ALGOLOGIE

Celková charakteristika

Sinice jsou zpravidla velmi drobné a velmi jednoduché autotrofní prokaryotické organismy. Jsou evolučně nesmírně staré a díky nejrůznějším miliardami let prověřeným mechanizmům jsou schopné žít téměř ve všech biotopech na zeměkouli. Především jejich činností dnes máme na naší planetě atmosféru s vysokým obsahem kyslíku. V současné době je celosvětově popsáno asi 400 rodů se zhruba  4000 druhy, asi 500 z nich žije u nás. Odhady "od oka" mluví až o 8000 existujících druzích, studie používající matematické modelování odhaduje počet sinic na 6280 (Nabout et al. 2013), tak se necháme překvapit. Český název sinice pochází z termínu “siný” = dle Slovníku spisovného jazyka českého toto zastaralé slovo znamená „světle modrý (do šeda n. do fialova); namodralý“. To je v podstatě překlad “latinského” názvu, z řeckého cyanos = modrý.

Kromě Kaštovský et al. 2018 je základní určovací literaturou Komárek et Anagnostidis 1998 a 2005 a  Komárek 2013. 

Stavba buněk

Je velmi jednoduchá – nemají jako prokaryota žádné jádro ani mitochondrie, Golgiho aparát, endoplazmatické retikulum, vakuoly atd.

Nejnápadnějším útvarem uvnitř buňky sinice jsou thylakoidy - to ploché váčky s fotosyntetickým aparátem. V membráně thylakoidu jsou obsaženy chlorofyl a, (občas i další - viz BOX1) α- i β- karoten (toho prvního jen málop, druhého hodně) a xanthofyly (hlavně zeaxanthin a echinenon a trochu  myxoxanthofylu a nostoanthinu, Takaischi, 2011).

Na povrchu thylakoidálního váčku se nachází tzv. fykobilizómy. Jsou to drobné útvary (struktura viz obr. 2), které obsahují specifická barviva, zvaná fykobiliny (fykobiliproteiny). Tyto fykobiliny jsou 3 – dva z nich jsou modré pigmenty (c-fykocyanin a allofykocyanin) a jeden je červený (c-fykoerythrin). Tyto pigmenty plní funkci světlosběrné antény, intenzivně totiž rozšiřují spektrum vlnových délek světla i do oblastí, které chlorofyl nevyužívá, viz obr. XXX. Značná citlivost tohoto systému umožnuje m.j. fotosyntézu sinic při velmi nízké hladině osvětlení – hluboko pod hladinou vody, v půdě, uvnitř kamenů, v jeskyních atd. Díky změně jejich poměrů se sinice barví více do modra či více do červena (chromatická adaptace).

Genetickou informaci sinic nese složitě vinutá (nevznešeně řečeno děsně zamotaná) kruhová molekula (-y) DNA. Sinice jsou mnohdy (možná vždy) polyploidní - je známo že např. Aphanizomenon ovalisporum má v průměru osm takových molekul ve vegetativní buňce. V akinetách (viz dále) ale dochází k prudkému navýšení množství DNA, u již zmiňovaného A. ovalisporum je to 15x (Sukenik et al. 2011) Pochopitelně, jako u všech prokaryot, není DNA oddělena od ostatní protoplasmy žádnou jadernou membránou.

Buňečná stěna sinic je dost pevná, vrstevnatá a vykazuje gramnegativní reakci. V buňce jsou přítomny ještě karboxyzómy, což jsou drobná tělíska ve tvaru mnohostěnu, pozorovatelná v transmisním elektronovém mikroskopu. Obsahují enzym RUBISCO, který je mimo jiné zodpovědný za fixaci CO2 v Calvinově cyklu. Karboxyzómy jsou tedy analogií pyrenoidů vyskytujících se u eukaryot.

Zásobní látkou je sinicový škrob.

Rozmnožování 

- jedině nepohlavní. Dělení buněk probíhá zaškrcováním plazmatické membrány (“uzavírá se jako clona fotoaparátu” - pokud ještě někdo z vás ví, jak se zavírá clona fotoaparátu a co to vůbec je :) ).

Ekologie

Žijí téměř všude – ve sladkovodním i mořském planktonu, v nárostech, v půdě, na smáčených stěnách, uvnitř kamenů… Typické je pro ně osazování všech extrémních biotopů, s výjimkou extrémně kyselých lokalit. Pro planktonní druhy je typická schopnost vytvářet při nadbytku živin tzv. vodní květ. Takto poeticky (water bloom, algal bloom) je nazýváno intenzivní nahromadění biomasy řas a sinic ve vodě. K přemnožení těchto organizmů dochází v důsledku eutrofizace, reprezentované zejména nárůstem obsahu dusíku a fosforu ve vodě. V našich podmínkách jsou nejčastější složkou vodního květu sinice (ale mohou ho tvořit např. i krásnoočka), v mořích je znám vodní květ obrněnek, Haptophyta a podobně. Je to jev pro ekosystém většinou nebezpečný, pod názvem Harmful Algal Blooms (HAB) je to značně studovaný fenomén, dokonce se stejnojmenným impaktovaným časopisem. O mořských HAB se rozepisujeme u jednotlivých skupin, zde se budeme věnovat jen sinicovým.

V podmínkách střední Evropy, kde je ve vodě dusíku mnoho, o jeho výskytu zpravidla rozhoduje zvýšená hladina fosforu (proto je kladen důraz např. na používání bezfosforových pracích prostředků), rovněž jim vyhovuje nemíchaný prohřátý vodní sloupec. Nejčastějším původcem vodního květu u nás jsou sinice rodů Microcystis, Dolichospermum, Woronichinia, Planktothrix, Aphanizomenon a Raphidiopsis, v Baltském moři pak Nodularia. Produkují značné množství sekundárních metabolitů, které jsou jedovaté (viz box 2). Nicméně pro ekosystém není prakticky vůbec nebezpečná jejich toxicita (ta se projevuje zejména u teplokrevných obratlovců a ti nejsou příliš důležitou složkou našich vodních ekosystémů). Nebezpečí spočívá v různých efektech jejich velké biomasy. Ryby a jiní živočichové se pak dusí např. nedostatkem kyslíku (když sinice v noci kyslík vydýchají nebo když se při jejich masovém umírání na konci vegetační sezóny spotřebovává kyslík na jejich hnití), nebo dojde k prostému mechanickému ucpání žaber tou sinicovou „hrachovkou“. Při silné fotosyntéze dochází rovněž (díku uhličitanové rovnováze) k posunu pH do silně alkalické oblasti a při pH kolem 10 se v bahna uvolňuje čpavek, který je pro ryby toxický. Praktická vsuvka: MOC prosím, nepište mi do testu, že sinice ucpou neprodyšně hladinu tak, že skrz ně neprojde do vody kyslík, to je nějaká blbost z internetu. Děkuji. 

Ekofyziologický význam toho proč jsou sinice jedovaté nám zatím znám není. Přitom není až tak zajímavé,  ŽE jsou jedovaté ale to PROČ je nesmírně podstatné. Jejich jedy působí totiž jejich ekologickým konkurentům (zelené řasy) nebo predátorům (korýši) jen minimální (pokud nějaké) škody, život to sinicím zkrátka neusnadňuje. Existuje celá řada různě duchaplných teorií, ale žádná není 100%. Víceméně už je jisté, že těmi jedy něco sledují, že to není jen odpadní produkt nějakého metabolismu - mají totiž přímo geny pro tvorbu těchto jedů a tyto geny jsou jedny z jejich nejstarších. Velmi zajímavá je teorie, že se jedná o prostředek ke komunikaci mezi sinicemi v ekosystému, ale důkazy celkem žádné nejsou. Jediný relevantní poznatkem v této oblasti je, že se podařilo prokázat, že produkce toxinů pudí zelené řasy plivat do vody víc alkalických fosfatáz (Bar-Yosef et al. 2010). Ty jsou na výrobu "dražší" než toxiny a pomáhají organizmům dostat se k vázanému (tudíž jinak nevyužitelnému).  fosforu ve vodním prostředí. Tímhle si sice asi sinice ulehčí živobytí, ale za prvé je to jaksi příliš komplikované a ne zas tak moc výhodné a za druhé ty geny pro tvorbu toxinů jsou pravděpodobně starší než ty zelené řasy, takže  ono to celé má asi jiný účel. 

Sinice často vstupují do velmi provázaných symbiotických vztahů, tvoří fykobiont (rostlinnou složku) lišejníků (rody Gloeocapsa, Chroococcus, Nostoc, Stigonema). Ale zejména Nostoc a Trichormus vstupují do symbiózy i s játrovkami (Blasia), hlevíky (Anthoceros), kapradinami (Azolla), nahosemennými (Nostoc - s rody Bowenia, Cycas, Dioon, Encephalartos, Macrozamia, Stangeria, Zamia; Anabaena/Trichormus s Cycas revoluta, Nostoc i Anabaena najednou byly nalezeny v Macrozamia communis, Calothrix v Encephalartos hildebrandtii. Byly rovněž nalezeny v kořenech epifytických orchidejí Acampe papillosa, Phalaenopsis amabilis a Dendrobium moschatum (a to Nostoc, Scytonema, Calothrix, Lyngbya, Phormidium, Plectonema). Houba Geosiphon pyriforme na svém myceliu vytváří na stopkách velké hruškovité útvary, ve kterých žije sinice r. Nostoc (vůbec rod Nostoc je nejvíc symbióze nakloněným rodem). Další formy speciální symbiózy viz kapitola Glaucophyta a kapitola o symbióze ve skriptech z Ekologie řas, zde. A za nejvýznamější symbiotický počin sinic je nutno považovat vznik prvních chloroplastů cestou primární endosymbiózy. Nejen, že si tu fotozyntézu vymyslely, ale ještě se o ní podělily s ostatními, jsou prostě skvělé, vždyť jsem vám to říkal....

Sinice jsou i výrazný geologický činitel. Pro naše území má největší význam tvorba travertinu. Jde o to, že srážení rozpuštěných solí (vápenatých a železitých) z minerálních vod závisí na teplotě a koncentraci CO2. Sinice jsou schopné v těchto minerálních vodách žít. Jejich fotosyntézou se ve vodě sníží koncentrace CO2, soli se vysráží a vzniká hornina travertin. Globálně je ovšem nejvýznamnější tvorba stromatolitů - viz dále. Sinice žijící mimo vodní prosředí jsou rovněž výrazný erozní činitel. Některé, jako například zástupci rodu Gloeocapsa svými slizovými obaly namáhají podklad, na kterém jsou přisedlé a pomalu jej tak narušují. Jiné se aktivně "zavrtávají" do podkladu jeho rozpouštěním. Příkladem budiž Hyella immanis, která dokáže leptat vápenec rychlostí až  >10 mikrometrů za den (Garcia-Pichel et al. 2010), tj. více než 3,5 milimetru za rok.