Prečo sa život uchytí aj v neznámom prostredí a čo sú biologické invázie?

15. sep. 2017 • Biologické vedy

Prečo sa život uchytí aj v neznámom prostredí a čo sú biologické invázie?

„Život predstavuje osobité usporiadanie hmoty, ktorá sa svojimi vlastnosťami v značnej miere líši od hmoty neživej. Rozdiel pritom medzi nimi spočíva v tom, že živé organizmy majú schopnosť aktívnej premenlivosti a prispôsobivosti podmienkam prostredia, a zároveň sú schopné zabezpečiť si dlhodobú existenciu aj v meniacom sa prostredí," uviedol prof. RNDr. Vladimír Kováč, CSc., z Prírodovedeckej fakulty Univerzity Komenského v Bratislave, v úvode svojej prednášky, s ktorou vystúpil v 15. ročníku Detskej Univerzity Komenského.

Poslucháčom DUK objasnil pojem ekologické faktory, ktoré spoločne vytvárajú prostredie pre život jednotlivých organizmov. Na základe vplyvu času na tieto faktory môže ísť buď o náhodné zmeny, ktorým sa organizmy prispôsobujú len veľmi ťažko, alebo o cyklické zmeny, ktoré sa na našej planéte odohrávajú s určitou pravidelnosťou už okolo 4 miliárd rokov a vďaka ktorým vznikajú tzv. adaptácie, t. j. prispôsobenia sa jednotlivých organizmov uvedeným podmienkam.

Z prezentácie prof. V. Kováča na DUK Bratislava

Adaptácie môžu mať podobu morfologickú, fyziologickú alebo etologickú, pričom jednotlivé formy adaptácie deťom prof. Kováč podrobnejšie objasnil na príkladoch pohybu rýb. Malí poslucháči sa mohli dozvedieť aj to, ako vzniká živý organizmus, aký je rozdiel medzi genotypom a fenotypom, či v čom spočíva podstata a význam procesu ontogenézy.

Ako sa vytvorí osobitá konfigurácia usporiadania hmoty? Odpoveď treba hľadať v jednom z najúžasnejších procesov na Zemi – v ontogenéze, čiže v procese  individuálneho vývinu mnohobunkových organizmov. Na vybudovanie dospelého jedinca každého mnohobunkového organizmu sú nevyhnutné dva základné zdroje informácií: genetický a epigenetický. Genetický zdroj pochádza z genotypu, ktorý poskytuje vyvíjajúcemu sa organizmu programovú informáciu, kým epigenetický zdroj sa vytvára vo fenotype („telo“ organizmu), ktorý dodáva vyvíjajúcemu sa jedincovi vývinovú informáciu. Oba tieto zdroje informácií sú zároveň aj zdrojmi premenlivosti a prispôsobivosti všetkých živých organizmov. 

Adaptácie spojené s pohybom

Až donedávna sa vedci domnievali, že tieto dva zdroje informácií nie sú pre život rovnako dôležité. Primárna úloha sa prisudzovala génom, zatiaľ čo úloha prostredia (nielen vonkajšie, ale aj vnútrobunkové) sa často považovala za druhoradú. Inými slovami predpokladalo sa, že prostredie iba aktivuje gény, aby vytvorili fenotyp z toho, čo je už uložené v genotype. 

Dnes už vieme, že vývinové procesy sú oveľa zložitejšie a že gény samé o sebe neobsahujú dostatok informácií na vybudovanie fenotypu mnohobunkového organizmu. Úspešné sformovanie organizmu si totiž vyžaduje interakcie medzi génmi a prostredím. Zatiaľ čo gény predstavujú pamäť, v ktorej sú uložené záznamy o ontogenéze a živote predkov, ale aj údaje o podmienkach prostredia z minulosti, fenotyp organizmu sa tvorí interakciou tejto pamäte s podmienkami prostredia v súčasnosti. Dalo by sa teda povedať, že ontogenéza je interakciou minulosti a súčasnosti, cieľom ktorej je úspešná budúcnosť.

Genotyp - ontogenéza - fenotyp

Genóm biologického druhu, resp. genotyp jedinca, obsahuje pomerne podrobný návod, aký druh organizmu (a v základných rysoch aj aké vlastnosti jedinca) sa má počas ontogenézy vybudovať, zatiaľ čo epigenetická vývinová informácia dolaďuje jeho vlastnosti tak, aby čo najlepšie zapadli do prostredia, v ktorom sa vyvíja a v ktorom bude žiť. Preto keď sa dva geneticky identické jedince vyvíjajú v rozdielnych prostrediach, vytvoria sa z nich napokon dva rozdielne fenotypy.

Biologické invázie

Vďaka týmto vlastnostiam vznikajú osobité konfigurácie usporiadania hmoty, ktoré sa vyznačujú aktívnou premenlivosťou a prispôsobivosťou, čo im umožňuje dlhodobú existenciu v meniacich sa podmienkach prostredia. A vďaka tomu sa život často uchytí aj v neznámom prostredí. Azda najlepším príkladom, kedy a ako sa to odohráva, sú biologické invázie. Výskum biologických invázií patrí v súčasnosti medzi najaktuálnejšie témy ekológie na celom svete a venuje sa im veľká pozornosť, pretože patria medzi globálne environmentálne problémy. 

Dosah biologických invázií sa negatívne prejavuje nielen na úrovni populácií, ale aj v biocenózach či celých ekosystémoch. To však nie je všetko. Biologické invázie môžu mať aj priame či nepriame škodlivé dosahy na človeka, napríklad v podobe vážnych ekonomických strát, a čo je najhoršie, môžu ohrozovať ľudské zdravie. Invázne organizmy spôsobujú napríklad alergie, sú medzi nimi nebezpečné parazity i prenášače nebezpečných patogénov.

Adaptácie

Ako sa z nejakého organizmu stane invázny druh?

Podobne ako pri všetkých environmentálnych problémoch, aj pri biologických inváziách je príčinou človek. Z organizmu sa stane invázny druh iba vtedy, ak bol do oblasti, kde sa predtým prirodzene nevyskytoval, zavlečený ľudskou činnosťou. To je prvá a základná podmienka na spustenie biologickej invázie. Ak taký organizmus následne dokáže aj bez pomoci človeka vytvoriť v novom prostredí životaschopnú populáciu, začne prudko zvyšovať svoju početnosť a zväčšovať svoj areál rozšírenia, stáva sa z neho invázny druh.

prof. RNDr. Vladimír Kováč, CSc.

prof. RNDr. Vladimír Kováč, CSc.

Na Slovensku patria medzi najznámejšie invázne organizmy viaceré druhy rastlín, napríklad boľševník obrovský, pajaseň žliazkatý, pohánkovec japonský, ambrózia palinolistá, netýkavka žliazkatá, zlatobyľ kanadská či lupina mnoholistá. Spomedzi živočíchov sa najčastejšie stretávame s lienkou ázijskou, klieštikom včelím, slizovcom iberským, ploskáčikom pagaštanovým a vijačkou krušpánovou. Vo vodách máme viacero inváznych mäkkýšov a kôrovcov, ale aj rýb, napríklad hrúzovca sieťovaného, býčka čiernoústeho alebo slnečnicu pestrú.

Malí študenti DUK v Bratislave na prednáške prof. V. Kováča

Malí študenti Detskej Univerzity Komenského v Bratislave

Príklady úspešných invázií, ktoré začali s malou a geneticky uniformnou zakladateľskou populáciou nám ukazujú, že invázny úspech nemožno spájať výhradne s vysokou genetickou diverzitou. A tak prichádzajú na rad epigenetické vysvetlenia, základom ktorých sú interakcie organizmu s okolitým prostredím.

Prečo sa teda život uchytí aj v neznámom prostredí? Pretože na rozdiel od neživých predmetov dokáže vďaka svojim genetickým a epigenetickým danostiam pružne meniť svoje vlastnosti a prispôsobovať sa tak aj neprestajne sa meniacim a často nepredvídateľným podmienkam prostredia.

prof. RNDr. Vladimír Kováč, CSc.Prof. RNDr. Vladimír Kováč, CSc., sa v oblasti základného výskumu venuje najmä biologickým inváziám, ontogenéze, ekomorfológii, ekológii a fenotypovej plasticite rýb. Medzi jeho najdôležitejšie výsledky patrí sformulovanie niekoľkých biologických teórií so širším uplatnením, napr. teória o synchrónii a heterochrónii v ontogenéze a teória o alternatívnych ontogenézach a inváznom potenciály. Prvá z nich priniesla nový pohľad na vývinové procesy mnohobunkových organizmov (na príklade rýb), druhá vysvetľuje, prečo môžu byť niektoré organizmy také úspešné pri biologických inváziách.

Doteraz publikoval viac ako 70 pôvodných vedeckých prác v zahraničných karentovaných časopisoch a monografiách vydaných v zahraničných vydavateľstvách, ktoré zaznamenali spolu viac ako 1050 citácií registrovaných vo WOS, resp. viac ako 1600 citácií registrovaných v Google Scholar. Agentúra ARRA identifikovala v roku 2012 vedecký tím pod vedením V. Kováča ako špičkový tím Univerzity Komenského, ktorý patrí vo svojom vednom odbore (Ecology; Plant and Animal Sciences) do najlepšieho 1 % na svete. Akreditačná komisia vlády SR identifikovala v roku 2015 vedecký tím V. Kováča „Invázna biológia a ekomorfológia rýb“ ako jeden zo špičkových vedeckých tímov vysokých škôl na Slovensku. Jeho záujmy sú: fotografovanie a filmovanie pod vodou, vodné športy, cestovanie, literatúra, hudba, film.

 

Spracovala a uverejnila: Marta Bartošovičová, NCP VaT pri CVTI SR

Zdroj: Prednáška a prezentácia prof. RNDr. Vladimíra Kováča, CSc., z Prírodovedeckej fakulty UK v Bratislave

Foto: Vladimír Kováč a Detská Univerzita Komenského v Bratislave

Hore
Prechod VK na VND - jeseň
kúpa časopisov jún 2016
Extrapolácie 2017
TVT 2017
QUARK
téma mesiaca
TVT 2017/Utorok s geológiou
Aurelium - centrum vedy
Veda v Centre
TAG Mládež
TAG QUARK
TAG Ženy vo vede
TAG Spektrum vedy
TAG Slovenská veda
TAG História
TAG Rozhovor
TAG Publikácia
TAG Zaujímavosti vo vede
TAG Centrum vedy
banner záhrady
Zaujímavosti vo vede
Činnosť srdca sa spúšťa a reguluje spontánnou tvorbou elektrických impulzov.
Zistite viac