení“ genů zřejmě máme do určité míry pod kontrolou. Názorně to dokládá opět příklad na myších s různě zabaleným genem „aguti“. Matka s rozbaleným genem má rezatou barvu srsti, je silně obézní a již v útlém věku ji ohrožuje nádorové bujení. Za normálních okolností zdědí její potomci rozbalený „rezavý“ gen se vším, co k tomu patří. Pokud je ale matka během březosti krmena zvláštní dietou bohatou na látky obalující DNA, může se jí narodit mládě se zabaleným genem. Takový potomek vypadá, jako kdyby ke své máme ani nepatřil. Pod hnědočernou srstí se skrývá štíhlé tělo, kterému nehrozí zvýšené riziko rakoviny. Pokud si dovolíme extrapolaci z myši na člověka, pak je možné, že někteří lidé přicházejí ba svět s vrozenou dispozicí k některým chorobám ne proto, že by to měli vepsáno písmeny genetického kódu do DNA, ale proto, že jim jejich matka nevhodnou životosprávou během těhotenství pozměnila obaly důležitých genů. Tím ale naše nadvláda nad aktivitou genů nekončí. Estellerova studie na dvojčatech dokazuje, že i průběhu života se nám mění aktivita genů zřejmě pod diktátem vlivů z vnějšího prostředí. Konkrétně naší stravy, fyzické aktivity, kouření, konzumace alkoholu, zátěže v podobě toxických látek. Zatímco naše kompletní dědičná informace čili genom se prakticky nemění, její obal čili epigenom je podstatně tvárnější. Po přečtení genomu se zdá dalším logickým krokem rozluštění epigenomu. To je však neuvěřitelně komplikovaný úkol. Zatímco genom je stejný ve všech buňkách těla, epigenom se neustále mění. Liší se mezi jednotlivými typy buněk a proměňuje ve v čase a s tím, jak se mění životní podmínky. Jeho luštění je střelba na pohyblivý cíl. Epigenomické změny dědičné informace – zjednodušeně řečeno „balení DNA“ – spočívají ve dvou různých procesech. V prvním jsou využívány jako „obalový materiál“ molekuly, které se napojují přímo na dvojitou šroubovici DNA. V roli „obalu“ vystupují obvykle metylové chemické skupiny složené z jednoho atomu uhlíku, na nějž jsou navázány tři atomy vodíku. Molekula DNA se skládá ze čtyř různých písmen genetického kódu – molekul adenin, cytosin, guaninu a thyminu.. Metylové skupiny se přednostně vážou na cytosin, zvláště pokud je v molekule DNA následován guaninem. Obalení DNA metylovými skupinami určuje, jak a zda vůbec se mohou na dvojitou šroubovici vázat bílkoviny předurčující aktivitu genů. 25 Ve druhém případě jsou modifikovány molekuly, na kterých je DNA uložena. Dvojitá šroubovice DNA dosahuje v každé ze sta bilionů buněk lidského těla délky dvou metrů a je zřejmé, že musí být velmi pečlivě sbalena, aby se tam vůbec vešla. K balení DNA využívají buňky molekulární „cívky“ v podobě bílkovin zvaných histony. Dvojitá šroubovice může být na histonové „cívce“ namotána těsně - pak jsou geny na takto „utažené“ DNA nemohou pracovat pro naprostý nedostatek prostoru. Smyčky DNA ale mohou na histonech povolit a v tom případě se geny mohou uvést do chodu a začnou se podle nich v buňce vyrábět příslušné bílkoviny. Každý histon je vybaven jakýmsi ocáskem, na který se může navázat více než 20 molekul. Mohou se kombinovat jako přívěsky na náhrdelníku. Některé přívěsky nebo jejich kombinace uvolňují smyčky DNA kolem histonové cívky, jiné je naopak utahují. Odborníci proto hovoří o molekulárních přívěscích navěšených na histonech jako o tzv. histonovém kódu. Nedávno se ukázalo, že míra exprese některých genů se podílí na dědičnými rozdíly mezi jednotlivými lidskými etniky. Tým genetiků z University of Pennsylvania vedený Vivian Cheungovou a Richardem Spielmanem porovnal intenzitu práce asi 4000 genů v buňkách, jež pocházely od Evropanů, Japonců a Číňanů. Buňky byly kultivovány v laboratoři za shodných podmínek a přesto jejich geny pracovaly s různým nasazením. Buňky Japonců a Číňanů se prakticky nelišily. S různou intenzitou v nich pracovalo jen 27 genů. Při srovnávání buněk Asiatů s buňkami Evropanů však vědci odhalili asi tisíc odlišně pracujících genů. U pětatřiceti genů byl zaznamenám více než dvojnásobný rozdíl v aktivitě. Vědci čekali, že se geny budou výkonností lišit. Výsledky filadelfského týmu je ale zaskočily. „Těch pětadvacet procent mě doslova šokovalo,“ přiznala Vivian Cheungová. Objevený rozdíl neznamená, že by mezi rasami a etniky existovaly jasně vymezené genetické hranice. Autoři studie zjistili velkou variabilitu v práci jednotlivých genů i mezi příslušníky jednoho a téhož etnika. Rozdíly v intenzitě práce genů u Evropanů a Asiatů si můžeme přirovnat k rozdílům ve výšce u mužů a žen. Ačkoli jsou muži zpravidla vyšší než ženy, v jednotlivých přídech to neplatí a mnohé ženy výškou postavy předčí celou řadu mužů. S geny Evropanů a Asiatů a jejich pracovním nasazením je to podobně. Zatím není jasné, jak se rozdílné pracovní nasazení tak velkého počtu genů promítá do zdravotního stavu a náchylnosti k chorobám. Vědci se chtějí přednostně věnovat genům, jež pracují u Asiatů a Evropanů zcela odlišně. Horkým kandidátem je gen UGT2B17, který má na starost metabolismus pohlavních hormonů a zřejmě se podílí i na rozkladu molekul některých léků. Tento gen pracuje Asiatům v průměru s 22krát vyšším nasazením než Evropanům. Genetická variabilita a přežití druhu O důležitosti genetické variability pro přežití pozemských organismů se můžeme názorně přesvědčit na příkladu galapážských pěnkavek, jejichž předek se dostal na souostroví Galapágy z jihoamerické pevniny a vyvinul se tu v pestré spektrum nových druhů. Tyto tzv. Darwinovy pěnkavy jsou uváděny jako příklad evolučního přizpůsobení konkrétním podmínkám. Učebnicovým příkladem jsou různé tvary 26 zobáku, které se vyvinuly u jednotlivých druhů podle toho, jaké potravě se daný druh na ostrovech přizpůsobil. Příklady Pěnkavky, jak se tito ptáci správně vědecky jmenují, se dokázaly přizpůsobit drsnému prostředí Galapág přímo dokonale. Nejznámější je zřejmě pěnkavka bledá (Camarhynchus pallidus), která se naučila získávat potravu (hmyz) z úzkých štěrbin pomocí ostnu kaktusu. Především v dobách nouze dobývá pěnkavka bledá pomocí tohoto jednoduchého nástroje více než polovinu veškeré kořisti. V podílu potravy získané pomocí nástroje tak pěnkavka předčí i šimpanze. Ještě podivnější zdroj potravy si našla pěnkavka ostrozobá (Geospiza difficilis) a především její poddruh Geospiza difficilis septentrionalis. Tato pěnkavka je vybavena velice ostrým zobákem. Využívá jej k napadání jiných ptáků, kterým způsobuje krvácející zranění. Pěnkavka si pak pochutnává na krvi z ran svých obětí, nejčastěji mořských ptáků terejů. Ti se jejím útokům ani příliš nebrání. Vědci spekulují, že původně vybírala pěnkavka terejům z peří cizopasníky a ti její návštěvy vítali. Později pěnkavky zjistili, že si mohou na terejích vymoci vydatnější sousto. Ptačí krví se pěnkavka ostrozobá pouze zpestřuje jídelníček. Základem její stravy jsou podobně jako u jejích ostatních příbuzných především semena a hmyz. Občas s pochutná i na nektaru opuncií. Vědci si vždycky představovali vznik nového druhu Darwinovy pěnkavy jako poměrně dlouhý, postupný proces. Američtí biologové Peter a Rosemary Grantovi z Princeton University ale přistihli jednu z galapážských pěnkavek při přímo bleskové „výměně“ zobáku. Na galapážském ostrově Daphne Major žila pěnkavka prostřední (Geospiza fortis) bez vážné konkurence. Semena místních rostlin měla sama pro sebe. V roce 1982 se dostala na ostrov dvakrát větší pěnkavka velkozobá (Geospiza magnirostris) s velkým, silným zobákem. Ta si uzurpovala výhradní právo na velká semena a dovedla si je díky své tělesné převaze vynutit. Menší pěnkavě to nevadilo. I tak našla na ostrově dost a dost potravy. To se však od základu změnilo v roce 2003, kdy na ostrůvek udeřilo velké sucho. Semena se neurodila a o potravu byla nouze. V roce 2004 uhynulo hladem 152 z 235 zástupců menšího druhu pěnkavky. Mohutnější druh zaplatil ještě větší daň. Ze 150 kusů jich přežila asi desetina. V roce 2005 se začaly obě populace vzpamatovávat. Zatímco velká pěnkavka zůstávala stále stejná, menší druh se znatelně proměnil. Během sucha utrpěly nejvíce kusy s větším zobákem protože ty byly vystaveny nejsilnější konkurenci z řad velkých pěnkavek. Naopak, pěnkavky prostřední s nejmenšími zobáky se dostávaly do výhody, protože mohly vybírat nejdrobnější semena, ke kterým se pěnkavky s většími zobáky nedostaly. Našly tak přeci jen něco k snědku. Osvědčily se v neúprosném přírodním výběru a prosadily se v celkové populaci. Dnešní zástupci pěnkavky prostřední mají na ostrově Daphne Major o poznání menší zobáky, než jakými se mohli pyšnit jejich předci před rokem 2004. Průměrná délka zobáku u pěnkavek prostředních klesla z 11,2 milimetrů na 10,6 milimetru. Šířka zobáku se zmenšila z 9,4 milimetru na 8,6 milimetru. 27 Výsledky pozorování manželů Grantových otiskl přední americký vědecký časopis Science. V témže čísle ocenil studii biolog Jonathan Losos z Harvard University: „Tahle studie se s okamžitou platností stává klasickým učebnicovým příkladem.“ Z této studie jasně vyplývá klíčový význam genetické variability pro přežití druhu. 2.1.3.5 Význam genetické variability pro přežití druhu Genetická variabilita druhu Živočichy obvykle řadíme mezi ohrožené, pokud začnou jejich stavy dramaticky klesat. Zpravidla tak zároveň klesá i genetická rozmanitost populace a snižuje se pravděpodobnost, že někteří jednotlivci nesou varianty genů výhodné pro přežití v silně změněných podmínkách (např. při suchu v případě galapážských pěnkavek). I poměrně početné populace mohou být z genetického hlediska „jednobarevné“ a jejich další osud je velmi nejistý. To bývá případ mnoha druhů zachráněných před bezprostřední hrozbou vyhynutí. Příklady Například současná populace amerického bizona čítá asi 350 tisíc kusů. Velikost původní populace se ale pohybovala mezi 60 až 100 miliony kusů. Je zřejmé, že současná populace nenese celé spektrum genetické variability původní bizoní populace. Situace je ale ještě vážnější, než se může zdát na základě hodnocení současného stavu. Dnešní bizoni jsou potomci několika desítek zvířat, která se podařilo na sklonku 19. století zachránit před vyhubením. Je zřejmé, že genetická variabilita dnešních bizonů je jen zlomkem původní genetické rozmanitosti tohoto druhu. Pro velké savce (tj. s živou hmotností v dospělosti nad 45 kg) někdy populační genetici udávají jako minimální velikost životaschopné populace 500 kusů. Tím mají na mysli tzv. efektivní populaci, do níž se započítávají jen zvířata, která plodí potomky. Ve skutečnosti musí být celkový počet zvířat o dost vyšší, např. o nedospělá mláďata nebo o zvířata, která jsou sociálně vyloučena z reprodukce (např. i dospělí samci, kteří si nevydobyli přístup k samicím). Na druhé straně ale není pravda, že zúžení genetické variability vede automaticky k rozšíření dědičných defektů a degeneraci. Příbuzenská plemenitba Dokládá to jasně příklad chillinghamského skotu chovaného volně v jednom parku na severu Anglie. Přinejmenším po tři staletí je stádo chillinghamského skotu uzavřené přílivu cizí krve. Zákonitě se tu tedy mezi sebou páří jen blízce příbuzná zvířata. Není vyhnutí. Populace je navíc velmi malá. V roce 1947 stádo tvořilo jen pět býků a osm krav. Dnes čítá chillinghamské stádo asi padesát kusů. Výsledky důkladných analýz ukázaly, že zvířata tohoto stáda jsou z genetického hlediska prakticky totožná. Moderní biotechnologie dokážou dosáhnout srovnatelné genetické jednotvárnosti jen klonováním. Chillinghamský skot lze proto s trochou nadsázky označit za „přirozené klony“ nebo spíše „skoro-klony“, protože určité genetické rozdíly tu jsou přeci jen patrné. Navzdory tomu mají zvířata zcela normální plodnost a netrpí žádnou zjevnou 28 vadou nebo poruchou. Pokud měl původní chillinghamský skot v dědičné informaci nějaké „škodlivé geny“, pak se jich během sedmdesáti generací příbuzenské plemenitby úspěšně zbavil. Příbuzenská plemenitba je spojena s rizikem poklesu plodnosti a životaschopnosti. Lidé se o tom nejednou přesvědčili na vlastní kůži. Degenerované vladařské rody stižené řadou dědičných defektů jsou toho názorným příkladem. Stejně tak je tomu v drtivé většině i u zvířat. Pokud se mezi sebou páří blízce příbuzná zvířata, klesá významně genetická různorodost potomstva. Navíc se v dědičné informaci potomků hromadí „porouchané“ geny. Zdaleka to ale neplatí ve všech případech. Pokud je příbuzenská plemenitba provázena důslednou selekcí, může na jejím základě vzniknout geneticky stejnorodá, ale přitom plně životaschopná populace. Příklad To, že genetickou variabilitu nelze podceňovat, dokládá situace floridské populace pumy americké, která stála počátkem 90. let minulého století na pokraji vyhynutí a většina odborníků by na její přežití nevsadila pěťák. Nejnovější analýzy stavu floridských pum naznačují, že tyto šelmy jsou z nejhoršího venku. V roce 1995 vysadili ochránci přírody na Floridu osm samic pumy pocházejících z Texasu. Byl to poslední zoufalý pokus o záchranu ohrožené populace, která se dostala do svízelné situace díky inbreedingu, tj. plození potomků rodiči, kteří jsou spolu blízce pokrevně spříznění. Inbreeding s sebou nese zúžení genetické proměnlivosti, ale, jak jsme si demonstrovali na příkladu chillinghamského skotu, nemusí být nutně provázen „degenerací“. To záleží na spektru variant genů, které se v malé populaci vyskytují a na intenzitě selekce nositelů nežádoucích variant dědičné informace. Pokud zvířata nemají „nebezpečné varianty“ genů nebo jsou jejich nositelé rychle a spolehlivě odstraňováni, může i malá populace vzájemně blízce příbuzných zvířat celkem dobře prosperovat. V případě floridských pum to naneštěstí neplatilo. U přežívajících zvířat se objevily dědičné choroby srdce a dědičné poruchy tvorby spermií. Zdá se, že „přilití nové krve“ texaských pum přineslo ovoce. Dokazují to analýzy stavu populace pum na Floridě zveřejněné ekologem Stuartem Pimmem z Duke University. Podle Pimma jsou „hybridní“ pumy zplozené rodiči z floridské a texaské populace podstatně životaschopnější než čistokrevné floridské pumy. Svou životaschopnost si udržují po celý život a dokazují ji i tím, že začaly pronikat na nová území a rozšiřovat tak areál, na kterém nyní pumy na Floridě žijí. „To lze považovat za nejlepší demonstraci toho, že program využívající introdukce nových, geneticky odlišných zvířat měl velký a pozitivní dopad na tento ohrožený druh,“ komentoval Pimmovu práci biolog Paul Beier z Northern Arizona University. Není pochyb o tom, že k vysazení velké a v Americe velice populární šelmy do nové lokality, bylo zapotřebí hodně odvahy. Při většině podobných akcí byla zvířata vysazována na „prázdná“ území, kde nežili žádní zástupci jejich vlastního druhu. Tak tomu bylo například při úspěšném vysazení vlků do Yellowstoneského národního parku nebo při neúspěšném vysazení rysů v Coloradu. Jedinou obdobou „operace 29 puma“ byly snahy o zvýšení genetické variability malé populace tetřívka prériového v Illinois importem tetřívků z větších populací v sousedních státech. Tento projekt nepřinesl očekávaný efekt. Pimm, který byl propagátorem introdukce texaských pum na Floridu, argumentoval tím, že floridské pumy už nelze zachránit méně radikálními opatřeními (ochranou jejich životního prostředí, zákazem lovu, bojem s pytláky). Po dlouhých diskusích tedy bylo osm texaských samic vysazeno na jihu Floridy a ochránci přírody s napětím pozorovali jejich osudy. Sledování pomocí vysílaček upevněných na obojku potvrdilo, že se do reprodukce zapojilo 5 pum a ty v následujících letech přivedly na svět celkem 54 mláďat. „Čistokrevné“ floridské pumy zplodily za stejnou dobu 118 mláďat. Hybridní mláďata ale přežívala třikrát častěji než mláďata původní floridské populace. Hybridní samice v dospělosti žily déle než „čistokrevné“ samice. Hybridní samci však umírali dříve než samci původní populace. Bouřlivé diskuse se rozpoutaly kolem Pimmova tvrzení, že se hybridní pumy šíří nových typů prostředí a osidlují například otevřenou krajinu v Národním parku Evergaldes zarostlou jen travinami a keři. Až doposud biologové předpokládali, že pumy jsou existenčně závislé na souvislých lesních porostech a jejich úbytku byl také přičítán pokles stavů pum. Pimmovi kritici jsou v závěrech opatrnější a optimismem rozhodně nehýří. Argumentují daty, která dokazují závislosti pum na lesních porostech. Rozšíření pum mimo lesy považují za přechodný jev, protože tam pumy nenajdou dost potravy. Zdá se, že se stav populace pum na Floridě za posledních deset let zlepšil. Míra tohoto zlepšení však zůstává předmětem sporů. Pes – pestrý a jednotvárný zároveň Psi nemají s knihami společnou pouze aspiraci na „nejlepšího přítele člověka“. Spojuje je i neuvěřitelná rozmanitost. Pes je bezkonkurenčně nerůznorodějším savcem této planety. Kompletní rejstřík světových psích plemen čítá 414 oficiálně uznaných položek. Psi jsou na jedné straně neuvěřitelně pestří co do rozdílů mezi plemeny. Na druhé straně vznikala jednotlivá plemena často velmi intenzivní příbuzenskou plemenitbou a jejich dnešní příslušníci jsou geneticky velice jednotvární. V tomto směru vyniká například plemeno boxer, které bylo také právě z tohoto důvodu zvoleno pro čtení psího genomu mezinárodním konsorciem vědců. Analýza genomu plemen psů Genetici z Fred Hutchinson Cancer Research Center vedení Elaine Ostranderovou, Leonidem Krugljakem a Heidi Parkerovou provedli důkladnou analýzu dědičné informace 85 různých psích plemen. Narazili na 96 oblastí genomu, které jsou pro příslušníky jednotlivých plemen tak typické, že lze podle nich určit plemennou příslušnost s 99% jistotou. Ukazuje se, že psy lze rozdělit do čtyř základních větví. Tři z nich - ovčáci, hlídači a lovečtí psi – jsou moderní a jejich historie není starší než několik staletí. Čtvrtá větev je archaická a historie jejích příslušníků se počítá na tisíciletí. Jde většinou o 30 psy pocházející z Afriky a Asie, např. malamuty, husky, šarpeje nebo pekinéze. Na druhé straně se ukazuje, že některá „archaická“ plemena jsou jen pouhé „rychlokvašky“. To je případ faraonského psa, jehož původ je odvozován od psů chovaných na staroegyptském faraonském dvoře. Genetické analýzy ale ukázaly, že toto plemeno vzniklo nejvýše před několika staletími křížením různých plemen. Čtení psího genomu sledují s napětím i humánní lékaři. Psi trpí asi třemi stovkami vrozených chorob a mnohé z nich připomínají choroby lidí. Dobrmani trpí poruchou spánku zvanou narkolepsie, zlatí retrívři jsou zase náchylní na nádorové bujení bílých krvinek. Jestliže mezi knihami najdeme kolibří vydání i mamutí kodexy, pak psí plemena udivují šíří „velikostního sortimentu“ sahající od „kapesních“ psíčků plemene čihuahua až po irské vlkodavy dorůstající velikosti poníka. Americký genetik Nate Sutter z National Human Genome Research Institute zjistil, že velikostní rozdíly mezi psy má z valné části na svědomí jediný gen. Výsledky svého výzkumu představil Sutter na výročním zasedání American Society of Human Genetics konaném v New Orleans. Příklady Pátrání po genech určujících velikost psů zahájil Sutter nad pěti stovkami rentgenových snímků portugalských vodních psů. Na základě jednadevadesáti měření každého snímku roztřídil psy na „malé“ a „velké“. Potom srovnal jejich DNA a hledal místa, kde se dědičná informace jednotlivých psů liší. Takových míst není mezi příslušníky vysoce prošlechtěných plemen mnoho. Jedno z míst, kde se od sebe lišili větší a menší psi, byl i gen pro růstový faktor IGF-1. O něm je známo, že promlouvá do velikosti těla opravdu významně. Například vyblokování tohoto genu u myší má za následek vznik „minimyší“. V následující etapě výzkumu srovnával Sutter varianty genu pro růstový faktor IGF-1 u 350 psů velmi malých a naopak hodně vzrostlých plemen psů. Na jedné straně zkoumal droboučké yorkshireské teriéry a trpasličí špice a na straně druhé se zabýval dědičnou informací bernardýnů a velkých dog. Prakticky všechna zakrslá plemena nesou stejnou variantu genu pro růstový faktor IGF-1 jako malí portugalští vodní psi. U velkých psích plemen tuto variantu nenajdeme. Jak dokazují analýzy, podle „malé“ varianty genu se tvoří mnohem méně růstového faktoru. Při šlechtění zakrslých plemen lidé cíleně vybírali nositele „malé“ varianty genu pro IGF-1. K získání trpasličího irského vlkodava nebo naopak obřího yorkshireského teriéra by dnes stačilo, aby genoví inženýři vnesli do zárodků psů daného plemene příslušnou variantu genu pro růstový faktor IGF-1. To však genetici neplánují. Jejich výzkum sledoval zcela jiné cíle. Výsledky pátrání po genu malého tělesného růstu názorně ukázaly, proč se genetikům vyplatilo přečíst kompletní psí dědičnou informaci. Psi jednotlivých plemen jsou geneticky velice „jednotvární“. Najdeme mezi nimi mnohem méně dědičných rozdílů než mezi lidmi. Psi přitom mají dědičné dispozice k řadě onemocnění, která 31 trápí i člověka. Zatímco v lidské populaci bychom po příslušných variantách genů pátrali s velkými obtížemi, u psů máme mnohem větší šanci na úspěch. Sutterův tým už zahájil pátrání po variantách psích genů zodpovědných za zvýšenou náchylnost k některým nádorovým onemocněním. „Výhodou psů je, že nás mohou celkem jednoduše navést na stopu některých komplikovaně děděných vlastností,“ shrnul výhody výzkumu psí DNA Sutter. Výsledky výzkumu psího genomu a variability dědičné informace mezi plemeny i uvnitř jednotlivých plemen mohou mít bezprostřední praktické uplatnění. Výcvik psů pro specializované činnosti a genetická variabilita Japonský genetik Hiroshi Suzuki z Veterinární a zemědělské university v Obihiru na ostrově Hokkaido využívá poznatky o genetické variabilitě psů k výběru zvířat, jež se hodí pro výcvik na vodící psy pro nevidomé.Výcvik dobrého psa je dlouhý a náročný a náklady s tím spojené se šplhají až na 2,7 milionu jenů (tj. asi půl milionu korun). To vše bez záruky výsledku. I ze zlatých retriverů, kteří mají pro výcvik na vodící psy mimořádný talent, dokončí výcvik úspěšně jen každý třetí. Výběr talentovaného psa je krajně nesnadný. Zvířata s vhodnými vlastnostmi nelze získat dokonce ani křížením psů a fen, kteří úspěšně prošli výcvikem a při plnění náročných úloh vodícího psa se dokonale osvědčili. Ještě před zahájením výcviku jsou všichni psi i feny kastrováni a jejich dědičné vlohy jsou tak pro potomstvo ztraceny. Suzuki nejprve mrazil varlata a vaječníky kastrovaných psů. Po dokončení tréninku izoloval z pohlavních žláz spermie či vajíčka nejlepších jedinců a použil je k oplození ve zkumavce. Z takto vzniklých embryí se rodila zvířata s talentem pro úlohu vodícího psa. Výsledky však Suzukiho nepřesvědčily. Rozhodl se proto pátrat po genech, které dávají psům do vínku vlastnosti vhodné pro vodící psy. Zatím vyhodnotil DNA dvou stovek zlatých retriverů a u tří genů našel celkem pět variant, které předurčují zvířata pro úspěšnou dráhu vodícího psa. Jedním je gen COMPT, o němž je známo, že se u člověka podílí na celkové náladě. Psům dávají určité varianty genu COMPT schopnost dokonalého soustředění jak při tréninku, tak při následném plnění povinností. Pokud mají psi všech pět příhodných genetických variant, dosahuje jejich úspěšnost při výcviku na vodícího psa 80%. Ale i jeden z pěti dědičných znaků je zárukou šedesátiprocentní šance na získání dokonale vycvičeného psího pomocníka. Suzuki se snaží zjistit, zda jeho poznatky platí i pro psy z jiných populací. Navázal spolupráci s cvičiteli psů ve Finsku a Jižní Koreji a s jejich pomocí hodlá nashromáždit kolekci DNA nejméně tisícovky vodících psů. Japonský genetik doufá, že v budoucnu odhalí i varianty genů, které pomohou při výběru ideálních policejních psů či psů používaných při záchranářských pracích. „Jde o zcela nový přístup k řešení tohoto problému,“ ocenil Suzukiho výzkum předseda komory japonských veterinárních lékařů Yoshihisa Yamane. „Doufáme, že díky tomu vyšlechtíme mnohem úspěšnější vodící psy.“ 32 Někteří odborníci jsou ale k ambiciózním plánům japonského genetika skeptičtí. Upozorňují na fakt, že chování je ovlivněno geny jen zprostředkovaně a s velkou pravděpodobností je určuje vzájemná souhra tisíců genů. „Hledání vztahů mezi mutacemi genů a osobnostními rysy či typy chování není tak jednoduché, jak by se mohlo zdát“ říká japonský genetik Masahari Itokawa, který se zabývá dědičnými základy duševních chorob lidí. Řízení užitkovosti domestikovaných živočichů a a výnosů polních plodin Podobně jsou zkoumány i dědičné vlastnosti dalších hospodářsky významných domestikovaných druhů živočichů a rostlin. Velká pozornost se soustředí na tzv. QTL čili quantitative trait loci. Jde o místa v DNA (lokusy), na nichž jsou uloženy sekvence, jež se podílejí na řízení významných užitkových vlastností (např. výnos zrna u pšenice, dojivost u skotu nebo přírůstek živé hmotnosti u prasete). Ty jsou podmíněny velkým počtem genů, jež nejsou všechny ani známy. Genetici proto pátrají po typických variantách úseků DNA, které se vyskytují u zvířat s vyšší užitkovostí a ty pak využívají pro další šlechtění. Sekvence DNA využitelné pro tyto účely se označují jako markery. Ty nemusí být nutně součástí strukturní části nějakého genu. Mohou se nacházet v regulačních sekvencích nebo i v sekvencích, které jsou mimo tyto struktury, ale jsou v těsné vazbě z důležitou regulační či strukturní sekvencí. V řadě případů se ukázalo, že odhalený marker má velký význam pro výslednou užitkovost, ale pro šlechtění jej v praxi nelze využít, protože všechna kulturní plemena či odrůdy již tento marker nesou. Na sekvenci DNA podmiňující tuto vlastnost prováděli ryze empiricky selekci již dávní zemědělci při domestikaci. To je příklad sekvence, který je markerem pro vysokou masnou užitkovost prasat. Marker chybí divokému praseti, ale všechna současná plemena prasat jej ve své DNA mají. Jsou ale známy i opačné příklady. Američtí a izraelští vědci objevili gen GPC-B1, který se vyskytuje v planě rostoucí pšenici dvouzrnce (Triticum turgidum dicoccoides), ale postrádají jej všechny odrůdy, které se v současné době pěstují. Tento gen kóduje transkripční faktor NAM-B1 a reguluje funkci řady dalších genů. Gen GPC-B1 urychluje vyzrávání zrna a zvyšuje množství proteinů, zinku a železa ukládaného do zrna o 10 až 15%. Během domestikace došlo k mutaci tohoto genu a ten je u současné pšenice tvrdé (Triticum turgidum durum) nefunkční. Efekt genu GPC-B1 byl jasně patrný v případě, že jej vědci u plané pšenice dvouzrnky zablokovali. Zrno u těchto rostlin dozrávalo o několik týdnů později a obsah bílkovin, zinku a železa v zrnu se snížil o třetinu. Objevem genu GPC-B1 se otevírá možnost zvýšit obsah živin v zrnu pšenice. Vnesení genu GPC-B1 do komerčních odrůd pšenice by významně zvýšilo nutriční hodnotu současné produkce. Bylo již zahájeno několik šlechtitelských programů, které si kladou za cíl navrátit funkční gen GPC-B1 do amerických odrůd. Při programech se využívá tzv. marker assisted selection. To znamená, že vzniklé rostliny jsou testovány na přítomnost introdukovaného genu. Pro přenos genu GPCB1 však nejsou používány metody genového inženýrství, protože komplikované zkoušky vyžadované pro geneticky modifikované zemědělské plodiny by neúnosně prodloužily zavedení nových odrůd do praxe. Nově vytvářené odrůdy jsou testovány v různých podmínkách a vědci sledují jen to, zda se u nových odrůd nezhorší výnosy či kvalita produkce. 33 „Pšenice je jednou z hlavních světových zemědělských plodin,“ řekl vedoucí týmu Jorge Dubcovsky z University of California v americkém Davisu. „Pšenice zabezpečuje pětinu celosvětové spotřeby kalorií, a tak může i malé zvýšení obsahu živin v pšenici významně přispět k pokrytí potřeby proteinů a mikroprvků.“ Podle Světové zdravotnické organizace (WHO) trpí nedostatkem zinku a železa asi 2 miliardy lidí a více než 160 milionů dětí ve věku do pěti let nemá ve stravě dostatek proteinů. „Je to jako kdyby rez vyjela z místních komunikací na dálnici,“ hodnotí současnou situaci Rick Ward z mezinárodního konsorcia Global Rust Initiative, jež vzniklo s cílem zastavit šíření rzi Ug99. Odborníci odhadují, že se rez do čtyř let rozšíří až do jižní Asie a napadne tamější pole s pšenicí. Pro Pákistán, kde je pšenice nejdůležitější polní plodinou, a pro Indii, kde je pšenice po rýži plodinou číslo dvě, to může mít děsivé následky. Zkušenosti z bojů proti podobné rzi z poslední doby nejsou. Naposledy se obdobně patogenní kmen rzi travní objevil před padesáti lety v Severní Americe. Dnešní odrůdy pšenice nejsou proti rzi kmene Ug99 odolné a k vyšlechtění nových rezistentních odrůd zjevně není dost času. Fungicidní postřiky přinášejí jen částečné řešení, protože většina rolníků třetího světa na ně nemá finanční prostředky. Základem odolnosti vůči rzím je schopnost rostliny zničit v samém počátku infekce všechny své napadené buňky. K tomu musí být vybavena variantami proteinů, které jsou s to rez spolehlivě rozeznat. Jen tak je v pletivech včas odstartována „sebevražda“ napadených buněk. Aby rez tuto obrannou bariéru tak snadno neprolomila, je nezbytné, aby rezistenci zajišťovalo hned několik proteinů kódovaných různými geny. To všechno chce svůj čas. Urychlení by nepřineslo ani využité metod genového inženýrství, protože vzniklé odrůdy by se musely podrobit rozsáhlému testování, jež trvá 7 až 10 let. Nikdo si netroufá odhadnout, jakým tempem a jakými cestami se bude rez Ug99 šířit. Jejímu postupu do jižní Asie nahrávají převládající západní větry. Také vzniklé škody se těžko odhadují. Podle expertů se budou pohybovat v miliardách dolarů. „Je to jako pomalá tsunami. Epicentrum je ve východní Africe, kde se objevil kmen Ug99. Ničivé vlny se odtud šíří na všechny strany,“ říká Ward. Pokud bychom měli k dispozici starší odrůdu odolnou ke kmeni rzi Ug99, byla by naše situace o poznání lepší, protože bychom mohli začít okamžitě se šlechtěním 3. Vliv člověka na biodiverzitu Důležitým aspektem posuzování biodiverzity je především stupeň stability biotopů a jejich zranitelnost, zatíženost činností člověka. Na jedné straně se jedná o biotopy rozdílné, ale mají i znaky společné. Jak tedy lze charakterizovat z hlediska druhové diverzity stabilitu a zranitelnost biotopů málo ovlivněné a intenzivně využívané přírody člověkem ? 34 Názory na dopady lidské činnosti na krajinu se někdy dostávají do rozporu. V některých případech celou situaci vyostřuje spor mezi spor mezi dvěma názorově poněkud nesourodými skupinami. Na straně jedné jde o laickou, málo informovanou a silně medii ovlivňovanou skupinou běžných voličů a plátců daní spolu s razantní, uvědomělou (volící i platící), leč podobně neinformovanou skupinou podnikatelů se vzájemně podobnými zájmy často podporovaných politicky na nejrůznějších úrovních. Na straně druhé je to skupina vysoce informovaných odborníků daných oborů málo podporovanou či spíše více odsuzovanou jak ze strany skupiny předchozí, tak i ze strany většinou vůbec či málo informovaných příslušníků či principiálních zastánců nejrůznějších hnutí, která se souhrnně, bohužel, nazývají „ekologická“. Jejich „ekologie“, ovšem, vychází často spíše z jedné příručky, mínění jednotlivců, emocí, zkresleného a i měnícího se „přesvědčení“. Extrémy reprezentované z vnějších zdrojů placenými akcemi jako je přivazování se řetězy a šplhání na stavby s ekologií nemají co do činění. a) málo ovlivněná příroda – stabilní, ale i zranitelné biotopy Se zvyšujícím se vlivem lidské činnosti na biotopy klesá většinou jejich druhová pestrost a následně i jejich stabilita. Platí to i naopak, kdy skutečně přírodnímu stavu se blížící biotopy vykazují nejen vysokou biodiverzitu a pestrost, ale i vysokou odolnost proti běžným narušením. Bohatost nejen druhů, ale zejména vzájemných vztahů, mezi nimi vytváří síť, která odolává nejrůznějším, abiotickým i biotickým, narušujícím vlivům. To se děje hlavně možnostmi různých cest vyrovnávání se se změnami. Jako příklad lze uvést katastrofy v monokulturách smrků v Jizerských horách způsobené obalečem modřínovým (Zeiraphera diniana (Gn.)) v létech 1977-1980 spojené s dalekosáhlými zákroky včetně nákladných chemických postřiků. Ty měly navíc i vedlejší účinky na necílové organizmy. Jiným příkladem budiž kůrovcová kalamita koncem 90. let ve smrčinách Šumavy, která vyvolala velmi různorodou, někdy zasvěcenou jindy diletantskou diskusi. Největší problém asi představoval střet zájmů hospodářských, ochranářských a pseudoochranářských, které se vzájemně prolínaly a ve výsledku se měly stabilizovat na stejném bodě. Na rozdíl od monokultury se totiž ve smíšeném lese, kromě několika druhů s extrémně širokým spektrem konzumovaných stromů, takový „škůdce“ nerozvine do hladiny škodlivosti. Jen na vysvětlenou, termín „škůdce“ byl vytvořen člověkem, v přírodě taková kategorie organizmů neexistuje. Pochopitelně, bude-li živočich konzumovat ovocné stromy či chmel, označí ho lidé za škůdce. Přejde-li stejný živočich například na kopřivu, termín v tomto novém kontextu pro člověka ztrácí význam. Právě v diverzifikovaném, třeba zmíněném smíšeném lese případný extrémní rozvoj jednoho druhu omezí jeho přirození nepřátelé, dravci či paraziti. Tito se, pochopitelně, značně rozmnoží po určité době i na konzumentech monokultur, ale obrovská populace takového býložravce stačí v prvních fázích napadení, do případného namnožení přirozených nepřátel, zlikvidovat značné plochy porostů. Při chemickém zásahu, při začínající kalamitě dosud nutném, bývá velmi často pravidlem vyšší citlivost dravců vůči těmto chemickým ochranným prostředkům díky 35 kumulaci účinných látek v těle predátora, který stojí na vyšších stupních potravní pyramidy než jeho kořist. V posledních letech nabývá na významu střet zájmů zachování méně ovlivněné přírody a výživy obyvatel planety Země. Jako klasický příklad poslouží tzv. hot spots, tedy oblasti mimořádně významné z hlediska ochrany přírody a biodiverzity. Na jedné straně zásobárny velkého spektra druhů, ale na straně druhé také místa výskytu druhů mizících z planety. V protikladu stojí nároky obyvatel v takové oblasti na zemědělství a výživu. Jedná se často o velmi úrodné oblasti s vyšším počtem obyvatel či oblasti potenciální těžby dřeva nebo zdrojů potravy, ovšem unikátní z hlediska biodiverzity. Jako příklad mnoha „hot spots“mohou posloužit například Cerrado v Brazilii s unikátní faunou či Wolong v Číně s relativně vyšší populací pandy velké. Zde pak je na místě závažné posouzení experty nejen zemědělskými, ale také zodpovědnými odborníky biology. Právě posledně jmenovaná oblast může sloužit jako příklad společné snahy IUCN a na druhé straně Future Harvest v jejich memorandu s pravděpodobně příznivým výsledkem pro biodiverzitu. V našich poměrech mezi oblasti s menším velkoplošným ovlivněním patří málo narušená území k dobře zmapovaným a jejich případné výraznější narušování je skoro okamžitě prokazatelné. Vyvstávají však problémy s lokální biodiverzitou a zájmy ekonomickými. Zde pak vstupuje do jednání právě názor odborníků, který po důkladném rozboru, tedy ne za každou cenu, posoudí priority. Jako příklad uveďme problém dálnice z Prahy do Teplic a dále do Německa, kde se střetávají názory typu:“Co je mi do nějakých čolků“ (starostka jedné z obcí) s míněním: „Na nic nesahat, vše poškozuje“ (radikální ochranáři). Pozoruhodným se jeví fakt, že ortodoxní zastánci obou názorů se, paradoxně, v krajním a stále méně virtuálním případě sejdou jako obyvatelé jeskyně, byť tam každý přijde svojí cestou. Jako potíž v těchto sporech lze vidět i názor veřejnosti na vyjádření odborníků. V 90. létech minulého století se u nás objevil pro řadu lidí těžko pochopitelný fenomén – bývalá vojenská území. Z hlediska ortodoxních ochranářů poškozená armádou, z hlediska podnikatelů lákavá příležitost zakládat rozsáhlé průmyslové či komerční komplexy a zóny a nakonec z hlediska přírodovědců území zajímavá z pohledu výzkumu, protože byla léta „chráněna“ izolací s často neobvyklými důsledky pro biodiverzitu. Příkladem může být prostor Milovice, kde nacházíme oblasti poškozené těžkou technikou či střelbou, na druhé straně však i areály se vzácnými druhy organizmů chráněné kdysi zákazy vstupu do vojenského území. Za všechny je možné uvést výskyt modráska Rebelův (Maculinea rebeli) extrémně vzácného motýla s pozoruhodnou ekologií a biologií, který byl identifikován právě v tomto kdysi vojenském prostoru. U zachovalých, původnímu stavu se blížících biotopů se nesmí ale zapomínat ani na přiměřenou plochu biotopu. Malé biotopy opět mohou být zranitelnější než větší. Velmi důležitou se jeví především tzv.ochranná zóna, tedy biotopy obklopující zájmové plochy a poskytující možnost určité migrace z plochy a zpět na ní bez nebezpečí přímého ohrožení migrujících živočichů, zabraňující přímým vlivům člověka na chráněné území a fungující jako ekotony. 36 Jak v lesních, parkových, ale i lučních porostech se tedy diverzita rostlin i živočichů vzájemně podmiňují. Musíme si uvědomit, že pestrost či diverzita nehrají úlohu momentální módy či parciálních zájmů, ale představují asi nejvýznamnější ukazatel stavu prostředí. S tímto názorem se můžeme setkat i v oficiálních studiích. Jako příklad uveďme v poslední době vydávanou knihu Bjorna Lomborga: Skeptický ekolog. Autor, kdysi velmi aktivní příslušník „ekologického“ hnutí v knize naopak vyvrací řadu názorů na stav přírody. V kapitole o biodiverzitě zaznívají poměrně nepřesná fakta kontrastující s podobně, ovšem v „opačném gardu“ prezentovanými údaji a prognózami. To by nebylo tak zvláštní a nelogické, ale autor vyvrací i jasné skutečnosti na základě poněkud nebiologických pohledů. Asi nejvíce zkreslujícím argumentem je kategorizace ohrožených či dokonce vymírajících druhů na ty, kterých si člověk všimne, protože je má v oblibě (hlavně savci) a ty, na kterých tak nezáleží, protože nejsou tak moc vidět a vlastně ani není kontrola jejich skutečného mizení. A navíc je lidé často nemají tak „rádi“ pro jejich nepatrnou velikost či dokonce pro odpudivost (pavouci, hmyz). Jinými slovy, sledovat mizení druhů se vyplácí u pandy velké, koal a divokých koní, zatímco prognóza a výsledky studií „bezobratlých“ živočichů, ale možná i ryb a obojživelníků nehrají takovou roli a slouží jako podklad spíše ke katastrofickým vizím. b) biotopy ovlivněné lidskou činností O problém monokultur byla již zmínka, nutno je však zdůraznit mimo jiné i dopady pěstební činnosti na biodiverzitu a význam osevních postupů spojených se střídáním plodin. Přesto bude biodiverzita v zemědělsky využívané krajině velmi nízká a bude omezena na společenstva počtem jedinců sice bohatá, avšak počtem druhů slabá. To platí také o parametru vyrovnanosti (equitability) společenstva. Nejbližší typ biotopu představují stepi, proto se někdy používá termínu „kulturní step“, kdy skladba druhů se blíží hlavně stepnímu typu. • Mechanické aspekty zpracování půdy (orba) Zpracování půdy patří k tradičním postupům hospodaření, nicméně s sebou nese dva negativní vlivy. Spolu s využíváním těžké techniky dochází ke zhutnění půdy až do hloubky 70 cm, čímž se zmenšuje životní prostor půdním organizmům. Orbou se naopak ničí kapilarita s podobným důsledkem, ke kterému přistupuje i narušení vodního režimu a provzdušnění půdy. Oba vlivy se pak razantně projeví ve snížení biodiverzity organizmů v půdě, což lze jednoduše doložit při odběru půdních vzorků. Na druhé straně toto beztak nutné ošetření patří k významným regulátorům biodiverzity z hlediska člověka v pozitivním slova smyslu. Ve správném termínu provedená orba může vážně narušit životní cykly „škůdců“ (ovšem nejen škůdců) ve formě přerušení kuklení, převrácením vrstev půdy a tak i přemístění klidových stadií „škůdců“, atd. Pokud však v hodnocení orby převáží negativa lze se ještě obrátit k alternativnímu způsobu hospodaření s půdou. V tomto ohledu představovalo určité řešení bezorební hospodaření (tzv.drilling), kdy se do v podstatě „zaplevelené“ , nezorané půdy vpravovalo osivo. Plochy si tak zachovávaly řádově vyšší biodiverzitu, zejména v populacích predátorů, prostory v půdě si zachovávaly téměř neporušený charakter 37 s množstvím prostoru pro organizmy. Bohužel, přes zmíněné výhody tento způsob nenašel širšího uplatnění, zejména z důvodu relativně drahé techniky. • Hnojení a používání pesticidů Při intenzivní produkci polních plodin v rámci konvenčního zemědělství musejí být dodávány živiny ve formě hnojiv. V případě umělých (minerálních) hnojiv opět dochází v některých případech k intoxikačnímu efektu anorganických solí a zejména jejich častých doprovodných, stopových sloučenin a prvků (kadmium z afrických fosfátů) s dopadem na biodiverzitu. Další velmi vážný aspekt představuje vyplavování anorganicky dodávaných živin z půdy vlivem dešťů, ale zejména díky nesprávnému dávkování hnojiv a jejich nerovnoměrné aplikaci. Nadbytek dobře rozpustných solí dusíku (ionty amonné, dusičnany, dusitany), ale i méně rozpustných solí fosforečných způsobuje efekt eutrofizace. Tak může být přemíra solí akumulována na nepropustném podkladu, kam je splavována z okolí. Výsledkem je eutrofizace vod, a v jejím důsledku se projeví v nárůstu řas a sinic. Dochází k tvorbě „vodního květu“. Velmi negativně působí tyto procesy ve vodárenských zdrojích. Tyto pochody můžeme změřit chemicky, ale zejména doložit i pomocí struktury společenstev organizmů, pomocí odhadu biodiverzity společenstva na daném místě. Silná koncentrace některých solí v půdě ovlivňuje i pH, které se v poslední době ukazuje jako velmi důležitý faktor i pro živočichy. Ve vodách pak společenstva korýšů (perloočky, buchanky, lasturnatky), měkkýšů (mlži, plži), larev hmyzu a kroužkovců slouží již delší dobu k charakterizaci obsahu látek včetně splachů. To v ještě větší míře platí i pro společenstva prvoků (nálevníci, bičíkovci, kořenonožci), kteří s prostředím vstupují do podstatně těsnějších kontaktů. Již od pradávna se v zemědělství používala i organická (statková) hnojiva, hnůj a kompost, resp. zbytky organické hmoty či odumřelá hmota samotná. I zde platí podobná pravidla, tedy uvážená a stejnoměrná aplikace. Organická hnojiva mají výhodu v postupném uvolňování živin a také obsahu málo rozložených látek (sláma). Tím se půda kypří a navíc se stává atraktivní pro dekompozitory, kteří invadují do těchto organických zbytků. Na druhé straně je nezbytné rozlišovat druh hnojiva a i jeho stáří. Některé druhy organického hnojiva se hodí k aplikaci neupravené díky své struktuře a obsahu organických zbytků (kůň, ovce). Jiné mohou, jsouce nepromíchány s jiným substrátem (sláma), půdu zhutňovat (prase, kráva) s patřičnými důsledky. Nutno zde i uvažovat přídavky (suplementy) potravy hospodářských zvířat (abtibiotika, soli). Z této kategorie se kompost jeví nejvhodnějším organickým hnojivem, a to z hlediska struktury – obsahuje mnoho organických zbytků, a současně i ohromné společenstvo půdních živočichů – rozkladačů, kteří ho obývají v sukcesích řadách. Tím se pak na pohnojené plochy vlastně inkorporuje již hotová továrna na živiny. Pokud se jedná o přirozený rostlinný opad, může se vynechat i rozvaha nad složením hnojiva. Statková hnojiva se opět jsou opět ve zvýšené míře využívána v rámci ekologického zemědělství, které se postupně stává významnou alternativou zemědělství konvenčnímu. Pro zvýšení zemědělské i lesnické produkce se staly nepostradatelné i biocidy, a to zejména v monokulturách, kde potenciální „škůdci“ mohou dosahovat velmi rychle vysokých populačních hustot přesahujících ekonomickou únosnost. 38 Celá řada chemických prostředků proti „škůdcům“ ovlivňuje prostředí v několika směrech: - vytváření residuí, která přetrvávají v přírodě i řadu let, a tak mohou ovlivňovat, nejen celkový půdní metabolizmus, ale primárně i biodiverzitu organizmů, potažmo živočichů. Navíc, mnoho těchto reziduí patří mezi obecné toxiny ovlivňující i procesy mimo půdu, zásadní ovlivnění biodiverzity pesticidy (insekticidy, herbicidy, fungicidy, arboricidy aj.). Velmi těžko se prokazuje jejich přímý vliv. Rozsáhlý zásah může totiž v některých částech biotopu vyvolat paradoxní odezvu. V důsledku aplikace pesticidu vůči „škůdci“ dojde sice v prvním období po zásahu k prudkému snížení jeho populace, avšak následně stoupne i populace jeho kořisti, například saprofágů. Takový jev byl popisován u chvostoskoků (Collembola). Z hlediska ochrany biodiverzity je potřeba zvážit použití každého druhu insekticidu, a to nejen vzhledem k cílovému organizmu, ale také k prostředí. V poslední době jsou původní vysoce účinné, ale neselektivní prostředky (např. Arborol, Nitrosan) vytlačovány selektivnějšími, se sníženou dávkou skutečného toxinu, ale s dalšími účinnými prostředky (oleje – Oleoekolux). Ty neohrožují jiné než cílové organizmy, čímž se biodiverzita snižuje podstatně méně. Vyšší výsledná diverzita pak, pochopitelně, přispěje k regulaci škodlivých organizmů v době vegetace. Ke snížení biodiverzity dochází i dalším způsobem – extrémním přemnožením jednoho druhu v zasaženém území. V zemědělství to bývá následek nerovnoměrné aplikace insekticidů, která umožňuje vznik zón s nižší dávkou, kterou přežívá část populace škůdce na rozdíl od téměř 100 % mortality predátora. Zbytky populace škůdce pak postupně získávají resistenci na použitý prostředek, resp. dokonce tzv. cross-resistenci. Ta způsobuje odolnost proti velkému spektru prostředků včetně těch, se kterými se škůdce nesetkal. Na další aplikaci pesticidu pak škůdci reagují slabě či vůbec nereagují a zvyšují svoji populaci na rozdíl od necílových organizmů. Podobně rozporné účinky vykazují herbicidy. Jde většinou o toxické látky a přesto překvapivě mohou zvyšovat populační růst některých skupin. Toto bylo prokázáno opět u chvostoskoků (Collembola). Aplikace herbicidu jim náhle dodala značné množství rostlinného opadu jako potravy. Navíc, při pohyblivosti chvostoskoků je tento „opad“ osídlován i díky migraci z okolí. • Kvalita zemědělských půd Pro srovnání různých kvalit půd byla v roce 1971 dokončena bonitace zemědělského půdního fondu tehdejší ČSSR. Bonitovaná půdně ekologická jednotka (dále BPEJ) zahrnuje řadu parametrů (klimatický region, půdní typ, subtyp, druh, varietu, sklonitost, expozici, skeletovitost, hloubku půdy), kterým se přiřazují určité hodnoty a výsledný kód pak charakterizuje studovanou lokalitu z hlediska potenciální produkce a také hodnoty. Z biologických faktorů je zastoupena charakteristika fytocenologická. Podobně jako v zemědělství, bonitace půd hraje významnou roli i v rekultivačních 39 oblastech, ale také při oceňování pozemků při ekonomických transakcích. Do této jednotky však nebyla inkorporována biodiverzita. Fytocenologie v monokultuře pole nepůsobí přesvědčivým dojmem. • Živočišná výroba Podstata živočišné výroby by sváděla k její preferenci před rostlinnou již proto, že nevyžaduje tak důkladné zpracování půdy a produkuje biomasu vhodnou pro hnojení. I nejzdravější způsob chovu domácích zvířat – pastva – s sebou přináší pozitivní i negativní dopady z pohledu ochrany biodiverzity. Různý způsob pastvy u různých živočichů (viz srovnání ovce a krávy) – nepředstavuje nejvážnější zásah do biodiverzity, neboť obyvatelé pastvin svojí pohyblivostí tento tlak překonávají. Další zásah – sešlap a zhutnění půdy pasoucími se zvířaty – nabírá na významu až při určité, a to dost vysoké hustotě těchto konzumentů, kdy je ovlivňována biodiverzota zejména půdní fauny. Ve velkochovech, tedy až při větším množství pasoucích se zvířat, negativně se projeví velké množství produkovaných exkrementů. Tento jeden nejzávažnějších vlivů pastvy přichází v úvahu u hovězího dobytka, který může při velké hustotě doslova pokrýt pastvinu v poměrně krátkém časovém úseku kobercem trusu. Důsledky na biodiverzitu asi není třeba podrobně popisovat. Dilema pak lze řešit několika způsoby: • • snížit početnost stáda hovězího dobytka, častěji stádo přemísťovat. K originálnímu a vtipnému řešení došli farmáři v USA. Vzhledem k existenci zpracovatelů trusu – koprofágních brouků (Scarabaeidae) – využívali těchto živočichů vědci k současnému odstraňování exkrementů. Nicméně od určité hustoty populace dobytka autochthonní, severoameričtí brouci nestačili odpad zpracovávat. Byly proto dováženy brazilské druhy s vyšší efektivitou, tedy “výkonnější”. Tím se umožnila pastva vyššího počtu hovězího dobytka na plochu. K čemuž přispěl i diskontinuitní způsob pastvy krav. Pochopitelně, při průběžném odstraňování hovězích exkrementů se zachovávala i vyšší diverzita povrchové či půdní fauny. U ovcí, díky jejich způsobu pastvy, by tato metoda nebyla zřejmě účinná, ale na straně druhé jejich exkrementy nepokrývají tak kontinuálně půdu jako je tomu u hovězího dobytka. Pastevní zásahy mohou ale také přispět k zachování biodiverzity. Jedná se o případ přirozeného udržování stepí pastvou koz, které decimují náletové křoviny a zachovávají tak stepní charakter ploch. Náletové dřeviny sice mohou být stanovištěm dalšího společenstva, ale nepůvodního. Tato pastva se již etablovala i na plochách stepí v katastrech velkých měst (Praha 5 – Prokopské údolí, Dívčí Hrady). 40 • Lesnictví Kromě výše zmíněných náhlých zákroků proti výskytu škůdců významně ovlivňují biodiverzitu pěstební postupy. Na rozdíl od nahodilého kácení kdysi realizovaného a směrovaného pouze na těžbu dřevní hmoty, již mnoho let se realizuje šetrné vytváření úzkých pasek a jejich okamžitého zalesňování. Dalším trendem je pěstování smíšených lesů namísto smrkových monokultur. Tím se předchází, z hlediska biodiverzity významnému fenoménu – tzv.spalování humusu. Tedy mizení prostoru a potravy pro společenstvo saprofágů. To vedlo ke změně struktury společenstva. Také současné době se holoseče objevují, a to ve snaze o vytěžení dřevní hmoty před vyhlášením chráněných území (např. oblast soutoku Moravy a Dyje či oblast Pohanska na Moravě). Naopak, nedostatečné odstraňování polomové dřevní hmoty na Šumavě otevírá opět cestu pro porušení rovnováhy a následně i snížení biodiverzity plochy. V tomto případě, ovšem, na poměry nemají vliv faktory biologické a udržování biodiverzity, ale ekonomicko-politické. • Aglomerace Aglomerace představují systém z hlediska biodiverzity, ale zejména taxonomie a faunistiky velmi málo zajímavý. Nicméně zanedbávat je by bylo neprozřetelné. Představují totiž často modelové příklady sukcesí zejména pro dokonalou dokumentaci vývoje aglomerací. Navíc, bylo potvrzeno, že řada fenoménů aglomerací může velmi ovlivnit strukturu společenstva. Z hlediska životního prostředí se o specifické podmínky jako např. například o zvýšení teploty v městských aglomeracích oproti okolí, zatížení imisemi, zvýšený podíl vápníku ve stavbách. To udělalo z městských aglomerací ostrovy vysoké biodiverzity zejména některých skupin organizmů. Podrobněji se problematikou zabývala např. Juřičková (1998a,b) pro skupinu měkkýšů (Mollusca). Zjistila také, že podobný efekt zvýšení biodiverzity lze sledovat i na menších stavbách (např. na hradech) či již zaniklých aglomeracích. Podobně preferují aglomerace i živočichové s vysokými nároky na vápník – některé mnohonožky či stejnonozí korýši. Pochopitelně, nacházíme rozdíly mezi středem aglomerace a intravilánem. Podobnost ale bývá i mezi jednotlivými mikrohabitaty mimo aglomerace a v nich. Sem lze zařadit například mechové nárosty na skalách a v aglomeracích na stavbách. Jsou obývány podobně jednoduchým společenstvem živočichů řídícím se stejnými ekologickými a biologickými pravidly. Všechny patří k základním stupňům sukcese, s biodiverzitou danou podmínkami, ale o to lépe definovatelnou. Na modelu těchto biotopů lze stanovit pravidla sukcese i vzájemných vztahů v mikrohabitatu Velmi podobnou roli hrají i pásy zeleně či parky. V pásech zeleně ovšem zjistíme poměrně nízkou biodiverzitu, často se tam setkáme s druhy vázanými na člověka včetně synantropů či parazitů (sametky). 41 • Synantropové Lidská obydlí, skladiště a další objekty vytvořily vhodné prostředí pro určitou skupinu organizmů, kteří mají úzkou vazbu na člověka z důvodu vytvoření optimálních podmínek pro jejich život, zejména pak dostatek potravy, a to jak saprofágům (zbytky potravy, opad z těl hostitelů) tak predátorům (saprofágové). Synantropní společenstva, přes dobře vyvinuté vztahy mezi jednotlivými členy, vykazují nízkou hodnotu biodiverzity, avšak s vysokou populační hustotou. Kumulace některých produktů (svlečky, exkrementy, exkrety, enzymy) pak často působí při vysoké koncentraci jako zdraví nebezpečné alergeny. • Skládky Skládky na první pohled patří spíše k nežádoucím složkám životního prostředí. Na druhé straně však mohou tvořit z hlediska biodiverzity určitá refugia v kulturní krajině. Skládky totiž poskytují veliké spektrum mikrohabitatů dle odloženého odpadu (mnoho velkoplošně pokrytých mikrohabitatů). Mnoho nálezů vzácných brouků i motýlů však potvrzuje výjimečnost skládek. K nejhojnějším obyvatelům patří druhy stepní či, v některých případech, mokřadní. Jako příklad lze uvést poměrně vzácného střevlíka Drypta dentata. Jedná-li se o skládky toxické, jejich dopady na diverzitu jsou zcela opačné ( např. Stehelčeves u Kladna). Záleží však na povaze toxinu i rychlosti jeho rozkladu. Společenstvo organismů může rozložit i toxické látky včetně cyklických sloučenin či kyanidů. Jako příklad lze uvést původně toxickou skládku elektrárenských popílků v obci Březno u Chomutova, která se postupně, hlavně asi díky činnosti půdních mikroorganizmů, stala biotopem pro některé živočichy. • Průmysl Vlivy průmyslu na biodiverzitu lze rozdělit na několik typů: vytvoření vlastního tělesa průmyslové zóny, tedy podobný efekt jako aglomerace, produkci zplodin pevných, kapalných i plynných. První z výše uvedených mají podobný efekt jako skládky. Kapalné pak mohou ovlivnit podzemní i povrchové vody. Plynné a polétavé tvoří emise působící i na značnou vzdálenost. Pevné zplodiny se podílejí na celkové kontaminaci prostředí a půdy a mají negativní dopad na biodiverzitu, která se často mění či zcela zaniká. Složení zplodin ovlivňuje substrát chemicky, fyzikálně (zhutňování) a působí na jeho pH. Tyto změny mají negativní dopady a vedou k pronikavým změnám rostlinného porostu i společenstva živočichů na něm zavislého. Kapalné zplodiny mohou měnit pH svým složením, mohou být toxické či povahy derivátů ropy. Toto vše kontaminuje vody povrchové i podzemní. V povrchových vodách pak často dochází k úhynu živočichů. Veřejnost je zpravidla informována pouze o haváriích rybí fauny, méně pak i obojživelníků. Rozhodně se přehlížejí již 42 prvotní příznaky – poškození biodiverzity bezobratlých živočichů (larvy hmyzu, korýši). Ti nejen že tvoří značný podíl biomasy a biodiverzity biotopu, ale hlavně významnou součást potravní pyramidy právě se zahrnutím vlajkových druhů obratlovců. Bezobratlí živočichové naopak mohou mít podstatně nižší práh citlivosti vůči řadě negativních faktorů. Jako ilustrační případ mohou posloužit detergenty, které při vypuštění do vod působí ve velice nízkých koncentracích právě na bezobratlé. V některých případech však právě znečištění ropnými produkty může vytvořit extrémní prostředí, kde mohou přežívat specifické druhy. Takový případ byl zjištěn u továrny na maziva, kde při půdních odběrech prováděných pro ekonomické účely (ocenění pozemků) byly zjištěny dva poměrně vzácné druhy pancířníků. To ovšem zapadá spíše do fenoménu extrémních biotopů s ovlivněnou kompeticí. Jako extrémní příklad chudého společenstva lze uvést vývěry nafty v USA obývané pouze larvami mouchy Psilopa petrolei. V daném mikrohabitatu tato moucha nemá konkurenci o potravu či prostor. Podobně extrémní podmínky poskytují například tzv. lithotelmy, tedy vodou naplněné prohlubeniny ve skalách (Súdán), které se zahřívají před vyschnutím na plném slunci až na 80 – 900C. tyto nádržky obývá velmi jednoduché, ale specializované společenstvo živočichů s bazálními nároky na potravu (bakteriofágové), ale s vysokou tolerancí k abiotickým faktorům. K tomu potřebují řadu adaptací (krátký životní cyklus, anabióza). Najdeme tu například vířníky (Rotifera), želvušky (Tardigrada), pakomáry (Chironomidae). Podobné podmínky pak osídlují živočichové a, samozřejmě, i mikroorganismy i v průmyslových zónách. Jako příklad mohou sloužit například olejové tůně ve Vítkovicích. Nicméně tyto biotopy spíše svědčí o mimořádné toleranci organismů, nikoliv o jejich afinitě k takovým biotopům. To platí obecně o extrémních biotopech, kdy se jejich obyvatelé nesprávně označují za například agrofily. Ani tam se nejedná o afinitu, ale o toleranci, vyváženou nižší konkurencí prostorovou či potravní. Tato společenstva se ovšem vyznačují mimořádně nízkou diverzitou. Plynné zplodiny a polétavé popílky ovlivňují prostředí, a tím i biodiverzitu i na vzdálených biotopech. Jako výrazný faktor se jeví oxidy síry a dusíku, které mohou působit toxicky samy o sobě, ale také měnit pH. V Belgii byl testován jeden z roztočů pro vliv oxidů síry v okolí průmyslové zony v Liege. Nejznámější fenomén představují tzv. kyselé deště zasahující plochy i mnoho set kilometrů vzdálené. Změny například ve vodách mohou dosahovat i fatálních rozměrů. To se týká hlavně citlivých vod jako jsou horská jezera. V nich žijící reliktní druhy korýšů (žábronožky, perloočky, buchanky) nevratně mizí. Průmysl střední Evropy může tedy v budoucnosti ovlivnit i jezera Skandinávie či Skotska. Na druhé straně, biodiverzitu některých území může ovlivnit kyselý déšť i kladně. Stává se tak na území s čedičovým podkladem. Čedič patří k basickým, těžko rozkladatelným horninám. Ovšem působením kyselého deště se uvolňují z čediče živiny a ovlivňují tak půdní poměry a následně i půdní živočichy. K velmi nebezpečným patří zplodiny rafinérií kovů. Experimentálně prokázali teratologické vývojové změny u modelového druhu roztoče Archegozetes longisetosus vlivem kadmia či v místě vlivu zplodin rafinérie mědi v Polsku. 43 • Těžba Těžba ovlivňuje prostředí a jeho biodiverzitu dvěma hlavními způsoby: a) změnou krajiny vlastní těžbou, což platí hlavně pro těžbu povrchovou tedy včetně lomů b) deponováním vedlejších produktů těžby (hlušiny), a to v případě povrchové i hlubinné těžby. Těžba surovin je nezbytná, nicméně její devastační dopady na krajinu bývají v některých případech nevratné. V současnosti, kdy se předpokládá těžba v povrchových dolech ještě asi po dobu 35 až 50 let, se činnost těžařských společností zaměřuje na rekultivační práce. Ty mají v podstatě za cíl krajinu postupně vrátit do přibližně původního stavu, a to simultánně s nárůstem biodiverzity. Tyto procesy začínají především zvyšováním diverzity půd mísením deponii hlušiny (často třetihorní neúrodné písečné půdy) s dováženou ornicí skrytou během přípravy území k těžbě. Tyto směsi se pak osévají travními či obecně bylinnými směsmi, následně osazují stromy (hlavně javor jasanolistý, olše, modřín, bříza, javor mléč, topol). Postupnou sukcesi charakterizují pak typická společenstva v půdě a posléze i ve vegetaci. Tato sukcese počíná nespecializovanými druhy, druhy s velmi širokou ekologickou valencí. S pokračující sukcesí roste počet potravních a ekologických specialistů ve společenstvu až k pozdějším stadiím lesa patřičnou horizontální i vertikální diverzifikací habitatu druhů a rozsáhlé tvorbě mikrohabitatů. Diverzita mikrohabitatů a tím jejich množství stoupá se sukcesním pokrokem. Je třeba si zopakovat nutnost růstu počtu vzájemných vztahů nikoliv jen prostého počtu druhů. Ve vrcholných stadiích pak vzniká běžný, byť sekundární les se všemi ekologickými aspekty. Haldy hlušiny hlubinných dolů mají z hlediska sukcese pomalejší průběh, nebývají cílem rekultivací úmyslných, sukcese probíhá spontánně. Nicméně na starších haldách lze sukcesi pozorovat i v poměrně ekologicky kvalitních stadiích. To lze pozorovat na haldách u Kutné Hory, posléze u Příbrami (lesní porosty) či Kladna (porosty středoevropské orchideje střevíčníku pantoflíčku). A právě v tomto aspektu vyvolávají rekultivace diskusi o jejich realizaci. Jinými slovy, zda se mají investovat značné prostředky do řízené rekultivace či ponechat plochy spontánnímu průběhu. Obojí má své argumenty. Spontánní sukcese probíhá sice pomaleji, ale vyznačuje se stadii velmi zajímavými, zejména ve smyslu vzniku stepi podobných biotopů. Řízená rekultivace probíhá rychleji, má definovaná stadia a poměrně dobře stanovenou strukturu společenstev habitaty a mikrohabitaty obývajících. Podstata spočívá v různém pohledu na vývoj ploch dle studovaných skupin (ornitologie či naopak půdní zoologie). Pole některých hledisek se spontánní sukcese, tedy bez zásahů člověka, a také levnější, jeví vhodnější. Biodiverzita například ptačích společenstev postupně roste, vytvářejí se společenstva podobná stepním. Naproti tomu při řízené rekultivaci probíhá rychlejší proces v půdě, půdní společenstva postupně, a poměrně rychle odpovídají přirozenějším ve stepi, mladém lese či v agroekosystému. Tato rekultivace má vyšší nároky na ekonomiku, ale člověk může řídit její vývoj směrem k travním společenstvům, lesním 44 biotopům, ale také k rekultivacím zemědělského či sadového typu. Do těchto dimenzí lze zařadit i vodní rekultivace – rybníky, malé toky. V nich probíhá revitalizace bezobratlými i obratlovci (ryby, obojživelníci) relativně rychleji a po několika létech tvoří společenstvo řada rybích druhů i jejich potravy v dokonalém propojení vztahů. Zvláštní kapitolu dopadů těžby na biodiverzitu tvoří lomy. Zdánlivě negativní zásah do krajiny se v posledních létech ukazuje být z hlediska biodiverzity kladný. Představují refugium suchomilnějších živočichů zejména v chladných a vlhčích oblastech. V současnosti se vytěžené a uzavřené lomy nezavážejí, ale naopak ponechávají spontánnímu vývoji a zarůstání. Totéž platí o vodních biotopech, tedy lomových jezírcích s poměrně definovanou faunou, byť introdukovanou (např. raci původem z USA). Ve všech zmíněných situacích je velmi důležité sledovat průběh vývoje biotopu a zobecňovat. Nejvýznamnějším faktorem se jeví podrobné zmapování okolních biotopů ve smyslu jejich biodiverzity. Tyto biotopy představují totiž zásobárnu druhů pro rekultivované plochy. Proto zachování sousedících biotopů má klíčový význam pro rekultivace. • Rekreace Rekreace ovlivňuje biodiverzitu nejen výstavbou a odpady. Letní a zejména pak zimní rekreace působí na selekci rostlin a epigeických živočichů např. sešlapem a zhutňováním půdy ovlivňuje diverzitu půdních živočichů. Proto lze chápat neochotu ze strany ochrany přírody k zabírání dalších svahů pro lyžování, což platí i pro předpokládané běžecké stopy. 4. Biodiverzita a její ochrana V několika posledních staletích především v souvislosti s narůstajícím počtem obyvatel i s technickým rozvojem došlo k nevratným změnám životního prostředí. Tisíce druhů organismů jsou ohroženy intenzivním využíváním krajiny člověkem, znečištěním prostředí či ztrátou svých stanovišť. Za posledních 400 let vyhynulo kolem 300 – 350 druhů obratlovců a asi 400 druhů bezobratlých. Hrozba klimatické změny v důsledku emisí skleníkových plynů se jednoznačně stává nejzávažnějším problémem v celé dosavadní historii životního prostředí na Zemi. Lidská činnost zásadním způsobem i nadále ovlivňuje biochemické cykly prakticky všech prvků v přírodě a přispívá k urychlení redukce biodiverzity. Vymírání rostlinných a živočišných druhů je sice přirozeným procesem , avšak současná rychlost tohoto děje hrozí ztrátou genetické variability populací. Ke změnám biodiverzity v pozitivním i negativním smyslu (zvyšování či snižování) dochází v prostoru i v čase. Úkolem ochrany biodiverzity je zachování reprezentativního vzorku na různých úrovních, a to ekosystémů, druhů i genů zvláštního ochranářského významu. Jedním 45 z prostředků pro efektivní realizaci tohoto úkolu na národní úrovni je vyhlašování chráněných území. Úmluva o biologické rozmanitosti (CBD – Convention on Biological Diversity) byla podepsána v Rio de Janiero v roce 1992. Jde o klíčový dokument ve vztahu k problematice biodiverzity, kdy důležitým principem naplňování Úmluvy je princip předběžné opatrnosti, z něhož vyplývá, že nedostatek vědeckého poznání nemůže být důvodem pro nepřijetí preventivních opatření omezujících introdukci potenciálních invazních druhů. 4.1 Ochrana biodiverzity „in situ“ Nejúčinnějším přístupem ochrany biodiverzity je ochrana in situ. Jedná se o ochranu ekosystémů a přírodních stanovišť v jejich přirozeném prostředí. Je důležitá pro přežití druhů, které lze jen obtížně chovat v zajetí. Pouze v přirozených podmínkách nacházejí druhy optimální podmínky pro svůj další evoluční vývoj i adaptace k měnícímu se životnímu prostředí. Tento typ ochrany nemusí být účinný zvláště v případech, je-li populace určitého druhu příliš malá na to, aby byla schopna přežít. Praktické příklady aplikace ochrany biodiverzity „ in situ“ Vlivem lidské činnosti došlo k takovému poškození ekosystémů, jež vedly k vymizení celé řady druhů organismů na území ČR např. drop velký. U některých druhů bylo proto přikročeno k aktivnímu managementu jejich populací, jehož součástí je introdukce jedinců z jiných částí areálů nebo umělý odchov člověkem, např. jasoň červenooký, rak říční, tetřev hlušec. Problémy spojené s ochranou druhové biodiverzity „in situ“ • • • • • • • ochrana „in situ“ není dostatečně propojena legislativně na úrovni různých resortů, dosud nebyla komplexněji zhodnocena reprezentativnost a kvalita předmětů ochrany ve vztahu k výskytu a početnosti biotopů, v oblastech využívaných hospodářsky je potřeba aplikovat ekosystémový a holistický přístup péče o přírodní zdroje, problémem je malá komunikace mezi vlastníky a nevládními organizacemi, problémem je i zapojení soukromého sektoru do ochrany biodiverzity, nejsou k dispozici analýzy zaměřené na přínosy chráněných území a nutné investice pro udržování těchto přínosů, ochrana a obnova ekosystémů ve volné krajině není považována z hlediska politického za prioritu, v malé míře je využívána ochrana volné krajiny prostřednictvím územních plánů. 46 4.2 Ochrana biodiverzity „ex-situ“ Ochrana biologické rozmanitosti ex-situ na různých úrovních představuje ochranu složek biodiverzity mimo jejich přirozená stanoviště (biotopy). Zahrnuje především ochranu živočišných a rostlinných druhů v zoologických a botanických zahradách, arboretech nebo v genových bankách. Dále pak se jedná o ochranu mikroorganismů ve sbírkách, či jiných zařízeních a institucích k tomuto účelu zřízených. K této ochraně patří i záchranné programy, nebo programy péče o jednotlivé druhy, kterým hrozí vyhynutí. Určitými problémy v realizaci záchranných programů je absence ucelené koncepce se stanovením priorit, nekoordinovaná a roztříštěná aktivní opatření realizovaná různými institucemi ochrany přírody, nedostatečná finanční podpora záchranných programů, nízká informovanost veřejnosti a celá řada dalších. Současná úloha zoologických zahrad (dále jen ZOO) Posláním zoologických zahrad je přispět k zachování biologické diverzity volně žijících živočichů jejich chovem v lidské péči. V ČR v současnosti existuje kolem dvaceti zoologických zahrad, v jejichž náplni práce je také chov ohrožených druhů světové fauny, zapojení do systému ochrany přírody, spolupráce v rámci mezinárodních programů chovů ohrožených druhů. ZOO se významným způsobem podílejí na zmírnění či dokonce zastavení procesu vymírání a do popředí stále více vystupuje jejich význam jako genových bank. Mají však omezené prostorové možnosti a zaměřují se především na chov obratlovců, tedy poměrně úzké skupiny organismů. Hlavním úkolem ZOO je udržení stabilních a životaschopných populací v rezervacích a v národních parcích. Reintrodukční procesy na původní stanoviště mají však mnoho úskalí. Především jsou velmi nákladné s dlouhodobé, a navíc je často reintrodukce v původní domovině velmi obtížná v důsledku mnohdy nevratných změn původního stanoviště, nízké politické stabilitě apod. Současná úloha botanických zahrad (dále jen BZ) V poslední době se BZ zaměřují na kultivaci vzácných a ohrožených druhů a řada z nich se specializuje na určité typy rostlin. Problémem je centrální evidence o aktivitách jednotlivých zahrad a jejich zapojení do záchranných programů v evropském i celosvětovém měřítku. Cílem rozvoje botanických zahrad je jejich zapojení do záchranných programů rostlin a zvýšení povědomí odborné i laické veřejnosti o jejich činnosti. Důraz je kladen na zachování domácích druhů bez ohledu na atraktivnost. Celosvětově existuje asi 1600 botanických zahrad s významnými sbírkami rostlin. Botanické zahrady mohou přispívat k ochraně přírody také svými neživými kolekcemi a herbáři rostlin, které mohou být jedním z nejlepších zdrojů informací o rozšíření rostlin a jejich nárocích na prostředí. 47 4.3 Genetické banky a uchování genetické biodiverzity Genetickými bankami (genobankami) se rozumí soubor zařízení a systematických opatření vedoucích k uchování genetické biodiverzity ve formě semen, pylu, gamet, embryí, pletiv a tkání udržovaných v hlubokém zmrazení nebo in vitro kultur, případně ve formě živých rostlin. Organismy využívané v zemědělství jsou jednou ze složek tzv agrobiodiverzity, která zahrnuje všechny komponenty biologické rozmanitosti přispívající k produkci potravin a dalších lidských životních potřeb (suroviny, léky, užitkovost zvířat) a udržování životního prostředí. Genetické zdroje pro výživu a zemědělství reprezentují plemena, odrůdy, linie, rasy, kultivary. Možnosti využití biotechnologii k obnově nebo rozšíření genetické biodiverzity jsou zatím limitovány, zejména u živočichů s tímto úzce souvisí genetické inženýrství, transgeneze, klonování, a to i ve světovém měřítku. Pro budování těchto kapacit v ČR jsou zatím omezené podmínky. Pes – na pohled různorodý, geneticky jednotvárný 48 Negativní vliv invazních druhů se zvýšil v souvislosti s rozšiřující se mobilitou, obchodem a cestovním ruchem v souvislosti s probíhající a předpokládanou globalizací. Daleko častěji je invazivnost druhů spojena s ekonomickým využití druhů v zahradnictví, zemědělství, rybářství, farmových i zájmových chovech. Může se tímto problémem stát i geneticky modifikovaný organismus (GMO). S poklesem genetické diverzity se možná poněkud překvapivě potkáváme i u domácích zvířat. Je to důsledek tvrdého ekonomického tlaku, kterému jsou chovatelé zvířat vystaveni. Chovatel skotu je tlačen k tomu, aby jeho krávy dojily co nejvíce mléka a aby býci co nejrychleji přibývali. To vše s co nejnižšími náklady. Některé vlastnosti už na druhé straně není třeba rozvíjet. U skotu v České republice je to například schopnost tahat náklad. To vede k rozšíření nových plemen. Pro produkci mléka se celosvětově rozšiřuje holštýnský skot a také pro produkci masa se prosazují vysoce specializovaná plemena, která mají nízký podíl tuku (např. plemeno charolais nebo belgické modré). Dřívější „všestranná“ plemena, například český strakatý skot šlechtěný našimi předky pro produkci masa, mléka i pro tah, mizí. Tato plemena jsou ale součástí kulturního dědictví lidstva. U starokladrubského koně o tom pochybuje jen málokdo. Představa, že stejně cenná je slepice česká kropenka, některé linie českého kapra, české včely nebo staré odrůdy ovocných stromů, se může zdát laikům překvapivá. Důvodem pro ochranu těchto starých a z ekonomického i chovatelského hlediska „překonaných“ plemen ale není jen čistá nostalgie. Existují i důvody praktické. Některá tradiční plemena či odrůdy mohou být odolná vůči chorobám či škůdcům a tyto vlastnosti mohou velmi rychle nabýt na významu. Příkladem může být situace, jaká vznikla po roce 1999, kdy se v Africe objevila zcela nová varianta rzi travní (Puccinia graminis). Podle roku prvních záchytu a místa výskytu (Uganda) dostal nový kmen rzi kódové označení Ug99. Nový kmen je vysoce patogenní a ztráty na výnosech převyšují u napadených porostů 40%. Donedávna se výskyt rzi Ug99 omezoval jen na africký kontinent. Teď ale rez překonala Rudé moře a pronikla do Jemenu. Organizace pro zemědělství a výživu (FAO) při UNESCO proto vyhlásila pro všechny členské země včetně České republiky program ochrany genových zdrojů. Ten má za cíl chránit genetickou diverzitu odrůd kulturních plodin a plemen hospodářských zvířat. V zásadě lze zvolit dva přístupy: • Prvním je pěstování nebo chov starých odrůd či plemen. To lze provádět jen v omezeném rozsahu a obvykle jen s finančními dotacemi, protože zemědělská produkce založená na starých odrůdách či plemenech bývá málo výnosná nebo dokonce ztrátová. Tento přístup má řadu slabin. Pokud například přijde sucho, povodeň, krupobití nebo jiná přírodní pohroma, může být pole zcela zničeno a není sklizeno ani osivo pro další rok. Stejně tak může katastrofa (požár stájí) nebo choroba (slintavka) zcela zničit malé stádo zvířat. 49 • Druhý způsob uchování rostlina zvířat zařazených mezi genové zdroje je konzervace jejich genofondu v nejrůznějších bankách. Rostliny lze uchovávat v podobě semen nebo tkáňových kultur. Genofond zvířata lze uchovávat v zamraženém spermatu či embryích, popřípadě v zamražených tělních buňkách, z nichž by bylo možné zvířata vytvořit klonováním. Také tento systém má své slabiny. Například havárie kontejneru s tekutým dusíkem nebo dlouhodobý výpadek elektrického proudu mohou vést k narušení podmínek, za jakých jsou organismy uchovávány, a ke snížení jejich životaschopnosti či dokonce jejich zničení. FAO proto doporučuje, aby byly oba přístupy kombinovány. Podíl kolekcí hlavních plodin v genových bankách (celkem 6 mil. položek) 2% 10% 2% obilniny 48% 4% krmné luskoviny 16 % pícniny 10% 8% 48% zeleniny 8% ovoce 4% přadné rostliny 2% 10% olejniny 2% ostatní zbytek 16% Příkladem skutečně komplexní ochrany genových zdrojů je projekt Global Crop Diverzity, který si klade za cíl uchovat genofond 165 000 odrůd jednadvaceti zemědělských plodin od pšenice až po brambory. V rámci projektu bude uchována jednak DNA jednotlivých odrůd a dále pak i živá semena nebo části rostlin využitelné pro vegetativní rozmnožování. Udržování těchto bank je náročné, protože semena i části rostlin určené k vegetativnímu rozmnožování mají omezenou životnost a je nutné je neustále nahrazovat čerstvým materiálem. Největší problémy jsou s udržováním vzorků plodin, které se nepěstují ze semen, ale množí se vegetativně (maniok, kokosová palma apod.). Součástí genových bank jsou proto i laboratoře pro pěstování rostlin v podmínkách in vitro. Pro potřeby uchování rostlin a jejich semen je budována na Špicberkách v podzemí pod horským masivem banka pro uskladnění asi 1 400 vzorků kulturních plodin z celého světa. 50 4.4 Invazní druhy Všechny invazní druhy patří mezi druhy nepůvodní a v zájmovém území se vyskytly díky činnosti člověka. Rostliny však mohou měnit hranice svého rozšíření i přirozenou cestou bez přispění člověka. Pak hovoříme o migracích nikoli o invazích. V této souvislosti je potřeba rozlišovat dva klíčové pojmy introdukce a invaze. Invaze je proces, během něhož zavlečený druh překonává různé překážky, v případě druhu introdukovaného překážky pomohl překonat člověk. Introdukované druhy pocházejí z celého světa, ze všech kontinentů. Jejich původ není snadné vždy přesně stanovit. Nejvíce jsou v naší flóře zastoupeny druhy pocházející z evropského kontinentu (43,1 %), následuje Asie (30,0 %) a Severní Amerika 10, 9 %. Menší počet druhů pochází z Afriky (8,3 %) a z Jižní Ameriky (4,1 %). Necelé 1 % druhů je původem z Austrálie. Jen malá část introdukovaných druhů se stává invazními. Kvalifikované odhady odborníků uvádějí, že z každé stovky zavlečených druhů se skutečně invazními stanou 2 – 3. Také vlastní invaze je velmi individuální. Exponenciálnímu (invaznímu) šíření předchází období klidové, kdy se organismus adaptuje na nové podmínky prostředí a populace může procházet i genetickými změnami. Klidová fáze může trvat mnoho let. Např. u bolševníku velkolepého to bylo zhruba 100 let. Předpoklady pro rychlé šíření : • velké množství malých rozmnožovacích částic, • zoochorní šíření, • dokonalý vegetativní způsob rozmnožování, • některé produkují toxiny, • eutrofizace vod (obohacení živinami), • cizí druhy mají výrazně vyšší nároky na dusík Pro druhotně přesídlované, zranitelné, migrující druhy především živočichů existují překážky na cestě, hlavně dlouhé cesty či nedostatek odpočívadel. Proto jejich předpokládaná introdukce nemusí vždy přinášet předpokládaný výsledek. Příkladem může být introdukce vyhynulého poddruhu jasoně červenookého (Parnassius apollo) do jejího původního biotopu (Štramberk na Moravě jako mimořádná lokalita mimo Karpaty). Tento poddruh se nápadně lišil velikostí i zbarvením od karpatského, žil pouze v okolí Štramberka a byl vyhuben. Do jeho 51 původní lokality byl introdukován karpatský poddruh, který se, prozatím, aklimatizoval. Z hlediska zachování druhu a případné publicity tedy jasně kladný proces. Z hlediska vědy a celého druhu ovšem záležitost pochybná. Pro tvorbu refugií či biokoridorů pro organizmy se vypracovávají poměrně složité postupy. Bez odborného posouzení biologa ovšem tyto postupy se potom zakládají na intuici (ne vždy správné). Do řešení problematiky pak vstupují i zájmy jednotlivců a společností, velmi často podkládané a podložené ekonomicky i vůči posuzovateli. Z pohledu větších ploch vstupuje do hry při šíření organizmů problém biokoridorů a bariér migrace ve fragmentované krajině. Jako významný faktor vystupují tzv.fenomény krajiny. Z nich pak hraje významnou roli hlavně fenomén říční, tedy možnosti říčního toku pro migrace a tedy šíření druhů. Invazní druhy v ČR a jejich management Česká republika z pohledu světového i evropského nepatří zdaleka mezi nejohroženější oblasti. Většina nepůvodních druhů se dostala do ČR ze středomořské oblasti. . Nelze však ani vyloučit, že se tyto druhy rozšířily i přirozeným způsobem. V dávných dobách to byly druhy především z Asie , odkud vedly do celé Evropy významné obchodní stezky. Po objevení Ameriky vlivem rozmáhající se lodní dopravy zaznamenal další cesty k šíření organismů, tentokrát hlavně ze Severní Ameriky. Severoamerické druhy pocházely ze podobného prostředí evropskému a jejich šance na zdomácnění byly poměrně vysoké. V současné době přispívá k šíření nepůvodních druhů hlavně letecká doprava a intenzivní cestování osob a přemisťování zboží na poměrně velké vzdálenosti. Důvody, proč lidé dovážejí do ČR nepůvodní druhy jsou: - lovecké, hospodářské, zájmové. Z loveckých důvodů se do ČR dovážejí druhy, které poslouží jako objekt lovu. Z ekonomických důvodů jsou introdukovány zemědělské plodiny a domácí zvířata. Zájmové důvody souvisí s pěstováním exotických druhů rostlin a s chovem exotických druhů živočichů. Historie této činnosti sahá až do doby Karla Velikého a další vlna nastoupila v Evropě ve 13.století a trvá až dodnes. Další známé případy se odehrály v nově objevovaných oblastech (Austrálie – ovce, psi, králíci, drobné druhy žížal). Jindy se jedná o introdukci neúmyslnou, byť člověkem způsobenou. Tak se stala známou introdukce slávičky mnohotvaré (Dreissena polymorpha) z Černého moře. Velmi se rozšířily invaze prostřednictvím balastní vody v lodích, kdy se nabere voda v jednom vodstvu a vylije so do jiného. Tak se šíří řada mlžů v současnosti (Corbicula fluminea, Sinanodonta woodiana). Za zvláštnost regulace možno považovat introdukci v roce 1989 balastní vodou žebernatky Mnemiopsis leydii do Černého moře. Její populace dosáhly nesmírných hustot (80 kg / m3 vody) a predací katastrofálně zdecimovala hejna drobných lovných 52 rybek (ančovičky). Shodou okolností, v roce 1997 se stejnou cestou, balastní vody, dostala do Černého moře jiná žebernatka Beroe ovata, predátor předchozí žebernatky, kterou během krátké doby prakticky vyhubila a následně sama postupně vyhynula. Ne každá taková introdukce se ovšem vyřeší přirozenou cestou. S půdou člověk zavlekl do Evropy novozélanskou půdní ploštěnku Artioposthia triangulata do Skotska. Ta se v současnosti nezadržitelně blíží k pobřeží Anglie a lze předpokládat její invazi na kontinent. Ploštěnka jako predátor silně ochuzuje půdní faunu, zejména žížaly. Naproti tomu, expanze plzáka španělského (Arion lusitanicus) probíhá bez podílu člověka a také prozatím nevysvětlitelně. Z hlediska společenstev zmíněné introdukce působí jako obohacení fauny, ovšem již na první pohled spíše fungují opačně, tedy nejen na ochuzení fauny, ale zejména negativně na biodiverzitu. Jejich dopad totiž v drtivé většině případů ochudil i systém vztahů ve společenstev, tedy celkovou biodiverzitu. Příklady rostlinných invazních druhů bolševník velkolepý ( Heracleum mantegazzianum) borovice vejmutovka (Pinus strobus) hvězdnice kopinatá (Aster lanceolatus) jasan ztepilý (Fraxinus excelsior) javor jasanolistý (Acer negundo) křídlatky (Reynoutria sp) kustovnice cizí (Lycium barbarum) loubinec pětilistý (Parthenocissus quinquefolia) lupina mnoholistá (Lupinus polyphyllus) netýkavka malokvětá (Impatiens parviflora) netýkavka žláznatá (Impatiens glandulifera) pajasan žláznatý (Ailanthus altissima) slunečnice hlíznatá (Helianthus tuberosus) trnovník akát (Robinia pseudacacia) třtina chloupkatá (Calamagrostis villosa) třtina křovištní (Calamagrostis epigejos) zlatobýl kanadský (Solidago canadensis) zlatobýl obrovský (Solidago gigantea) O významných invazních rostlinách podrobněji Bolševník velkolepý ( Heracleum mantegazzianum SOMMIER et LEVIER) Bylina, která dorůstá gigantických rozměrů ( 2 m i více) Má trojčetné nebo zpeřené listy a nápadný vrcholový okolík velikosti 50-60 cm v průměru.Rostlina obsahuje fotosenzibilní látky – furanokumariny, které pod vlivem světla vyvolávají puchýřovité otoky nebo kožní vyrážky. Rostlin se dotýkáme pouze v rukavicích. Zvlášť opatrní musíme být při práci za slunečního svitu. 53 Ekologie Rostlina pochází z Kavkazu. U nás byl druh původně pěstován v zámeckých zahradách a v parcích jak dekorativní rostlina. Po zplanění začal vytvářet husté porosty zejména v západních Čechách. Nejstarší literární údaje pocházejí z 2.poloviny 19.století, Lázně Kynžvart 1862. Roste na stanovištích člověkem neudržovaných (zpustlé louky, rumiště, opuštěné zahrady, vegetace městských sídlišť). Jde o velmi agresivní a invazní druh, který má neobyčejně velký vliv na složení rostlinných společenstev. Význam Výskyt je lokální a plošné rozšíření je zatím zaznamenáno v určitých oblastech ČR, kde působí velké problémy. Křídlatky patří k vytrvalým bylinám, které dorůstají značné velikosti. Označení křídlatka vychází z velkých křídel okvětí, která jsou jedním z důležitých určovacích znaků. Z ekologického hlediska jde o zajímavý druh, který je příkladem invazního šíření jednak rodičovských druhů , jednak jejich křížence. Na území Čech byla rostlina introdukována na sklonku 19.století. Rychle a intenzivně se šíří podél toků a komunikací.Postupem času se stala obtížným a těžko odstranitelným plevelem. Zimu přečkává oddenky, které prorůstají do hloubky až 2 m. Na jaře z nich vyraší nové stonky. Maximální výšky dosahuje porost až v 1.polovině června. Především vegetativní šíření. Rozšiřování semeny je velmi omezeno, neboť pozdě dozrávají a bývají zničena prvním mrazem Důležitým determinačním znakem jsou spodní listy, které jsou morfologicky variabilní. Proto určení musíme považovat pouze za orientační. Křídlatka japonská (Reynoutria japonica Houtt.var. japonica) V Evropě pěstována v mnoha zemích na severu a ve střední části jako okrasná rostlina. Nejstarší záznamy o jejím výskytu na našem území pocházejí z roku 1825. Domovinou této rostliny je Japonsko, Severní a Jižní Korea, Taiwan, Čína. Křídlatka sachalinská (Reynoutria sachalinensis (F.Schmidt) Natai) Druhotně se rozšířila do Evropy ze Sachalinu, Kuril a Japonska. Původně velmi dekorativní parková rostlina, která postupem času zplaněla. Záznamy o jejím pěstování pocházejí z roku 1869. R.x bohemica je kříženec obou druhů, který byl popsán v roce 1983 z lokality u Náchoda. Od té doby se dále šíří a je sledován již v okolí Prahy. 54 Rozlišení křídlatek podle zakončení čepele spodních listů Křídlatka japonská R. japonica var. japonica Diakritický znak: rovné zakončení báze čepele 55 Křídlatka sachalinská R. sachalinensis Diakritický znak: srdčité zakončení báze čepele Netýkavka žlaznatá (Impatiens glandulifera ROYLE) Jednoletá bylina s mělkým kořenovým systémem má duté lodyhy dosahující výšky do 3 m. Na bázi stonku mohou být až 5 cm silné. Nápadné jsou zejména velké růžové květy, které se záhy mění ve vřetenovité pukající tobolky, které dovedou vystřelovat semena na vzdálenost 4 m. Semena jsou produkována ve velkém množství ( může to být až 5000 semen) a vyznačují se dlouhou dobou klíčivosti (až 6 let). Ekologie Vyžaduje poměrně vlhká stanoviště na bohatých půdách, kde tvoří husté porosty připomínající houštiny bambusu. 56 Do Evropy se dostala z podhůří Himaláje, z nadmořských výšek mezi 1800 – 3000 m. Do Evropy se rozšířila v roce 1839 jako okrasná rostlina. Našla velké obliby zejména u zahradníků a včelařů. Záhy se však stala problémem. V České republice netýkavka zplaněla asi před 100 lety u Litoměřic a nedaleko Turnova na Jizeře. Dnes porůstá nejen břehy Jizery i dalších řek, Objevila se i v chráněných oblastech a v národních parcích ( např.Třeboňsko, Krkonoše). Jejímu šíření se nevyhnulo ani okolí velkých měst jako je např. Praha. Význam Netýkavka poskytuje jediné – nektar pro včely. Jinak působí pouze starosti pracovníkům ochrany přírody svým expanzivním šířením. Trnovník akát (Robinia pseudacacia L.) Hojně rozšířená a nápadná dřevina. Listy jsou složené , jasně zelené barvy s palisty přeměněnými v trny. Hroznovitá květenství intenzivně voní. Akát se rychle šíří kořenovými výmladky. Ekologie Domovem trnovníku akátu je Severní Amerika. Do Evropy byl přivezen v roce 1601 zahradníkem francouzských králů. Nejprve pěstován jako okrasná dřevina, později se začal samovolně šířit ve volné přírodě. V českých zemích se objevil v roce 1710 a velmi rychle zdomácněl. Význam Mění velmi výrazně původní složení společenstev. Specifikem akátových porostů je hromadění dusíku v půdě, dochází k rychlejšímu vysychání půdy. Vylučování toxických látek do půdy nebylo zatím experimentálně potvrzeno. Ochrana vůči invazním rostlinám obecně Ochrana vůči všem druhům invazních rostlin je velmi obtížná. Chemická ochrana se neporučuje v souvislosti s narušením půdního prostředí. V chemické ochraně bývá využíván osvědčený přípravek Roundap ( systémový herbicid, který se aplikuje ke kořenům nejlépe koncem srpna.) Mechanická ochrana spočívá v odstraňování rostlin před dozráním semen a plodů, avšak nebývá zpravidla účinná, neboť se jedná o druhy rozmnožující se velmi intenzivně vegetativním způsobem. 57 Příklady živočišných invazních druhů plzák španělský (Arion lusitanicus) krab čínský (Eriocheir sinensis) rak pruhovaný (Orconectes limosus) rak signální (Pacifastacus leniusculus) myš domácí (Mus musculus) norek americký – mink (Lutreola vison) potkan (Rattus norvegicus) krysa obecná (Rattus rattus) Hlavní předností stanovení vazby druhů na prostředí je schopnost vyjádřit dynamiku i historii procesů, čímž se radikálně liší od metod chemických a fyzikálních. Pro ty bývá signifikantní menší množství odběru vzorků. Pokud ale není účelem dlouhodobě sbírat data, obě metody zachycují spíše momentální stav. Naopak biologické posuzování šíření druhů vyžaduje poněkud delší čas, který musí být věnován odběru a zpracování vzorků. Pochopitelně, geologické metody dávají obraz velmi dlouhodobých procesů a z nich vyplývajících očekávání. K monitoringu stavu a změn druhové diverzity určitého území je potřeba volit skupinu prozkoumanou, pokud možno i s fosilními záznamy, s přiměřeným počtem druhů a s širokou škálou stanovišť. Skupina s dostatečnou výpovědní hodnotou by měla obsahovat dostatek stenoekních druhů (druhy s úzkým rozsahem tolerance) s vazbou na substrát a vegetaci. Pro operativnost by měla být identifikace indikačních druhů snadná, aby nedocházelo ke zbytečným prodlením. V ní by měly být stanoveny i dominantní, vůdčí druhy. Lze předpokládat, že vybraná skupina bude mít vztahy ke sledovaným zásahům a reagovat na ně jednoznačně. Pro dokonalejší potvrzení faktů by zjištění měla být potvrzena také experimentálně. 4.5 Záchranné programy Záchranné programy souvisí s ochranou druhové diverzity, zvláště chráněných druhů rostlin a živočichů (viz vyhláška č. 395/1992 Sb.) a jsou zajišťovány orgány ochrany přírody se záměrem vytvořit podmínky umožňující takovou péči o populaci těchto druhů, která by vedla ke snížení stupně jejich ohrožení. Tyto programy nemusí vždy zahrnovat záchranné pěstování nebo umělé odchovy jedinců člověkem a jejich následné vypouštění či implementaci do volné přírody. Jde především o aktivní opatření doplňované chovem ex-situ. Pro zraněné volně žijící druhy živočichů jsou zřizovány záchranné stanice označované jako stanice pro handicapované živočichy. Většinou jde o opětovné vypouštění jedinců po vyléčení do volné přírody. Tyto stanice mají význam zejména pro vzdělávání veřejnosti a nedílnou součástí jejich činnosti je osvěta a výchova veřejnosti v otázkách ochrany biodiverzity na úrovni druhů např. přezimování ježků, péče o opuštěná mláďata v letním období. 58 Příklady z praxe Prvním pokusem o záchranný chov v ČR byl odchov bobra evropského a jeho reintrodukce do volné přírody na přelomu 18. a 19. století. Následovaly i druhy další např. vypouštění orla mořského na Třeboňsku, rysa ostrovida na Šumavě, koniklece jarního na Třeboňsku a v Krkonoších. Až dosud schválilo MŽP 5 záchranných programů např. rys ostrovid, tetřev hlušec, perlorodka říční, rdest dlouholistý. Jsou připravovány i další záchranné programy minimálně pro pět druhů rostlin a více druhů živočichů na úrovni celostátní i regionální. Několik let již probíhá záchranný program pro sokola stěhovavého a raroha velkého. 4.5.1 Klonování a záchrana ohrožených živočichů v rámci ochrany druhové diverzity Klonování i některé další biotechnologické postupy mohou rovněž napomoci udržení genetické diverzity ohrožených druhů savců, a tím i k jejich záchraně před vyhubením. Jde o téma, o němž se píše a hovoří poměrně často, i když ne vždycky zcela objektivně. Film Jurský park natočený podle sci-fi románu Michaela Crichtona nám zase nasadil do hlav myšlenku, že klonování pomůže ke zmrtvýchvstání živočichům, které jsme vyhubili. Hranice mezi realitou, propagandou a fantazií často splývá. Klonování druhů ohrožených vyhubením připadá do úvahy pouze v případě, že máme k dispozici nějaký blízce příbuzný druh domácího zvířete, jehož klonování jsme zvládli. Proto nepřekvapí, že prvním klonovaným zástupcem ohroženého živočicha byl muflon. Ten je předkem domácích ovcí – tedy druhu, který byl naklonován z buněk dospělého zvířete jako první. Z buněk muflonek vytvořil mezinárodní tým vědců z university v Terramu na Sardinii klon pomocí vajíček domácí ovce. Ovce také posloužily jako náhradní matky pro vyvíjející se zárodek klonu. Další úspěšné počiny na této frontě byly založeny na blízké příbuznosti ohrožených divokých turů s domácím skotem, jehož klonování je rovněž v základech zvládnuto. V roce 2001 se narodil klon divokého tura gaura, pro jehož vznik byly použity buňky uhynulého gauřího býka a vajíčka domácího skotu. Také vývoj zárodku zabezpečily domácí krávy. V roce 2003 byl postup zopakován s buňkami divokého tura bantenga. Čínští vědci využili kozu jako „pomocný“ druh pro úspěšné klonování antilopy dzeren a jihokorejští vědci klonovali pomocí vajíček psa a fen domácích psů jako nositelek embryí vlka. 59 Klony ohrožených druhů Muflon 2000 Gaur 2001 Banteng 2003 60 I tak provází toto tzv. mezidruhové klonování řada problémů. Pomineme-li fakt, že se od klonování domácích zvířat neliší nízkou účinností a že se i tady často rodí těžce postižená mláďata (první klon gaura uhynul za 48 hodin po narození), pak za pozornost stojí především fakt, že tu dochází ke „znečištění“ dědičné informace zachraňovaného druhu. Vajíčko domácího zvířete s sebou přináší do zárodku klonu mitochondrie i s jejich dědičnou informací. Klon muflona má sice v jádru každé buňky mufloní geny, ale v cytoplasmě jeho buněk se nacházejí ovčí mitochondrie s ovčí DNA. Stejně tak „potřísní“ mitochondrie skotu se svou DNA i dědičnou informaci klonů gaura a bantenga. To představuje problém především u samic, které ve vajíčku předávají mitochondrie dalšímu pokolení. Klon tak může vnést cizí mitochondrie do populace. U samců toto nebezpečí nehrozí, protože otce ve spermii na potomky mitochodnrie nepřenášejí. Geny obsažené v mitochondriální dědičné informaci představují ve srovnání s geny umístěnými v jádru buňky jen kapku v moři (zhruba tisícinu celkového počtu genů), ale jsou důležité například pro růst a výkonnost svalů nebo pro produkci mléka matkou. Výčet druhů domácích zvířat, u nichž bylo klonování zvládnuto, vymezuje okruh volně žijících druhů, u nichž mají úvahy o klonování nějaký smysl. Obr. 13 - 17 Po úspěchu italských vědců, kteří v roce 2003 úspěšně vytvořili klon koně se nabízí klonování jako metoda pro záchranu ohrožených lichokopytníků. Úspěch amerických vědců při klonování neplodného mezidruhového křížence osla a koně (muly) naznačuje, že by klonování mohlo pomoci i divokým oslům, z nichž mnozí patří mezi kriticky ohrožené druhy. Pro některé druhy kozorožců a divokých koz by snad šlo využít zkušeností s úspěšným klonováním domácí kozy. Tak bylo například zvažováno klonování poddruhu kozorožce pyrenejského označovaného jako bucardo. Tento poddruh již vyhynul, ale buňky z poslední samice se podařilo konzervovat hlubokým zmražením a jsou pro klonování k dispozici. Obnova populace bucardů ale tím způsobem nepřipadá do úvahy. K dispozici jsou jen buňky jediné samice. Nelze tedy získat klonováním samce a tudíž ani přirozeně počaté potomstvo dalších generací. Plány, podle kterých by bylo možné z buněk samic vytvořit samčí buňky záměnou pohlavních chromozomů jsou jen plané fantazírování. Ale i kdyby se nám podařilo získat klonováním jakési bucardí Adamy a Evy, nemá takto vzniklá populace zvířat velkou šanci na trvalou prosperitu, protože její dědičná informace by byla odvozena od jediného zvířete a neskýtala by dostatečnou genetickou proměnlivost nutnou pro adaptaci na měnící se podmínky nebo na zdolání nákazy. V této populaci by neplatilo, že přežívají geneticky lépe vybavení jedinci, protože v tomto směru by byli všichni bucardové stejní. Na tomto hypotetického příkladu si můžeme jasně demonstrovat fakt, že klonování dokáže zachránit genetickou informaci jednotlivých zvířat, a to dokonce i uhynulých kusů, pokud se provede odběr buněk dostatečně rychle a buňky nejsou posmrtnými procesy vážněji poškozeny. Nedokáže ale stávající genetickou rozmanitost populací ohrožených živočichů rozšířit. I z toho je jasné, že klonování není samospasitelné a že při něm nelze ignorovat zákonitosti populační genetiky, které říkají, že každá populaci, kde počet pohlavně se rozmnožujících jedinců poklesl 61 pod 500, hrozí akutně ztráta potřebné genetické pestrosti, což z hlediska další evoluce nevěští nic dobrého. O tom, že by pokusy o klonování nemusely být v budoucnu limitovány zapojením domácích druhů svědčí možnost klonování některých ohrožených druhů antilop, například antilopy bongo, s využitím antilop hojnějších druhů, např. antilopy losí. V tomto směru už byly podniknuty první kroky, Byl například úspěšně proveden přenos embrya bonga samici antilopy losí. V podobných případech vyvstává samozřejmě do popředí problém výchovy mláděte matkou cizího druhu, riziko, že si mládě vtiskne příslušníky cizího druhu jako vlastní a to v budoucnu fatálně naruší tvorbu přirozených sociálních vazeb s příslušníky jeho vlastního druhu. Zkušenosti z mezidruhovým přenosem embrya bonga antilopě losí ale naznačuje, že tyto obavy jsou do značné míry liché. Pokud byly po narození mláděte nějaké problémy, tak nastávaly ze strany matky, která byla narozením mláděte cizího druhu evidentně zaskočena. Mladá samička bonga si ale v době dospívání našla cestu do stáda bongů, normálně se pářila a přivedla na svět mláďata. Čas od času proskočí sdělovacími prostředky zprávy o plánech na zmrtvýchvstání dávno vyhynulých nebo vyhubených živočichů. Velkou pozornost na sebe například opakovaně poutá případ vakovlka tasmánského. V jednom australském muzeu chovají exemplář mláděte tohoto dravého vačnatce konzervovaný v lihu. Fakt, že z takto konzervovaných tkání lze izolovat nenarušenou DNA, považují někteří snílci za příslib pro záchranu vakovlka klonováním. Když se ale znovu zamyslíme nad tím, co pro klonování potřebujeme a co je v tomto případě k dispozici, zjistíme, že jsou to jen vzdušné zámky. Místo buněk nebo alespoň jader z buněk ohroženého živočicha se nám nabízí jen jeho DNA. Z té zatím nikdo klon vytvořit neumí. Jasné není ani to, jaká vajíčka by byla pro pokus použita a který druh vačnatce by mládě donosil. Ještě hlouběji v žánru science-fiction vězí svými kořeny úvahy o klonování mamutů. Ti vyhynuli před tisíciletími a fakt, že se některé kusy zachovaly v překvapivě dobrém stavu ve věčně zmrzlé půdě Sibiře svádí některé snílky ke spekulacím o jejich klonování. Jako dárce vajíčka a náhradní matka pro klon by měl posloužit slon indický, který je zřejmě mamutům ze všech současných pozemských tvorů nejblíže příbuzný. I zběžný pohled na mamutí DNA nás ale přesvědčí o nereálnosti podobných fantazií. Mamutí DNA je silně rozložena. Ve zmrzlé tkáni z ní zbývají jen zlomky. Už jejich rekonstrukce do původního stavu je nad možnosti současné vědy. Tím spíše je pak zcela nereálné vytvořit z takové DNA klon. Představy o oživení dinosaurů přiživené románem Michaela Crichtona Jurský park a ještě spíše pak jeho stejnojmennou filmovou adaptací od Stevena Spielberga jsou naprosto nereálné fantazie. Už proto, že z dinosauří DNA zatím nikdo nezískal ani malý zlomek a řada vědců nepovažuje vůbec za reálné, aby dinosauří DNA přes propast více než 65 milionů let přežila. Klonování může zcela jistě ochraně ohrožených druhů pomoci, ale není samospasitelné. Pokud se nezařadí do širokého spektra dalších metod ochrany, bude jeho přínos mizivý a omezí se jen na upoutání zájmu veřejnosti prostřednictvím titulků na prvních stránkách novin. 62 Úskalí klonování • • • • • Má nízkou účinnost Zvířata trpí vrozenými defekty Zvířata jsou náchylná k nádorovým onemocněním Zvířata se nedožívají vysokého věku „Nevysvětlitelná“ úmrtí - Matilda 5. Udržitelný rozvoj – krajina a její struktura, okrajové efekty O udržitelném rozvoji se v posledním dvacetiletí hovoří stále častěji. Klasickou definici tohoto pojmu nalezneme ve zprávě Světové komise pro životní prostředí a rozvoj OSN vedené ministerskou předsedkyní Norska G. H. Brundtlandovou „Naše společná budoucnost“ (1987): Trvale udržitelný rozvoj je takový rozvoj, který zajistí naplnění potřeb současné společnosti, aniž by ohrozil možnost splnění potřeb generací příštích. Definic „trvale udržitelného“, resp. „setrvalého“ či „únosného“ rozvoje ( angl. „sustainable“) byla od té doby zveřejněna celá řada. U nás byl tento termín definován zákonem České republiky č. 17/Sb. o životním prostředí z roku 1992 (paragraf 6) následovně: „Trvale udržitelný rozvoj společnosti je takový rozvoj, který současným i 63 budoucím generacím zachovává možnost uspokojovat jejich základní životní potřeby a přitom nesnižuje rozmanitost přírody a zachovává přirozené funkce ekosystémů.“ Podstatné je spojení obou částí termínu, trvalé udržitelnosti a rozvoje. Jinak řečeno, hospodářský rozvoj určitého typu, který opomíjí ochranu životního prostředí, vyvolává nepřekonatelný rozpor, který vede k trvale neudržitelnému rozvoji. Spojení „trvale udržitelný“, resp. „trvalá udržitelnost“ se stává jakýmsi zastřešujícím pojmem pro řadu aktivit mnohdy i s dosti protichůdnými zájmy. Z biologického hlediska je významné ještě pojetí „trvale udržitelného života“, které klade důraz na život jako takový, tedy život všech živých organizmů. Biocentrické hledisko je i zde nadřazeno hledisku antropocentrickému (které např. akcentuje článek 1 Deklarace z konference Summitu Země v Rio de Janeiru 1992). Antropocentrické, sociální a ekonomické hledisko akcentují samozřejmě mnohá další spojení, např. termíny „trvale udržitelná společnost“, „trvale udržitelné zemědělství“, „trvale udržitelný výnos“ aj. K prvému narušení přírodních ekosystémů došlo již v historické době, kdy člověk začal rostliny, nutné k jeho životu, nejen sbírat, ale i pěstovat, tedy v dobách počátku zemědělství. Tím byl odstartován dlouhodobý proces modifikace přirozených ekosystémů člověkem nazývaný někdy neolitickou revolucí. Ta, kromě aspektů sociologických a ekonomických, zasáhla primárně přírodní ekosystémy. Člověk pěstováním obilí a luštěnin zasáhl do kvality a kvantity diverzity ekosystému. Navíc primitivní způsob obhospodařování vedl k postupné ztrátě úrodnosti; původní pole byla ponechána ladem a došlo k vymýcení dalších částí lesních ekosystémů a jejich přeměny na pole. Navíc došlo k osídlení stanovišť druhy zde původně cizími, a to nejen i druhy cíleně pěstovanými, ale i druhy průvodními (plevele, parazité aj.). Pozvolna tak dochází ke změnám krajiny, zejména ve smyslu fragmentace a následného vlivu na biodiverzitu areálů. Co na závěr „Ocenění kvality krajiny (přírody) indikátory biodiverzity zahrnuje podstatné změny v myšlení nejen specialistů a techniků, ale také veřejnosti a společnosti. Lidé, kteří očekávají produktivní, čistou a harmonickou přírodu zachovalou a udržitelnou i dalšími generacemi musejí znát a učit se více o diverzitě života a snažit se , aby kultura stála na pluralitě organizmů a zachování jejich teritorií a dalšího vývoje.“(Paoletti, 2001). Souhrnně lze říci, že biodiverzita tvoří nenahraditelný parametr prostředí a její všestranné posouzení vypovídá o jeho stavu a kvalitě, nejen momentální, ale v historickém kontextu, tedy s možností odhadnout historii, ale především budoucnost zájmového území. Biodiverzitu není možné nahradit pouze administrativními úkony. Teprve až bude charakteristika prostředí jakéhokoliv druhu a společenstva inkorporována do legislativy i se všemi důsledky metodickými a zejména exekutivními, budeme moci životní prostředí člověka i přírodu jako takovou posuzovat zodpovědně. 64 Literatura ADAMEC, K. Bolševník velkolepý. In Metodické pokyny pro vedoucí klubů Pampeliška. Praha : Klub Pampeliška, 1996. ANDĚRA, M. Ohrožená zvířata. Praha : Aventinum, 1998. ISBN 80-7151-061-0. ANDĚRA, M. Vyhubená zvířata. Praha : Aventinum, 1998. ISBN 80-7151-059-9. ANDRE, H. M.; BOLLY, C.; LEBRUN, P. H. Monitoring and mapping air pollution through an animal indicator. A new and quick method . Journal of Applied Ecology, 1982, vol. 19, s. 107 – 111. ISSN 0021-8901 BEGGON, M.; HARPER, J. L.; TOWNSEND, C. R. Ekologie, jedinci populace, společenstva. Olomouc : Univerzita Palackého, 1997. ISBN 80-7067-695-7. BENCKISER, G. Fauna in soil ecosystems. New York : Marcel Dekker Inc., 1997. ISBN 0-8247-9786-8. COLEMAN, D. C.; CROSSLEY JR., D. A.; HENDRIX, P. F. Fundamentals of soil ecology. Amsterdam : Elsevier, 2004. ISBN 0-12-179726-0. CURRY, J. P. Grassland invertebrates. London : Chapman & Hall, 1994. ISBN 0-412-16520-1 EDWARDS, C. A.; THOMPSON, A. R. Pesticides and the soil fauna. Residue Reviews 45, 1973, s. 1-79. FAZEKAŠOVÁ, D. Trvalo udržateľné využívanie pôdy = Sustainable use of soil : vymedzenie a hodnotenie indikátorov a parametrov vývoja pôdy. Prešov : FHPV PU, 2003. ISBN 80-8068-228-3. FAZEKAŠOVÁ, D. Problematika udržitelného rozvoje v aplikovaných oborech. In ŠVECOVÁ, M.; MARTINCOVÁ, E. (eds.): Školský projekt ako prostriedok výchovy k udržateľnému rozvoju. Banská Bystrica : UMB v Banskej Bystrici FPV, 2004. ISBN 80-8083-016-9. FAZEKAŠOVÁ, D. Trvalo udržateľné využívanie pôdy. In Desať rokov Agendy 21 : zborník referátov z vedeckej konferencie konanej v rámci VIII. medzinárodného filmového festivalu ENVIROFILM 2002 v Banskej Štiavnici. Banská Štiavnica : TU Zvolen, FEE, 2002, s. 33-38. FRANCHINI, P.; ROCKETT, C. L. Oribatid mites as ”indicator” species for estimating the environmental impact of conventional and conservation tillage practices. Pedobiologia, 1996, 40, s. 217-225. ISSN 0031-4056. FRANKIE, G.; EHLER, L. E. Ecology of insects in urban environments. Annual Review of Entomology, 1978, 23, s. 367-387. ISSN 0066-4170. 65 HAJMOVÁ, M. Anatomie, biologie a ekologie druhu Tectocepheus velatus (Acari, Oribatida) na vybraných lokalitách na území Prahy. Praha, 1997. 333 s. Diplomová práce na PřF UK Praha na katedře zoologie. HORA, J.; MARHOUL, P.; URBAN., T. Natura 2000 v ČR - Návrh ptačích oblastí. Praha : Česká společnost ornitologická, 2002. CHYTIL, J., aj. Mokřady České republiky – přehled vodních a mokřadních lokalit ČR. Mikulov : Český Ramsarský výbor, 1999. GARAY., I.J..; CANCELA DA FONSECA, P.; BLANDIN, Y. The effects of trampling on the fauna of a forest floor. I.Microarthropods. In DINDAL, D. L. (Ed.). Soil Biology as Related to Land Use Practices ed. Proceedings of the VII Int. Soil Zoology Colloquium, Syracuse. Syracuse : 1979, s. 200-212. JENÍK, J.; A SLAVÍKOVÁ, J. Střední Vltava a její přehrady z hlediska geobotanického. In JENÍK, J. (ed.). Vegetační problémy při budování vodních děl. Praha : NČSAV, 1964, s. 67-100. JIROUŠEK, V. T. Zoologické zahrady České republiky a jejich přínos k biologické rozmanitosti. Praha : MŽP, 2005. ISBN 80-7212-362-9. JURČA,V. Výživa rostlin a půda. I.Pedologie. Praha : VŠZ 1984. JUŘIČKOVÁ L. Měkkýši Plzně (Mollusca of Plzeň, West Bohemia, Czech Republic). In Sborník Západočeského muzea v Plzni; Příroda, 96. Plzeň : ZMP, 1998, s. 1-47. ISBN 80-85125-95-1. JUŘIČKOVÁ L. Měkkýši Hradce Králové (Mollusca of Hradec Králové, East Bohemia, Czech Republic). Acta Musei Reginaehradecensis, 26. Hradec Králové : Muzeum východních Čech, 1998, s.101-172. Národní strategie ochrany biologické rozmanitosti. Praha : MŽP, 2004. Ekosystémy a lidský blahobyt. Praha : MŽP, 2005. Strategie ochrany biologické rozmanitosti České republiky. Praha : MŽP, 2005. LOMBORG, B. Skeptický ekolog. Praha : Dokořán, 2006. ISBN 80-7363-059-1. LOŽEK, V. Říční fenomén a přehrady. Vesmír, 1988, roč. 67, s. 318-326. ISSN 1214-4029. MLÍKOVSKÝ, J.; STÝBLO, P. (eds.). Nepůvodní druhy fauny a flóry. Praha : ČSOP, 2006. ISBN 80-86770-17-6. MOLDAN, B. (Ne)udržitelný rozvoj ekologie: hrozba i naděje. Praha : Karolinum, 2001. ISBN 80-246-0286-5. 66 NÁTR, L. Rozvoj trvale neudržitelný. Praha : Karolinum, 2005. ISBN 80-246-0987-8. PAOLETTI, M.G.(ed.) Invertebrate biodiversity as bioindicators of sustainable landscapes. Amsterdam : Elsevier, 1999. ISBN 0444-50019-7. PETR, J. Klonování – hrozba nebo naděje. Praha : Paseka, 2003. ISBN 80-7185-469-7. PLESNÍK,J. Biologická rozmanitost: trivialita nebo záhada? In VAČKÁŘ, D. (ed.). Ukazatele změn biodiverzity. Praha : Academia, 2005, s.17-23. ISBN 80-200-1386-5. PYŠEK, P. Biologická invaze I. Historické a geografické souvislosti. Živa, 1996, roč. 44, č. 1, s. 4-7. ISSN 0044-4812. PYŠEK, P. Biologická invaze II. Druhy a společenstva. Živa, 1996, roč. 44, č. 3, s. 102-105. ISSN 0044-4812. PYŠEK.P. Bolševník velkolepý – trifid naší flóry. Živa, 1997, roč. 45, č. 1, s. 6-8. ISSN 0044-4812. PYŠEK, P.; PRACH, P. (eds.). Invazní rostliny v české flóře. Zprávy České botanické společnosti. Materiály 14, 1997. ISSN 1212-3323. PYŠEK, P.; MANDÁK, B. Mají křídlatky křídla ? Živa, 1997, roč. 45, č. 4, s. 152-153. ISSN 0044-4812. PYŠEK, P.; TICHÝ, L. (eds.). Rostlinné invaze. Brno : Rezekvítek, 2001. ROUDNÁ, M. Biologická rozmanitost a otázky biologické bezpečnosti. Praha : MŽP, 2003. ISBN 80-7212-275-4 TONIKA,J.; VÍTKOVÁ, M. Akát – nechtěný cizinec. Biologie, chemie, zeměpis, 2000, roč. 9, č. 4, s. 166-169. ISSN 1210-3349. Mezinárodní úmluva o ochraně rostlin (International Plant Protection Convention). 1997, Řím. Úmluva o biologické rozmanitosti (Convention on Biological Diversity). 1992, Rio de Janeiro. Úmluva o ochraně evropské fauny, flory a přírodních stanovišť (Convention on the Conservation of. European Wildlife and Natural Habitats). 1979, Bern. Zákon č.114/1992 Sb., o ochraně přírody a krajiny ve znění pozdějších předpisů 67 Odkazy na internet http://www.zoo.cz (Unie českých a slovenských zoologických zahrad) http://www.caza.cz (Evropská asociace zoologických zahrad a akvárií) http://www.vurv.cz/collections/collection-cz.htm (evidence mikroorganismů) www.osel.cz (Objective Source E- Learning) internetový časopis pro popularizaci vědy. Jeho motto je: „Být či nebýt“.) http://www.zoo.cz (Unie českých a slovenských zoologických zahrad) http://www.caza.cz (Evropská asociace zoologických zahrad a akvárií) http://genbank.vurv.cz/genetic/resources (Národní informační systém genetických zdrojů (EVIGEZ) Je evidencí skladu genové banky s popisnými údaji. Databáze národního programu) 68 Petr, J.: Genetická diverzita (videopřednáška) Smrž, J.: Druhová biodiverzita – korálové útesy (videopřednáška) 69 70
Podobné dokumenty
Návrhy - Správa CHKO Jeseníky
CHKO Jeseníky představuje díky kombinaci řady velmi dobře dochovaných ryze či převážně
přírodních prvků (horské smrčiny, subalpínské bezlesí, rašeliniště, skalní biotopy), vysoké
lesnatosti a chara...
bakalářská práce - Český svaz chovatelů
jiného. V mnoha případech jde o týmový sport, jako je fotbal, volejbal, hokejbal, softbal, nebo
tu jsou i individuální sporty jako tenis, atletika, plavání, krasobruslení. Všechny tyto a mnoho
dalš...
Celý text - Česká společnost pro právo životního prostředí
plánů a programů na životní prostředí, 2 směrnici Rady 79/409/EHS o ochraně volně
žijících ptáků a směrnici Rady 92/43/EHS o ochraně přírodních stanovišť, volně žijících živočichů a planě rostoucíc...
zpravodaj 2009-1 - Svět deskových her
Le Havre mne velmi příjemně překvapil již při
vysvětlování pravidel. V porovnání s obrovským
množstvím různého herního materiálu jsou
pravidla směšně jednoduchá a po pár minutách
vysvětlování můžet...
Domestikovaná kočka - Web domkocka.wz.cz skončil
Jestli byla kočka ve starověku srovnávána s bohy a požívala velké úcty, za jednoho jediného
boha, kterého prostému středověkému člověku vnutila církev, se na její hřbet sneslo velké
utrpení. Kočky ...
1 Zápis ze schůze výboru Genetické společnosti Gregora Mendela
články českých a slovenských vědců zaměřené do různých oblastí genetiky, dále kratší
sdělení o činnosti na vybraných genetických pracovištích v České a Slovenské republice
a články, a pravidelné in...
