Sinice a rasy Mystery Cache

Sinice (vodní květ) na hladině rybníka v Proboštově v srpnu 2017.

9. 4. 18 změněny úlohy a přemístěna finálka

Úvod

Obvykle se začíná od Adama, ale tady se musíme vrátit o hodně dál: o 13,8 miliard let zpátky. Tehdy podle nejnovějších poznatků vznikl náš Vesmír. Během několika minut po Velkém třesku vznikly všechny jaderné částice i první jádra atomů vodíku, izotopů helia a něco jader lithia. Vesmír se od počátku rozpínal a stále rozpíná, hvězdy se tvořily a zanikaly, často s výbuchem. A právě výbuchy největších hvězd, nazývané supernovy, rozptýlily do svého okolí téměř všechny známé chemické prvky, později nezbytné pro vznik života. Něco přidaly i neutronové hvězdy při vzájemných srážkách. Z nahromaděné mezihvězdné hmoty pak vznikl zárodek našeho Slunce a planet sluneční soustavy včetně Země. Před 4,6 mld let se na Slunci zažehla termojaderná reakce a Slunce se rozzářilo. Potom ještě do Země narazila planeta velikosti Marsu a vyrazila z ní do prostoru dost velkou část její hmoty, ze které vznikl Měsíc.

Země byla dlouho pustá a nehostinná, bombardovaná meteority a bez života. Na vznik života existuje řada teorií: stvoření živých organismů božským působením, nebo samovolným vznikem bílkovin, RNA a DNA v oceánu metodou pokusů a omylů přírody (Oparinova teorie), případně zavlečení zárodků živých organismů odjinud z vesmíru – třeba kometami (panspermie). Ať tomu bylo jak chtělo, tak se na Zemi život objevil a jeho první projevy nalézáme ve vrstvách starých více než 3,5 mld let. Zatím se zdá, že prvními organismy na Zemi byly bakterie, archea  (objevená až v roce 1977) a sinice. A byly to sinice, které díky chlorofylu jako první začaly před více než 2 mld roků vytvářet za využití sluneční energie kyslík z kysličníku uhličitého a vylučovat ho do oceánu a do atmosféry. Tím sice zahubily mnoho druhů nesnášejících větší koncentraci kyslíku, ale zato umožnily vznik a vývoj vyšších organismů včetně člověka. Takže sinice nejsou jen škodlivé, jak nás rády informují a straší sdělovací prostředky, ale jsou pro život nezbytné. Sice nám leckdy znemožňují koupání, ale musíme si uvědomit, že jsou na světě skoro 20 000krát déle než lidé a že jim lidstvo a jeho problémy včetně globálního oteplování mohou být ukradené. Přežily (a ještě přežijí) totiž daleko horší věci...

Sinice – Cyanophyta

Sinice (na obrázku vlevo je Anabena flos-aquae, česky růžencovka) jsou velice jednoduché prokaryotické organismy obsahující chlorofyl typu a  a další barviva (tzv. fykobiliny – modrý a červený). Bývají zelené, namodralé, červené (v Rudém moři a občas v severských a alpských jezerech), šedé, hnědé i černé. Mohou měnit svoji barvu podle barvy okolního prostředí, aby co nejlépe využily dopadající světlo. Genetickou informaci nese jediná kruhová molekula DNA. Jejich cytoplazma obsahuje ploché váčky (thylakoidy), na kterých jsou umístěny fotosyntetické pigmenty. Buňka obsahuje zásobní látky, v tomto případě sinicový škrob. Některé druhy sinic mohou tvořit specifické typy buněk, např. heterocyty  na fixování vzdušného dusíku a akinety  pro přežívání za nepříznivých podmínek. Mnohé planktonní druhy mají kvůli lepšímu vznášení ve vodním prostředí v buňkách aerotopy  (plynové váčky), které je nadnášejí a proto se mohou pohybovat u vodní hladiny nebo přímo na ní. Stěny buněk jsou často obaleny slizem, kterým se snadno přichytí ke kamenům, rostlinám, řasám atd. Nemají bičíky a rozmnožují se výhradně nepohlavně (dělením).  

Jsou to nejstarší fotosyntetizující organismy. Patrně hrály rozhodující úlohu ve vytváření kyslíkaté atmosféry na Zemi. Odhaduje se, že v současné době jsou zodpovědné za 70 % produkce světového kyslíku. Vzhledem ke své jednoduché stavbě mají obrovskou schopnost přežívat nepříznivé podmínky. Proto se vyskytují v téměř všech biotopech na Zemi, včetně extrémních stanovišť (horké prameny, pouště, skály, polární oblasti atd.). Zajímavé je rovněž jejich časté vstupování do symbiotických vztahů s jinými organismy. Často tvoří s houbou lišejníky, žijí symbioticky i ve tkáních vyšších rostlin. Touto cestou ze sinic vznikly v dávné minulosti pravděpodobně chloroplasty vyšších rostlin (tzv. endosymbiózou). Přemnožení některých druhů sinic ve znečištěných vodách (u nás nejvíce z rodů Anabena, Microcystis a Aphanizomenon ) způsobuje tzv. vodní květ, který je v současnosti velmi běžným jevem na většině stojatých vod v ČR (viz úvodní obrázek). Nedávno sinice Trichodesmium erythraeum  způsobily pozdvižení na plážích Kanárských ostrovů, když vodu náhle zabarvily do červena. Mnohé druhy sinic produkují toxiny (zvl. rodu Microcystis ), které působí nejen kožní vyrážky, ale – při požití většího množství kontaminované vody – mohou poškodit vnitřní orgány lidí a zvířat (hlavně játra). Na druhou stranu jsou mnohé druhy jedlé a využívají se jako doplňky zdravé výživy (Spirulina ).

Jejich systematické zařazení není a ani nemůže být jednoznačné a tak se stále mění v závislosti na nových poznatcích. Někteří autoři je totiž považují za bakterie (obojí jsou tzv. prokaryonta, tj. buňky s primitivní stavbou – nemají např. ohraničené jádro ani mitochondrie a další plastidy jako eukaryonta, ale jejich DNA „plave“ volně uvnitř buňky; nemají ani chromatofory jako řasy nebo vyšší rostliny). Jiní badatelé je zase řadí do říše rostlin. Dělí se tč. do těchto čtyř řádů (ale až to budete číst, tak může být zas všechno jinak...):
Chroococcales
- jednobuněční zástupci, kteří žijí buď samostatně nebo se sdružují do kolonií
Oscillatoriales
– jednoduché vláknité sinice
Nostocales
– vláknité sinice s heterocyty, občas s nepravým, ale nikdy s pravým větvením
Stigonematales
– vláknité sinice s heterocyty a s pravým větvením

Řasy – Algae

Řasy jsou jednoduché fotosyntetizující organismy, tradičně řazené mezi nižší rostliny. Ve skutečnosti jsou řasy seskupením nepříbuzných skupin organismů a jen některé z nich jsou blízké rostlinám. Mezi řasami najdeme jednobuněčné i mnohobuněčné formy. Tělo mnohobuněčných řas je tvořeno stélkou. Nejsou schopné přežít v suchém prostředí, žijí proto ve sladké nebo ve slané vodě nebo aspoň ve vlhkém prostředí (vlhké skály, půda, kůra stromů, sníh, led, klobouky hub atd.) Některé řasy vyřešily problém vysychání symbiózou s houbou a tvoří lišejníky (podobně jako některé sinice).

Řasy jsou na rozdíl od sinic už dokonalejšími organismy. Jejich buňka je vyspělejší – obsahuje jádro (nebo více jader) obalené membránou, mitochondrie, chromatofory a další struktury. Mnoho jednobuněčných řas se ve vodě pohybuje pomocí jednoho nebo několika bičíků. Též rozmnožování je na vyšší úrovni, většinou pohlavní. Většina řas je schopná fotosyntézy a je proto autotrofní. Chloroplasty vznikly primární endosymbiózou se sinicí nebo až sekundárně endosymbiózou s jinou řasou. Řasy se vyvinuly pravděpodobně ze zelených bičíkovců, vyšší rostliny pak možná vznikly ze zelených řas – snad z třídy spájivek. Řasy jsou součástí vodních ekosystémů, ruduchy a chaluhy poskytují potravu i úkryt drobným rybkám, mikroskopické řasy jsou součástí fytoplanktonu. Věda, která studuje řasy, se nazývá algologie či fykologie.

Jejich zařazování do biologického systému je ještě komplikovanější než u sinic a neustále se mění. Z roku 1976 např. pochází toto dělení (uvádím jen české názvy, pokud existují):
Oddělení: Chromophyta
   třídy:  zlativky, rozsivky, různobrvky, chaluhy
oddělení: Ruduchy
oddělení: Zelené řasy
   třídy: zelenivky, spájivky, parožnatky
Samostatné třídy bičíkovců: krásnoočka, skrytěnky, obrněnky

Jiní autoři dělí řasy jednoduše na zelené, červené (ruduchy) a hnědé (chaluhy). 

Vodní řasy lze v závislosti na druhu využít jako potravinu (agar, karagen a četné druhy řas ve Východní Asii, hlavně v Japonsku a Číně, např.Chlorella )), palivo či surovinu pro výrobu vodíku, metanu a biopaliva a řady léků. Z rozsivek vznikla ropa.

Sinice a řasy ve vodních nádržích

V nádržích určených pro chov ryb (rybnících) mají sinice a řasy nezastupitelnou úlohu. Jsou zdrojem kyslíku, bez kterého se život v nádrži neobejde. Sinice jsou potravou pro zooplankton (perloočky, buchanky a další drobné živočichy), který zase slouží jako potrava rybám. Když je ryb v rybníku málo, tak se perloočky přemnoží a likvidují sinice vyrábějící kyslík; tím pádem ryby ve vodě nedostatkem kyslíku trpí a někdy vlivem anaerobních (hnilobných) procesů v nádrži i hynou. Pokud je ale ryb v rybníku přebytek, tak likvidují perloočky, ty zas neudrží v rozumných mezích sinice a ty se přemnožují. Vzniká vodní květ. Tento stav je ale v rybnících výhodný a napomáhá se mu hnojením rybníků. Používají se hnojiva anorganická (superfosfát, vápno) i organická (močůvka, kejda, chlévská mrva = hnůj atd.). Ekologům ani zájemcům o koupání se to jistě líbit nebude, ale kaprům se – pokud se to s hnojením nepřežene – v takovém prostředí daří výborně a zdárně přibývají na váze (horší to ovšem je s kvalitou jejich masa). Musíme si uvědomit, že chovný rybník je pro ryby značně nepřirozené prostředí a že záleží na umění rybníkářů, jaké ryby vypěstují, v jakém množství i kvalitě. Zkušenost říká, že pár štik a candátů rybníku prospěje tím, že likvidují menší druhy „plevelných“ ryb, které toho hodně sežerou, ale nikdo si je na Vánoce nekoupí....

Něco jiného jsou ovšem nádrže pro rekreaci. Nemyslím umělá koupaliště (tam to spraví chemické prostředky, dříve se s úspěchem používala modrá skalice), ale přehradní nádrže a rybníky nesloužící pro intenzivní chov ryb. Tam je zásadní problém v obsahu dusíkatých sloučenin a hlavně sloučenin fosforu v přitékající vodě. Mezi největší znečišťovatele povrchových vod v současné době patří odpadní vody z vesnic a měst, hnojení rybníků a erozní splachy z orné půdy.Samotné dusíkaté sloučeniny by ještě moc nevadily, ale velký problém dělá vysoký poměr fosforu k dusíku. Zdrojem fosforu jsou vedle umělých hnojiv také fosfáty z prášků a tablet pro pračky a myčky nádobí. Pokusy prokázaly, že i ta nejnákladnější a nejpracnější opatření jsou bez zásadního omezení přísunu fosforečnanů jen málo účinná. Takže kupujte mycí a prací prostředky na obalech označené „Phosphate-free“, „bez fosfátů“ apod., ať taky něco děláte pro životní prostředí.

Posuzování kvality vody v nádržích pro rekreaci

Toto vyšetření provádějí laboratoře hygienických stanic v letních měsících v pravidelných intervalech. Výsledky publikují na internetu, v denním tisku i na tabulkách přímo u vody. Obvykle se zveřejňuje průhlednost vody v metrech (spíš ale v desetinách metru) a obsah chlorofylu a. Intenzita znečištění se udává v pětistupňové škále. Hygienici samozřejmě sledují i řadu dalších ukazatelů nezávadnosti vody. 

Alespoň orientačně se můžeme o obsahu sinic a řas ve vodě přesvědčit sami. K měření průhlednosti si snadno vyrobíme Secchiho desku. Ponořujeme ji na provázku tak hluboko, až nerozeznáme černá a bílá pole. Takto můžeme průhlednost vody kvantifikovat v metrech nebo decimetrech a používat pro srovnávání. 

Na obrázku je postup měření na Proboštovském rybníku 14. 8. 2017. V 60 cm už desku nevidíme.

Poznámka: Secchiho desku je sice možno koupit v jistém obchodě za 2747 Kč s DPH, ale můžeme si ji také zhotovit sami z materiálu za pár korun podle návodu na internetu. Původně to byl kotouč o průměru 30 cm, ale ve sladké vodě se nyní může používat i průměr (nebo strana čtverce) 20 cm. Na šňůře jsem uvázal uzly vzdálené od sebe 10 cm, z nichž některé jsem stylově označil barevnými značkami tak, jak to bývalo zvykem na lodích v 17. až 19. století. Ve 3 dm jsou tři kožené pásky, v 5 a 15 dm je bílá mašlička, v 7 a 17 červená, ve 13 modrá, v 1 metru je kožený kroužek, ve 2 m provázek s dvěma uzlíky atd. Takto byly označovány sáhy na šňůrách olovnic pro měření hloubky moře pod lodí. Na mé šňůře to jsou decimetry.

Také můžeme lehce zjistit, zda je voda zelená od sinic nebo řas. Naplníme láhev vodou z rybníka nebo přehrady (co nejvíc z hladiny) a necháme ji pár hodin v klidu. Sinice se díky plynovým vakuolám soustředí u hladiny, zatímco řasy zůstanou difuzně v celém objemu láhve. 

Na dalším obrázku je vlevo voda z Malého rybníka na Zámecké zahradě v Teplicích, vpravo z Proboštovského rybníka (15. 8.) po pár hodinách po odebrání.

Do galerie jsem přidal i obrázky mnou odebraných vzorků vody z rybníků Medlov a Sykovec na Žďársku ve dnech eventu Medlov 2017 (23. 8.) Na tabuli u Medlova hygienici udávali asi 10 dní před eventem pouze 2. stupeň znečištění, ale skutečnost vidíte sami; navíc u hráze byla viditelnost sotva 60 cm a vodní květ byl zřetelně na hladině vidět...

Jak najít keš (změna od 9. 4. 2018!)

Připravil jsem pro vás početní úlohu, ale na rozdíl od mých ostatních keší bude až neobvykle lehká. To proto, že měla být (jako mnoho jiných) poslední . 

Píše se rok 1750 a plujeme na velké plachetnici po oceánu. Je ve službě už dlouho a za tu dobu její trup značně obrostl chaluhami, vilejši a další mořskou havětí. Proto už nedosáhne takové rychlosti, jako když byla nová. Na zádi naší lodi se právě dva noví plavčíci pod vedením zkušeného námořníka učí měřit rychlost lodi. K tomu jim slouží dřevěná deska zatížená olovem (tzv. log) uvázaná na šňůře a házená z lodi do moře. Když se šňůra napne, tak se deska ve vodě vzpříčí (zasekne), zůstane stát na místě a šňůra se začne odvíjet z bubnu. Jeden plavčík ten buben drží jak váleček na nudle, druhý má přesýpací hodiny udávající přesně půl minuty. Šňůra je dlouhá asi 180 metrů a jsou na ní uvázány uzly vzdálené od sebe vždy osm sáhů (sáh (fathom) = 2 yardy, 1 yard je přesně 0,9144 metru a námořní míle je přesně 1852 m). První plavčík hází log do vody a nechává šňůru logu se volně odvíjet. V okamžiku, když se z bubnu odvinula počáteční značka (červená mašle), druhý plavčík obrátil přesýpací hodiny a první plavčík začal hlasitě odpočítávat uzly na odvíjející se šňůře. (Poznámka: První uzel je samozřejmě 8 sáhů za počáteční značkou). Uzly na šňůře jsou opatřeny smluvenými značkami, aby se předešlo omylům. Když se písek v hodinách přesypal, druhý plavčík zvolal „STOP!“ a tím bylo měření ukončeno. Plavčíci zjistili, že přesně na konci půlminutového intervalu se odvinul 7. uzel, takže zapsali rychlost lodi 7 uzlů (knots). Byla to aktuální rychlost lodi vůči okolní vodě (tzn. ne vůči dnu!)
Poznámka: Rychlost lodí (často i letadel) se i v současnosti udává v uzlech, tj. v námořních mílích za hodinu (nikoliv v uzlech za hodinu!!!). 

Úloha: Přepočtěte rychlost lodi, kterou plavčíci touto metodou právě změřili, na kilometry za hodinu. Výsledek zaokrouhlete na dvě desetinná místa. Pořadí číslic v čísle obraťte (např. z 14,52 km/h vznikne 25,41) a  z tohoto čísla vypočtěte druhou odmocninu.  Tím dostanete číslo ABCDEFGH. Desetinné čárky si nevšímejte a číslici H nezaokrouhlujte. Pak už jen dosaďte:

N 50° (38.652 + 0.HFC)´      E 13° (55.168 + 0.GED)´

 Ještě kontrola...

...a můžete si jít vyzvednout keš.

 *  *  *

Poznámky

• Úloha je poněkud idealizovaná. Neuvažujte skluz desky (že nestojí přesně na místě), pružnost šňůry, výšku paluby nad hladinou, tehdejší hodnoty délkových jednotek míle a yardu atd. Ale i tak to byl na svou dobu docela přesný tachometr.

• Jak jsem již uvedl, tak je v biologickém názvosloví velký zmatek. Téměř platí, že co biolog, to jiný názor. Proto při zkoušení říkejte radši to, co chce zkoušející slyšet. Co zde píšu, totiž už za chvíli platit nemusí.

• 9. 4. 2018 jsem zjednodušil výpočty. Budete teď počítat jen rychlost lodi. Měřit rychlost lodi touto historickou metodou na 2 desetinná místa je nesmysl, ale dal jsem to tam kvůli ztížení BF.

• Literatura:
  Fott, B: Sinice a řasy. ACADEMIA, Naklad. ČSAV, Praha 1967
  Svrček, M. a kol.: Klíč k určování bezcévních rostlin. SPN, Praha 1976.
  Černohorský, B.: Základy soustavné botaniky I. SPN, Praha 1964.
  Pleiner, R.: Minilexikon k dějinám lodí a námořní plavby. Naše vojsko, Praha 1994.
  Obrázek sinice r. Anabena : Environmental Protection Agency, volné dílo (převzat z wikipedie)
  Internet: hesla sinice, řasy, Vesmír, vznik života na Zemi, rybníky atd.

Konec

GC7C13K – verze 1.5 z 9. 4. 2018

(CC BY-SA 3.0 CZ) ladislavappl, 2017