Organismy o kterých zde bude řeč, jsou sinice. Známe je spíše z našich koupališť, jako vodní květ. Ještě protivnější než na koupalištích se sinice stávají v úpravnách pitné vody. I po dokonalém odfiltrování zanechávají ve vodě odpudivý pach a některé druhy sinic mohou být dokonce toxické.
Zatímco u nás se sinicemi a postupující eutrofizací vod bojujeme, seč se dá, ukazuje se, že v mořích jsou sinice velmi žádoucí a měli bychom si je tam hýčkat. Plní totiž jednu z nejdůležitějších úloh – vážou vzdušný dusík.
První zachovaná dokumentace o sinicích Trichodesmium pochází od kapitána Cooka, který popsal jejich kolonie jako hnědý zákal, který lze jen těžko odlišit od zrádných mělčin...
Dusík je základním stavebním kamenem života a základní složkou potravy pro fytoplankton a další vodní organismy. Biologové dlouho věděli, že když organismy zemřou, organická hmota se v hloubkách oceánu rozloží, dusík se uvolní a putuje vzhůru. Soudilo se, že tento koloběh dusíku je tím hlavním, co udržuje život v oceánech. Nyní se ukazuje, že tomu je jinak. Měřením vyšlo najevo, že dusíku z hlubin není dost na to, aby uspokojil všechen život u hladiny.
Zásobování mění směr
Douglas Capone z University of Southern California se svým týmem nyní zjistil, jak velké množství dusíku si plankton bere přímo ze vzduchu. Nové na jeho poznatcích je to, že dosud prováděné pokusy svědčily spíše o tom, že dusík z atmosféry hraje v životě oceánů jen zanedbatelnou úlohu. Tento názor se pod tíhou faktů nyní definitivně hroutí.
Termín „fixace dusíku“ znamená proces, při kterém dusík, což je inertní plyn, je přeměňován do stabilních chemických forem, jako je amoniak a následně do složitějších struktur. Teprve takto zabudovaný dusík je pro organismy využitelný.
Nejnovější geochemická pozorování dávají tušit jaký rozměr fixace vzdušného dusíku v oceánech vlastně má. Caponeho tým se zaměřil na tropické a subtropické oblasti Atlantiku a zjistil, že biologická fixace vzdušného dusíku je pro život v těchto oblastech naprostým základem. Než se výzkumný tým výsledků, o které mohl svá tvrzeníopřít dobral, musel objíždět plovoucí stanice a provádět na nich puntičkářská měření po celou řadu let. Jinak to ale nešlo protože organismy, jako je Trichodesmium, odmítají spolupracovat a v laboratoři hynou. Pozorování v přirozených podmínkách, které tým prováděl na 150 stanicích ukázalo, že zdroj dusíku z tlejících částí v hloubkách oceánu není tím hlavním zdrojem dusíku mořského ekosystému, a že jeho významnějším dodavatelem je plankton. Směr zásobování je tedy přesně opačný, je jím vertikální prostup dusíku hladinou a jeho následná konzumace mikroorganismy vyskytujícími se při hladině. Hlavní roli v tom hrají velice jednoduché prokaryotické organismy - sinice. S určitým zjednodušením je možno říci, že se jedná o gramnegativní bakterie.
Hlavní jedlík vzdušného dusíku
Caponeho projekt byl zahájen v roce 1994 a výsledky začíná zveřejňovat teprve nyní. Jedna z prvních prací se objevila pod názvem Globální biogeochemické cykly, a odhaluje mořský mikroorganismus Trichodesmium jako nejvýkonnějšího známého konzumenta atmosférického dusíku. Tato bakterie je jedním z celé řady fixátorů dusíku, nicméně je tím nejdůležitějším.
Při fixaci vzdušného dusíku (jeho redukce na amoniak), jde o proces, který je energeticky náročný. Klíčovým enzymem tohoto procesu je nitrogenáza. Ta je zajímavým enzymem, nesnáší se s kyslíkem. Nitrogenázu mají také hlízkové bakterie, které jsou na kořenech luštěnin. Aby bakterie mohly asimilovat dusík, musí být v anaerobním prostředí. Hlízky na kořenech rostlin nemají jinou funkci, než aby jim takové prostředí bez kyslíku vytvořily. O tom, jak takového prostředí dosahují primitivní sinice se moc neví. Některé ze sinic za tím účelem tvoří útvary heterocysty. Heterocysty nemají barviva a tato částjejich těl nemůže provádět fotosyntézu. Jak jsme si řekli, kyslík se s enzymem fixujícím vzdušný dusík (nitrogenázou) nemá rád a tak útvar heterocysta je jakousi úlidbou enzymu, aby mohl pracovat v anaerobním prostředí a vyrábět amoniak. To je však pro tyto organismy dost neekonomické, vytvářet zvláštní útvary, které jsou jinak nevyužitelné, proto jiné sinice heterocysty netvoří. Ty pak asimilují dusík jen v noci, když se předtím veškerého kyslíku v buňkách zbavily. Sinice Trichodesmium jsou v tomto směru nejdál. Netvoří heterocysty a přesto dokáží asimilovat vzdušný dusík i ve dne. Činí tak i v době, kdy využívají sluneční záření a provozují fotosyntézu. Jak se jim to daří dělat všechno dohromady je nyní předmětem studií řady výzkumných laboratoří.
Něco matematiky
Nové propočty Caponeho ukázaly, že mořský fytoplankton ze vzduchu ročně získává tolik dusíku, že to zajistí jeho dostatek pro potřebu fotosyntézy, aby se mohlo z atmosféry odčerpat 1,5 miliardy tun oxidu uhličitého. To znamená, že z pohledu zamořování naší planety oxidem uhličitým, jsou kolonie sinic tvořené rodem Trichodesmium schopny 10 až 20 procent jeho produkce recyklovat.
Skepse i optimismus
K možnosti podpořit rozvoj sinic a tím zamezit skleníkovému efektu se Capone vyjadřuje skepticky.
Většímu rozvoji mořských sinic brání úživnost oceánů. Přirovnává je k pouštím. S pouštěmi mají společný nedostatek fosforu a železa. Bez těchto prvků plankton nemůže tvořit potřebné enzymy a ty jsou v tomto případě limitující. Většímu odčerpávání skleníkových plynů z atmosféry bude tedy bránit nedostatek fosforu a železa. I tak jsou poznatky Caponeho potěšitelné, protože dosud jsme nepředpokládali, že titěrné sinice jsou schopny nás zbavit až pětiny „skleníkového odpadu“.
Sinice jsou z pohledu ekosystému zřejmě důležitější, než jsme si mysleli. Nejde totiž jen o ně. Snopce vláken, které vytváří jsou osídlovány mnoha druhy, společenstvem bakterií i eukaryont, která svým počtem převyšují počty buněk samotných sinic. Vše nasvědčuje tomu, že to nejsou jen pasivní pasažéři, ale že se jedná o symbiotický útvar propojený dosud neznámými fyziologickými procesy. Sinice Trichodesmium jsou zřejmě ale tím základem, který je schopen to všechno udržet pohromadě.
Taxonomie: Rod Trichodesmium se řadí k baktériím, Cyanobacteria; Oscillatoriales
Patřísem celá řada druhů: Trichodesmium aureum; Trichodesmium contortum; Trichodesmium erythraeum; Trichodesmium havanum; Trichodesmium hildebrandtii; Trichodesmium pelagicum; Trichodesmium tenue; Trichodesmium thiebautii.
Také genetici zavětřili, že se v případě cyanobakterií jedná o důležité organismy na Zemi a pustili se do zkoumání struktury jejich genomů. Začali s Trichodesmium erythraeum, zjistili, že jeho genom tvoří 7786629 párů bází. Nyní vědci začali zaměstnávat sekvenátory druhem Thrichodesmium thiebautii.
Prameny
https://www.aims.gov.au/pages/research/trichodesmium/tricho-01.html
Smithsonian Environmental Research Center
University of Southern California
biology.kenyon.edu/.../ Trichodesmium.htm.
Wood"s Hole Oceanographic Institution