Významné recentní výsledky

Složité interakce hlavních zdrojů živin, predace a rychlé změny trofické struktury planktonu přehradní nádrže dynamicky přetvářejí mikrobiální potravní řetězce během jarního období

Bakterioplankton sladkých vod sehrává zásadní roli v koloběhu živin a při přeměně rozpuštěných organických látek (DOM) na mikrobiální biomasu. Tyto procesy zásadním způsobem ovlivňují přenos uhlíku do vyšších trofických hladin. Současný směr rozvoje mikrobiální ekologie při studiu společenstev neúměrně akcentuje využití sekvenačních metod, čímž se mikrobiální ekologie vody posunula do pozice, kdy je dostupné ohromné množství dat podávajících detailní informaci o okamžitém složení bakterioplanktonu, zatímco znalosti o dynamice jednotlivých druhů planktonních bakterií a jejich roli v toku uhlíku do vyšších trofických článků jsou zcela zanedbatelné. Navíc velmi často takové studie zanedbávají fakt, že doba zdvojení bakterií a malých prvoků je ve většině sladkovodních systémů cca 1-3 dny, a že sezónní dynamika řady vysoce aktivních skupin planktonních bakterií je těsně vázána na krátkodobě se objevující druhy řas ve fytoplanktonu.

Z těchto důvodů jsme na modelové nádrži Římov uskutečnili komplexní studii s vysokou četností odběrů vzorků (3 x týdně), analyzovaných jak molekulárními metodami, tak i klasickými limnologickými postupy. Studii jsme načasovali na velmi dynamická období jarního vrcholu fytoplanktonu a následného období čiré vody, které je navozené intenzívním predačním tlakem velkého zooplanktonu. Pozorovali jsme rychlé změny v trofické struktuře nádrže od úrovně zooplanktonu přes fytoplankton, jeho primární a extracelulární produkci, až po úroveň populační dynamiky jednotlivých úzce definovaných bakteriálních linií. Na detekci několika důležitých podskupin bakterií, zejména ze skupin Betaproteobacteria a Flavobacteria, jsme použili úzce specifické genetické sondy nového designu (na úrovni rodů, ale i jednotlivých genetických linií v rámci bakteriálního taxonu). Jako hlavní faktory, jejichž interakce a rychlé sezónní změny určují roli jednotlivých genotypů bakterií v toku uhlíku z DOM do predátorů (zejména pak drobných heterotrofních bičíkovců), jsme identifikovali zdroje živin, predaci a posuny v trofické struktuře nádrže. Parametry aktivity se u různých fylogenetických skupin bakterií velmi významně liší, např. rod Limnohabitans a některé genetické linie z Flavobacteria v porovnání s drobnými bakteriemi linie Ac1 z Actinobacteria.

Získané výsledky jasně ukazují, že pouhé složení společenstva velmi málo vypovídá o jeho skutečné dynamice. Stejně nebo podobně početné populace různých genetických skupin bakterií v planktonu se často liší i více než řádově v parametrech růstu, dělení a rychlosti jejich pohlcování bičíkovci, což má zásadní vliv na jejich roli v toku uhlíku trofickou strukturou nádrže.

Citace:

Šimek K., Nedoma J., Znachor P., Kasalický V., Jezbera J., Horňák K., Seďa J. (2014) A finely tuned symphony of factors modulates the microbial food web of a freshwater reservoir in spring. Limnol. Oceanog. 59: 1477–1492.

 


Rod Limnohabitans – klíčová skupina sladkovodních bakterií jako model pro testování vlivu bakteriální kořisti na formování společenstev heterotrofních bičíkovců

       Interakce mezi bakteriemi a jejich predátory ve sladkých vodách jsou vysoce komplexní: například selektivní příjem bakteriální kořisti heterotrofními bičíkovci (nejpočetnější skupina konzumentů bakterií) významně ovlivňuje složení společenstev bakterioplanktonu. Mnohem méně je však známo o dopadech posunů ve složení bakterioplanktonu (tedy možný dopad změn kvality bakteriální kořisti) na růst a složení společenstev jejich predátorů tj. heterotrofních bičíkovců. Buňky různých bakteriálních druhů se liší svou velikostí a nutriční hodnotou pro bičíkovce, čímž významně ovlivňují rychlost růstu a pravděpodobně i taxonomické složení jejich společenstev, což podstatně ovlivňuje i rychlost přenosu uhlíku do vyšších trofických hladin.

       Navrhli jsme nové pokusné uspořádání pro studium kvality bakteriální kořisti na růst a složení společenstev bičíkovců z přírodních vod s použitím izolovaných kmenů z klíčových skupin bakterioplanktonu (4 kmeny rodu Limnohabitans a po jednou kmeni z rodu Polynucleobacter a ze skupiny Luna 2 z Actinobacteria) jako hlavní zdroj potravy bičíkovců. Analýza DNA (pyrosekvenace) získané z populací bičíkovců umožnila vyhodnotit vliv různé kvality bakteriální kořisti na složení společenstev bičíkovců. Všechny kmeny rodu Limnohabitans, ale i rod Polynucleobacter byly přijímány do potravních vakuol (Obr. 1A -1J) a podpořily růst bičíkovců, zatímco buňky Actinobacteria, byť jasně prokázány genetickou sondou v potravních vakuolách bičíkovců (Obr. 1K a 1L), nepodpořily jejich růst. Navíc i mezi blízce příbuznými kmeny rodu Limnohabitans jsme zaznamenali velmi významné rozdíly v růstových parametrech bičíkovců, navozené druhově specifickými vlastnostmi těchto bakterií. Výsledkem byla významně odlišná společenstva bičíkovců, která se vyvinula v závislosti na převažujícím druhu bakteriální kořisti.

     Zejména skupiny blízce příbuzné rodům Pedospumella nebo Spumella (Chrysophyceae) početně převažovaly mezi bakterivorními bičíkovci, kteří rychle, a navíc s vysokým růstovým výtěžkem, reagovali na přídavky snadno stravitelné bakteriální kořisti. Navržené pokusné uspořádání a použité metody umožní nové poznatky o tom, které planktonní bakterie jsou aktivní v přenosu organického uhlíku do vyšších trofických úrovní, a které skupiny bičíkovců sehrávají klíčovou roli v tomto přenosu v různých typech vodních ekosystémů. Práce přináší vědecky prioritní výsledky o vlivu charakteru bakteriální kořisti na formování společenstev planktonních bičíkovců. Zatímco tento ekologický aspekt byl doposud pouze diskutován, zcela scházela průkazná data a postupy umožňující studium těchto potravních interakcí přímo v přírodních společenstvech heterotrofních bičíkovců.

Publikace:

Šimek K, Kasalický V, Jezbera J, Horňák K, Nedoma J, Hahn MW, Bass D, Jost S, Boenigk J. 2013: Differential freshwater flagellate community response to bacterial food quality with a focus on Limnohabitans bacteria. ISME Journal 7: 1519-1530 (Feature Article, IF = 8.951)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

KONTAKT

Biologické centrum AV ČR, v.v.i.
Hydrobiologický ústav
Na Sádkách 702/7
370 05 České Budějovice

NAJÍT PRACOVNÍKA