An international team, led by our colleague Phillip J. Haubrock, has examined the costs caused by invasive species in Europe. In their study, published last week in the specialist Journal “NeoBiota”, they showed that in the period from 1960 to 2020, damage of more than 116.61 billion euros was caused by non-native species in European countries. According to the researchers, expenditure has increased tenfold every decade – and the real costs are probably many times higher.
Detailed information can be found in the original article: Haubrock et al., 2021. Economic costs of invasive alien species across Europe. NeoBiota 67: 153–190.
Distribution of invasive species costs in Europe by a)type of cost and b)impacted sector.
Despite voluminous literature identifying the impacts of invasive species of organisms, summaries of their monetary costs remain often limited for many taxonomic groups. Invasive aquatic crustaceans are such a case. Using the InvaCost database, we quantified and analysed reported costs associated with this animal group. Invasive crayfish caused US$ 120.5 million in reported costs just in 2000–2020. These costs were unevenly distributed across countries, with a strong bias towards European economies (US$ 116.4 million; mainly due to the signal crayfish in Sweden), followed by costs reported from North America and Asia. The costs of invasive crayfish have increased considerably over the past two decades, averaging US$ 5.7 million per year. Invasive crabs have caused costs of US$ 150.2 million since 1960 (57% in North America and 42% in Europe). Damage-related costs dominated both crayfish (80%) and crabs (99%), with management costs often very low. Reported costs for invasive amphipods (US$ 178.8 thousand) and lobsters (US$ 44.6 thousand) were considerably lower.
Overall, these costs remain vastly underestimated considering the gaps in reporting at taxonomic (already recognised invasive species with no reported costs), geographic (widely invaded regions without costs), and temporal scales (most of the costs occurring in the 21st century despite often longer introduction histories). Therefore, better reporting is needed to assess better the true magnitude of monetary costs caused by invasive aquatic crustaceans.
Detailed information can be found in the original article: Kouba, A., Oficialdegui, F.J., Cuthbert, R.N., Kourantidou, M., South, J., Tricarico, E., Gozlan, R.E., Courchamp, F., Haubrock, P.J., 2022. Identifying economic costs and knowledge gaps of invasive aquatic crustaceans. Science of the Total Environment 813: 152325.
Written by: doc. Ing. Antonín Kouba, Ph.D.
Navzdory rozsáhlým znalostem o dopadech různých skupin invazních druhů organizmů zůstává poznání jejich ekonomických škod velmi omezené. Takovou skupinou jsou i invazní vodní korýši. Pomocí databáze InvaCost jsme analyzovali doposud vykázané ekonomické náklady spojené s touto živočišnou skupinou. Pouze v letech 2000–2020 měli invazní raci na svědomí škody ve výši 120,5 milionu amerických dolarů (USD). Tyto náklady byly nerovnoměrně rozloženy se silným sklonem k evropským ekonomikám (116,4 mil. USD, především kvůli raku signálnímu ve Švédsku), následovanými Severní Amerikou a Asií. Náklady invazních raků za poslední dvě desetiletí značně vzrostly, v průměru se jednalo o 5,7 mil. USD ročně. Invazní krabi způsobili od roku 1960 náklady ve výši 150,2 mil. USD (57 % v Severní Americe a 42 % v Evropě). Převládaly především přímé škody způsobené těmito druhy (80 % nákladů hlášených u raků a 99 % u krabů). Naopak náklady na jejich management byly podstatně nižší. Vykázané náklady v případě invazních různonožců (konkrétně blešivců; 178,8 tis. USD) a humrů (44,6 tis. USD) byly výrazně menší.
Z důvodu nedostatečného vykazování však zůstávají zmiňované ekonomické náklady významnou měrou podhodnoceny. Důvody jsou mimo jiné taxonomické, geografické a časové. Pro řadu dobře známých invazních druhů totiž nejsou reportovány žádné náklady. Rovněž existují rozsáhlé regiony či dokonce kontinenty se známým výskytem invazních raků bez hlášených ekonomických škod a navzdory podstatně delší historii výskytu v nově osídlených oblastech jsou náklady invazních vodních korýšů hlášeny především v posledních dvou desetiletích. Pro posouzení skutečných ekonomických nákladů invazních vodních korýšů je proto nezbytné posílit aktivity vedoucí ke kvantifikaci a nahlašování takovýchto škod.
Podrobné informace jsou dostupné v původním článku: Kouba, A., Oficialdegui, F.J., Cuthbert, R.N., Kourantidou, M., South, J., Tricarico, E., Gozlan, R.E., Courchamp, F., Haubrock, P.J., 2022. Identifying economic costs and knowledge gaps of invasive aquatic crustaceans. Science of the Total Environment 813: 152325.
Napsal: doc. Ing. Antonín Kouba, Ph.D.
Mezinárodní tým vedený naším kolegou Phillipem J. Haubrockem zkoumal náklady spojené s invazivními druhy vyskytujícími se v Evropě. Ve své studii publikované minulý týden v odborném časopise „NeoBiota“ ukazuje, že v letech 1960 až 2020 si nepůvodní druhy v evropských zemích vyžádaly náklady ve výši více než 116,61 miliardy eur. Podle vědců se výdaje každých deset let zvýšily desetkrát a upozorňují, že skutečné náklady jsou pravděpodobně mnohonásobně vyšší.
Podrobné informace lze nalézt v původním článku: Haubrock et al., 2021. Economic costs of invasive alien species across Europe. NeoBiota 67: 153–190.
Distribuce nákladů způsobených invazivními druhy v Evropě podle a) typu nákladů a b) poškozeného sektoru.
- Fotogalerie:
- images/FROV/fakulta/uspechy/vodnansti_jeseteri.png,
Obratlovci se vyznačují tím, že mají povrch těla tvořený pouze ektodermem (vnějším zárodečným listem), zatímco vnitřní výstelka prvostřeva je tvořena endodermem (vnitřním zárodečným listem).
Tyto dvě struktury se střetávají v přední části trávicí trubice, faryngu, neboli jícnu. Tým Roberta Černého s Martinem Minaříkem jako hlavním autorem (PřF UK) přišli s nálezem, který přepisuje současné mínění vývojové a evoluční biologie. Bazální paprskoploutvé ryby jako jsou bichiři, kostlíni a jeseteři, často považované za živoucí fosilie, mají obličejovou část hlavy tvořenou z endodermálních buněk předústní části střeva, což je velmi archaický znak, který se s evolučního hlediska očekával pouze u prapředků obratlovců.
Naše fakulta rybářství a ochrany vod doplnila tuto studii právě o zástupce jeseterů a se dvěma spoluautorskými pozicemi (Martin Pšenička a David Gela) a dalšími dvěma kolegy zmíněnými v poděkování (Marek Rodina a Martin Kahanec) se tak zapsala do prestižního časopisu Nature.
Další informace viz tisková zpráva: https://www.natur.cuni.cz/fakulta/aktuality/stara-tajemstvi-nove-hlavy-obratlovcu nebo článek na oficiálních webových stránkách Nature http://www.nature.com/nature/journal/v547/n7662/full/nature23008.html, případně ve veřejně přístupné verzi jen pro čtení http://rdcu.be/tXoa
Televizní rozhovor v ČT24 sledujte od 15:34 minuty:
http://www.ceskatelevize.cz/ivysilani/10101491767-studio-ct24/217411058290719
Reference: Minarik, M., Stundl, J., Fabian, P., Jandzik, D., Metscher, B.D., Psenicka, M., Gela, D., Osorio-Pérez, A., Arias-Rodriguez, L., Horácek, I., Cerny, R. Pre-oral gut contributes to facial structures in non-teleost fishes. Nature, 547: 209-212. doi:10.1038/nature23008 (IF=40.137)
-----------------------------------------------------------------------------------------
Popis obrázku:
SEM fotografie - žlutá barva označuje část hlavy jesetera vyvinutou z endodermu. Antero-ventrální pohled, 10 dní po vykulení; mb - vnitřní vousy; lb - vnější vousy; ao - ampulární orgány; rb -rostrum; llo - orgány postranní čáry; ll - spodní ret.
- Fotogalerie:
- images/FROV/fakulta/uspechy/Dzyuba_vyzkum1.jpg, Trnucha skvrnitá.
- images/FROV/fakulta/uspechy/Dzyuba_vyzkum2.jpg, Obraz z rastrovacího elektronového mikroskopu: spermie trnuchy skvrnité a pstruha duhového (vpravo nahoře). Všimněte si obrovského rozdílu v celkové velikosti spermie a délky hlavičky.
- images/FROV/fakulta/uspechy/Dzyuba_vyzkum3.png, Sperma trnuchy skvrnité plovoucí v seminální tekutině. Video z mikroskopu s negativním fázovým kontrastem.
Ryby jsou nejpočetnější a nejrozmanitější skupinou obratlovců. Obývají všechny typy vodních habitatů lišících se salinitou (od sladkých po mořské vody), hloubkou (od povrchových vod až po téměř osmikilometrové hloubky) a teplotou (od -2 do 44 °C). Struktura rozmnožovacích soustav ryb, stejně jako způsoby jejich reprodukce, jsou rovněž rozmanité. Oproti vnějšímu oplození u moderních paprskoploutvých ryb zůstalo u paryb po společném předku ryb, plazů, ptáků a savců zachováno vnitřní oplození. Stejný evoluční původ vnitřního oplození u do současné doby existujících paryb a dalších skupin obratlovců předpokládá společné rysy ve struktuře a funkci zárodečných buněk.
V rámci projektu Grantové agentury České republiky (16-03754S „Evoluce kapacitace spermií: průkopnická studie u taxonomicky izolovaných paryb“) výzkumníci naší fakulty v úzké spolupráci se členy Neotropické ichtyologické laboratoře, Univerzity Estadual Paulista “ Júlio de Mesquita Filho “(UNESP), Ilha Solteira, Brazílie, studovali některé aspekty biologie spermií říční trnuchy skvrnité Potamotrygon motoro (zástupce sladkovodních paryb, vizte obr. 1).
Vůbec poprvé byly u těchto paryb vyhodnoceny parametry motility spermií a bylo zjistěno, že spermie trnuchy se značně liší od spermií paprskoploutvých ryb z hlediska struktury, fyziologie a pohybové charakteristiky. Jedná se o neobvykle protáhlé buňky morfologicky více podobné spermiím ptáků a obojživelníků než paprskoploutvých ryb (vizte obr. 2). Spermie jsou pohyblivé už v samčím reprodukčním traktu a mohou zvyšovat svou rychlost pohybu stykem s děložní tekutinou v samičím reprodukčním traktu, což je proces podobný dozrávání epididymálních spermií a kapacitaci, dobře známý u savců, zatímco obsahem a složením lipidů jsou podobné zejména ptákům. 3D pohyb bičíku spermií, který vede k „šroubovitému“ způsobu pohybu této gigantické buňky, je také komplikovaný a věnujeme mu nyní velkou pozornost (vizte video). Všechny popsané vlastnosti jsou v živočišné říši velmi specifické. Tyto neobvyklé pohyblivé buňky nás fascinují a podnikneme další kroky v pochopení jejich fungování.
Detailní informace mohou být k nalezení v následnících článcích:
- Dzyuba, V., Shelton, W.L., Kholodnyy, V., Boryshpolets, S., Cosson, J., Dzyuba, B., 2019. Fish sperm biology in relation to urogenital system structure. Theriogenology 132: 153–163.
- Dzyuba, V., Ninhaus-Silveira, A., Kahanec, M., Veríssimo-Silveira, R., Rodina, M., Holt, W.V., Dzyuba, B., 2019. Sperm motility in ocellate river stingrays: evidence for post-testicular sperm maturation and capacitation in Chondrichthyes. Journal of Zoology 307: 9–16.
- Dzyuba, V., Sampels, S., Ninhaus-Silveira, A., Kahanec, M., Veríssimo-Silveira, R., Rodina, M., Cosson, J., Boryshpolets, S., Selinger, M., Sterba, J., Dzyuba, B., 2019. Sperm motility and lipid composition in internally fertilizing ocellate river stingray Potamotrygon motoro. Theriogenology 130: 26–35.
- Fotogalerie:
- images/FROV/fakulta/uspechy/Kholodnyy_vzkum.jpg, Hypotetické schéma toho, jak může vypadat vedení a selekce spermií při reprodukci sladkovodních ryb.
- images/FROV/fakulta/uspechy/Kolodnyy_vyzkum2.png, Uchvácení spermií kaprů ovariální tekutinou. Video můžete zhlédnout zde.
Většina ryb používá vnější rozmnožování ve vodě, které vyžaduje širokou řadu evolučních adaptací, jež podporují tento proces. Je jím například specifické uspořádání gamet nebo funkcí, které umožňují vývoj nového organizmu ve vodě. Tato přizpůsobení zahrnují zejména vývoj pevného ochranného obalu kolem vajíčka, který u většiny druhů ryb obsahuje pouze jeden drobný otvor, zvané mikropyle, jež umožňuje proniknutí spermie.
Rozmnožovaní ve vodě přispělo ke vzniku složitého systému iniciace pohybu spermií a dalších podpor přesunu pomocí „síly“ vnějších faktorů, např. iontů nebo osmolarity prostředí. Mnoho mořských bezobratlých uvolňujících sperma a vajíčka volně do prostoru aktivně používá šíření chemických signálů z vajíček k uchvácení samčích gamet, což jim umožňuje vzájemné vyhledávání. Vědci objevili unikátní systém receptorů, kanálů a dalších molekul nacházejících se v membráně pohlavních buněk, jež u těchto mořských bezobratlých umožnuje přesné vedení spermií na jejich cestě k vajíčku.
Sladkovodní ryby jsou mezi všemi druhy s vnějším rozmnožováním zcela jedinečné díky zvláštním podmínkám prostředí, ve kterém žijí a rozmnožují se. Jednou z těchto vlastností je extrémně nízká osmolarita vody, která působí velmi negativně na jejich pohlavní buňky. Tyto podmínky ještě více vyžadují specifickou podporu vzájemného objevování gamet. Vajíčka mnoha druhů sladkovodních ryb s vnějším oplozením se dostávají do vnějšího prostředí obalené vrstvou ovariální tekutiny, která obsahuje různé ionty, proteiny, aminokyseliny, cukry a další látky, a to v proporcích ideálních pro podporu a ochranu pohlavních buněk před škodlivými účinky sladké vody.
Existují údaje, které poukazují na pozitivní účinek ovariální tekutiny a dalších látek uvolněných z vajíček na chování samčích gamet a tím i na výsledek oplození. Výsledky výzkumu ukazují na relativní úspěch některých z otců, pravděpodobně způsobený přítomností ovariální tekutiny, jež například zvyšuje pohyblivost spermií samce s určitým genotypem. Specifické mechanizmy tohoto výběru u ryb s vnějším oplozením jsou stále nejasné, a nabízí tak prostor pro další výzkum v této oblasti.
Členové Laboratoře fyziologie reprodukce Fakulty rybářství a ochrany vod Jihočeské university v Českých Budějovicích studují jevy samičího post-kopulativního vlivu na sbližování gamet a věří, že nové znalosti v této oblasti přispějí nejen k základní fyziologii reprodukce, ale také k optimalizaci technologií umělé reprodukce.
Více podrobností lze najít v následující publikaci: Kholodnyy, V., Gadêlha, H., Cosson, J., Boryshpolets, S., 2020. How do freshwater fish sperm find the egg? The physicochemical factors guiding the gamete encounters of externally fertilizing freshwater fish. Reviews in Aquaculture 12: 1165–1192.
- Fotogalerie:
- images/FROV/fakulta/uspechy/hormony_voda.png,
Jak ukazují celosvětové výzkumy, v komunálních odpadních vodách, které byly v minulosti považovány za poměrně snadno čistitelné, se ve stále větší míře objevují látky, které boří tyto zavedené mýty. Významnou skupinu těchto látek představují progestiny (či progestageny), které jsou obsaženy například v hormonální antikoncepci, ale i v jiných hormonálních preparátech, a to je předurčuje k velmi širokému terapeutickému využití. S tím potom souvisí i jejich zvyšující se výskyt v komunálních odpadních vodách. Jedná se o látky, které čistírnami odpadních vod mnohdy procházejí bez výraznějších změn a díky tomu dále přecházejí do povrchových vod. V povrchových vodách již také byly na mnoha místech v různých částech světa prokázány. V některých případech byl jejich výskyt zaznamenán v koncentracích, které v laboratorních podmínkách narušovaly reprodukci vodních živočichů. Přestože se zatím jedná o prvotní informace, nelze tato rizika v žádném případě podceňovat. Už jen proto, že se jedná o látky, které svou povahou napodobují přírodní hormony a jejich nekontrolovaný vstup do organismu může vážným způsobem narušit stávající hormonální rovnováhu v organismu, o dalších vedlejších účincích těchto preparátů nemluvě.
Z toho důvodu se vědci z Fakulty rybářství a ochrany vod JU ve Vodňanech zaměřují na mapování výskytu syntetických progestinů ve vodním prostředí a s tím souvisejících hormonálních (progestagenních) aktivit na vybraných lokalitách v České republice. Ve svém výzkumu se zaměřují na „rizikové“ lokality, ke kterým patří odtoky z čistíren komunálních odpadních vod a dále místa pod zaústěním vyčištěných odpadních vod, kde dochází k jejich naředění říční vodou. Souběžně s monitoringem výskytu těchto látek byly prováděny laboratorní pokusy, při kterých byla sledována i jejich hormonální aktivita. Díky tomuto výzkumu již dnes víme, že koncentrace sledovaných hormonů na odtoku z českých čistíren odpadních vod zatím nedosahují tak vysokých hodnot, jaké byly zaznamenány v jiných evropských či asijských státech. Ale vzhledem k neustále narůstající spotřebě hormonálních preparátů a k jejich rozšiřujícímu se spektru je třeba i nadále věnovat této problematice náležitou pozornost. Výsledky dosavadního bádání rovněž naznačily, které látky z široké skupiny progestinů lze v našich podmínkách označit jako nejvíce rizikové, a tudíž by jim bylo vhodné dát nejvyšší prioritu v dalším výzkumu. Jedná se o medroxyprogesteron acetát, megestrol acetát a progesteron, které byly na odtocích z čistíren odpadních vod detekovány nejčastěji a zároveň vykazují relativně velkou hormonální (progestagenní) aktivitu.
Tento výzkum probíhá již třetím rokem a je finančně podporován Grantovou agenturou ČR (16-09709Y). Vzorky odpadních vod byly poskytnuty společnostmi ČEVAK, a.s.; TSST Strakonice s.r.o., BVK, a.s. a STU Bratislava.
Výsledky, které byly v průběhu provedeného výzkumu získány, byly shrnuty v této publikaci: Šauer, P., Stará, A., Golovko, O., Valentová, O., Bořík, A., Grabic, R., Kocour Kroupová, H., 2018. Two synthetic progestins and natural progesterone are responsible for most of the progestagenic activities in municipal wastewater treatment plant effluents in the Czech and Slovak republics. Water Research 137: 64-71.
- Fotogalerie:
- images/FROV/fakulta/uspechy/Grabicov_vyzkum_CZ.png,
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).
- Fotogalerie:
- images/FROV/fakulta/aktualne/Franek_vyzkum.png,
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.
|
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.
|
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.
- Fotogalerie:
- images/FROV/fakulta/uspechy/Stys_vyzkum05_1.png, Expriment (vlevo), Model (vpravo)
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
- Fotogalerie:
- images/FROV/fakulta/uspechy/Franek_vyzkum1.jpg, Intraperitoneální transplantace do larvy karase, suspenze buněk je obarvena metylenovou modří pro lepší viditelnost.
- images/FROV/fakulta/uspechy/Franek_vyzkum2.png, Fluorescenčně značené spermatogonie kapra obecného před transplantací
- images/FROV/fakulta/uspechy/Franek_vyzkum3.jpg, Detekce fluorescenčně značených zárodečných buněk kapra detekovaných v gonádě karase dva měsíce po transplantaci. Výřez vpravo je detailním záběrem na dělící se zárodečné buňky označené šipkami.
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.
- Fotogalerie:
- images/FROV/fakulta/uspechy/Grabicova_vyzkum.png, Rozdělení vzorkovaných lokalit na základě statistické analýzy (PCA) léčiv v jednotlivých typech vzorků. Lokality s podobným profilem znečištění jsou vyznačeny stejnou barvou. Číslo pod lokalitou značí počet obyvatel přispívajících odpadní vodou do dané řeky vztažený na průměrný roční průtok.
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.
- Fotogalerie:
- images/FROV/fakulta/uspechy/Vyzkum_Slavka1.jpg, Slávka středomořská (Mytilus galloprovincialis)
- images/FROV/fakulta/uspechy/Vyzkum_Slavka2.jpg, Disekce slávky středomořské
Neonikotinoidy jsou pesticidní přípravky, které byly uvedeny na trh v 90. letech 20. století. Velmi rychle si získaly oblibu a široké využití v zemědělství a veterinářství proti škodlivému hmyzu. Především díky nízké toxicitě pro obratlovce, pro které jsou považované za téměř „neškodné“, ve srovnání s organofosfátovými a karbamátovými insekticidy. Již v roce 2013 však Evropská komise zakázala používání některých neonikotinoidů pro jejich nepříznivé účinky na včely a žádoucí opylovače. Neonokotinoidy, jako většina látek ze zemědělství, se dostávají do podzemních a povrchových vod, kde ohrožují další necílové organismy a způsobují další problémy v životním prostředí.
Protože jde o poměrně nové látky a většina studií pojednává především o škodlivých účincích na hmyz, vědci z Fakulty rybářství a ochrany vod JU ve Vodňanech ve spolupráci s kolegy z univerzit v Messině a v Padově se během společného projektu zaměřili na výzkum stále široce používaného neonikotinoidního přípravku Calypso 480 SC (účinná látka-thiacloprid) a jeho účinky na mlže, konkrétně slávku středomořskou (Mytilus galloprovincialis). Mušle jsou velmi důležité filtrační organismy, které jsou schopné akumulovat velké množství znečišťujících látek. Často se využívají jako vhodné bioindikátory znečištění a zároveň ve středomoří představují jeden z důležitých zdrojů lidské obživy.
V průběhu 20denního laboratorního testu byl zjištěný negativní vliv Calypsa na chování slávek, vitalitu a schopnost buněk hepatopankreatu regulovat svůj objem, biochemické složení hemolymfy, aktivitu enzymů a histopatologické poškození žaber a hepatopankreatu. Z dosavadního výzkumu vyplývá, že Calypso má negativní dopad na slávky, tedy i životní prostředí, a lze předpokládat další negativní účinky i na další necílové bezobratlé. Na tuto studii navazují další experimenty, které budou řešit toxicitu přípravku Calypsa i samotné účinné látky thiaclopridu na necílové vodní organismy.
Podrobné informace lze nalézt v původním článku: Stara, A., Pagano, M., Capillo, G., Fabrello, J., Sandova, M., Vazzana, I., Zuskova, E., Velisek, J., Matozzo, V., Faggio, C., 2020. Assessing the effects of neonicotinoid insecticide on the bivalve mollusc Mytilus galloprovincialis. Science of the Total Environment 700, 134914.
Tento výzkum byl podpořen projektem Development of USB: International Mobility MSCA IF (No. CZ.02.2.69/0.0/0.0/17_050/0008486).
- Fotogalerie:
- images/FROV/fakulta/uspechy/alhorithm.png,
3-D rekonstrukce živé buňky s využitím nové technologie Kredit: Dr. Renata Rychtáriková
Nahlédnout dovnitř živé buňky pomocí mikroskopu je velmi obtížný úkol. Velikost a tvar buňky omezují rozsah metod, které biologové mohou k pozorování materiálů použít, a dokonce i to, co můžou zjistit. Nový algoritmus může výzkumníkům poskytnout lepší pohled do nitra živé buňky. Metoda našla využití od výzkumu rakoviny až po oplodnění in vitro.
„Žijeme v nano-éře.“ říká Dr. Renata Rychtáriková, hlavní autor článku a výzkumník na Jihočeské univerzitě v Českých Budějovicích, a podotýká, že objekty nanorozměrů jsou obtížně pozorovatelné. „Většina objektů nanosvěta uniká v současné době pozorování a informace o nich je jen nepřímá.“
Současné metody studia vzorků, jako skenovací elektronová mikroskopie, ukazují jen co se děje na povrchu. Vzorky pro metody jako je transmisní elektronová mikroskopie musí mít tloušťku mezi 10 a 200 nm, zatímco typická savčí buňka má tloušťku 3-5 μm.
Aby se s tímto omezením vypořádali, Rychtáriková se svými kolegy vyvinuli metodu, jak využít mikroskopii v procházejícím světle k hlubšímu náhledu do objektů. Jejich algoritmus využívá několik obrázků k vytvoření trojrozměrné mapy buňky. Publikovali své výsledky v časopisu Ultramicroscopy.
Algoritmus pracuje s obrázky pořízenými na velmi málo odlišných pozicích. Hledá objekty, které nejvíce mění procházející světlo a hledá i objekty, které se pohybují. Tím zvýrazňuje detailní buněčné struktury účinněji než všechny dosavadní metody. Výsledkem je virtuální 3D model buňky.
„Výzkum byl inspirován potřebami biologie savčí buňky, která je základem pro léčení rakoviny, náhradu orgánů, implantologii, neurologii, embryologii a oplodnění in-vitro.“ vysvětluje Rychtáriková. „Medicínská komunita se o výsledky zajímala od počátku našeho vývoje.“ dodává. Ale výzkum přitahuje i zájemce z jiných oborů.
„Po biolozích přišli materiáloví vědci z oblasti nanotisku.“ říká Rychtáriková. Hlavními důvody, proč algoritmus vědce zajímá, je to, že využívá běžného mikroskopu a že je možno pracovat s tlustšími vzorky. „Zájem z oblasti aplikací daleko překračuje naše časové možnosti.“ dodává.
Článek byl vydavatelstvím Elsevier vybrán mezi 30 nejlepších článků tohoto roku z oblasti fyziky.
Detaily článku:
Rychtáriková, R., Náhlík, T., Shi, K., Malakhova, D., Macháček, P., Smaha, R., Urban, J., Štys, D. 2017. Super-resolved 3-D imaging of live cells’ organelles from bright-field photon transmission micrographs. Ultramicroscopy 179: 1-14. (IF 2015 = 2.874)
Popis obrázku: a) Celkový pohled na algoritmus, b) postup oddělení buňky od pozadí, c) postup trojrozměrné rekonstrukce obrazu.
Akvakultura je nejrychleji rostoucím odvětvím celosvětové produkce potravin. Trvalý růst produkce a dlouhodobá udržitelnost akvakultury vyžaduje velké množství dostatečně kvalitní vody. Opětovné využívání odpadních vod se v současnosti stává pro akvakulturu stále důležitějším zdrojem. Opakované použití vyčištěné odpadní vody však přináší určitá bezpečnostní rizika. Mezi celou řadou antropogenních znečišťujících látek představují léčiva důležitou skupinu polutantů. Rezidua léčiv jsou všudypřítomná v komunálních odpadních vodách z důvodu jejich vysoké spotřeby a neúplného odstranění během konvenčního čištění odpadních vod. Kontinuální vypouštění těchto vod do vodního prostředí ovlivňuje život vodních organismů.
V předložené studii jsme testovali účinnost biologického rybníka z pohledu odstraňování léčiv z vyčištěných odpadních vod a byla hodnocena rizika používání vyčištěné vody pro produkci ryb. Na základě zjištěných výsledků se studovaný systém jeví jako užitečný krok pro dočištění odpadních vod, při kterém dochází ke snížení koncentrace přítomných léčiv ve vodě. Potenciální ekotoxikologická rizika, včetně rezistence vůči antibiotikům, byla významně snížena, což může být zásadní pro následné opětovné použití odpadní vody v akvakultuře.
Podrobné informace jsou dostupné v původním článku: Fedorova, G., Grabic, R., Grabicová, K., Turek, J., Van Nguyen, T., Randák, T., Brooks, B.W., Žlábek, V., 2022. Water reuse for aquaculture: Comparative removal efficacy and aquatic hazard reduction of pharmaceuticals by a pond treatment system during a one year study. Journal of Hazardous Materials 421: 126712.
Schematický přehled studovaného ekosystému.