Algologie - Mikrobiologie

Algologická a mikrobiologická skupina ve spolupráci s celou řadou pracovišť (Botanický ústav AV ČR, Ústav půdní biologie AV ČR, Mikrobiologický ústav AV ČR, Katedra ekologie ekosystémů a Katedra experimentální biologie rostlin JU, Katedra ekologie a Katedra botaniky UK, atd.) pokrývá široké spektrum výzkumu, který je zaměřen na tyto hlavní problematiky:

Algologie:

  • Molekulární diverzita, ekologie a biogeografie sinic a řas polárních oblastí
  • Funkční vlastnosti sinic a řas polárních oblastí
  • Úloha sinic a řas v jednotlivých biotopech a vztahy mezi jednotlivými složkami ekosystémů
  • Biotechnologické využití sinic a řas polárních oblastí

Mikrobiologie:

  • Ekologie půd a půdní mikrobiologie
  • Produkce skleníkových plynů různě vyvinutých polárních půd
  • Vývoj půd a vztahy mezi jednotlivými složkami půdního ekosystému

Výzkum algologické skupiny začíná popisem druhové diverzity sinic a řas studované oblasti a vybraných ukazatelů prostředí, ve kterém konkrétní společenstva žijí. Sinice a řasy jsou studovány ve všech typech terestrických biotopů, jako jsou mělké tekoucí a stagnantní mokřady, půdní krusty, ornitogenní půdy, podmáčená tundra, smáčené stěny, kryoseston sněžných polí, kryokonity na povrchu ledovců, lichenizované substráty, biotopy ovlivněné antropogenní činností či brakické pobřežní mokřady. Ekologická pozorovaní jsou zaměřená na posouzení důležitých vlastností prostředí a jejich stability v čase v dříve jmenovaných biotopech.  Zahrnují jednorázová nebo kontinuální měření základních faktorů prostředí (fyzikálně-chemické parametry půdy a vody, denní průběhy teplot, záření, průhlednosti, pH, koncentrace kyslíku, konduktivita, atd.). Vybrané parametry (teplota, dostupnost vody) jsou sledovány v dlouhých časových řadách. Zároveň se hodnotí druhové složení sinic a řas a měří se jejich primární produkce.

Na základě tohoto popisu jsou vybrány vhodné populace sinic a řas k detailnímu ekologickému a ekofyziologickému studiu. Pro taxonomické určení jednotlivých druhů je využíván polyfázický přístup, kdy se kombinuje klasická mikroskopická pozorování s data získanými ze sekvencí DNA. Kmeny sinic a řas jsou uchovávány v pracovní sbírce a postupně jsou předávány do Sbírky autotrofních mikroorganismů (CCALA) Botanického ústavu AV ČR v Třeboni. Ekofyziologické vlastnosti polárních sinic a řas jsou zjišťovány pomocí terénních měření i laboratorních experimentů. Terénní experimenty na Svalbardu jsou zaměřeny na sledování fotosyntetické aktivity a fixace dusíku (nitrogenázové aktivity) kolonií sinice Nostoc sp. v experimentu s OTC i v dalších definovaných manipulačních experimentech, např. hodnocení účinků vysychání, na studium tvorby dormantních stádií sinic a řas a na studium fotochemických procesů v různých typech biotopů. Laboratorní experimenty se zaměřují na určení ekofyziologických požadavků jednotlivých druhů a detailní studium jejich reakcí na různé ekologické faktory.

V důsledku zvyšování teplot v Arktidě dochází k rozvoji využívání přírodních zdrojů v polárních oblastech a rozvoji lidských sídel. Pro snížení důsledků lidské činnosti na polární ekosystémy (např. eutrofizace vod) a zvýšení efektivity využívání místních zdrojů (př. chov ryb)  bude třeba vyvinout řadu nových technologií, z nichž některé budou založeny na využívání původních mikroorganismů.  Algologická skupina již provedla první testy pro výběr biotechnologicky zajímavých kmenů a otestovala možnost kultivace v nízkých teplotách.

Půdní mikrobiologové přinášejí vlastní metodické postupy ke studiu půdy. Jednak jsou sbírány půdní vzorky na chemické a mikrobiologické analýzy v souvislosti s různorodostí mikroklimatických parametrů, doby odlednění, nadmořské výšky, typu substrátu, stupně narušení vodní a větrnou erozí, stupně pokrytí vegetací cévnatých rostlin a mechorostů, stupně antropogenního ovlivnění, atd., jednak se současně zjišťuje mikrobiální diverzita a měří se  výměna skleníkových plynů mezi různě vyvinutými půdami, včetně plně zapojené tundry pod hnízdišti mořských ptáků až po nově vznikající půdy po odlednění.  Na základě následných analýz se posuzuje vývoj půd v závislosti na konkrétních ekologických parametrech. 

Obě skupiny spolupracují při výzkumu vlivu globálních změn klimatu na polární biotopy. Od roku 2009 probíhají na několika lokalitách experimenty s otevřenými skleníčky (Open Top Chambers, OTC), kde se sleduje vliv mírného oteplení a změny vlhkosti půdy na společenstva sinic a řas a na rychlost dekompozice vybraných biotopů (podmáčená kopečková tundra a společenstvo půdních krust).