VEDA/LV

In many lakes and ponds around the world, excess nutrients—especially nitrogen and phosphorus—are accumulating. These nutrients often originate from agriculture and other human activities and can lead to algal blooms and declining water quality. Scientists typically study nutrient cycling by focusing on the basic chemical elements—carbon, nitrogen, and phosphorus. However, this approach may overlook an important part of the process: how organisms actually use nutrients through their diet.

In our study, we therefore propose a new perspective on nutrient cycling in aquatic ecosystems. Instead of focusing only on individual elements, we look at specific biomolecules that animals obtain from food, such as certain amino acids, lipids, or carbohydrates. We refer to these key “nutrient packages” as “Rings of Power.” These molecules can strongly influence how efficiently organisms convert food into their own biomass and how much nitrogen and phosphorus subsequently release back into the environment (Figure 1).

When organisms receive the right types of biomolecules in their diet, they can retain more nutrients in their bodies and excrete less waste. As a result, nutrient cycling can slow down and become more efficient. By combining insights from animal nutrition and food-web ecology, we can better understand how nutrients move through aquatic ecosystems and potentially influence these processes in a targeted way.

This approach also opens new possibilities for nature-based solutions to nutrient pollution. For example, by managing feeding relationships among organisms such as fish or zooplankton, it may be possible to retain more nutrients in biomass and reduce their availability for excessive algal growth. In nutrient-rich environments, such strategies could help mitigate eutrophication while supporting productive and sustainable aquaculture.

Our work therefore suggests that understanding which molecules organisms consume in their diet may be just as important as knowing how much nitrogen or phosphorus is present in the environment. Shifting the focus from individual chemical elements to biomolecules could provide new tools for protecting and restoring healthy aquatic ecosystems.

More detailed information can be found in the original scientific article:

Roy, K. and Mraz, J., 2026. The Rings of Power: managing nutrient cycles in aquatic food webs above and beyond primary producers. Web Ecology, 26(1), pp.27-33. https://doi.org/10.5194/we-26-27-2026

Financial support

The authors were financially supported during the preparation of this article by the Ministry of Education, Youth and Sports of the Czech Republic within the OP JAK program, project Aquaculture for Future (CZ.02.01.01/00/23_021/0012616). The first author further acknowledges support from the Visiting Scientist Fellowship program of WIAS (Wageningen Institute of Animal Sciences), which enabled his sabbatical stay and access to research resources that contributed to the conceptual development of this article.

Figure 1: Rings of Power philosophy, metaphorically portrayed as a sheepdog (special biomolecules containing C, N, P) among sheep (average biomolecules containing C, N, P), holding the power to orchestrate maximum packaging of elements.

V mnoha jezerech a rybnících po celém světě dochází k hromadění nadbytku živin, zejména dusíku a fosforu. Tyto živiny často pocházejí ze zemědělství a dalších lidských aktivit a mohou vést k přemnožení řas a zhoršení kvality vody. Vědci obvykle studují koloběh živin se zaměřením na základní chemické prvky – uhlík, dusík a fosfor. Tento přístup však může přehlížet důležitou část celého procesu: jak organismy živiny skutečně využívají prostřednictvím potravy.

V naší studii proto navrhujeme nový pohled na koloběh živin ve vodních ekosystémech. Místo sledování pouze jednotlivých prvků se zaměřujeme na konkrétní biomolekuly, které živočichové přijímají v potravě, například určité aminokyseliny, lipidy nebo sacharidy. Tyto klíčové „balíčky“ živin označujeme jako „Prsteny moci“ (Rings of Power). Právě tyto molekuly mohou výrazně ovlivnit, jak efektivně organismy přeměňují potravu na vlastní biomasu a kolik dusíku a fosforu následně vracejí zpět do prostředí (Obrázek 1).

Pokud mají organismy ve své potravě správné typy biomolekul, dokážou více živin zadržet ve svém těle a méně jich vylučují jako odpad. Koloběh živin se tak může zpomalit a stát se účinnějším. Propojením poznatků z výživy živočichů a ekologie potravních sítí můžeme lépe porozumět tomu, jak živiny ve vodních ekosystémech proudí, a případně tyto procesy i cíleně ovlivňovat.

Tento přístup zároveň otevírá nové možnosti přírodě blízkých řešení problémů s nadbytkem živin. Například řízením potravních vztahů mezi organismy, jako jsou ryby nebo zooplankton, by bylo možné udržet více živin v biomase a omezit jejich využití pro nadměrný růst řas. V prostředích s vysokým obsahem živin by takový přístup mohl pomoci zmírnit eutrofizaci a zároveň podpořit produktivní a udržitelnou akvakulturu.

Naše práce tak ukazuje, že pro pochopení fungování vodních ekosystémů může být stejně důležité vědět, jaké molekuly organismy přijímají v potravě, jako kolik dusíku nebo fosforu je v prostředí přítomno. Přesun pozornosti od samotných chemických prvků k biomolekulám může přinést nové nástroje pro ochranu a obnovu zdravých vodních ekosystémů.

Další podrobné informace lze nalézt v původním vědeckém článku:

Roy, K. and Mraz, J., 2026. The Rings of Power: managing nutrient cycles in aquatic food webs above and beyond primary producers. Web Ecology, 26(1), pp.27-33. https://doi.org/10.5194/we-26-27-2026

Finanční podpora

Autoři byli při přípravě tohoto článku finančně podpořeni Ministerstvem školství, mládeže a tělovýchovy České republiky v rámci programu OP JAK, projekt Aquaculture for Future (CZ.02.01.01/00/23_021/0012616). První autor dále děkuje za podporu z programu Visiting Scientist Fellowship institutu WIAS (Wageningen Institute of Animal Sciences), která umožnila jeho sabatikální pobyt a přístup k výzkumným zdrojům, jež přispěly ke koncepční přípravě tohoto článku.

Obrázek 1. Koncept Rings of Power, metaforicky znázorněný jako ovčácký pes (speciální biomolekuly obsahující C, N a P) mezi ovcemi (běžné biomolekuly obsahující C, N a P), který umožňuje nejefektivnější „balení“ prvků.

Vzrušující nový výzkum skupiny pro výživu ryb v rybnících Laboratoře výživy nastiňuje, jak ryby nakládají s fosforem v ekosystémech mělkých jezer, jako jsou rybníky, a jak tím významně ovlivňují růst řas. Při aktivním příjmu potravy (aktivní metabolismus) ryby obvykle vyvažují své hladiny živin uvolňováním přebytečného dusíku a fosforu, což prospívá růstu řas. Ryby však mohou ukládat více fosforu a poskytovat menší množství této živiny řasám pokud je přijímaná potrava bohatá na lysin a methionin v poměru k celkovému příjmu bílkovinné a nebílkovinné energie (tj. podíl sacharidové a lipidové energie v celkovém příjmu energie). Takto mohou ryby zadržovat fosfor nad úroveň jeho obsahu v potravě a snižovat tak jeho obsah ve vodním prostředí. Naopak, nedostatek těchto živin v potravě vede ke zvýšenému uvolňování fosforu rybami, což podporuje růst řas. S ohledem na chemické složení šupim mají šupinaté ryby větší schopnost retence fosforu ve svých tělech, čímž nepřímo regulují růst řas.

Naše studie odhaluje, že ne všechny formy uhlíku, dusíku nebo fosforu v potravních sítích vodních ekosystémů jsou pro předpověď recyklace fosforu rybami stejně důležité. Určité formy dusíku nebo uhlíku mají větší vliv na regulaci homeostázy fosforu. I při konstantním množství uhlíku, dusíku, fosforu nebo jejich poměrů v potravní základně se dusík vázaný na lysin a methionin a nebílkovinný uhlík mohou v přirozené potravní síti značně lišit a určovat, zda je obsádka ryb zdrojem fosforu, nebo jej zadržuje. Řízené vyvážení stravy ryb a chov šupinatých ryb by mohly nabídnout budoucí řešení pro řízení eutrofizace.

Podrobné informace naleznete v původním článku: Roy, K., Vrba, J., Kuebutornye, F.K., Dvorak, P., Kajgrova, L. and Mraz, J., 2024. Fish stocks as phosphorus sources or sinks: Influenced by nutritional and metabolic variations, not solely by dietary content and stoichiometry. Science of the Total Environment 938, 173611.

Tato studie byla financována Grantovou agenturou České republiky (projekt GAČR 22-18597S) a grafický abstrakt byl vytvořen pomocí BioRender (Licence MQ26VEPQTJ).

Autor: Koushik Roy, Ph.D.

Akvaponie, tedy kombinace chovu ryb a pěstování rostlin v hydroponii, je charakteristickým příkladem cirkulárního produkčního modelu. Většina živin potřebných pro růst rostlin v akvaponii pochází z metabolické aktivity ryb, tedy z rybího krmiva. Živinový profil rybího krmiva splňuje požadavky jednotlivých druhů ryb a je koncipován tak, aby docházelo k co nejefektivnějšímu využití živin. Živinový profil odpadní vody od ryb pak často nesplňuje nároky rostlin a je nutné některé živiny dodávat pomocí anorganických hnojiv. To působí nežádoucí ekologickou stopu a narušuje model cirkulárního a udržitelného charakteru akvaponie. Pokud má akvaponie dostát své image cirkulárního produkčního systému, je potřeba postupně snižovat závislost na doplňkových rostlinných hnojivech.

Evropská komise se zavázala k podpoře „cirkulárního rámce biohospodářství“. Tento rámec vyžaduje změnu paradigmatu v myšlení, tedy přechod od současné snahy zvyšování produktivity ke snaze o zvýšení efektivity. V cirkulárním modelu odpad není odpadem, ale zdrojem, který lze využít. Na základě této myšlenky má být postaveno budoucí biohospodářství.

Členové Laboratoře výživy ve spolupráci s německými kolegy z Leibniz-IGB nedávno přispěli k rozvoji této oblasti tím, že sestavili tři rybí diety, ve kterých nahradili drahý a neudržitelný rybí protein cirkulárními alternativami včetně hmyzí moučky, péřové moučky a krevní moučky. Mimo jejich cirkulární charakter mají tyto moučky diametrálně odlišné živinové složení ve srovnání s rybí moučkou, a můžou tak být zdrojem chybějících živin pro rostliny v akvaponii. To bylo také prokázáno experimentálně, kdy odpadní voda od krmených ryb (sumeček africký a piraňa rostlinožravá) vykazovala lepší živinový profil pro rostliny, zatímco růst ryb nebyl ovlivněn. Na základě těchto prvotních výsledků budou vědci pokračovat v dalším vývoji akvaponických diet pro ryby.

Podrobné informace jsou dostupné v původním článku: Gebauer, R., Brügmann, A., Folorunso, E.A., Goldhammer, T., Gebauer, T., Schöning, V., Bittmann, S., Knopf, K., Mráz, J., Kloas, W., 2023. Species-and diet-specific aquaculture wastewater nutrient profile: Implications for aquaponics and development of sustainable aquaponics diet. Aquaculture 568: 739307. https://doi.org/10.1016/j.aquaculture.2023.739307.

Napsal: Ing. Radek Gebauer, Ph.D.

Vzrušující zprávy z našeho nejnovějšího výzkumu o rybnících a rybách!

Zjistili jsme, že přirozená potrava a ekosystém rybníka mohou pomoci kaprům lépe trávit přijatou potravu. To znamená, že plankton a prostředí rybníka společně pomáhají rozkládat těžko stravitelné složky potravy, jako je celulóza, chitin a fosfor (fytát) v žaludku ryb.

Zajímavé je, že během období, kdy je voda čistá, s nízkým obsahem řas, ale s množstvím drobného zooplanktonu, se trávení kaprů ještě zlepšuje. Tento objev by nám mohl pomoci efektivněji obhospodařovat naše rybníky.

Tento efekt s názvem „synergický efekt stravitelnosti“ byl teoreticky popsán v našem předchozím článku (2022) a ověřen v recentní studii (2024).

Více informací o tom, jak může tento poznatek revolucionalizovat náš přístup ke krmení v rybnících lze najít v následující publikaci:

Roy, K., Kajgrova, L., Capkova, L., Zabransky, L., Petraskova, E., Dvorak, P., Nahlik, V., Kuebutornye, F.K.A., Blabolil, P., Blaha, M., Vrba, J., and Mraz, J. 2024. Synergistic digestibility effect by planktonic natural food and habitat renders high digestion efficiency in agastric aquatic consumers. Science of the Total Environment, 927, 172105.

Tato studie byla podpořena Grantovou agenturou České republiky, projekt:GAČR 22-18597S.

Napsal: Koushik Roy, Ph.D. Grafický abstrakt: BioRender (licence JA26MXISBO)

Naše studie upozorňuje na dosud nevyužitý potenciál polointenzivních rybníků a multitrofní akvakultury pro produkci nízkoemisních, na živiny bohatých vodních potravin v Evropě, čímž výrazně snižuje závislost na dovozu z moří. Článek zveřejněný v časopise Reviews in Aquaculture, zdůrazňuje, jak nové přístupy k rybniční akvakultuře mohou podpořit environmentálně šetrnou výživu a přispět k proměně evropských potravinových systémů.

Rybníkářství a ochrana vod se v Evropě často dostávají do konfliktu a multitrofní sladkovodní akvakultura čelí přílišné regulaci, což dlouhodobě vedlo k přehlížení vnitrozemského sektoru sladkovodní akvakultury. Naše studie předpokládá, že polointenzivní rybníky a multitrofní sladkovodní akvakultura by se mohly stát cennými součástmi evropského potravinového systému. Zaměřili jsme se proto na jejich význam, možné ekologické inovace i na rizika a přínosy přechodu na produkci vodních potravin s nižší ekologickou zátěží. Jako příklad lze uvést, že díky 0,25 milionu hektarů rybníků ve střední a východní Evropě by vnitrozemská akvakultura mohla ročně nahradit 1 miliardu kapslí mořského rybího oleje a 0,45 miliardy litrů mléka, čímž by pokryla nutriční potřeby 1,2–3 milionů dospělých osob v případě esenciálních mastných kyselin (EPA+DHA) a aminokyseliny (leucin). Sladkovodní akvakultura je tak „spící obr“ s potenciálem zásadně proměnit evropské potravinové systémy a vést k naplnění cílů planetárně zdravé výživy.

Podrobné informace lze nalézt v původním vědeckém článku: Roy, K.J. Verdegem, M.C., Mraz, J., 2024. Ecological restoration of inland aquaculture in land-locked europe: the role of semi-intensive fishponds and multitrophic technologies in transforming food systems. Reviews in Aquaculture 17: e12999. https://doi.org/10.1111/raq.12999https://doi.org/10.1111/raq.12999

Zapojte se do diskuse:Reviews in Aquaculture na LinkedIn

Akvaponie je udržitelný systém produkce potravin, který využívá odpady bohaté na živiny z akvakultury k produkci zeleniny v hydroponických systémech. Živiny z akvakulturních odpadů jsou přeměněny na vstřebatelné formy pro rostlinné využití prospěšnými mikroorganismy přítomnými v kultivačních jednotkách. Tyto mikroorganismy jsou také zodpovědné za další biologické procesy, jako je metanogeneze a redukce síranů, a přispívají ke snížení náchylnosti k nemocem. Dr. Zala Schmautz z Zurich University of Applied Sciences ve Švýcarsku a Dr. Ewumi Azeez Folorunso z Laboratoře výživy na FROV JU dokončili projekt, který zkoumal vliv rostlinných druhů a pěstebních systémů na početnost, diverzitu a metagenomy mikroorganismů v akvaponických a hydroponických systémech. Jak je vidět v terénních studiích, rostlinné druhy jsou hlavními determinanty typů mikrobiálních společenstev nalezených v půdních rhizobiomech (Anthony et al., 2020; Nkongolo & Narendrula-Kotha, 2020). Početné výzkumy věnované pochopení tohoto přirozeného výběru přinesly zavedené přístupy udržitelného pěstování, jako např. meziplodiny obilnin a luštěnin, které zvyšují výnos bílkovin a snižují potřebu hnojení dusíkem.

Na druhé straně existuje jen málo informací o vlivu rostlinných druhů nebo systémů pěstování na mikrobiální konsorcia v systémech bez půdy, jako je akvaponie a hydroponie (Schmautz et al., 2022). Pochopení dopadu těchto proměnných pomůže nejen optimalizovat tyto systémy, ale také poskytne nový rozměr pro řešení problémů, jako jsou škůdci, choroby a dynamika živin v pěstebních systémech (Folorunso et al., 2021). Silným ukazatelem vlivu rostlinných druhů a pěstebních systémů na mikrobiální diverzitu je příjem živin rostlinami v pěstebních systémech. Například příjem železa a dusíku v rostlinách jsou produkty aktivity sideroforů a nitrifikace, což jsou oba biologické procesy diktované současnými mikrobiálními komunitami v kultivačních systémech. V předběžných výsledcích naší studie jsme identifikovali významné rozdíly v příjmu železa a celkového dusíku (mimo jiných živin) v hydroponii a akvaponii, stejně jako mezi bazalkou a salátem (obrázek 1). To může naznačovat nesrovnalosti v mikrobiomu napříč dvěma kultivačními systémy a rostlinnými druhy v očekávaném výsledku metagenomu. Očekává se, že výsledek metagenomu poskytne měřítko pro charakterizaci mikrobiálních společenstev napříč dvěma systémy a rostlinnými druhy a další manipulaci k řešení stávajících problémů v systémech produkce bez půdy.

Odkaz na video.

Literární zdroje

Anthony, M. A., Crowther, T. W., Maynard, D. S., van den Hoogen, J., & Averill, C. (2020). Distinct assembly processes and microbial communities constrain soil organic carbon formation. One Earth, 2(4), 349–360. https://www.cell.com/one-earth/pdf/S2590-3322(20)30142-1.pdf

Folorunso, E. A., Roy, K., Gebauer, R., Bohatá, A., & Mraz, J. (2021). Integrated pest and disease management in aquaponics: A metadata-based review. Reviews in Aquaculture, 13(2), 971–995. https://doi.org/10.1111/raq.12508

Nkongolo, K. K., & Narendrula-Kotha, R. (2020). Advances in monitoring soil microbial community dynamic and function. Journal of Applied Genetics, 61(2), 249–263. https://doi.org/10.1007/s13353-020-00549-5

Schmautz, Z., Walser, J.-C., Espinal, C. A., Gartmann, F., Scott, B., Pothier, J. F., Frossard, E., Junge, R., & Smits, T. H. M. (2022). Microbial diversity across compartments in an aquaponic system and its connection to the nitrogen cycle. Science of The Total Environment, 852, 158426. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.158426

Čeští předškoláci a školáci jedí výrazně méně ryb, než doporučují odborníci na zdravou výživu. Přitom právě v dětství se formují stravovací návyky, které ovlivňují zdraví po celý život. Nedostatek ryb v jídelníčku znamená nízký příjem omega-3 mastných kyselin, důležitých pro správný vývoj mozku, srdce i celkovou vitalitu.

Tým vědců z Fakulty rybářství a ochrany vod Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích se proto zaměřil na vývoj speciálních rybích výrobků pro děti. Ve spolupráci s firmou Tilapia s.r.o. vznikla pod značkou Happy Fish Delicates řada produktů, jako jsou např. párky, kuličky či hamburgery, které jsou chuťově atraktivní, zdravé a cenově dostupné. Při jejich vývoji vědci testovali přímo v mateřských školách, jaký tvar, barva nebo koření děti nejvíce osloví. Výsledkem jsou výrobky, které děti rády jedí, mají nižší obsah soli než běžné uzeniny, vysoký obsah kvalitních bílkovin, a hlavně významné množství prospěšných omega-3 mastných kyselin.

Významnou součástí projektu je také udržitelnost – produkty využívají i části ryb, které by se při běžném zpracování neprodaly jako filé. Tím se snižují náklady, zvyšuje se efektivita zpracování a šetří se suroviny.

Díky propojení vědy, škol a komerčního sektoru mají výsledky projektu už nyní konkrétní dopad: výrobky Happy Fish Delicates se dnes úspěšně dodávají do více než 200 škol a školek po celé České republice. Tento přístup nejen podporuje zdravější stravovací návyky dětí, ale také přispívá k udržitelnému využívání potravinových zdrojů.

Podrobné informace lze nalézt v původním článku: Jia, H., Fuka, Z., Hora, J., Marešová, M., Adámková, V., Roy, K., Mráz, J., 2025. Improving future fish consumption: A case study on developing fish products for preschool children. Aquaculture Reports 10: 102647. https://doi.org/10.1016/j.aqrep.2025.102647

Autor: doc. Jan Mráz