Sciencemag.cz
Doporučujeme
Termiti a mnohonožky.
Jedním z významných a nejúčinnějších skleníkových plynů je metan. Každý rok se do zemské atmosféry uvolňuje téměř 600 Tg metanu, z čehož asi 60 procent připadá na antropogenní emise. Metan se vytváří v průmyslu, energetice, zemědělství a v odpadovém hospodářství. Přírodní zdroje přispívají ke globálním emisím CH4 asi 37–40 procent. Nejvíce metanu emituje z různých mokřadních ekosystémů, ale nezanedbatelné nejsou ani emise z trávicích traktů bezobratlých živočichů, z nichž nejznámější – a kvůli svému obrovskému množství i nejvýznamnější – jsou zřejmě termiti. Metan se během trávení však vytváří také u několika dalších skupin bezobratlých živočichů, jako jsou švábi, larvy brouků nebo mnohonožky. Produkce metanu byla ověřována u více fylogenetických větví bezobratlých a dosavadní výsledky naznačují, že uvolňování metanu může být charakteristickou vlastností typickou pro určité vývojové linie. Názory na to, proč se uvolňování metanu omezuje na určité taxonomické skupiny, se dosud různí.
Živočichové sami metan nevytváří, jejich metabolický systém to nedokáže. Produkují ho jako koncový produkt svého metabolismu jejich střevní mikroorganismy. Jediným dosud známým biogenním zdrojem metanu jsou metanogenní mikroorganismy ze skupiny Archaea (kap. 2.2.2). Archea jsou jednou z evolučně nejstarších skupin organismů a často obývají extrémní prostředí. Kromě trávicí soustavy živočichů se vyskytují v mokřadech a rýžových polích, sladkovodních i mořských sedimentech i v zemědělských půdách. Metanogenní archea potřebují ke svému růstu určité podmínky: jsou striktně anaerobní, vyžadují redukční prostředí a přísun jednodušších organických látek nebo vodíku, které jsou substrátem jejich metabolismu, jehož koncovým produktem je potom metan. Takové podmínky se vytváří hlavně ve střevech saprofágů, kteří se živí odumřelými rostlinnými zbytky s vysokým obsahem organického uhlíku vázaného v relativně těžko stravitelných látkách lignocelulázového komplexu.
Společenstvo střevních mikroorganismů spolu s trávicími enzymy živočichů napomáhá uvolňování jednodušších cukrů z těchto substrátů a ustavení anaerobního prostředí, ve kterém se tyto jednoduché cukry cestou mikrobiálních fermentací postupně přeměňují na jednodušší organické látky. Přitom se mohou vytvářet i některé plyny, hlavně oxid uhličitý, vodík a oxidy dusíku. Za určitých podmínek navazuje na tuto sekvenci biochemických přeměn aktivita metanogenních mikroorganismů, které produkují z jednodušších organických meziproduktů mikrobiálního rozkladu metan jako jeden z koncových produktů celého řetězce biochemických přeměn probíhajících ve střevech.
V trávicím traktu bezobratlých se metanogenní archea mohou vyskytovat volně i jako endosymbionti střevních anaerobních prvoků hlavně v zadní části střeva. Tito prvoci patřící například k rodu Nyctotherus získávají energii anaerobně pomocí specializovaných organel (hydrogenozomů) produkujících vodík jako koncový produkt svého metabolismu. Metanogenní archea žijící v jejich buňkách zpracovávají tento vodík a CO2 na metan. Jsou pozorovatelní na ultramikroskopických řezech buněk prvoků pomocí transmisní elektronové mikroskopie. Volné i endosymbiotické metanogeny je možné lokalizovat i s využitím autofluorescence kofaktorů jejich specifických enzymů (pod UV světlem vykazují modrou fluorescenci) nebo detekcí jejich genetické informace.
Na úrovni globální bilance metanu na Zemi hrají z bezobratlých živočichů zřejmě pouze termiti významnější roli producentů CH4. Půdní fauna může ale ovlivňovat produkci skleníkových plynů včetně bilance mezi produkcí a spotřebou metanu z půdy nepřímo, modifikováním celé řady procesů probíhajících v půdě. Proto jsou i jiné skupiny půdních bezobratlých předmětem odborného zájmu a probíhá výzkum produkce metanu z jejich trávicích traktů. Metan i vodík jsou plyny významné z energetického hlediska a výsledky studia fungování střevních mikrobiálních společenstev ukazují, jak mohou trávicí trakty bezobratlých živočichů fungovat jako velmi efektivní mobilní miniaturní bioreaktory, které v rámci koloběhu živin v přírodě zpracovávají odumřelou organickou hmotu. Zefektivňují fermentační pochody prostorovou i funkční organizaci jednotlivých procesů (kompartmentalizací) i odvodem hromadících se reakčních meziproduktů v rámci jejich složité struktury s využitím principů polopropustných biologických membrán, a to pomocí volných i na povrchy vázaných enzymů. Z tohoto pohledu mohou být trávicí trakty bezobratlých inspirací i pro rozvoj biotechnologií (Brune, 1998).
Z námi testovaných druhů různých taxonomických skupin středoevropské půdní fauny bylo detekovatelné uvolňování metanu zaznamenáno prakticky pouze u členovců ze skupiny mnohonožek řádu Julida. Ostatní řády mnohonožek (Glomerida, Polydesmida, Polyxenida) neuvolňovaly metan vůbec nebo pouze ve stopovém množství. Metan nebyl detekován ani u slimáků, žížal, roupic, pancířníků, suchozemských stejnonožců, chvostoskoků, stonožek ani u půdních larev much (Šustr a Šimek, 2009).
Ani u středoevropských mnohonožek ze skupiny Julida však nebylo vylučování metanu potvrzeno u všech testovaných druhů a u některých pozitivních druhů byla produkce nízká a individuálně velmi variabilní. Rychlost vylučování metanu se snižuje s klesající teplotou asi 1,6 až 2krát na každých 10 °C. Pokud údaje o metanogenezi použijeme (v kombinaci s dostupnými údaji o početnosti těchto živočichů) pro hrubý odhad roční produkce metanu, dostaneme se ve středoevropských poměrech k číslům nižším než 1 mol CH4 na hektar, což je relativně velmi málo.
Větší dopad na globální bilanci CH4 může teoreticky mít vylučování metanu z větších tropických druhů mnohonožek, z nichž se uvolňuje na jednotku hmotnosti těla množství metanu srovnatelné s největšími hmyzími producenty metanu, jako jsou například termiti nebo švábi, avšak početnost a roční cykly aktivity těchto druhů mnohonožek v jejich areálech výskytu nejsou dosud podrobně zmapovány. Schopnost hostit metanogenní mikroorganismy se totiž velmi výrazně liší i u různých řádů mnohonožek, a to jak v počtu metan uvolňujících druhů, tak ve specifické produkci metanu. Tropické mnohonožky řádů Spirostreptida a Spirobolida uvolňují metan pravidelně (všechny testované druhy i každý testovaný jedinec) a navíc v množství řádově vyšším než u evropských druhů řádu Julida (Šustr a kol. 2014). Tyto rozdíly mezi fylogenetickými liniemi činí z mnohonožek zajímavou modelovou skupinou pro podrobnější studium faktorů ovlivňujících přítomnost metanogenních mikroorganismů ve střevech bezobratlých.
Tento text je úryvkem z knihy:
Miloslav Šimek a kolektiv: Skleníkové plyny z půdy a zemědělství
Academia 2019
O knize na stránkách vydavatele
