Dnes sme všetci svedkami globálnej zmeny klímy, ktorá prináša nové výzvy nielen pre samo ľudstvo, ale aj pre všetko živé, vrátane rastlín. Dokážu sa s ňou vyrovnať pôvodné druhy? Ako ľahko si nájdu nový domov? Môžu počítať aj s pomocou svojho či pôdneho mikrobiómu?

Rastliny sú súčasťou veľmi odlišných biotopov, kde sa postupne udomácnili a naučili sa znášať miestne pôdne a najmä klimatické podmienky. Typickými svetobežníkmi sú napríklad rastliny z čeľade Fabaceae, ktorá má tretie najpočetnejšie druhové zastúpenie na Zemi (približne 19 500 druhov). Pritom často príbuzné druhy rastú v úplne odlišných podmienkach - od dažďových pralesov, cez arktickú tundru, alpínske lúky až po púšť Gobi. Adaptácia rastlín je ohromujúca a dnes už vieme, že sa na nej vo výraznej miere podieľa nielen mikrobióm pôdy, ale aj mikrobiálne osídlenie samotných rastlín. Najohrozenejšie sú však endemické druhy (a ich mikrobióm), keďže sa prispôsobili veľmi špecifickým podmienkam, ktoré sa však dnes dosť razantne menia. Ľudská aktivita spôsobujúca opakované narúšanie prírodného prostredia spolu s globálnymi zmenami klímy vytvárajú tzv. environmentálny stres. Tento kontinuálny stres ovplyvňuje zloženie mikrobiómu, interakcie medzi mikróbmi, ako aj zmeny vzťahov medzi mikrobiómom a hostiteľom (to platí nielen pre rastliny, ale aj pre všetky živočíchy vrátane človeka). Ak chceme pochopiť zmeny, ku ktorým dochádza vplyvom globálneho otepľovania, musíme sa zamerať na spoznanie vzťahu, funkcie a dôležitosti mikrobiómu rastlín žijúcich v pôvodných podmienkach. Je zrejmé, že najviac nám pomôže pochopenie týchto vzťahov napríklad v spoločenstvách rastúcich v dlhodobo nemennom, podobnom prostredí (napr. rašeliniská) alebo v extrémne zložitých prírodných podmienkach (zaľudnené územia, vysokohorské spoločenstvá či púšte) či v prostredí, kde dochádza k (ne)pravidelným drastickým zmenám životných podmienok (lokálne požiare, suchá, záplavy).

Vegetácia v plameňoch

Oheň je prirodzeným narušením rovnováhy rastlinných spoločenstiev a historicky je kľúčovým motorom evolúcie rastlín, biodiverzity a štruktúry vegetácie na celom svete. Plamene pohltia ročne približne 3 % plochy vegetácie, pričom na mnohých lokalitách ide o normálny proces, na ktorý sú rastliny prispôsobené a dokonca ich regenerácia je od neho závislá. Predpokladá sa však, že táto plocha bude každoročne narastať z dôvodu klimatickej zmeny, o čom svedčí už dnes dvojnásobná plocha zhorenej vegetácie v najnáchylnejších oblastiach USA. Odhaduje sa, že s každým 1 °C zvýšenej priemernej teploty dôjde k 2- až 4-násobnému nárastu plochy ohňom zničenej vegetácie. Aj preto vedci veľmi intenzívne skúmajú, ako tento živel ovplyvní rastlinné spoločenstvá - ich obnovu, druhové zloženie a budúcnosť, keďže následky dokázateľne pretrvávajú viac ako štvrťstoročie. Je neuveriteľné, že už pred desiatimi rokmi začali vedci skúmať, do akej miery bude životaschopnosť rastlín po požiari závislá od interakcií s pôdnymi mikroorganizmami, ktoré sú samy ovplyvnené ohňom....

Antarktickí pomocníci

Dnes sa už vie, že globálne otepľovanie má výrazný vplyv na výskyt, početnosť a aktivitu pôdnych mikroorganizmov dokonca aj v antarktickom prostredí, čo ukázala štúdia zverejnená už pred desiatimi rokmi. V tomto nehostinnom prostredí je rast a vývoj rastlín podmienený špecifickým bakteriálnym osídlením rizosféry. Baktérie z okolia koreňov rastlín rastúcich v týchto podmienkach sú nenahraditeľné pre ich prežívanie, nie sú však nijako špecializované na konkrétny druh rastliny - sú rovnako nápomocné celej vegetácii. Americkí a čilskí vedci pred dvoma rokmi zistili, že prítomné baktérie sa podieľajú predovšetkým na zlepšení dostupnosti dusíka, heterotrofnej výžive (príjem uhlíka rozkladom organických molekúl v pôde), fermentačných procesoch a zvládaní stresu. Je zjavné, že potenciál týchto baktérií je mimoriadne veľký, preto ich vedci izolovali. Zistili, že pôdne baktérie z Antarktídy dokázali zlepšiť rast a vývin rastlín rastúcich aj v iných nehostinných podmienkach, napr. v zasolených pôdach. Otázkou je, či tieto špecifické mikrobiálne spoločenstvá dokážu reagovať na zmenu klímy, ku ktorej dnes dochádza.

Floridské piesky

Tento ohrozený subtropický lesný ekoregión sa nachádza na pobrežných a vnútrozemských pieskových hrebeňoch a vyznačuje sa vždyzeleným xeromorfným rastlinným spoločenstvom, ktorému dominujú kríky, borovice a zakrpatené duby. Rastlinstvo tu čelí opakovaným stresom z dôvodu nedostatku živín a vody. Vedci z univerzity v Miami vlani prvýkrát analyzovali, ako sa pôdne mikrobiálne spoločenstvo (baktérie a huby) mení v závislosti od opakovaného stresu. Zistili, že následkom stresu dochádza k poklesu diverzity (početnosti druhov) pôdnych baktérií i húb. Ukázali, že zvyšovanie stresu sa prejavilo poklesom patogénnych druhov a ich funkčnosti. Zároveň sa posilňovali mikróby rastúce aj v nutrične obmedzených prostrediach (oligotrofné) a navzájom spolupracujúce (mutualistické) mikroorganizmy. Aj keď to na prvý pohľad vyzerá ako posun k lepšiemu, mikrobióm pôdy a rizosféry sa v podstate výrazne ochudobňuje, zároveň sa stáva nestabilným. V prípade nových stresov sa znižuje jeho schopnosť adekvátne reagovať. Tým sa postupne znižuje aj šanca na prežitie celého rastlinného spoločenstva. Toto je jasný príklad toho, že príroda nezvládne všetko donekonečna a bez závažných strán. My nedbáme a testujeme jej limity.

Európske rašeliniská

Močiarne spoločenstvá sú jednou z najstarších rastlinných foriem na Zemi, kde samotné rašeliniská pokrývajú takmer 3 % povrchu (4 miliardy m2). V tomto bežne rozšírenom ekosystéme zvyčajne dominujú rôzne druhy rašelinníka vďaka ich jedinečnému biochemickému a morfologickému prispôsobeniu sa kyslému, vodou saturovanému a na živiny chudobnému prostrediu. Samotný rašelinník (Sphagnum) si toto prostredie upravuje sám aj jeho okysľovaním. Rašelinník vytvára svojím rastom a metabolickou aktivitou nepriaznivé podmienky pre väčšinu cievnatých rastlín a v rámci tohto ekosystému prežívajú len vybrané druhy tráv a zakrpatených krov. Keďže rašelinník nemá korene, jeho životné funkcie zabezpečujú jeho listy a ich mikrobióm (bryosféra). Okrem fotosyntézy musia zabezpečiť napríklad aj príjem živín a ochranu pred patogénmi. Ich listy majú okrem fotosynteticky aktívnych buniek (chlorocysty) aj mŕtve, vodou naplnené bunky (hyalocyty), ktoré sú pre mikróby "oázou" v okolitej kyslej vode rašeliniska. Rašelinník si aktívne selektuje a buduje nielen svoj ekosystém, ale aj svoj mikro bióm. Do okolitého prostredia uvoľňuje rôzne polyfenolové látky, flavonoidy a taníny. Mnohé z týchto metabolitov majú antimikrobiálne účinky, redukujú rast baktérií a ich základné životné procesy. Zároveň produkuje aj antimykotiká, čím obmedzuje rast ektomykoríznych húb, ktoré by mohli napomáhať stromom či kríkom.

Rašelinník je napriek tomu osídlený špecifickým mikrobiómom, ktorý zabezpečuje nevyhnutné živiny i ochranu voči patogénom. Jeho zloženie formujú rastlinou uvoľňované látky, čo ukázala vlani zverejnená štúdia skúmajúca rašeliniská od severného Francúzska až po Švédsko. Napriek tomu je základné jadro mikrobiómu rašelinníka rovnaké v močiaroch Nemecka i Nórska, čo vlastne ani neprekvapuje, keďže tento ekosystém je veľmi starý a tisíce rokov takmer nemenný. Vedci zistili, že ostatné baktérie mikrobiómu zabezpečujú "iba" prispôsobenie sa miestnym pôdnym, nutričným a klimatickým podmienkam. Najbližšie roky ukážu, či tento dlhodobo budovaný stabilný ekosystém dokáže vzdorovať aj globálnemu otepľovaniu a akú úlohu pri tom má mikrobióm rastlín...

Doc. RNDr. M. Mikuš, CSc.