Výzkum rozmanitosti druhů patří k zásadním tématům na Ústavu botaniky a zoologie. V tomto článku představujeme překvapivé výsledky výzkumů biodiverzity vodních toků, a to v měřítku českém i evropském.
Náš hydrobiolog, Petr Pařil, byl součástí mezinárodního týmu zhruba stovky vědců, pracujícím na velmi rozsáhlé srovnávací studii vývoje biodiverzity evropských vodních toků, publikované v létě 2023 v časopise Nature. O článku s názvem Obnova biodiverzity sladkých vod Evropy se zastavila (orig. The recovery of European freshwater biodiversity has come to a halt) jsme stručně informovali zde a v tomto článku představujeme detailnější závěry studie. Některé trendy změn biodiverzity, které lze lépe odkrýt v menším regionálním měřítku, pak studoval na českých, tzv. referenčních tocích, další tým hydrobiologů Ústavu botaniky a zoologie a zprávy nám o něm podala jeho členka, Marie Zhai, která je detailně představuje ve druhé části tohoto článku.
Pro mnohé může být překvapivým faktem, že sladké vody zahrnují oproti jiným ekosystémům nepoměrně větší část biodiverzity i přes to, že zabírají méně než 1 % povrchu Země. Přitom jsou poklesem biodiverzity ohroženy nejvíc. Proč? Za poslední stovky let byly totiž vystaveny obrovskému tlaku člověka. Řeky jsou ovlivněné regulacemi, melioracemi, přehradami, změnami povodí i celkového rázu krajiny.
V citované studii šlo o analýzu hledající odpovědi na otázku, jak se měnilo v posledních 50ti letech druhové složení společenstev evropských řek. Svým rozsahem byla studie unikátní i v celosvětovém měřítku. Jak uvádí její spoluautor, Petr Pařil: „Shromáždila se data existujících výzkumů na více než 1800 lokalitách z 22 zemí napříč Evropou, což proběhlo na našem kontinentě historicky poprvé. Já jsem byl s týmem ke spolupráci přizván už před čtyřmi lety. Data zahrnující přes 26 tisíc vzorků a 714 tisíc jedinců ze 2 650 taxonů se více než dva roky shromažďovala a čistila, recenzní proces v Nature pak trval téměř rok a půl. Velké úsilí bylo potřeba věnovat harmonizaci různorodého souboru dat pocházejících z mnoha projektů, jelikož byla nutná jejich srovnatelnost jak z hlediska rozlišení druhů, tak i parametrů prostředí. Na studii se podílelo zhruba 100 autorů. Zároveň to náš tým vtáhlo do dalších výzkumů, na kterých teď pracujeme,“ říká o spolupráci na článku Petr Pařil.
Ze studie zveřejněné v Nature vyplývá, že vědci pozorovali v tekoucích vodách za posledních 50 let (1968−2019) let překvapivě převážně nárůst druhové pestrosti. A to zejména od roku 1990, kdy ve společenstvech řek narůstal jak počet druhů, tak i jedinců. Zároveň výrazněji rostla i tzv. funkční diverzita (cca 2,5 % ročně), tedy rozmanitost různých funkcí druhů v rámci daného společenstva. Nárůst početnosti jedinců i druhů dosahoval v průměru okolo 1 % za rok. Do toků se vrátily zejména některé na znečištění citlivé druhy hmyzu jako jepice, pošvatky a chrostíci, i když nárůst jejich diverzity byl menší než u zbytku vodních bezobratlých. Příčinou tohoto nárůstu biodiverzity bylo pravděpodobně zlepšení kvality vody v důsledku lepšího čistění odpadních vod (na základě legislativy EU) a částečně i revitalizace řek. Pomaleji však probíhala obnova společenstev pod přehradami, v oteplených povodích a tam, kde byl výrazný vliv zemědělství či regulací toků.
Ze zmiňované studie dále vyplývá, že po roce 2010 ubral trend zotavování na síle (křivka růstu biodiverzity se zploštila), a to i přes pokračující revitalizace a lepší čištění odpadních vod. Studie se snažila vysvětlit i možné důvody tohoto trendu.
Jednou z možností je, že se obnova biodiverzity víceméně dokončila. To je však těžké posoudit kvůli nedostatku kvalitních dat z období před rokem 1968. Nevíme tak, v jakém stavu byla biodiverzita původně, tj. před obdobím, které analyzovala citovaná studie. Je totiž pravděpodobné, že přínosy minulých opatření, jako jsou revitalizace a čištění vod, se už vyčerpaly. Svou roli může hrát i fakt, že se objevily nové stresory jako klimatická změna, mikroplasty, pesticidy, hnojiva, nutrienty, salinizace nebo zbytky léčiv obsažené ve vodě. Příčinou zpomalení návratu biodiverzity mohou být i nepůvodní druhy, které ve studii představovaly téměř 5 % zachycených druhů a 9 % všech jedinců.
Tím, že soubor dat zmíněné studie pokrývá rozsáhlé území Evropy a z hlediska použitých metodik je i značně různorodý, nemusela studie podchytit některé lokální trendy, jak uvádí Petr Pařil: „Jsou totiž i místa, kde i v této studii druhy dlouhodobě ubývaly. Navíc na 70 % sledovaných lokalit pronikly i nepůvodní druhy. V datech také není možné odlišit vliv různých antropogenních stresorů od změny klimatu. Proto je třeba zároveň pracovat i na regionálních škálách v rámci jednotlivých států, kde můžeme jednotlivé proměnné analyzovat detailněji a mnohem přesněji pak určit možné příčiny různých trendů. Takovouto studii na delší časové řadě zpracovali pro ČR moji kolegové.“ uzavírá Petr Pařil.
Na tuhle otázku se zaměřil článek Marie Zhai nazvaný Klimaticky podmíněná homogenizace společenstev vodních bezobratlých v člověkem neovlivněných tocích se mění podél říčního kontinua (Climatically promoted taxonomic homogenization of macroinvertebrates in unaffected streams varies along the river continuum), který byl publikován v časopise Scientific Reports nakladatelství NATURE Porfolio. Tým sledoval dlouhodobější trendy vývoje biodiverzity v rámci tzv. říčního kontinua, tedy od horních úseků po velké řeky. Cílem studie bylo analyzovat dlouhodobý vývoj na člověkem minimálně ovlivněných lokalitách (tzv. referenčních tocích), čímž se odfiltroval vliv většiny lidských činností a bylo možné se pak zaměřit čistě na dopady změn klimatu a charakteru říční krajiny od malých podhorských toků po velké nížinné řeky.
„My jsme na rozdíl od celoevropské studie analyzovali jednotlivé části říčního kontinua zvlášť. Máme tak lepší představu o tom, co se s druhovou rozmanitostí děje v jednotlivých částech toku. Zároveň máme dobře změřené i měnící se podmínky prostředí, a tak můžeme dát změny v zastoupení druhů a změny prostředí do souvislostí. Zjistili jsme, že mnoho našich druhů přibývá jednak na početnosti a zároveň se šíří na nové, dříve jimi neosídlené lokality. Překvapivě se ukazuje, že prozatím ubývá jen velmi malé množství druhů, a to spíše těch chladnomilných,“ uvádí hydrobioložka Marie Zhai.
Některé trendy, prokázané na evropské úrovni, jsou tedy patrné i v České republice. Marie Zhai k tomu říká: Nárůst biodiverzity, pozorovaný na neovlivněných českých lokalitách za posledních zhruba 20 let, byl opravdu nečekaný, a navíc některé druhy zvýšily mnohonásobně i svou abundanci. Dalším překvapením je, že na tomto nárůstu biodiverzity se téměř nepodílí invazní druhy, jejichž šíření se vlivem klimatické změny obvykle očekává, ale téměř výhradně druhy původní. Z jakých důvodů by mohly původní druhy tolik přibývat? Je evidentní a zároveň překvapivé, že současný nárůst teploty dosud většině druhů spíše vyhovuje. Obnova vlivem zlepšování kvality podmínek prostředí zde těžko může hrát zásadní pozitivní roli, jelikož se v našem případě jednalo o téměř nedotčené lokality.
„Růst biodiverzity je pozitivně ovlivněn zvyšováním zimního teplotního minima i letního maxima“, uvádí Marie Zhai. Díky vyšším zimním teplotám se do horních úseků toků šíří druhy, které zde v dřívějších chladnějších podmínkách neprosperovaly. Také vyšší letní teplotní maxima růstu biodiverzity ve vodních tocích zatím svědčí. Přesto tyto trendy nelze do budoucna vnímat jako pozitivní vliv klimatické změny, shodují se naši hydrobiologové. Je pravděpodobné, že většina druhů dosud sice nenarazila na své teplotní maximum, ale je otázkou, kdy se tak stane. „Referenční toky zatím odolávají, jelikož jejich zimní teplota dosud vzrostla pouze o 1 stupeň, ta letní pak o něco víc. Společenstva v tocích tak zatím zřejmě fungují na tzv. klimatický dluh, kdy se v nich změna podmínek dosud neprojevila. Pokud další růst teploty vody ale překoná určitou hranici, může přejít ve velké vymírání,“ uvádí Marie Zhai.
„Druhy, které nám přibývají, označujeme jako ‚vítěze‘ klimatické změny a ty celkově v našich neovlivněných tocích převažují nad ubývajícími druhy, které označujeme jako ‚poražené‘. Jenom 7 ‚vítězných‘ druhů se přitom šíří do všech zón toků v rámci celého říčního kontinua. Většina dalších šířících se druhů obsazuje nové lokality jenom v rámci jediné zóny toku, případě se šíří jen do jedné sousední zóny,“ uvádí Marie Zhai.
V souvislosti s výraznou proměnou druhového složení tak došlo v rámci jednotlivých zón k tzv. homogenizaci, kdy jsou si společenstva na jednotlivých lokalitách druhovým složením vzájemně podobnější. Tento jev bývá obvyklý spíše v tocích, kde negativně působí různé antropogenní stresory a společenstvo se zúží na omezenou skupinu tolerantních „vítězů“, zatímco zbytek citlivých druhů patří k „poraženým“. Najít případy homogenizace v důsledku převahy „vítězů“ je proto velmi neobvyklé.
Za změny biodiverzity v referenčních tocích nejsou zodpovědné jen změny teploty. Dalším velmi významným vlivem je snížení průtoku v našich řekách, ke kterému dochází kvůli nerovnoměrnosti srážek během roku, horšímu zadržení vody v krajině i většímu výparu s rostoucí letní teplotou. Obecně lze říct, že se i v našem kontinentálním klimatu vliv nízkých průtoků projevuje čím dál víc. Česko se navíc nachází na rozvodí tří úmoří a téměř žádná voda k nám nepřitéká. Ačkoli došlo na referenčních tocích jen k mírnému snížení průtoku, jeho vliv na vodní bezobratlé nebyl vůbec zanedbatelný. Částečně to bylo dáno i tím, že s nižším průtokem se zároveň zvyšuje množství jemnějších sedimentů, na což některé druhy citlivě reagují. Úspěch vítězů se proto pokoušíme vysvětlit jejich ekologickými vlastnostmi. „Přibývaly druhy s různými preferencemi. Některé mají pozitivní vztah k jemnému sedimentu a častější jsou i druhy, které mají rády pomalejší proudění, jako jsou červi či drobní mlži hrachovky. Přibývaly však i některé další, dříve vzácnější druhy a druhy, pro jejichž úspěch nemáme zatím žádné ekologické vysvětlení. Celkově se tedy ten velký pozorovaný nárůst biodiverzity nedá jednoduše vysvětlit jen jediným trendem,“ uvádí Marie Zhai.
Výše popsané vlivy (teplota, průtok, zanášení sedimentem atd.) se kombinují a výsledné působení na biodiverzitu může být dáno jejich synergickým účinkem, kdy se mohou jednotlivé vlivy při spolupůsobení sčítat či dokonce násobit (nebo naopak tlumit). Jak uzavírá Petr Pařil: „Působení jednotlivých faktorů zatím nedokážeme v terénním výzkumu dobře odlišit, protože se ve většině případů vyskytují společně. V naší práci však dále pokračujeme a v navazujícím projektu se detailněji ptáme například na to, zda rostoucí teploty působí podobně či rozdílně jak na ‚vítěze‘, tak na ‚poražené‘ klimatické změny. Doufám, že se nám podaří v blízké době najít aspoň část odpovědí, které nám pomohou nejen lépe odhadovat budoucí vývoj říční biodiverzity, ale i navrhovat cílená opatření pro její ochranu.“
24. září nás navštívila skupinka absolventek a absolventů studia učitelství matematiky a fyziky. Studium ukončili v roce 1970, a tak jsme jim předvedli, jak se za tu dobu fakulta změnila.
Brno, město, kde Gregor Mendel položil základy genetiky, se minulý týden stalo evropským centrem syntetické biologie. V brněnském planetáriu se totiž od 6. do 8. listopadu konala prestižní konference Applied Synthetic Biology in Europe VII, zaměřená na využití syntetické biologie v praxi. Na konferenci...
