Aktuality výzkumu

V monitoringu chemických látek ve vodě se standardně používají bodové odběry, které poskytují informaci o znečištění pouze v okamžik odběru. Pasivní vzorkování však poskytuje reprezentativní časově váženou průměrnou koncentraci za vzorkované období, a lépe tak odráží expozici vodních organismů chemickým látkám přítomným ve vodě. Pasivní vzorkovač je malé jednoduché zařízení, které se skládá ze sorbentu, který je oddělen od vody propustnou bariérou, např. polymerní membránou nebo tenkou vrstvou hydrogelu. Sorbent uvnitř vzorkovače je schopný zachytávat chemické látky z vody, které dokáží projít bariérou. Tento proces zachytávání (akumulace) chemických látek z vody je samovolný, a to pouze na základě rozdílu koncentrací chemické látky ve vzorkované vodě a ve vzorkovači. Po uplynutí určené doby je pasivní vzorkovač vyjmut z vody, zpracován a analyzován v laboratoři. Z výsledků koncentrací chemických látek, které jsme našli ve vzorkovači, jsme pak přepočtem schopni určit, jaká byla koncentrace těchto látek ve vodě. Výhodou pasivního vzorkovače je, že ho ve vodě můžeme nechat po dobu několika dní až týdnů, po kterou zachycuje chemické látky z vody, a dokážeme tak určit jejich časově váženou průměrnou koncentraci.

V naší současné studii jsme testovali tři pasivní vzorkovače, které se lišily konstrukcí, typem sorbentu, použitou difúzní bariérou, ale také plochou vzorkovače, která je vystavena vodě. Tyto tři typy pasivních vzorkovačů byly několik týdnů ponořeny do vyčištěné vody odtékající z čistírny odpadních vod, která ale obsahuje zbytky léčiv, pesticidů a dalších chemických látek, jelikož je stávající technologie čištění nedokáže dokonale odstranit. Cílem studie bylo tři vybrané pasivní vzorkovače porovnat, a to podle několika kritérií, jako je rozsah identifikovaných chemických látek, délka časově-integrativního vzorkování (jak dlouho roste koncentrace ve vzorkovači lineárně v čase) a odolnost vzorkovače vůči poškození. Bylo zjištěno, že všechny tři vzorkovače poskytují srovnatelné výsledky, a jsou vhodné pro použití v monitoringu léčiv a pesticidů v odpadní vodě. Jeden pasivní vzorkovač (Speedisk) však v některým parametrech překonává ostatní, a to zejména v délce časově-integrativního vzorkování a také fyzické odolnosti vůči vnějším vlivům.

Podrobné informace jsou dostupné v původním článku: Fialová, P., Šverclová, K., Grabicová, K., Grabic, R., Švecová, H., Nováková, P., Vrana, B., 2024. Performance comparison of three passive samplers for monitoring of polar organic contaminants in treated municipal wastewater. Science of the Total Environment 907: 168153. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.168153

Autorka: Pavla Fialová

Rybníky, které se používají pro dodatečné dočištění již vyčištěné odpadní vody, se často využívají k chovu kaprovitých ryb. Cílem naší studie bylo zjistit, jak se metabolismus kaprů chovaných v čisté vodě dokáže adaptovat na vodu obsahující vyšší koncentrace antropogenních polutantů včetně léčiv, které se na čistírně odpadních vod zcela neodstraní. Zároveň jsme pozorovali, jak se aktivují enzymové obranné mechanismy při vznikajícím oxidativním stresu v organismu. Navíc jsme chtěli zjistit, za jak dlouho se naopak ryby zbaví nežádoucích metabolitů včetně reziduí léčiv, pokud jsou chovány od raných stadií ve vyčištěné odpadní vodě a po roce jsou přesazeny do vody čisté.

V játrech kaprů chovaných ve vyčištěné odpadní vodě jsme zaznamenali velké množství různých metabolitů, které se u ryb pocházejících z čisté vody nevyskytovaly. Přesazení ryb z čisté do vyčištěné odpadní vody vyvolalo bezprostředně vysoký oxidativní stres. Již za sedm dní po přesazení ryb jsme naměřili v játrech kaprů podobné koncentrace léčiv jako u ryb, které žily ve vyčištěné odpadní vodě po celý rok. Po přesazení ryb z vyčištěné odpadní vody do čisté se dokázaly zbavit většiny sledovaných léčiv během 14 dnů, ale metabolické změny v játrech i antioxidativní odpověď v dalších tkáních přetrvávaly výrazně zvýšené po dobu 2-6 měsíců. Tato studie pomohla objasnit potenciál využití vyčištěných odpadních vod k chovu ryb v biologických rybnících.

Podrobné informace jsou dostupné v původním článku: Koubová, A., Van Nguyen, T., Grabicová, K., Burkina, V., Aydin, F.G., Grabic, R., Nováková, P., Švecová, H., Lepič, P., Fedorova, G., Randák, T., Žlábek, V., 2022. Metabolome adaptation and oxidative stress response of common carp (Cyprinus carpio) to altered water pollution levels. Environmental Pollution 303, 119117. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2022.119117

• Změny úrovně znečištění vody ovlivňují metabolický profil přesazovaných ryb.

Napsala: RNDr. Anna Koubová, Ph.D.

Význam účinné a efektivní ochrany ohrožených a chráněných živočichů je stále aktuální a lze předpokládat, že s nezpochybnitelnou úspěšností snah o jejich návrat do naší přírody bude narůstat i význam situací, které jsou dnes nepříliš vhodně nazývány konfliktními. Naše akvakultura i rybářství obecně není v tomto směru výjimkou. Škody, které chránění (vydra) nebo ohrožení (kormorán) rybožraví predátoři působí, jsou rybochovným subjektům zčásti kompenzovány na základě vyhodnocení počtů přítomných predátorů podle metodik Agentury ochrany přírody a krajiny ČR (AOPK). Metody stanovení počtů kormorána a vydry na rybochovných objektech jsou v nich definovány tak, aby minimalizovaly vliv subjektivních faktorů (počítání jedinců kormoránů, hodnocení pobytových znaků a jejich převod na odhad počtů vydry) pro potřeby výpočtu škod. Přesto však jsou tyto postupy logicky zatíženy subjektivní chybou vyvolanou různou úrovní odbornosti a zkušeností hodnotitelů, přístrojového vybavení či frekvencí vzorkování. Z tohoto důvodu je vhodné hledat nové možnosti monitoringu, který by byl více objektivní, průkazný a šetřil čas nutný pro mapování. Tyto výhody přináší využití kamerových systémů v kombinaci s moderními metodami zpracování obrazu počítačem. V rámci projektu „Automatizace a objektivizace monitoringu rybožravých predátorů“ (QK1920102) jsme vytvořili řešení pro monitoring kormorána pomocí fotografií z dronů, které je dostupné uživatelům prostřednictvím webové stránky zdarma. Projekt byl finančně podpořen Ministerstvem zemědělství v rámci programu ZEMĚ, zprostředkovaný Národní agenturou pro zemědělský výzkum.

V současné době se stavy kormoránů v ČR odhadují na 813 hnízdících a 13 148 migrujících a zimujících ptáků v roce 2019 (RS ČR, interní údaje 2020), což způsobilo ztrátu v produkci akvakultury ve výši cca 100 mil. Kč. Zatímco ptáci v hnízdních koloniích se na škodách podílejí 13 mil. Kč, ztráty způsobené nerezidentními kormorány dosahují 87 mil. Kč. Úhrada těchto ztrát rybářským podnikům, i když její rozsah plně neodpovídá jejich celkovému rozsahu, je založena na údajích vykázaných monitoringem žadatelů a následné kvantifikaci provedené příslušnými odborníky. To nepochybně zvyšuje potřebu snížit subjektivní zkreslení a metodické limity, které se týkají zejména obtíží při počítání počtů kormoránů v hejnech přesahujících 50–100 kusů.

Největší slabinou při monitorování počtu kormoránů na rybníku je objektivní stanovení jejich počtu. Toto ovlivňují dva faktory: být na místě v ten správný čas, kdy jsou kormoráni na rybníku, a správně spočítat jednotlivé kusy, které se z pohledu pozorovatele mohou překrývat. Pro vyřešení prvního problému byl vytvořen ostrovní systém (obrázek 1), který se umístí na rybník a dokáže detekovat přilétající kormorány. Systém se skládá z kamery, která dokáže snímat celou oblohu (obrázek 1) a z fotovoltaického panelu, který dobíjí baterii zajišťující elektřinu pro kameru. Zpracování video záznamu je ovšem nutné provádět v počítači, a tak je systém vhodný spíše pro určení časů, kdy se kormoráni na rybníku vyskytují než pro poskytnutí okamžité informace o příletu.

Pro přesné stanovení počtu kormoránů na rybníku byl vytvořen systém využívající bezpilotní letadlo vybavené tzv. termo kamerou. Obsluha dronu vyfotí kormorány na vodě, na stromech nebo na ostrově. Po nahrání dat do webové aplikace provede software detekci jednotlivých kormoránů. Kormoráni mají typicky vyšší teplotu než okolní prostředí a díky tomu v záznamu termo kamery „svítí“. Software tak dokáže s úspěšností vyšší než 97 % stanovit jejich přesný počet. Dron může kormorány snímat z výšky 30–130 metrů, aniž by je vyplašil. Na základě detekovaných kormoránů dokáže webová aplikace vytvořit přehled výskytu kormoránů na vybraných rybnících a spočítat ztráty na základě stávající metodiky. 

Podrobné informace jsou dostupné v původním článku: Polenský, J., Regenda, J., Adámek, Z., Císař, P., 2022. Prospects for the monitoring of the great cormorant (Phalacrocorax carbo sinensis) using a drone and stationary cameras. Ecological Informatics 70, 101726. https://doi.org/10.1016/j.ecoinf.2022.101726

Odkaz na webové rozhraní: http://wat.frov.jcu.cz/ login: uks.demo@email.cz, heslo: Slun94koSv9t9.

Testovací data jsou dostupná zde.

Popis k obrázku níže: Ukázka fotografií kormoránů sedících na vodě z dronu. A – fotografie ve viditelném spektru, B – fotografie z termo kamery, C – výsledek automatické detekce (zelené obdélníky).

Napsal: Ing. petr Císař, Ph.D.

Akvakultura a vyčištěné odpadní vody – léčiva a ryby pocházející z dočišťovacího rybníku.

S narůstajícím nedostatkem vody se k produkci ryb čím dál častěji využívají i nádrže napájené přečištěnou odpadní vodou. V naší studii jsme se zabývali bioakumulací (hromaděním) vybraných léčiv u dvou významných produkčních druhů ryb – kapra obecného (Cyprinus carpio) a dravce candáta obecného (Sander lucioperca) – které byly vysazeny do dočišťovacího rybníku a chovány zde po dobu šesti měsíců. Ve vzorcích vody bylo nalezeno 40, v sedimentu pak 19 léčiv a jejich metabolitů z celkem 66 sledovaných. Ve vzorcích ryb bylo nalezeno 14 různých léčiv a jejich metabolitů alespoň v jedné rybí tkáni. Bioakumulace byla specifická jak pro jednotlivé druhy ryb, tak pro jednotlivé tkáně. U obou druhů ryb byla nalezena zvýšená koncentrace některých léčiv v mozku, játrech a ledvinách (např. antidepresiva sertralin). Na druhou stranu koncentrace těchto látek v mase ryb byla na velmi nízké úrovni.

Výsledky naznačují, že i rybníky sloužící pro dočištění odpadních vod je možné využívat pro chov konzumních ryb.

Více podrobností lze najít v následující publikaci: Grabicová, K., Grabic, R., Fedorova, G., Vojs Staňová, A., Bláha, M., Randák, T., Brooks, B.W., Žlábek, V., 2020. Water reuse and aquaculture: Pharmaceutical bioaccumulation by fish during tertiary treatment in a wastewater stabilization pond. Environmental Pollution 267: 115593. (IF 2019 = 6.792; AIS 2019 = 1.229).

Kmenové buňky si lze představit jako syrový materiál pro stavbu těl organizmů, který má schopnost dát vzniknout specializovaným buňkám, jež nacházíme v jednotlivých tkáních. V případě dospělých jedinců se u kmenových buněk už nejedná o úplně nepopsaný list, nicméně část své kmenovosti si stále uchovávají, což se podařilo prokázat vědcům z Fakulty rybářství a ochrany vod Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích na příkladu kapra obecného (Cyprinus carpio L.), jehož potomstvo bylo produkováno prostřednictvím mezidruhových náhradních rodičů – karasů zlatých (Carassius auratus).

 V reprodukční soustavě nalézáme zárodečné kmenové buňky, samčí spermatogonie a samičí oogonie, které dávají vzniknout gametám – spermiím a vajíčkům.  Samčí spermatogonie byly úspěšně izolovány z gonád kapra a následně transplantovány do larev zlatých karasů, kteří slouží jako náhradní rodiče. V náhradních rodičích jsou buňky schopné znovu začít produkci gamet, a co je důležitější, transplantované spermatogonie v prostředí náhradních samic změní svůj samčí osud na samičí a následně produkují vajíčka, která ale nesou genetickou informaci samce, včetně pohlavních chromozomů.

Zajímavým milníkem této studie je, že se jedná o doposud nejvzdálenější náhradní rodičovství u obratlovců s úspěšnou produkcí životaschopného potomstva. Rody Cyprinus a Carassius jsou evolučně vzdálené přibližně 34 milionů let. Pokud bychom chtěli evoluční vzdálenost připodobnit k člověku, tak při více než notné dávce představivosti by se jeho náhradním rodičem mohl stát například pavián. Mnohem důležitější skutečností je, že byla prokázána možnost produkce kapřího potomstva prostřednictvím 10–100x menších jedinců, což otevírá alternativní způsoby uchování a rozmnožovaní genetických zdrojů tohoto celosvětově významného druhu. Zároveň byly potvrzeny možnosti náhradního rodičovství u kaprovitých ryb s potenciálem využití pro záchranu ohrožených zástupců této čeledi, kdy potomstvo ohroženého druhu bude produkováno prostřednictvím běžně chovaných druhů.

Podrobné informace jsou volně dostupné v původním článku Franěk, R., Kašpar, V., Shah, M.A., Gela, D., Pšenička, M., 2021. Production of common carp donor-derived offspring from goldfish surrogate broodstock. Aquaculture 534: 736252. https://doi.org/10.1016/j.aquaculture.2020.736252.

Náhradním reprodukce mezi kaprem a zlatým karasem. A) Mikroskopický snímek izolovaných buněk kapra před transplantací. B) Transplantace buněk do těla budoucího náhradního rodiče prostřednictvím mikrokapiláry. C) Porovnání velikosti u kontrolního jedince kapra a karase zlatého (náhradní rodič) ve věku 3 let.

Šíření invazivních druhů raků do nových lokalit se v současné době děje alarmující rychlostí. Je stále častější, že se na jedné lokalitě potká hned několik takových druhů najednou. Tito raci vytvářejí značný tlak na místní společenstva původních organismů. Jelikož dokáží lépe využívat potravní zdroje, dochází ke změnám v potravním řetězci, které mohou vyústit v kolaps celého ekosystému.

V této studii jsme se zaměřili na lokalitu se dvěma, potažmo třemi druhy nepůvodních raků – rakem mramorovaným, rakem pruhovaným a rakem červeným. Tyto tři druhy patří k významným invazivním druhům v Evropě. Za použití analýzy stabilních izotopů jsme zkoumali jejich potravní niky na studované lokalitě. Zjistili jsme, že trofické niky raka pruhovaného a raka mramorovaného jsou v přítomnosti raka červeného užší a že tento druh dříve jmenované požírá. Měli jsme tak možnost získat hlubší vhled do jejich trofických vztahů.

Podrobné informace lze nalézt v původním článku: Veselý, L., Ruokonen, T.J., Weiperth, A., Kubec, J., Szajbert, B., Guo, W., Ercoli, F., Bláha, M., Buřič, M., Hämäläinen, H., Kouba, A., 2021. Trophic niches of three sympatric invasive crayfish of EU concern. Hydrobiologia 848: 727–737.

Šíření invazivních druhů raků do nových lokalit se v současné době děje alarmující rychlostí. Je stále častější, že se na jedné lokalitě potká hned několik takových druhů najednou. Tito raci vytvářejí značný tlak na místní společenstva původních organismů. Jelikož dokáží lépe využívat potravní zdroje, dochází ke změnám v potravním řetězci, které mohou vyústit v kolaps celého ekosystému.

V této studii jsme se zaměřili na lokalitu se dvěma, potažmo třemi druhy nepůvodních raků – rakem mramorovaným, rakem pruhovaným a rakem červeným. Tyto tři druhy patří k významným invazivním druhům v Evropě. Za použití analýzy stabilních izotopů jsme zkoumali jejich potravní niky na studované lokalitě. Zjistili jsme, že trofické niky raka pruhovaného a raka mramorovaného jsou v přítomnosti raka červeného užší a že tento druh dříve jmenované požírá. Měli jsme tak možnost získat hlubší vhled do jejich trofických vztahů.

Podrobné informace lze nalézt v původním článku: Veselý, L., Ruokonen, T.J., Weiperth, A., Kubec, J., Szajbert, B., Guo, W., Ercoli, F., Bláha, M., Buřič, M., Hämäläinen, H., Kouba, A., 2021. Trophic niches of three sympatric invasive crayfish of EU concern. Hydrobiologia 848: 727–737.

Obr. 1. Standardizované elipsy reprezentující šíři trofické niky jednotlivých druhů raků v horní (levý graf) a ve spodní (pravý graf) části povodí termální potoka Barát. Jednotlivé body označují jedince daného druhu (rak mramorovaný = modrá elipsa a modré čtverce; rak pruhovaný = šedá elipsa a šedá kolečka; rak červený = červená elipsa a červené trojúhelníky). Míra překryvu elips naznačuje využívání stejných potravních zdrojů mezi raky.

Kaprové rybníky jsou dominantními vodními útvary střední Evropy. V současné době trpí silnou eutrofizací (nadbytkem dostupných živin, zejména dusíku a fosforu). Eutrofizace rybničních ekosystémů je často spojena s aktuálně prováděným krmným (chovným) managementem, který nezohledňuje nutriční požadavky chovaných ryb. Naše současná studie přináší pochopení toho, jak výživa ryb ovlivňuje vylučování živin (dusík a fosfor) a eutrofizaci. Současný krmný management na jaře a na podzim vede k neefektivnímu využívání rybničních zdrojů a nepřímo ke zhoršeným ekologickým podmínkám. Zlepšení účinnosti využívání zdrojů rybničních ekosystémů, a případné řešení eutrofizace, lze dosáhnout „biologickou manipulací“ směrem k vyváženější výživě ryb. Řešením je vyvážené krmivo, které optimalizuje účinnost využívání zdrojů a stimuluje ryby k lepšímu využívání přirozené potravy – tak aby byly zachovány ekosystémové služby.

Předložená studie přináší nejen nový náhled na fungování rybničních ekosystémů z pohledu výživy ryb, ale i přístup, jakým by se mělo přikročit k ekologickému managementu rybničních ekosystémů, a dosáhnout tak ekologicky čistší produkce.

Grafické shrnutí prezentovaného konceptu. High= začátek vegetační sezony (nedostatek energie). Low= konec vegetační sezony (chybí některé esenciální aminokyseliny). Balanced= krátká doba přechodu (od začátku do poloviny léta), kdy je dostatek přirozené potravy a aplikuje se přikrmování obilovinami. Suspended losses = ztráta výkaly (nestrávené živiny). Reactive losses = ztráta žábrami a močí (ztráta již strávených živin). Zátěž živin z ryb je minimální, pokud je dieta vyvážená (balanced diet scenario).

Podrobné informace jsou dostupné v původním článku: Roy, K., Vrba, J., Kajgrova, L., Mraz, J., 2022. The concept of balanced fish nutrition in temperate European fishponds to tackle eutrophication. Journal of Cleaner Production 364, 132584. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.132584   

Napsal: M.Sc. Koushik Roy, Ph.D.

Titulní fotografie: Ing. Tomáš Kolařík

Dunaj je po Volze druhou nejdelší řekou na území Evropy a protéká mnoha sídly včetně čtyř hlavních měst evropských států. Délka toku činí 2 811 km a povodí má rozlohu 801 463 km² (téměř 8 % plochy Evropy). Voda z Dunaje se ve velké míře používá jako zdroj pitné vody pro místní obyvatelstvo, ale vinou intenzivní průmyslové a zemědělské činnosti v povodí je do řeky také vypouštěno velké množství odpadních látek.

Cílem nedávno publikované mezinárodní studie z různých institucí, mezi nimiž byla i Fakulta rybářství a ochrany vod Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích, bylo navrhnout metody dlouhodobého vzorkování pasivními vzorkovači, které by bylo možné využít pro charakterizaci chemického znečištění povrchové vody z Dunaje a souvisejících rizik pro vodní organismy a zdraví člověka. Výzkum byl součástí rozsáhlého monitorování povrchových vod zvaného Společný průzkum Dunaje, který se pravidelně provádí každých šest let na přesně definovaných odběrových místech. Tato studie nám přináší unikátní pohled na znečištění řeky Dunaj pomocí inovativní metody – dlouhodobého vzorkování pasivními vzorkovači, kterými byly vzorkovány chemikálie z vody z Dunaje nepřetržitě po tři měsíce. Takto bylo možné stanovit extrémně nízké koncentrace znečišťujících látek ve vodě, které by při běžném způsobu vzorkování mohly zůstat nepovšimnuty. Celkem bylo analyzováno 747 chemikálií (zejména pesticidy, léčiva a průmyslové látky) a bylo provedeno sedm různých biologických testů.

V Dunaji byly detekovány stovky chemikálií a u 21 chemických látek bylo zjištěno překročení odvozených nebo již stanovených norem environmentální kvality a těmto látkám by měla být v budoucnu věnována vyšší pozornost. V biologických testech jsme zaznamenali různé úrovně hormonálních, a dalších biologických aktivit. Některé z těchto aktivit měly překročené limitní hodnoty (anti-androgenní a estrogenní aktivita), což ukazuje na vyšší pravděpodobnost zhoršení kvality vody na daných lokalitách. U dvou typů aktivit (estrogenní a dioxinová aktivita) se podařilo identifikovat většinu chemických látek, které je způsobují. Tyto informace nám dohromady dávají doposud nejkomplexnější rozkrytí znečištění Dunaje a tato nová metoda může být v budoucnu využita pro monitorování kvality vody v Dunaji a v jiných vodních tocích. Výsledky budou sloužit jako podklad pro plánování opatření na zajištění kvality vody v Dunaji, například na zavádění nových technologií čištění odpadních vod nebo na omezení používání některých škodlivých chemických látek nebo materiálů, které je obsahují.

Tento výzkum je finančně podporován Grantovou agenturou ČR (20-04676X). Výsledky, které byly v průběhu provedeného výzkumu získány, byly shrnuty v této publikaci: Šauer, P., Vrana, B., Escher, B.I., Grabic, R., Toušová, Z., Krauss, M., von der Ohe, P.C., König, M., Grabicová, K., Mikušová, P., Prokeš, R., Sobotka, J., Fialová, P., Novák, J., Brack, W., Hilscherová, K., 2023. Bioanalytical and chemical characterization of organic micropollutant mixtures in long-term exposed passive samplers from the Joint Danube Survey 4: Setting a baseline for water quality monitoring. Environment International 178: 107957. https://doi.org/10.1016/j.envint.2023.107957

Napsali: Pavel Šauer a Branislav Vrana

Obrázky: řeka Dunaj, autor obrázků: doc. Ing. Branislav Vrana, Ph.D.

„Sejde z očí, sejde z mysli“, i tak by se dal popsat náš vztah k tomu, co opouští naše domovy skrze toaletní mísu. Bohužel celá řada léčiv včetně psychoaktivních látek, jako například antidepresiva nebo léky proti úzkosti, jednoduše nezmizí poté, co opustí naše tělo. Namísto toho se vlivem nedostatečného čištění odpadních vod dostávají tyto látky do vodního prostředí, kde negativně ovlivňují organismy v něm žijící, včetně ryb.

V nové mezinárodní studii publikované v prestižním časopisu Science se vědci zaměřili na vliv psychoaktivních léčiv na migrační schopnost raných stadií lososa atlantského (Salmo salar). Pro mladé lososy, kteří se vylíhnou a stráví první dva roky života v horních úsecích řek, je úspěšná migrace do moře první těžkou zkouškou nezbytnou pro dosažení dospělosti a následný návrat zpět do řek za účelem rozmnožování.

Aby bylo možné efektivně zkoumat účinky vybraných léčiv na pohyb ryb v jejich přirozeném prostředí, byli jedinci lososa vybaveni malými vysílačkami monitorujícími jejich pohyb švédskou řekou Dalälven na cestě do Baltského moře. Kromě vysílaček byl rybám také aplikován implantát, který po dobu několika týdnů uvolňoval do jejich těla malé množství studovaných léčiv, odpovídající koncentracím, jež byly v minulosti zjištěny u řady volně žijících vodních organismů.

Z výsledků studie vyplývá, že clobazam, lék používaný například při léčbě úzkosti a epilepsie, ovlivňuje přirozené chování mladých lososů nezbytné pro jejich přežití ve volné přírodě. Ryby ovlivněné clobazamem měly menší tendenci zdržovat se v hejně s ostatními jedinci a dosáhly moře ve větším počtu než kontrolní skupina, která nebyla účinkům testovaného léčiva vystavena. Jakkoliv mohou tyto závěry navozovat pocit pozitivního efektu směrem k úspěšné migraci, na výsledky je nutné pohlížet mnohem širší optikou. Skutečnost, že se mladí lososi vystavení účinkům clobazamu nedrží hejna a migrují řekou rychleji, je totiž s mnohem větší pravděpodobností vystavuje riziku predace jak ze strany větších ryb, tak rybožravých ptáků.

V každém ohledu však tato unikátní studie, jako jedna z prvních, přináší poznání o dopadech léčiv na chování vodních organismů ve volné přírodě, jež byly do této doby pozorovány pouze v laboratorních podmínkách.

Brand, J.A., Michelangeli, M., Shry, S.J.,  Moore, E.R.,  Bose, A.P.H, Cerveny, D., Martin, J.M., Hellström, G.,  McCallum, E.S., Holmgren, A., Thoré, E.S.J.,  Fick, J., Brodin, T., Bertram, M.G., 2025. Pharmaceutical pollution influences river-to-sea migration in Atlantic salmon (Salmo salar). Science 388 (6743), 217—222. https://doi.org/10.1126/science.adp7174

Případně ve zjednodušené, veřejně přístupné verzi zde.

Úvodní obr. 1. Dvouletý losos atlantský (smolt) připravený k vysazení.

Obr. 2. Vysazení experimentálních smoltů do švédské řeky Dalälven.

Obr. 3. Aplikace implantátu obsahujícího studovaná léčiva.

Autor: Daniel Červený

Foto: Michael Bertram

Během dlouhodobé spolupráce Fakulty rybářství a ochrany vod JU s kolegy z Karlovy univerzity v Praze a s tureckými kolegy se nám podařilo aplikovat metodu umělé inkubace račích vajíček. Cílem tohoto výzkumu bylo omezit přenos račího moru z nakažených samic na potomstvo. V Turecku je lov raků, a to konkrétně raka bahenního, velmi významnou součástí komerční akvakultury. Ti jsou určeni především na export a představují významný zdroj příjmů. Tento export rostl až do poloviny 80. let 20. století, kdy náhodné zavlečení račího moru způsobilo dramatické poklesy račích populací. Přestože se hustota raků v některých tureckých jezerech obnovila na úroveň, kdy je rybolov ekonomicky výhodný, přetrvávající chronické infekce račím morem zabraňují úplnému zotavení tamních populací. Proto zde byly do rozvoje alternativních způsobů chovu raků v uzavřených akvakulturních systémech investovány nemalé finanční prostředky.

Většímu rozvoji těchto chovů však brání značná úmrtnost jak generačních jedinců odlovených z volné přírody, tak jejich mláďat. Ta je vyvolána rozvojem symptomů výše zmiňovaného račího moru. Právě tento problém jsme se pokusili vyřešit. Dokázali jsme, že již pouhá umělá inkubace oddělených vajíček od samic na průtočném systému s moruprostou vodou, potažmo v kombinaci s dezinfekcí vajíček ve formaldehydu či kyselině peroctové, omezuje přenos infekce z matky na potomstvo.

Využití této metody má výrazný potenciál v komerčních chovech raků v prostředí potenciálně ohroženým rizikem přenosu račího moru – skrze nakažené generační raky, popř. infikovanou vodou. Jedná se o další konkrétní úspěch vědců z FROV JU v ochraně původních druhů raků a zmírnění negativních důsledků šíření nepůvodních druhů raků a račího moru. 

Podrobné informace jsou dostupné v původním článku: Kozák, P., Erol, K.G., Uzunmehemtoglu, O.Y., Tangerman, M., Mojžišová, M., Özkök, R., Kouba, A., Cinar, S., Petrusek, A., 2023. Short-term artificial incubation before hatching limits vertical transmission of Aphanomyces astaci from chronically infected females of a host species susceptible to crayfish plague. Aquaculture 569: 739373. https://doi.org/10.1016/j.aquaculture.2023.739373

Napsal: prof. Pavel Kozák

Živé organismy jsou stabilní chemické objekty vzniklé spontánní organizací. Jakmile jednou vznikne embryo, samo od sebe „ví“, jak uspořádat chemické látky tak, aby vznikl člověk. Podobné procesy chemické samoorganizace lze pozorovat například ve směsi kyseliny malonové, kyseliny sírové, brómu, bromidu a komplexu přechodného kovu jako katalyzátoru (reakce Bělousovova-Žabotinského). I tam lze pozorovat vývoj přes různá stádia až k „dospělosti“ charakterizované stále stejnou dynamickou strukturou. „Chemické embryo“ lze znovu vytvořit opětným zamícháním směsi obdobně, jako organismus znovu vzniká ze zárodečných buněk. Vědci Ústavu komplexních systémů FROV JU analyzovali velmi jednoduchý model, který počítá jen se dvěma fakticky lineárními procesy, vnitřním růstem a difuzí. Při experimentování s hladinami šumu našli podmínky, kdy je možno simulovat vývoj od „chemického embrya“ až k dospělosti, tj. k chemickým turbulencím. Základní kvalitativní charakteristiky vývoje živého organismu tak lze pozorovat už na tomto jednoduchém modelu.

Výsledek ale otevírá ještě zásadnější otázku: Je popis světa pomocí diferenciálních rovnic správný? Neměl by se popisovat diskrétní matematikou a iluzi spojitosti nahradit šumem? Vždyť všichni víme, že hmota se skládá z diskrétních molekul i větších diskrétních objektů. Nejsou potíže, s nimž se potýká matematický popis přírodních jevů, dány systematicky chybnými předpoklady?

Videa:
- Experimentální provedení reakce Bělousova – Žabotinského
- Model stroje na výrobu změti se šumem

Článek autorů Dalibora Štyse, Renaty Štysové Rychtárikové, Anny Zhyrové, Kryštofa Štyse a Petra Jizby (Noisy hodgepodge machine and the observed mesoscopic behavior in the non-stirred Belousov-Zhabotinsky reaction: Optimal noise and hidden noise in the hodgepodge machine), vyšel v březnu 2019 časopise European Physical Journal Special Topics.

Velké množství ryb se každoročně zkazí v průběhu jejich skladování od úlovku po konzumaci. Proto se v posledních letech intenzivně zkoumají různé inovativní konzervační metody či aditiva pro snížení těchto ztrát. Bylo zjištěno, že esenciální oleje (EO) mají silný konzervační efekt a mohly by být využívány jako přírodní konzervant chlazených ryb. Nicméně navzdory velkému množství studií zabývajících se využitím EO při skladování chlazených ryb nebylo dosaženo jasného řešení, jaké EO a jakým způsobem je používat, aby bylo dosaženo konzistentních výsledků a skladované ryby byly dostatečně ochráněny před kažením. V naší studii jsme systematicky analyzovali data ze 180 vědeckých článků, které se zabývaly využitím EO při skladování chlazených ryb s cílem zjistit, jaké EO jsou nejefektivnější v potlačení širokého spektra mikroorganismů, jaká je jejich optimální koncentrace a aplikační metoda a zda nemají negativní vliv na senzorické vlastnosti ryb. Cílem bylo najít optimální EO a podmínky jejich aplikace pro využití v rybářském průmyslu.

Identifikovali jsme šest EO, které mají mimořádný potenciál redukovat celkovou mikroflóru na chlazených rybách v průběhu jejich skladování. Jedná se o EO z citrusu, máty, oregana, tymiánu, zatárie a zázvorovitých. Nicméně ne všechny tyto EO potlačují všechny skupiny mikroorganismů kažení. Pouze EO z oregana, zázvorovitých a tymiánu mají účinnost na celé spektrum hlavních skupin mikroorganismů kažení. Důležité je také zvolit správnou metodu aplikace. Jako vhodná metoda se zdá být aplikace EO pomocí aktivních filmů s nanoemulzí či v aktivních chytrých baleních. EO mají často velmi silné senzorické účinky, a proto je potřeba vybírat takové EO a jejich koncentrace a způsoby aplikace, aby bylo zabráněno negativnímu vlivu EO na senzorické vlastnosti ryb. V naší studii jsme zjistili, že pouze malá část studií se tímto aspektem zabývala. Ty studie, které zkoumaly vliv EO na senzorické vlastnosti ryb naznačují, že nízká hladina většiny EO má malý vliv především na vůni čerstvých ryb. Nicméně v průběhu skladování ryb jsou senzorické vlastnosti ryb ošetřených EO významně lepší než u kontrolních ryb. Vybrané EO v nízkých koncentracích v kombinaci se správnou metodou aplikace tedy mohou pomoci prodloužit skladovatelnost, čerstvost a bezpečnost chlazených ryb bez negativního vlivu na senzorické vlastnosti. Studie poskytuje jasnou strategickou podporu pro optimalizaci použití EO při skladování chlazených ryb a snížení jejich ztrát.

Podrobné informace lze nalézt v původním článku: Hao, R., Roy K., Pan, J., Shah, B.R., Mraz, J. 2021. Critical review on the use of essential oils against spoilage in chilled stored fish: A quantitative meta-analyses. Trends in Food Science & Technology 111: 175–190.

Tepelná mapa antimikrobiální účinnosti šesti nejlepších esenciálních olejů s mimořádným potenciálem redukce hlavních skupin mikroorganismů kažení

Hlavní studované metody aplikace esenciálních olejů na chlazené ryby

Kapr obecný patří celosvětově mezi nejvíce produkované druhy ryb. Stejně tak je tomu i v České republice, kde je kapr dominantní chovanou rybou. To je dáno mj. dlouhodobým šlechtitelským úsilím, které se neobejde bez držení genetických zdrojů jednotlivých plemen a linií, jenž se dále používají pro produkci užitkových hybridů. Jako případná záloha genofondů slouží kryobanka, kde se uchovávají spermie, které lze po rozmrazení použít k oplození jiker. Současné postupy v biotechnologiích reprodukce ale umožňují vyvinout alternativní strategie pro uchování a následné obnovení genetického materiálu vybraných jedinců. Každý pohlavně rozmnožující se organismus má zárodečné kmenové buňky, samičí oogonie a samčí spermatogonie. Tyto buňky mají schopnost sebeobnovení, ale i diferenciace ve vajíčka a spermie. Pracovníci z Fakulty rybářství a ochrany vod Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích v rámci evropského projektu Aquaexcel2020 vyvinuli postupy pro zamražení a následné obnovení zárodečných kmenových buněk u kapra, kdy životaschopnost buněk byla potvrzena pomocí transplantace do zlatých karasů jakožto náhradních rodičů. Vyvinuté metody pro kryoprezervaci umožňují uchovat samičí a samčí genetický materiál, kdy především uchování samičího materiálu má velký význam pro další aplikace, jelikož dosavadní metody pro zmrazovaní oocytů ryb byly neúspěšné.

Dalším krokem je transplantace rozmrazených zárodečných buněk do recipientů. Tato technologie není příliš vzdálená od náhradního rodičovství u lidí.  U lidí se obvykle přenáší již vyvinutý zárodek, ale v případě transplantace zárodečných kmenových buněk u ryb je vytvořen samoudržitelný systém, kdy dochází ke kontinuální produkci spermií a vajíček. Jako náhradního rodiče lze zvolit druh, který má v určitých ohledech lepší vlastnosti, například menší velikost těla při dosažení časnější pohlavní dospělosti, nebo vyšší odolnost vůči chorobám, na které je dárcovský druh vnímavý. Všechny tyto charakteristiky splňuje zmiňovaný karas zlatý – rybka, kterou každý zná z akvárií nebo zahradních jezírek.

Dalším důležitým předpokladem pro aplikaci techniky náhradní reprodukce je sterilizace recipienta, která eliminuje případnou kompetici o prostor ve vyvíjející se gonádě. Navíc, v případě výtěru, nedochází k produkci gamet obou druhů, ale jsou produkovány pouze gamety dárcovského druhu. Nejpoužívanější metodou sterilizace je blokováním genu, který je klíčový pro vývoj zárodečných buněk recipienta. Po rozplavání takto sterilizovaných larev recipienta je tkáň dárce rozmrazena a připravena ve formě suspenze buněk pro transplantaci. Samotná transplantace je provedena pomocí skleněné mikrokapiláry, kterou je do tělní dutiny vpraveno několik tisíc buněk. Transplantované buňky jsou schopny kolonizovat a množit se v gonádě příjemce. Tři měsíce po transplantaci do náhradních rodičů byly vyvíjející se zárodečné buňky kapra detekovány přibližně u poloviny transplantovaných jedinců pomocí molekulárních analýz. Po transplantaci samičích zárodečných buněk do karasů bylo dosaženo produkce kapřích spermií. Tato schopnost oogonií se diferenciovat v samčí pohlavní buňky je dána právě jejich kmenovostí, což otevírá další možnosti pro aplikace zárodečných buněk u ryb, kdy pomocí náhradních rodičů mohou být produkovány vajíčka a spermie původem z jednoho dárce.

Podrobnější informace lze najít v následujících publikacích:

- Franěk, R., Marinović, Z., Lujić, J., Urbányi, B., Fučíková, M., Kašpar, V., Pšenička, M., Horváth, Á. Cryopreservation and transplantation of common carp spermatogonia. PLoS ONE 14: e0205481.
- Franěk, R., Tichopád, T., Steinbach, C., Xie, X., Lujić, J., Marinović, Z., Horváth, Á, Kašpar, V., Pšenička M. Preservation of female genetic resources of common carp through oogonial stem cell manipulation. Cryobiology 87:78-85.

Years of collecting samples from a wide range, mainly in Eastern Europe and Asia, and subsequent work in the laboratory have borne fruit. A team of scientists from several European departments led by Martin Bláha have shed light on genetic diversity and its distribution in the P. leptodactylus species complex. This relatively large native crayfish species has its original distribution range in the Azov, Black and Caspian Sea basins.  The species is also known for its enormous morphological variability and the number of described species and subspecies. However, as analyses of several mitochondrial and one nuclear gene have shown, the situation for this species complex will ultimately be much simpler than scientists had anticipated. Analyses of individuals from 65 populations and 14 countries have revealed a strong mitonuclear discordance, suggesting the existence of only one species with three deeply separated evolutionary mitochondrial phylogroups. These phylogroups have their centres of distribution in (i) central and southern Europe, (ii) eastern Europe and Asia, and (iii) Turkey (Fig. 1). The area of species origin is assumed to be the Black Sea basin and the diversification and origin of individual mtDNA phylogroups were placed to the late Miocene (5-8 million years ago). However, analyses have also revealed the occurrence of individuals from the Asian and Turkish lineages outside their native range, which is a consequence of the demand for freshwater crayfish and their capture in the Armenian Lake Sevan or Turkish lakes and subsequent transport to European countries. Similarly to other species of edible large crustaceans, these do not always end up on the plates of restaurant customers but are then found or caught in rivers or stillwaters around restaurants.

The results of this study are likely to change the current morphology-based nomenclature of P. leptodactylus complex with eight species and two subspecies described. Although the authors do not rule out the possibility that there is a previously undiscovered population in the vast range of the species having a completely different genetic footprint, the probability is very low.

Bláha, M., Patoka, J., Policar, T., Śliwińska, K., Alekhnovich, A., Berezina, N., Petrescu, A.-M., Mumladze, L., Weiperth, A., Jelic, M., Kozák, Pa., Maguire, I., 2023.  Phylogeographic patterns of genetic diversity in Pontastacus leptodactylus (Decapoda: Astacidae): is the hypothesis of the taxonomically rich genus Pontastacus true? Zoological Journal of the Linnean Society 199: 140–155. https://doi.org/10.1093/zoolinnean/zlad025

Pictures:

1. Narrow-clawed crayfish Pontastacus leptodactylus(photo Andráš Weiperth)

2. Geographic distribution of particular mitochondrial phylogroups. Red colour refers to European phylogroup, blue colour refers to Asian phylogroup, and green colour refers to Turkish phylogroup. Notice the Turkish phylogroup in the middle part of Danube River and Danmark and Asian phylogroup in Croatia, out of their original distribution area.

V současnosti je pozornost vědců zaměřena na studium výskytu, vlivu a mechanizmů účinku různých psychoaktivních sloučenin přítomných ve vodním prostředí v důsledku antropogenního znečištění. Psychoaktivní látky vyskytující se ve vodním prostředí působí na centrální nervový systém vodních organizmů, což může vést ke změnám jejich chování. Ovlivňují např. vztahy mezi predátorem a kořistí, příjem potravy, rozmnožování či migrační chování. 

Cílem této studie bylo porovnat vypovídací schopnost různých vzorkovacích postupů využitelných pro sledování přítomnosti psychoaktivních látek ve vodním prostředí. V rámci studie bylo monitorováno deset českých řek s různým průtokem a podílem komunálního znečištění, ve kterých jsme sledovali výskyt psychoaktivních léčiv. Byly porovnávány tyto přístupy – bodové odběry vody, pasivní vzorkovače, homogenáty celých těl juvenilních ryb a vybrané tkáně dospělých ryb. Našli jsme statisticky významné vztahy mezi vzorky bodových odběrů vody a pasivními vzorkovači, ale při porovnání koncentrací farmak v pasivních vzorkovačích a jednotlivých tkáních ryb jsme žádnou korelaci neprokázali. Zajímavé je, že antidepresivum sertralin bylo nalezeno ve všech vzorcích mozku dospělých ryb kromě mozků ryb z horního toku Vltavy v Národním parku Šumava. Tuto jedinou lokalitu ze všech sledovaných je možno označit jako minimálně zatíženou sledovanými látkami, přestože i zde byly některé z nich zachyceny pasivními vzorkovači.

Dále jsme potvrdili teorii, že zásadní roli v intenzitě znečištění vodního prostředí látkami přítomnými v komunálních odpadních vodách hraje faktor naředění. Menší toky, kam ústí vyčištěná odpadní voda i z relativně malých sídel, jsou více znečištěné než větší řeky, kam ústí vyčištěná odpadní voda z velkých měst.

Více podrobností lze najít v následující publikaci: Grabicová, K., Grabic, R., Fedorova, G., Kolářová, J., Turek, J., Brooks, B.W., Randák, T., 2020. Psychoactive pharmaceuticals in aquatic systems: A comparative assessment of environmental monitoring approaches for water and fish. Environmental Pollution 261, 114150.