Univerzita Karlova V Praze Přírodovědecká Fakulta

Univerzita Karlova v Praze Přírodovědecká fakulta

Studijní program: Biologie Studijní obor: Obecná biologie

Diverzita, ekologie a ekofyziologie sněžných řas Diversity, ecology and ecophysiology of snow algae

Bakalářská práce

Lenka Mikešová

Vedoucí práce: RNDr. Linda Nedbalová, Ph.D.

Praha, 2013

Prohlášení:

Prohlašuji, že jsem závěrečnou práci zpracovala samostatně a že jsem uvedla všechny použité informační zdroje a literaturu. Tato práce ani její podstatná část nebyla předložena k získání jiného nebo stejného akademického titulu.

V Praze, 17. 5. 2013

Podpis

Poděkování:

Na tomto místě bych ráda velmi poděkovala své školitelce RNDr. Lindě Nedbalové, Ph.D. za spoustu cenných rad a trpělivé a přátelské vedení mé bakalářské práce. Poděkování patří i mé rodině za jejich nezbytnou podporu a pomoc během celého studia.

Abstrakt

Trvalá i dočasná sněhová pokrývka polárních a horských oblastí je velmi extrémním habitatem. Přesto existují organismy, které toto prostředí obývají. Mezi významné zástupce kryosestonu patří zelené řasy z řádu Chlamydomonadales (Chlorophyta), které jsou známé z polárních a horských oblastí celého světa. Tyto organizmy, které obsadily sněžné prostředí pravděpodobně až sekundárně, dokázaly vyvinout různé ekofyziologické adaptace nezbytné k úspěšnému přežití v extrémních podmínkách. Nízké teploty a vysoká intenzita záření jsou hlavními faktory, kterým musí přítomné organizmy čelit. Mezi nejdůležitější mechanismy přežití patří přizpůsobení životních cyklů (například střídání odolných stádií a pohyblivých vegetativních stádií), syntéza a akumulace ochranných sekundárních karotenoidů, změna ve složení mastných kyselin membrán a u některých druhů snížení teplotního optima růstu. Právě tyto adaptace jsou v současnosti spolu se studiem diverzity hlavním předmětem výzkumu sněžných řas.

Klíčová slova: Chlamydomonas, Chloromonas, sně žné řasy, živiny, životní cykly, psychrofilní, astaxanthin, polynenasycené mastné kyseliny

Abstract Permanent and temporary snow cover in polar and mountain areas is a very extreme habitat. However, there are organisms that inhabit this environment. Green algae of the order Chlamydomonadales (Chlorophyta) belong among the important representatives of cryoseston, which are known from polar and mountain regions around the world. These organisms, which occupied the snow environment probably secondarily, developed different ecophysiological adaptations required for the successful survival in extreme conditions. Low temperatures and high levels of radiation are the main extreme factors that organisms must cope with. The most important survival mechanisms include the adaptation of life cycles (such as of the shifts between resistant stages and moving vegetative stages), accumulation of secondary carotenoids, changes in fatty acid composition of membranes and lowering of growth temperature optima in some species. These adaptations together with the study of diversity represent at present the main subjects of research of snow algae.

Key words: Chlamydomonas, Chloromonas, snow algae, nutrients, life cycles, psychrophiles, astaxanthin, polyunsaturated fatty acids

Obsah 1. Úvod...... 2 2. Diverzita...... 3 2.1 Zelené řasy s bičíkatými stádii v životním cyklu (Chlamydomonadales)...... 3 2.2 Vývoj taxonomického postavení sněžných řas z řádu Chlamydomonadales ... 6 2.3 Zelené řasy bez bičíkatých stádií v životním cyklu...... 9 2.4 Ostatní druhy fotoautotrofních mikroorganizmů...... 11 2.5 Rozšíření sněžných řas rodů Chlamydomonas a Chloromonas...... 11 3. Ekologie ...... 13 3.1 Fyzikální vlastnosti sněhu ...... 13 3.2 Chemické vlastnosti sněhu ...... 14 3.3 Životní cykly sněžných řas...... 16 3.4 Interakce s ostatními mikroorganizmy ...... 19 4. Ekofyziologie...... 21 4.1 Teplotní optima růstu...... 21 4.2 Sekundární karotenoidy...... 23 4.3 Složení mastných kyselin ...... 27 4.4 Fotosyntéza...... 30 5. Závěr ...... 34 6. Seznam literatury ...... 36

1. Úvod

Fotoautotrofní mikroorganizmy (prokaryotní i eukaryotní) často najdeme v prostředí s trvale či periodicky se vyskytujícími extrémními hodnotami základních ekologických faktorů, jako je teplota, pH, tlak, salinita či záření (Seckbach 2007). Příkladem habitatu s extrémními podmínkami pro život je sněhová pokrývka, která zaujímá rozsáhlé plochy polárních a horských oblastí. Pro organismy, které nejsou na chlad adaptovány, mohou mít nízké teploty či dokonce teploty pod bodem mrazu za následek řadu letálních poškození buněk. Jedním z nich je zmrazení intracelulární vody, jelikož ledové krystaly mohou roztrhat buněčné struktury. Kvůli absenci vody v kapalném skupenství dochází často k zastavení metabolických procesů (Rothschild a Mancinelli 2001). Ve sněhu dochází ke střídání procesů vymrzání a tání a často bývá velmi chudý na obsah živin (Remias a kol. 2005). Oblasti se sněhovou pokrývkou bývají vystaveny vysoké intenzitě UV a viditelného záření, která může vést k poškození fotosyntetického aparátu a nukleových kyselin (přímo nebo prostřednictvím volných kyslíkových radikálů) (Rothschild a Mancinelli 2001). I přes velmi nehostinné podmínky existují mikroorganizmy, které se na prostředí sněhu specializovaly (Gomes a Steiner 2004). Jedná se především o řasy, které byly nalezeny ve sněhových polích celého světa (Kol 1968). Za tzv. „pravé“ sněžné řasy jsou považovány druhy, které se rozmnožují ve velmi specifickém prostředí, jakým je kapalná voda v tající sněhové pokrývce. Za příznivých podmínek tvoří nápadné barevné sněhy, které jsou významným fenoménem horských a polárních oblastí. Patří mezi ně především zelení bičíkovci z řádu Chlamydomonadales(Chlorophyta) (Stibal a Elster 2005). Sněžné řasy jsou ve svém prostředí významnými primárními producenty, kteří se podílí na koloběhu uhlíku (Williams a kol. 2003). Tyto extremofilní organismy představují unikátní modelovou skupinu pro studium adaptací na nízké teploty. Díky rychlému růstu v nízkých teplotách a produkci cenných organických látek mají také značný biotechnologický potenciál v oblastech enzymologie, molekulární biologie, medicíny, zpracování odpadu či v potravinářství (Hoham a Duval 2001). Bakalářská práce je shrnutím současných znalostí o taxonomickém složení a diverzitě sněžných řas, jejich ekologii a ekofyziologických přizpůsobeních, bez kterých by tyto organizmy nemohly obsadit unikátní habitat sněhové pokrývky.

2. Diverzita

Barevný sníh byl známý již před mnoha staletími, avšak příčiny tohoto nápadného jevu zůstávaly dlouho neznámé. Nejprve se usuzovalo, že červené zbarvení sněhu je anorganického původu (Kol 1957). V roce 1819 Francis Bauer zkoumal vzorky červeného sněhu z oblasti Baffinova zálivu. Pod mikroskopem pozoroval stovky tmavě červených globulí, které nejprve přirovnával k pylovým zrnům a poté k houbovým organizmům. Pozorovaný organizmus nazval Uredo nivalis (Bauer 1819). Profesor N. Wille jako jeden z prvních vědců pozoroval červený sníh pod mikroskopem přímo na ledovci v Norsku. Zjistil, že původcem nápadného zbarvení jsou mikroorganizmy, konkrétně řasy. Popsal tak celosvětově rozšířený druh Chlamydomonas nivalis (Bauer) Wille, který může tvořit obrovskou biomasu a způsobovat výrazné červené nárosty (Kol 1957). Kol (1968) popsala vegetativní buňky Chlamydomonas nivalis jako elipsovité s centrálním pyrenoidem a dvěma kontraktilními vakuolami. Kulovité cysty mají tenkou zdrsnělou buněčnou stěnu a obsahují velké množství sekundárního karotenoidu astaxanthinu. Na základě těchto cyst s minimem determinačních znaků přítomných v červeném sněhu bývá druh Chlamydomonas nivalis dodnes ze sněhu popisován. Je proto pravděpodobné, že se nejedná o jeden druh (ačkoliv v současnosti taxonomicky uznávaný), ale o komplex několika různých druhů (viz kapitola 2.2.). Na území bývalého Československa byly cysty Chlamydomonas nivalis poprvé nalezeny roku 1976 v Schustlerově zahrádce v Krkonoších (Fott a kol. 1978). Méně nápadný zelený sníh poprvé pozoroval již v 18. století profesor J.A. Czirbesz v Tatrách. Jako původci tohoto zbarvení bylo popsáno několik vláknitých řas z rodu Raphidonema, např. R. tatrae (Kol) Hind.nebo R. nivale Lagerh., která může způsobovat též růžové zbarvení (Kol 1957).

2.1. Zelené řasy s bičíkatými stádii v životním cyklu (Chlamydomonadales) Řasy tvořící barevné sněhy patří nejčastěji do rodů Chlamydomonas a Chloromonas (Chlamydomonadales, Chlorophyta), ze stejné skupiny byly z prostředí sněhu popsány i druhy z dalších rodů. Kromě výše zmíněného kosmopolitního druhu Chlamydomonas nivalis jsou

v současnosti platně popsány následující druhy z rodů Chlamydomonas a Chloromonas. Druh Chlamydomonas sanguinea Lagerh. je také považován za kosmopolitní, poprvé byl nalezen v červeném sněhu Ekvádoru. Červeně zbarvené vegetativní buňky mají typický oválný tvar. Buňky v klidovém stadiu mají charakteristicky velmi silnou buněčnou stěnu (Kol 3

1968). Tento druh byl dále nalezen například v oblasti Vysokých Tater (Kol 1975). Protáhlé až elipsovité vegetativní buňky druhu Chloromonas pichinchae (Lagerh.) Wille byly poprvé nalezeny v zeleně zbarveném sněhu v pohoří Ekvádoru. Tato řasa byla nalezena též v některých oblastech Severní Ameriky. Zygoty a vegetativní buňky si bývají morfologicky podobné. Buňky Chloromonas pichinchae jsou často přichycené k houbovým vláknům druhu Phacidium infestans (Hoham 1975b). Druh Chloromonas brevispina (Fritsch) Hoham, Roemer & Mullet byl popsán na základě nálezů ze vzorků zeleného, žlutého, oranžového nebo růžového sněhu v Severní Americe, kde je tato řasa hojně rozšířena. Vegetativní buňky jsou protáhlého až hruškovitého tvaru (Hoham a kol. 1979). Druh je charakteristický tvorbou silnostěnných ostnitých zygospor (Nedbalová a Lukavský 2007). Vzácný druh Chloromonas rostafinskii (Starmach & Kawecka) Gerloff & Ettlbyl popsán z oblasti polských Tater, kde během léta a podzimu barví jeho nárosty sníh žlutozeleně. Povrch buněk je kryt četnými podélnými žebry, které tvoří papily (Kawecka a Eloranta 1986). Ling a Seppelt (1993) popsali druh na základě nálezů z Antarktidy Chloromonas rubroleosa H.U.Ling & R.D.Seppelt. Aktivně se dělící dvoubičíkaté buňky mají podlouhlý tvar a ve sněhu se pohybují trhavými pohyby, hůře ve srovnání s ostatními chlamydomonádami. Zralá odpočívající stádia jsou elipsoidního tvaru a mají silnější buněčnou stěnu. Typická je přítomnost čtyř kontraktilních vakuol. Ve volné přírodě obsahují zygoty rudý pigment rozpustný v přítomných olejových kapénkách, který je zodpovědný za růžové až melounově červené zbarvení sněhu. Chloromonas hohamii Ling & Seppelt se často vyskytuje v přítomnosti sněžných hub. Dříve byl označován jako Chloromonas polyptera (Fritsch) Hoham et al.,od tohoto druhu se však liší v několika znacích (například morfologie buněk nebo ekologické preference). Vegetativní buňky obsahují stigma, pohárkovitý chloroplast a dvě kontraktilní vakuoly. Pyrenoid se v buňkách nevyskytuje. Zygoty obsahují žluté a oranžové karotenoidy (Hoham a kol. 1982). Zatímco Chloromonas hohamii je běžnou řasou Severní Ameriky, Chloromonas polyptera (Fritsch) Hoham et al. je druh, který byl dosud nalezen pouze v oblasti Antarktidy. Ve vegetativních buňkách se může vyskytovat oválné stigma. Zygoty mají elipsoidní až protáhlý tvar. Chloroplast bývá členěný a asociovaný se škrobovými zrny (Ling a Seppelt 1998). Druh Chloromonas nivalis (Chodat) Hoham & Muller způsobuje zelené, oranžové a růžové nárosty ve sněhu polárních a horských oblastí celého světa. Od ostatních sněžných řas se odlišuje zvýšeným obsahem pigmentů xantofylového cyklu. Povrch cyst je charakteristický protáhlými výběžky, dceřiné buňky jsou oválné a mají hladkou buněčnou

stěnu. Chloroplast mívá nepravidelný laločnatý tvar, pyrenoid se v buňkách nevyskytuje (Remias a kol. 2010). Hoham a kol. (2006) popsali ze vzorků nasbíraných v severní části státu New York dva nové druhy sněžných řas, Chloromonas chenangoensis Hoham, Berman, Rogers, Felio, Ryba & Miller a Chloromonas tughillensis Hoham, Berman, Rogers, Felio, Ryba & Miller. Jedná se o druhy s podobnými podlouhlými až kulovitými typy buněk. U obou druhů se vyskytuje parietální pohárkovitý chloroplast a dvě kontraktilní vakuoly. Muramoto a kol. (2010) popsali na základě nálezů zeleného sněhu v Japonsku druh Chloromonas miwae (Fukushima) Muramoto et al. Druh nebyl doposud nalezen v žádné jiné oblasti. Čtyřbičíkaté buňky obsahují dvě stigma, pyrenoid chybí. Z řádu Chlamydomonadales žijí ve sněhu také dva zástupci rodu Chlainomonas: Chlainomonas kolii(J.T.Hardy & Curl) Hoham (Hoham 1974a)a Chlainomonas rubra (J.R.Stein & R.C.Brooke) Hoham (Hoham, 1974b). Oba druhy jsou rozšířené v Severní Americe a na Novém Zélandu a mají společný původ. Buňky Chlainomonas mají několik neobvyklých struktur, mezi které patří například vnější síťovitá schránka druhu Chlainomonas kolii, která obklopuje hladkou vnitřní schránku. Chlainomonas rubra vytváří pouze jednu hladkou schránku. Buňky obou druhů mají čtyři bičíky. Bazální aparát bičíku je tvořen dvěma páry tělísek spojených strukturami, které se od ostatních rodů řas z oddělení Chlorophyta liší. Zdá se, že buňky Chlainomonas vznikly fúzí dvou dvoubičíkatých buněk. (Novis a kol. 2008). Červené zabarvení sněhu bylo způsobené také druhem Smithsonimonas abbotii Kol., který patří také do řádu Chlamydomonadales. V jeho buňkách se nachází stigma a výrazný pyrenoid. Stěna mladých zygot bývá hladká, ale postupně se na ní vytváří výrůstky. Druh byl nalezen například na Aljašce (Kol 1942). Ve sněhu lze dále najít několik dalších zástupců zelených řas ze skupiny Chlorophyta. Uvádím příklad několika z nich. Chlorosarcina antarctica (Wille) H.U. Ling je řasa vyskytující se ve sněhu v různých oblastech jižní polokoule. Byla nalezena například v Antarktidě spolu s dalšími řasami (často s druhem Chloromonas brevispina). Zelené vegetativní buňky jsou dvoubičíkaté, obsahují pohárkovitý chloroplast a postrádají pyrenoid, stigma i kontraktilní vakuoly. Vegetativní buňky jsou sférické až oválné, zygospory mívají sférický tvar. Oba typy buněk jsou obalené slizovou vrstvou. Zoospory obsahují kapénky červeně zbarveného pigmentu. Vzorky buněk nalezených během letního období byly v laboratorních podmínkách vystaveny teplotě až -20 °C, kterou nepřežily. Celý životní cyklus Chlorosarcina antarctica však probíhá ve sněžném prostředí a druh je schopen přežít

teploty pod 10 °C. Narozdíl od ostatních řas nalezených ve sněžném prostředí Antarktidy vytváří Chlorosarcina antarctica větší množství trvalých spor (Ling 2002). Druhy Desmotetra aureospora Ling a Desmotetra antarctica Ling jsou řasy s výskytem ve sněhu jižní polokoule. Oba druhy vytváří charakteristickou slizovou schránku, která obaluje jednotlivé buňky. Zoospory obou druhů jsou dvoubičíkaté, obsahují stigma, pyrenoid a vzájemně se příliš neliší. Lépe lze druhy rozeznat podle charakteru zygospor. D. antarctica má typicky světlé žlutozelené zygospory a vyskytuje se v oblastech s vyšším pH. D. aureospora má zlatavé zygospory sférického tvaru s hladkou buněčnou stěnou. Oba druhy nepřežívají kultivační teploty vyšší než 15 °C (Ling 2001).

2.2. Vývoj taxonomického postavení sněžných řas z řádu Chlamydomonadales Hoham a kol. (2002) provedli pomocí sekvenace úseků 18S rDNA a rbcL kombinovanou fylogenetickou analýzu druhů z rodů Chlamydomonas a Chloromonas se zaměřením na sněžné druhy a na druhy z jiných typů chladných habitatů (Obr. 1). Výsledky ukázaly, že tato skupina řas obsadila chladné habitaty v evoluci minimálně dvakrát, pravděpodobně však třikrát. Do skupiny sněžných řas zařadili druhy z rodu Chloromonas: Cr. clathrata, Cr. rosae v. psychrophila, Cr. rosae, Cr. brevispina, Cr. pichinchae,Cr. nivalis a Cr. sp D. Z rodu Chlamydomonas pak Cd. augustae a Cd. sp.A, druhy s morfologicky shodnými cystami jako Cd. nivalis. Rod Chloromonas byl od rodu Chlamydomonas tradičně odlišován podle chybějícího pyrenoidu. Tato definice se však ukázala jako neplatná, jelikož druhy bez pyrenoidu nelze považovat za monofyletickou skupinu. Rod Chloromonas tvoří jednu vývojovou větev a zahrnuje druhy jak bez pyrenoidu, tak s jedním nebo i více pyrenoidy. Významným určovacím znakem je tvar chloroplastu. Chloroplast může být pohárkovitého tvaru, hvězdicovitý, případně parietální (rozvětveně či nerozvětveně perforovaný). Typická je přítomnost stigma na anteriorním konci a dvě apikální kontraktilní vakuoly. Buněčná stěna je tenká a může mít papilu. Buňky se mohou rozmnožovat nepohlavně pomocí zoospor. Typem pohlavního rozmnožování je isogamie. Zygospory jsou zelené a mohou mít na povrchu různé struktury. Rod Chlamydomonas je charakteristický přítomností pohárkovitého chloroplastu bez jakýchkoliv perforací. Typem pohlavního rozmnožování je isogamie. Zygospory jsou červené a hladké. (Pröschold a kol. 2001).

Obr. 1: Fylogenetický strom části řádu Chlamydomonadales založený na sekvencích 18S rDNA. Tučně jsou znázorněny druhy sněžných řas, podtržené jsou druhy z jiných chladných habitatů (Hoham, 2002).

Matsuzaki a kol. (2012) provedli na základě světelné a transmisní elektronové mikroskopie a genové analýzy nejnovější taxonomickou revizi kmenů z okruhu Chloromonas reticulata (Obr. 2) a vyčlenili v rámci této skupiny čtyři druhy, z nichž dva patří mezi sněžné řasy: Chloromonas reticulata (kmen SAG 29.83) a Chloromonas typhlos (kmen SAG 26.86). Oba tyto kmeny byly izolovány z červeného sněhu nalezeného v oblasti Kaskádového pohoří (Kalifornie, USA) a původně byly označovány jako Chlamydomonas nivalis, případně jako Chlamydomonas clathrata. Pro oba druhy je typická přítomnost papily, dvou kontraktilních vakuol poblíž báze bičíku a nepravidelně perforovaný chloroplast (nejčastěji pohárkovitého tvaru). 7

Obr. 2: Fylogenetický strom čtyř nově vymezených druhů ze skupiny Chloromonas reticulata na základě sekvencí 18S rDNA, atpB,psaA, psaB a ITS (Matsuzaki a kol., 2012)

Čtyři druhy vyčleněné v rámci skupiny Chloromonas reticulata jsou následující: 1/ Chloromonas reticulata (Goroschankin) Basionym: Chlamydomonas reticulata Původní jména: Chlamydomonas yellowstonensis, Cd. augustae, Chloromonas clathrata Synonyma: Chlamydomonas clathrata, Chloromonas clathrata, C. palmelloides Chloromonas reticulata je řasa s dvoubičíkatými vegetativními buňkami 10–20 μm dlouhými a 5–15 μm širokými, které mají elipsoidní až vejčitý tvar. Pyrenoid se v buňce nevyskytuje. Stigma je umístěno v přední části buňky a bývá ve tvaru písmene D. Chloromonas reticulata byla nalezena v červeném sněhu v Norsku, v Severní Americe a v Antarktidě. 2/ Chloromonas typhlos (Gerloff) Basionym: Chlamydomonas typhlos Původní jména: Chlamydomonas nivalis, Cd. augustae Synonyma: Chloromonas reticulata Chloromonas typhlos je opět jednobuněčná dvoubičíkatá řasa, s 8–17 μm dlouhými a 6–13 μm širokými elipsoidními až vejčitými vegetativními buňkami. V buňce je jeden sférický nebo elipsoidní pyrenoid, který vyčnívá z přední strany chloroplastu. Stigma se v buňkách nevyskytuje. Řasa byla nalezena v červeném sněhu v Severní Americe.

3/ Chloromonas chlorococcoides (H. Ettl & K. Schwarz) Vegetativní buňky druhu jsou cylindrické, protáhlé nebo vejčitého tvaru, 10–18 μm dlouhé a 5–10 μm široké V buňce se vyskytuje stigma i pyrenoid. Jedná se o půdní druh, jehož kmeny byly izolovány z oblastí Austrálie a Evropy (SAG 12.96, 15.82, 16.82 a 72.81). 4/ Chloromonas rosae (H. & O. Ettl) Vegetativní buňky druhu jsou cylindrického, protáhlého až elipsoidního tvaru, jsou 10–22 μm dlouhé a 6–14 μm široké. Stigma se v buňce vyskytuje, pyrenoid chybí. Kmen SAG 51.72 druhu Chloromonas rosae byl izolován z půdy v oblasti Vysokých Tater (Slovensko). V minulosti bylo popsáno mnoho kokálních druhů řas z rodu Scotiella (například Scotiella cryophila Chodat, Scotiella polyptera Fritschnebo Scotiella nivalis (Chod.) Fritsch). Buňky byly popsány jako oválného až vřetenovitého tvaru s buněčnou stěnou buď hladkou, nebo s rovnými či spirálovitě stočenými výběžky. Obsahovaly velké množství pigmentů, škrobů a olejů (Komáromy 1982). Podrobnější zkoumání ukázalo, že jednotlivé druhy rodu Scotiella jsou vlastně sporami druhů vázaných na sněžné prostředí ze skupiny Chlorophyceae: například Chloromonas pichinchae (Hoham 1975), Chloromonas brevispina (Hoham 1979), Chloromonas nivalis nebo Chloromonas rosae var. psychrophila (Algaebase 2013).

2.3. Zelené řasy bez bičíkatých stádií v životním cyklu Druhou velkou skupinou řas, kterou lze najít ve sněžném prostředí, jsou zelené vláknité řasy. Patří mezi ně několik druhů ze skupiny Koliella a Raphidonema (Trebouxiophyceae). Tyto druhy nevytváří žádná trvalá stádia a postrádají další adaptivní mechanismy typické pro zástupce rodů Chlamydomonas a Chloromonas (Stibal a Elster 2005). Koliella antarctica C.Andreoli, G.M.Lokhorst, A.M.Mani, L.Scarabel, I.Moro, N.La Rocca & L.Tognetto byla nalezena například v Antarktidě ve vzorcích sněhu s vyšší trofií a na stanovištích exponovaných moři. Jednotlivé buňky mají cylindrický tvar s typicky zaoblenými bazálními stranami a rovnými apikálními stranami (Komárek a Komárek 2001). Koliella tatrae (Kol) Hind. je druh, který byl poprvé nalezen v oblasti Belánských Tater. Druh byl pokládán za pravou kryofilní řasu s teplotním optimem růstu okolo 4° C. Buňky mají protáhlý tvar a jejich vyšší koncentrace ve sněhu způsobuje zelené zbarvení (Hindák a Komárek 1968). Raphidonema nivale Lagerh. je druh, který se vyskytuje ve formě jednotlivých buněk, případně může tvořit různě dlouhá nevětvená vlákna. Nejedná se pravděpodobně o pravou sněžnou řasu, ale o půdní druh, který se může na sněhovou pokrývku dostat navátím katabatickým větrem. Ve sněhu nebyla pozorována žádná trvalá 9

stadia, nedochází zde ani k pohlavnímu rozmnožování. Pro řasy vázané na prostředí sněhu jsou obě tyto charakteristiky význačné (Stibal a Elster 2005). Mesotaenium berggrenii (Wittr.) Lagerheim (Charophyta, Streptophyta) je řasa, která byla nalezena v šedě zabarveném sněhu Antarktidy (Ling and Seppelt 1990), ale běžně se vyskytuje i na severní polokouli (například v pohoří Altaj) (Takeuchi a kol. 2006). Řasa se vyskytuje na povrhu sněhu či ledu (kde může být snadno zaměněna kvůli šedavému zbarvení za nánosy prachových částic), případně několik centimetrů pod povrchem sněhové pokrývky. Ve vzorcích z Antarktidy byly nalezeny buňky s obsahem červenohnědých pigmentů. Až několik stovek buněk drží v tajícím sněhu pohromadě ve shlucích pomocí slizového obalu. Mesotaenium berggrenii se často vyskytuje v přítomnosti jiných řas, například Chlamydomonas nivalis nebo Raphidonema nivale. Jelikož řasa nebyla nalezena v půdních vzorcích, ale hojně se vyskytovala ve sněhu, zdá se, že se jedná o druh velmi dobře adaptovaný právě na toto chladné prostředí. Předpokládá se, že trvalá stádia mohou přežít na lokalitě i během zimního období, kdy teploty klesají až k –25 °C. Množství pigmentů v buňce a výskyt pod povrchem sněhové pokrývky naznačují, že je řasa adaptována také na nadměrné ozáření viditelným a UV zářením (Ling and Seppelt 1990). Druh Ancylonema nordenskiöldii Berggren (Charophyta, Streptophyta) byl nalezen na povrchu ledovců na Svalbardu, kde díky obsahu pigmentů ve vakuolách způsoboval hnědě zbarvené nárosty v hloubkách 2–3 cm. Většinou se vyskytoval bez přítomnosti jiných sněžných řas. Tyto pigmenty absorbují v oblasti viditelného a UV záření a poskytují buňkám ochranu proti nadměrnému ozáření. Maximum absorpce bylo naměřeno při 340 nm, mezi 400–700 nm absorpce klesala. Metabolismus buněk je dobře adaptovaný na nízké teploty blízké bodu mrazu. Tenkostěnné cylindrické buňky s hladkou buněčnou stěnou druhu Ancylonema nordenskiöldii tvoří vlákna. Spájením těchto dvou vláken vzniká zygota (Remias a kol. 2012).

2.4. Ostatní druhy fotoautotrofních mikroorganizmů Během 20. století byla na základě morfologických znaků popsána řada dalších druhů řas žijících ve sněhu. Kromě zelených řas (Chlorophyta) můžeme ve sněhu nalézt zástupce řady dalších skupin, jako jsou Bacillariophyceae, Cryptophyceae, Dinophyceae, Chrysophyceae, Euglenophyceae a Xanthophyceae(Nedbalová a Lukavský 2007). Ve sněhu se mohou také vyskytovat sinice (Cyanobacteria), které při velkých koncentracích mohou způsobit modré nebo černé zbarvení sněhu (Kol 1957, Kol 1968). Ze skupiny Cyanobacteria 10

bylo ve sněhu nalezeno mnoho zástupců, například Aphanocapsa nivalis Lagerh (Kol 1975), Romeria cryophila Kol., Oscillatoria glacialis Wittrock (Kol 1968), Gloeocapsa sanguinea (C. Agardh) Kützing (Kol 1942), Calothrix parietina Thuret (Takeuchi a kol. 2006) a další. Druhy ze skupiny Chrysophyceae bývají dominantními ve žlutě nebo hnědě zbarvených sněhových polích. Typickými zástupci jsou například Chromulina elegans Doflein (Lukavský a kol. 2009), Ochromonas smithii H. Fukushima nebo Ochromonas itoi H. Fukushima (Tanabe a kol. 2011). Druh Cryptomonas frigoris Jav. et Hindák (Cryptophyceae) byl popsán ze vzorků sněhu Vysokých Tater. Jeho nepohyblivá stádia se vyskytovala při povrchu sněhové pokrývky. V buňkách se vyskytovaly hnědé a zelenožluté chromatofory (Javornický a Hindák 1970). Ze skupiny Dinophyceae byl ze sněhu popsán druh Gyrodinium pacheri (Suchlandt) Schiller s tmavě červenými chromatofory (Kol 1968). Z dalších skupin byly nalezeny například tyto druhy: Dinophyceae: Gymnodinium sp. (Kvíderová 2012), Xanthophyceae: Xanthonema sessile (Vinatzer) Ettl & Gärtner (Kvíderová 2012), Bumilleriopsis brevis (Gerneck) Printz (Kol 1968), Bacillariophyceae: Achnanthes sp., Cymbella sp, Navicula sp. (Kol 1968), Gyrosigma sp., Melosira sp., Pinnularia sp. (Kvíderová 2012). Ve sněhu s výskytem Chlamydomonas nivalis byly často nalezeny prázdné frustuly rozsivek (Gradinger a Nürnberg 1996). Tyto druhy se nejspíše do sněhové pokrývky dostávají z jiných, původních biotop ů (například navátím větrem) a nejsou adaptované k životu ve sněžném prostředí.

2.5. Rozšíření sněžných řas rodů Chlamydomonas a Chloromonas Barevný sníh způsobený nárosty sněžných řas je celosvětově známý fenomén. Hlavní geografické oblasti s výčtem doposud nalezených druhů jsou uvedeny v Tab. 1. Obecně lze říci, že červený sníh způsobený Chlamydomonas nivalis je vázán na bezlesí ve vyšších nadmořských výškách a v polárních oblastech a na exponovanější lokality (například povrch ledovce nebo různé strmé svahy), na rozdíl od druhů tradičně řazených do rodu Chloromonas, které jsou pravděpodobně adaptované na nižší horské a více zastíněné lokality. (Hoham a Blinn 1979, Nedbalová a kol. 2008, Remias a kol. 2012).

Tab. 1: Rozšíření sněžných řas z řádu Chlamydomonadales v rámci světových oblastí

Lokalita Nalezené druhy

Antarktida Chlamydomonas nivalis (Komárek a Komárek 2001), Chloromonas polyptera (Hoham a kol. 1982), Chloromonas rubroleosa (Ling a Seppelt 1993)

Arktida Chlamydomonas nivalis (Gradinger a Nürnberg 1996, Kol a Eurola 1971), Chloromonas brevispina (Spijkerman a kol. 2012), Chloromonas nivalis (Spijkerman a kol. 2012), Chloromonas cf. rostafinskii (Spijkerman a kol. 2012),

Severní Amerika Chlamydomonas nivalis (např. Takeuchi2001, Stein 1967,Hoham a Blinn 1979), Chloromonas brevispina (Hoham a Blinn 1979), Chloromonas hohamii (Ling a Seppelt 1998), Chloromonas chenangoensis (Hoham a kol. 2006), Chloromonas nivalis (Hoham a Blinn 1979), Chloromonas pichinchae (Hoham 1975), Chloromonas rosae var. psychrophila (Hoham a kol. 2002), Chloromonas tughillensis (Hoham a kol. 2006), Chlainomonas kolii (Hoham 1974a), Chlainomonas rubra (Hoham 1974b)

Jižní Amerika Chlamydomonas sanguinea (Kol 1968), Chloromonas pichinchae(Hoham 1975)

Evropa Chlamydomonas nivalis (Light a Belcher 1968, Kol a Eurola 1973, Fott a kol. 1978), Chlamydomonas sanguinea (Kol a Eurola 1973, Kol 1975), Chloromonas brevispina (Nedbalová a kol. 2008, Remias a kol. 2010), Chloromonas nivalis (Lukavský a Cepák 2010), Chloromonas rosae var. psychrophila (Nedbalová a kol. 2008, Remias a kol. 2010), Chloromonas rostafinskii (Starmach a Kawecka 1986, Lukavský a Cepák 2010)

Afrika Chloromonas sp. (Duval a kol. 1999)

Asie Chloromonas miwae (Muramoto a kol. 2010), Chloromonas sp. (Takeuchi a kol. 2006)

Austrálie a Nový Zéland Chlamydomonas nivalis (Marchant 1982), Chloromonas brevispina (Marchant 1982), Chloromonas rubroleosa (Novis 2002b), Chlainomonas kolii(Novis 2002a)

Na základě současných znalostí se zdá, že druhy jako Chlamydomonas nivalis, Chloromonas nivalis, Chloromonas rosae var. psychrophila či Chloromonas brevispina jsou rozšířené v polárních a horských oblastech celého světa. To je však komplikováno existencí druhových komplexů, jak je tomu v případě Chlamydomonas nivalis (viz kapitola 2.2.). Oproti tomu některé druhy (např. Chloromonas polyptera, Chloromonas chenangoensis, Chloromonas tughillensis a Chlamydomonas sanguinea) jsou nejspíše vázané na určitou oblast a lze je považovat za endemické. I přes poměrně rozsáhlé sběry a determinaci přírodních vzorků stále zbývá mnoho neprobádaných oblastí, které by mohly přispět k poodhalení skutečné diverzity a rozšíření sněžných řas.

3. Ekologie

3.1. Fyzikální vlastnosti sněhu Sníh patří mezi z hlediska fyzikálních vlastností mezi nejsložitější materiály na Zemi a pro organizmy představuje velmi náročné prostředí pro život. Je charakteristický vysokou odrazivostí a změnami jednotlivých skupenství, které doprovází změny teplot (Pomeroy a Brun 2001). Sněhová pokrývka bývá často velmi mocná. Svrchní vrstvy sněhu interagují s atmosférou, hlubší vrstvy jsou od ní izolované a energii si vyměňují pouze s okolním sněhem a tající vodou. Nejhlubší vrstvy pak interagují s povrchem půdy (Dove a kol. 2012). Díky pórovitosti může být sníh ovlivněn atmosférou a k některým interakcím může docházet až do hloubky několika svrchních centimetrů. Změna skupenství během jarního tání vede mimo jiné k pronikání kapiček vody s rozpuštěnými živinami skrze sněhovou pokrývku, což má pro řasy žijící v tomto prostředí velký význam (Pomeroy a Brun 2001). Pohyb kapek vody vrstvou sněhu má buď laterální, nebo gravitační směr. Bylo zjištěno, že procentuální obsah kapalné vody ve sněhové pokrývce je důležitým faktorem pro růst a vývoj jednotlivých stádií řas. Rychlost průtoku tající vody ve sněhovém poli, kde se vyskytovaly buňky Chloromonas pichinchae, byla 3–150 cm hod–1. Nejrychlejší průtok byl zaznamenán během poledne, kdy ozáření i teplota dosahovaly nejvyšších hodnot. Při nejvyšším obsahu kapalné vody (57–72 %) se ve sněhu vyskytovaly převážně bičíkatá pohyblivá stádia. K produkci gamet a pohlavnímu rozmnožování docházelo za nižšího obsahu kapalné vody (47–54 %) (Hoham 1975, Hoham a Duval 2001). Čerstvý čistý sníh se vyznačuje vysokým albedem (0,8–0,9) (Pomeroy a Brun 2001). Bylo zjištěno, že nárosty sněžných řas na povrchu sněhové pokrývky snižovaly albedo a ovlivňovaly tak proces tání (Takeuchi a kol. 2006). Důležitým faktorem ovlivňujícím růst a vývoj řas je pronikání slunečního záření vrstvou sněhu. Dlouhovlnné infračervené záření je absorbováno již na povrchu sněhové pokrývky a vyzařováno zpět ve formě tepla. Krátkovlnné UV záření může být v závislosti na podmínkách sněhem postupně absorbováno až do hloubek 30 cm (Pomeroy a Brun 2001). Jedním z nejdůležitějších parametrů určující rychlost fotosyntézy sněžných řas je intenzita fotosynteticky aktivního záření. Na povrchu sněhové pokrývky byla naměřena až dvakrát větší celková rychlost toku fotonů (záření přicházející ze všech směrů) v porovnání s ozářeností (= záření dopadající na plochu). Se zvyšující se hloubkou sněhové pokrývky a zvětšujícím se rozptylem světla obě hodnoty exponenciálně klesají, přičemž ozářenost klesá výrazněji než celková hustota toku fotonů (Gorton a kol.,

2001). Pronikání slunečního záření sněhem v průběhu roku a jeho závislost na výskytu nárostů sněžných řas měřili také Curl a kol. (1972). Ukázalo se, že absorpce sněhu je závislá mimo jiné na jeho hustotě (= obsahu kapalné vody). V létě, kdy byla hustota nejvyšší, se absorpční koeficient snížil a došlo ke zvýšení přenosu záření. V zimním období pronikalo 1 % celkového povrchového záření do hloubky přibližně 18 cm. V letním období, kdy byla naměřena maximální hustota sněhové pokrývky, pronikalo záření až do hloubky 110 cm. První nárosty řas se začaly objevovat v době, kdy sněhem až k povrchu půdy pronikalo 0,1 % světla. Zdá se, že i takto nízká hladina může být jedním z faktorů podporujících klíčení trvalých stádií řas.

3.2. Chemické vlastnosti sněhu Sníh bývá z hlediska dostupnosti živin často limitující a řasy obývající toto prostředí využívají různé strategie k jejich získání. Některé druhy mohou pomocí pinocytózy akumulovat prvky uvnitř svých vakuol. Jiné druhy osídlily habitaty zastíněné jehličnany nebo v těsné blízkosti hnízdišť ptáků, které jsou charakteristické poměrně vysokým přísunem živin. Koncentrace živin ve sněhu se může výrazně lišit v závislosti na charakteru lokality. Sněžné řasy v oblasti Svalbardu získávají část živin ze srážek a dále z materiálu navátého větrem, který se vyluhuje do sněhu a tím dochází ke zpřístupnění živin pro řasy. Ve sněhových polích s výskytem sněžných řas bylo naměřeno vyšší množství chloridových iontů, než v čistém sněhu. Toto zjištění podporuje teorii o obohacení těchto sněhových polí navátím různých částic(Newton 1982, Müller a kol. 1998). Mezi řasy, které se vyskytují v jehličnatých lesích, patří například Chloromonas pichinchae. Buňky tohoto druhu pěstované v laboratorních podmínkách v extraktu kůry, jehlic a pylu vykazovaly stimulaci růstu. Vzorky tajícího sněhu zastíněného jehličnany obsahovaly nejvyšší koncentraci anorganických látek (například PO4- P). Podle těchto výsledků je zřejmé, že anorganický materiál je do prostředí sněhu vyplavován z opadu jehličnanů a z prachových částic a tvoří pro tuto řasu významný zdroj živin (Hoham 1976). Chloromonas rosae var. psychrophila v oblasti Adirondackého pohoří (New York, USA) roste ve sněhu v blízkosti borovic. Také u tohoto druhu byla v laboratoři testována závislost růstu na přítomnosti extraktu z opadu borovic v médiu. Ve všech případech vykazovaly kmeny Chloromonas rosae var. psychrophila stimulaci růstu ve srovnání s kontrolou. Také tento druh tedy využívá pro svůj růst a vývoj živiny získané z opadu stromů (Hoham a kol. 2008b).

Mezi další stanoviště obohacená živinami patří kolonie ptáků a ploutvonožců v polárních oblastech. Vzorky zeleného sněhu (Chlamydomonas spp.) z Antarktidy poblíž kolonií tučňáků a tuleňů obvykle obsahovaly vyšší množství dusíku (více než 100 μg l-1), než vzorky červeného sněhu tvořeného také chlamydomonádami (méně než 100 μg l-1) mimo dosah kolonií. Vliv na zvýšené množství dusíku měl přísun guána, a proto se výrazné nárosty řas vyskytovaly v jejich blízkosti (Bidigare 1992,Hoham 1992). Druh Chloromonas polyptera byl nalezen na skalních výchozech blízko hnízdišť tučňáků, kde je zvýšený obsah živin

a mořské soli (Ling a Seppelt 1998). Řasy z vysokohorského a polárního prostředí žijí v odlišných podmínkách, než řasy vyskytující se v pohořích nižších geografických šířek. Jsou vystaveny intenzivnějšímu ozáření a díky izolovanosti lokalit mají k dispozici většinou méně dostupných živin – s výše zmíněnou výjimkou okolí kolonií živočichů (Müller a kol. 1995). Důležitým zdrojem živin v těchto podmínkách mohou být často částice v tenké vrstvě vody mezi krystaly ledu, které se přichytávají k povrchu buněčné stěny sněžných řas. Buňky Chloromonas spp. ze zeleného sněhu nasbíraného v Antarktidě měly na svém povrchu menší množství částic, než buňky pocházející ze Svalbardu nebo z alpinského prostředí (Tyrolsko, Rakousko). Částice, které adherovaly k povrchu všech buněk nezávisle na původu, se skládaly zejména z křemíku (Si), hliníku (Al), železa (Fe) a kyslíku (O). Jejich poměr se u jednotlivých vzorků lišil. Částice Si, Al a Fe byly také nalezeny uvnitř vakuol řas červeného i zeleného sněhu. Tento příjem prvků z okolního prostředí pomocí pinocytózy se zdá být nezbytný pro správné fungování metabolismu a přežití buněk. Tyto částice bývají buňkami často ukládány do intracelulárních kompartmentů. Nejvíce překvapivá byla současná akumulace Si a Al, jelikož Al může být pro buňku toxický. Tyto dva prvky se do buněk dostávaly nejspíše kotransportem s jinými prvky a byly uloženy do malých vakuol ve formě nerozpustných křemičitanů hliníku. Tento proces je tedy nejspíše detoxikačním mechanismem buňky. V buňkách řas bylo nalezeno propojení mezi plazmatickou membránou a vakuolami obsahujícími minerální usazeniny (Lütz-Meindl a Lütz 2006). Podle výsledků zjištěných Müllerem a kol. (1998) neměl obsah živin v rozpuštěném sněhu a uvnitř buněk přímou spojitost s akumulací sekundárních karotenoidů. Uvnitř i vně buněk Chlamydomonas nivalis nalezené v oblasti Svalbardu zjistili vysokou akumulaci Fe, P, Al, draslíku (K) a manganu (Mn). Vysoké hodnoty P v buňce mohou mít za následek sníženou dostupnost Fe (a naopak) a tím ovlivňovat složení pigmentů fotosyntézy. Různé prvky tedy na sobě mohou být závislé co do fyziologické dostupnosti. Kromě minerálních částic bývají buňky Chlamydomonas nivalis často asociovány s částmi

rostlinných zbytků nebo zvířecích chlupů (Newton 1982). Různé anorganické partikule přilepené k buněčné stěně byly nalezeny také u Chloromonas nivalis. Tyto částice mohly přispívat k zastínění a ochraně buněk proti vysokému ozáření (Remias a kol. 2005). Další důležitou chemickou vlastností sněhové pokrývky je hodnota pH. Ta může být ovlivněna různými faktory, jako je biologická aktivita mikrobů, vegetace a živočichů a také typem horniny, která tvoří podloží. Bylo zjištěno, že pH souvisí s druhovým složením sněžných řas. Kol (1975) ve své práci uvádí, že růžově-červený sníh s nárosty řas Chlamydomonas nivalis a Chlamydomonas sanguinea v oblasti Vysokých Tater měl charakteristicky nižší hodnoty pH (5,2–5,5), zatímco pH zeleného sněhu s výskytem druhu Koliella tatraebylo v důsledku vápencového podloží vyšší (6,0–6,5). Sníh s obsahem oranžově-červených cyst Chlamydomonas nivalis měl o 0,4–0,7 nižší pH než sníh bez přítomnosti populací řas (Newton 1982, Müller a kol. 1995). Kol (1986) uvádí většinu nálezů sněžných řas v prostředí s pH 5 až 7 (tato hodnota nebyla překročena).

3.3. Životní cykly sněžných řas Díky tání při teplotách nad bodem mrazu na jaře začíná ve sněhové pokrývce stoupat obsah kapalné vody, která umožňuje tok živin a zvyšuje pronikání záření ve vertikálním profilu. Ze zygot, které leží na povrchu půdy pod sněhem (případě v oblastech s trvalou sněhovou pokrývkou na rozhraní starého a nového sněhu), začnou meiosou klíčit dceřiné bičíkaté buňky (neboli zoospory). Zygoty jsou jedinými diploidními buňkami, ostatní životní stádia jsou haploidní. Tento způsob rozmnožování je typický u zástupců skupin Chloromonas i Chlamydomonas (Hoham 1975, Hoham 1980). Zoospory aktivně plavou volnou vodou, která obklopuje sněhové krystaly, a dostávají se tak do svrchních vrstev sněhové pokrývky (Obr. 3) (Hoham a Duval 2001).

Například populace Chloromonas pichinchae migrují za svítání směrem k povrchu, kolem poledne se buňky přesouvají přibližně 10–15 cm pod povrch a během soumraku plavou buňky opět k povrchu sněhové pokrývky (Hoham 1975). Tento vertikální pohyb a pozice ve sněhu je řízen spektrálním složením a intenzitou ozáření (Hoham 1979). Pohyblivé bičíkaté buňky byly pozorovány také u druhu Chloromonas nivalis. Ve sněhu se však vyskytovaly pouze krátce, jelikož jsou limitované krátkým trváním příznivých podmínek. Dochází u nich k rychlému množení a poté k přeměně na silnostěnné spory (Remias a kol. 2010). Schéma životního cyklu je znázorněno na Obr. 4.

Obr. 3: Zoospory sněžných řas z rodu Chloromonas aktivně plavou tající vodou ve sněhové pokrývce a vyhledávají nejlepší pozici pro nepohlavní rozmnožování (foto: M. Kociánová)

Hoham a kol. (2010) sledovali význam kvality záření na indukci pohlavního rozmnožování Chloromonas sp.-D: porovnávali ozáření modrým světlem (vrchol v oblasti 430–460 nm) a světlem s vrcholem ve vlnových délkách 530–700 nm. Testované fotoperiody byly 14:10 a 20:4 (poměr hodin světla a tmy). Množství kopulujících gamet bylo vysoké v obou testovaných světelných podmínkách po ozáření modrým světlem, přičemž nejvíce jich bylo při fotoperiodě 20:4. Z těchto výsledků lze usoudit, že delší perioda modrého záření je pro pohlavní rozmnožování druhu Chloromonas sp.-D optimální a perioda tmy nehraje v životním cyklu významnou roli. Zoospory se nejčastěji vyskytují ve vodorovných pásech stlačeného sněhu několik centimetrů pod povrchem. Buňky se mohou pohybovat z jednoho horizontálního pásu do druhého. Aktivní vertikální pohyb umožňuje buňkám vyhledat nejvhodnější pozici z hlediska záření dopadajícího do svrchních vrstev sněhu (Hoham 1992). Již za několik dní po vyklíčení se na povrchu sněhové pokrývky začnou vytvářet viditelné nárosty řas. Bičíkovci přítomni ve sněhu vznikají pohlavním i nepohlavním způsobem. Mitoticky se dělící dvoubičíkaté buňky vytváří uskupení po dvou, čtyřech a osmi buňkách, které mají společnou buněčnou stěnu. Ta se brzy rozpouští a uvolňuje dceřiné dvoubičíkaté buňky. U některých druhů nebylo pohlavní rozmnožování zatím pozorováno (např. Chloromonas rosae var. psychrophila nebo

Chloromonas miwae) Typem pohlavního rozmnožování, pokud je přítomné, je anisogamie (např. Chloromonas pichinchae), případně kombinace isogamie i anisogamie (např. Chloromonas chenangoensis,Chloromonas tughillensis, Chloromonas brevispina nebo Chlamydomonas nivalis). Pohlavně vzniklé gamety fúzují svými anteriorními konci a vytváří klidová stádia – zygoty. Nejprve dochází k vytvoření tzv. bičíkatých planozygot (často mívají dva páry bičíků). Zralé planozygoty vykazují podobné morfologické znaky jako vegetativní buňky. Poté, co dosáhnou maximální velkosti, začne docházet k tvorbě zralých zygot. Ztrácí své bičíky a vytváří silnou buněčnou stěnu (Hoham 1975, Hoham 1979, Hoham 1980, Hoham a kol. 2002, Hoham a kol. 2006, Muramoto a kol. 2010). U některých druhů vznikají zygoty přímo z nepohlavních bičíkovců. Po roztátí sněhové pokrývky zůstávají zygospory přichyceny k povrchu půdy a v dormantním stavu přečkávají letní i zimní období. Na podzim během prvních mrazů se mohou dělit v dceřiné buňky. Na jaře, kdy nastanou vhodné podmínky, dochází k vyklíčení v zoospory (Hoham 1980). Zygoty Chlamydomonas nivalis tvořící červený sníh jsou silnostě nné a mají hladký povrch. Buněčná stěna se skládá ze tří vrstev: vnitřní vláknité, středního hustého jádra a vnější kompaktní vrstvy. Silná buněčná stěna spor slouží k ochraně při střídavém vymrzání a tání, kterému musí buňky ve vysokohorských oblastech během letního období často čelit. Silná buněčná stěna chrání protoplast buňky před dehydratací (Weiss 1983). Některé řasy vytváří trvalé spory s výraznými žebry, v minulosti označované za samostatné druhy z rodu Scotiella. Jedná se však o zygoty druhů Chloromonas pichinchae, Chloromonas brevispina, Chloromonas nivalis, Chloromonas polyptera nebo Chloromonas rosae var. psychrophila (Hoham 1975, Hoham 1979, Hoham a kol. 1982, Ling a Seppelt 1998, Algaebase 2013). Jejich buněčná stěna se skládá ze dvou částí: primární vnitřní stěny, která je hladká a sekundární vnější stěny, na které se vytváří spirálovitě zatočené žebrovité výrůstky. Spory sněžných řas mohou být pasivně šířeny v ětrem (Newton 1982). Zdá se, že populace sněžných řas upřednostňují nepohlavní způsob rozmnožování, což může vest ke ztrátě genetické variability. Nepohlavní způsob rozmnožování je však nejrychlejší způsob produkce cyst, které v následujícím roce dávají vznik novým populacím řas. Pohlavní rozmnožování může být díky omezenému trvání sněhové pokrývky a tedy nutnosti správného načasování riskantní (Hoham 1992).

Rozhraní vzduchu a sněhu

Tající voda n gamety fúzují za vzniku 2n zygospor 2n zygospory se vrací tající vodou na povrch půdy

Nepohlavně se rozmnožující n zoospory

n zoospory aktivně migrují kAktivnípovrchu migrace zoospor n zoospory aktivně migrují k povrchu sněhové pokrývky

Rozhraní 2n zygospory klíčí sněhu a meiosou v n zoospory půdy

Obr. 4: Obecné schéma životního cyklu Chloromonas (Hoham a Duval 2001)

3.4. Interakce s ostatními mikroorganizmy Na povrchu zygot druhu Chlamydomonas nivalis byla nalezena síť volných vláken, ve které se hojně vyskytovaly zapouzdřené gramnegativní bakterie. Tyto bakterie měly obal typický pro tuto skupinu skládající se z vnitřní plazmatické membrány, peptidoglykanové vrstvy a vnější lipopolysacharidové membrány a dělení buněk probíhalo také typickým způsobem. Neobvyklé bylo, že buňky měly silná pouzdra, což je jev, který se u těchto bakterií běžně nevyskytuje. Bakterie tvořily jakési mikrokolonie, které byly obaleny právě těmito pouzdry a přichyceny k buňkám sněžných řas. V kontrolních vzorcích sněhu, ve kterých nebyla přítomna Chlamydomonas nivalis, nebyly nalezeny ani tyto bakterie. Zdá se, že pozorovaná asociace bakterií a řas nebyla náhodným jevem (Weiss 1983). Přítomnost bakterií asociovaných s buňkami Chlamydomonas nivalis a bakterií volně žijících v blízkosti buněk řas pozorovali v oblasti Sierra Nevada (Kalifornie, USA) také Thomas a Duval (1995). Abundance bakterií i jejich produktivita byly vyšší v přítomnosti řas v porovnání s bílým

sněhem. Při měření primární produkce obou organizmů byly bakterie až o dva řády méně produktivní než sněžné řasy. Produkce bakterií se pohybovala v rozmezí 4–17,4 . 10-4 μg C ml-1 tajícího sněhu h-1 a produkce řas v rozmezí 7–25 . 10-2 μg C ml-1 tajícího sněhu h-1 (C = uhlík). Fotosyntéza řas a jimi vyloučený organický uhlík je pro bakterie pravděpodobně významným autochtonním zdrojem živin, který mohou přímo využívat. Další zdroje uhlíku pro bakterie jsou alochtonního původu (např. z navátých prachových částic či z opadu). Buňky Chloromonas nivalis nalezené v oblasti Alp a v Severní Americe měly ke své buněčné stěně přichycené bakterie a houby. Interakce s těmito organizmy může představovat formu symbiotického nebo parazitického vztahu. Stěna Chloromonas nivalis je velmi tuhá a poskytuje buňce silnou mechanickou ochranu proti poškození. Občas bývá obalena slizovitou vrstvou, která bakterie i houby obzvláště přitahuje (Remias a kol. 2005). Jeden z druhů hub, který bývá často nalezen v přítomnosti sněžných řas (například Chloromonas pichinchae), je Phacidium infestans.Buňky řas k tomuto organizmu často pasivně adherují. Houba spolu s řasou nevytváří symbiózu, jakou známe u lišejníků, ale je možné, že u nich dochází k extracelulární výměně metabolitů (Hoham 1975b). Další z houbových organizmů, které byly nalezeny ve sněhu v přítomnosti sněžných řas, jsou například Chionaster nivalis (Obr. 5) a Selenotila nivalis. Oba druhy se vyskytují spíše v alpinském prostředí (Kol a Eurola 1973). Jako heterotrofní organizmy musí přijímat uhlík z jiného primárního zdroje. Je pravděpodobné, že jej získávají pasivně z řas, bakterií nebo opadu jehličnanů (Hoham 1989). Ve sněhu lze často objevit různé bezobratlé živočichy, kteří se živí biomasou sněžných řas. Mezi nejhojnější patří například chvostoskoci (Collembola) (Takeuchi a kol. 2006). Typickým příkladem filtrátora, který se vyskytuje v přítomnosti sněžných řas, je vířník Philodina roseola (Rotifera) (Vogt 1841). Na ledovcích v Himalájích byl nalezen druh kryotolerantní druh komára Diamesa sp. Meigen (Diptera, Chironomidae), který tráví celý svůj životní cyklus na sněhu a ledu ledovce. Jeho larvy žijí v tajícím sněhu a živí se bakteriemi, sinicemi a řasami (Kohshima 1984). Ačkoliv tedy existuje několik druhů bezobratlých, kteří se živí sněžnými řasami, nedokáží významně omezit jejich populace.

Obr. 5: Spora druhu Chloromonas rosae var. psychrophila a houbového organizmu Chionaster nivalis (Nedbalová a Lukařský 2007).

4. Ekofyziologie

4.1. Teplotní optima růstu Mikroorganizmy z chladného prostředí se dělí do dvou skupin podle svého teplotního optima pro růst a podle teplot, při kterých přežívají na psychrofilní a psychrotrofní. Obě tyto skupiny organizmů mohou růst při teplotách blízkých nule. Maximální teplota, při které mohou růst psychrotrofní organizmy, překračuje 20 °C, u psychrofilních organizmů je tato teplota výrazně nižší (Gounot 1986). Teplotní optimum růstu je u psychrofilních řas v rozmezí 1–10 °C (vyšší teplota bývá letální), u psychrotrofních řas je optimum 10–20 °C (Komárek a Nedbalová 2007). Psychrofilové jsou adaptováni na chladné prostředí a velmi nízké teploty pro ně tedy nejsou extrémem. Chladné prostředí je pro tyto organizmy extrémní v případě, že nějaký jiný faktor znesnadňuje přežití (například nedostatek živin nebo kapalné vody) (Gounot 1986). Psychrofilní organizmy lze označit za stenotermní a psychrotrofní za eurytermní (Keller a Gerday 2003). Ještě nedávno se předpokládalo, že sněžné řasy nerostou v teplotách vyšších než 10 °C (Gounot 1986). Hoham (1975a) uvedl, že spory Chlamydomonas nivalis klíčí v dceřiné buňky při teplotách 0–2 °C a tyto teploty by mohly být zároveň optimem pro růst. Zcela jiné výsledky stanovení teplotního optima druhu Chlamydomonas nivalis uvádí Sutton (1972). V laboratorních podmínkách provedl měření fotosyntézy spor při teplotách 0–25 °C. Při 21

vyšších teplotách překvapivě nedošlo k poklesu rychlosti fotosyntézy, ale naopak ke zvýšení. Na základně svých výsledků konstatoval, že druh Chlamydomonas nivalis není striktně omezen na prostředí sněhu a ledu a tuto niku s nižší konkurencí ostatních druhů mohl obsadit díky svým schopnostem adaptovat se na extrémní podmínky. Další měření rychlosti fotosyntézy a respirace na přírodním vzorku cyst stejného druhu provedli Remias a kol. (2005). Množství spotřebovaného kyslíku při temnostní respiraci bylo při teplotě 1,5 °C relativně nízké, při 4 °C se spotřeba kyslíku více než zdvojnásobila a při 20 °C byl pozorován téměř čtyřnásobný růst spotřeby kyslíku. Toto zvýšení respirace může znamenat, že jsou buňky ve vyšších teplotách vystaveny stresu a začínají spotřebovávat zásoby uhlíku (včetně sekundárních karotenoidů). Buňky Chloromonas rosae v. psychrophila rostou v teplotním rozmezí od 4 do 20 °C. Do teploty 15 °C rostou buňky stejnou rychlostí, při teplotě 20 °C dochází k poklesu růstu. Také se tedy nejedná se o striktně psychrofilní řasu, jelikož její teplotní optimum je široké (Hoham a kol. 2008).Všechna měření fotosyntetické odpovědi byla pouze krátkodobá a reakce na dlouhodobější vystavení vyšším teplotám by měla být prozkoumána podrobněji. Chloromonas tughillensis roste nejrychleji za teplot blízkých 5 °C. Teploty vyšší než 15 °C přežívá pouze krátkodobě a po několika týdnech buňky umírají. Buňky druhu Chloromonas chenangoensis umírají po několika týdnech vystavení teplotě 10 °C (Hoham a kol. 2008). Druhy Chlainomonas kolii a Chlainomonas rubra mají optimum růstu mezi 1 °C a 4 °C, ve vyšších teplotách ztrácí své bičíky (Hoham 1975a). Teplotní optimum růstu Chloromonaspichinchae je přibližně 1 °C, ale roste velmi dobře i při teplotě 5 °C. V prostředí o teplotách vyšších než 6 °C ztrácí buňka své dva bičíky. V případě Chloromonas pichinchae mohou být buňky dokonce poškozené a abnormálního tvaru (tvoří shluky dvou až deseti nepohyblivých abnormálně velkých silnostěnných buněk) (Hoham 1975a). Všechny tyto druhy lze považovat za pravé psychrofilní řasy, jelikož jejich buňky při teplotách nad 10 °C nerostou. Teplotní optimum růstu sněžných řas je pravděpodobně jeden z důležitých fylogenetických znaků (Hoham a kol. 2008a). U řas nalezených ve sněžném prostředí byla studována také fyziologická odpověď na teploty pod bodem mrazu. Po vystavení teplotám pod 0 °C po dobu 72 hodin v laboratorních podmínkách docházelo u velkého množství buněk Chlainomonas rubra k poškození protoplastu a vytváření lipidových tělísek. Vegetativní buňky nalezené v přírodě občas vykazovaly stejné známky poškození. Ve svrchních vrstvách sněhové pokrývky (do 15 cm pod povrchem), která byla vystavena teplotám pod 0 °C, byly dosud nalezeny

pouze červeně zbarvené buňky druhu Chlamydomonas nivalis. Zelené vegetativní buňky (patřící pravděpodobně také Chlamydomonas nivalis) se nacházely v hlubších vrstvách (20–30 cm pod povrchem), kde docházelo k odtávání sněhu. Zdá se, že vegetativní buňky některých druhů způsobujících barevné nárosty ve sněhu, mohou být po krátkodobém vystavení velmi nízkým teplotám pod bodem mrazu poničeny, zatímco buňky jiných druhů mohou v takových podmínkách přežívat i dlouhodobě. Velký vliv na poškození buněk má i rychlost vymrzání (Hoham 1975a).

4.2. Sekundární karotenoidy Nápadné zabarvení sněhových polí v důsledku růstu sněžných řas je dáno akumulací karotenoidů uvnitř buněk. Karotenoidy jsou organické pigmenty ze skupiny tetraterpenoidů, které se dělí do dvou skupin: xantofyly (ve své molekule obsahují kyslík) a karoteny (kyslík neobsahují). Charakteristickou strukturou karotenoidů jsou polynenasycené konjugované vazby, což znamená, že se v centrálním řetězci střídají jednoduché a dvojné vazby. Právě tyto polynenasycené konjugované vazby v řetězcích karotenoidů jsou zodpovědné za jejich zbarvení, absorpční, fotochemické a antioxidační vlastnosti (tj. schopnost reagovat s oxidačními činidly a volnými radikály). Karotenoidy dodávají buňkám žluté, oranžové a červené zabarvení (Britton 1995). Bidigare a kol. (1993) analyzovali obsah pigmentů v buňkách sněžných řas z rodu Chlamydomonas. Zelené buňky obsahovaly pigmenty typické pro všechny zelené řasy: chlorofyl a a b a primární karotenoidy (neoxanthin, violaxanthin, antheraxanthin, lutein, zeaxanhin a β-karoten). V červených buňkách a cystách se vyskytovaly navíc nepolární karotenoidní estery mastných kyselin (dominantními kyselinami byly kyselina palmitová a kyselina olejová). Nejvýznamnějším karotenoidem, který byl z těchto buněk izolován, je astaxanthin. Zvýšená akumulace astaxanthinu a jeho esterů mastných kyselin v buňce způsobuje nápadně červené zbarvení, které je typické například pro druh Chlamydomonas nivalis (Bauer) Wille. Jako nepolární látka se může v buňce vyskytovat ve formě lipidových globulí přímo v cytoplasmě (Bidigare a kol. 1993). Astaxanthin se neúčastní fotosyntézy. Jednou z jeho funkcí je ochrana před poškozením buněk. Astaxanthin, který byl izolován z červených buněk Chlamydomonas spp., měl maximum absorpce v oblasti 472–476 nm. Aby mohly sekundární karotenoidy redukovat množství světla, které je dále absorbováno fotosyntetickými pigmenty, musí být umístěny mezi zdrojem světla a fotosyntetickým aparátem (tedy v buněčné stěně nebo v cytoplazmě). Astaxanthin díky pasivní absorpci fotonů 23

účinně zabraňuje fotoinhibici a poškození buňky v důsledku nadměrného ozáření (Bidigare a kol. 1993). Gorton a kol. (2001) měřili propustnost pro různé vlnové délky u buněk Chlamydomonas nivalis. Astaxanthin v buňkách podle očekávání pohlcoval viditelné modré záření, UV záření bylo blokováno zatím neznámou absorpční látkou. Díky vrstvě astaxanthinu v buňce se výrazně snížilo množství modrého záření, které proniká k chloroplastu a může způsobit poškození fotosystémů. Měření dále ukázalo, že pro vlnové délky 500–600 nm propustnost buněk opět vzrůstala. Při vlnových délkách okolo 670 nm odpovídajících absorpci chlorofylu propustnost světla klesala, zvýšila se opět při vlnových délkách nad 700 nm (Obr. 6). Tato absorpce červeného světla je pravděpodobně jednou z adaptací sněžných řas na přežití v chladném prostředí.

Obr. 6: A: Absorpční maximum astaxanthinu v porovnání s a β-karotenem. B: Obecný vzorec astaxanthinu. C: Druhé absorpční maximum astaxanthinu leží ve vlnové délce okolo 870 nm. (Amarie a kol. 2010)

V buňkách druhu Chlamydomonas nivalis byla dále v menším množství nalezena doposud neznámá látka, jejíž absorpční maximum leží v oblasti 335 nm (Gorton a Vogelmann 2003). Astaxanhin začíná být v buňce syntetizován a akumulován při nízkých růstových rychlostech, zvýšeném ozáření a sníženém množství dusíkatých živin. Zelené buňky řas, které se vyskytují v koloniích tučňáků a tuleňů v Antarktidě, žijí v prostředí s vyšším obsahem dusíku a využívají jiný fotoprotektivní mechanismus. Zelené buňky dokážou díky dostatečnému množství dusíkatých živin udržovat rychlý obrat proteinu Qb, který je akceptorem elektronu ve fotosytému II, kde plní ochrannou funkci před poškozením nadměrným ozářením (Bidigare a kol. 1993). Remias a kol. (2005) zjišťovali složení a poměr jednotlivých pigmentů ve zralých buňkách Chlamydomonas nivalis, které se vyskytovaly na 24

stanovištích zcela exponovaných slunci. Astaxanthin (ve volné nebo esterifikované formě) zaujímal v buňkách většinu obsahu všech pigmentů. Jeho obsah byl přibližně 20x vyšší než obsah chlorofylu a. Ostatní karotenoidy (včetně pigmentů xanthofylového cyklu) se v buňkách vyskytovaly v mnohem menším množství než astaxanthin (Tab. 2).

Tab. 2: Množství pigmentů ve zralých buňkách Chlamydomonas nivalis v μg na μg chlorofylu a. Ast = astaxanthin, Neo = neoxanthin, Lut = lutein, Chl b = chlorofyl b, β-Car = β-karoten, α-Toc = α-tocopherol, Xant = pigmenty xanthofylového cyklu (violaxanthin, antheraxanthin, zeaxanthin). Upraveno dle Remias a kol. 2005) Druh/lokalita Ast Neo Lut Chl b β-Car α-Toc Xant

C.nivalis ledovec Rettenbach (Německo) 2700 m.n.m. 21,88 0,04 0,14 0,39 0,05 0,1 0,03 C.nivalis ledovec Rettenbach (Německo) 2600 m.n.m 18,77 0,05 0,13 0,35 0,04 0,04 0,04 C.nivalis ledovec Rettenbach (Německo) 2700 m.n.m. 17,52 0,04 0,11 0,32 0,03 0,08 0,03 C.nivalis Ötztal, Oberburgl(Rakousko) 2400 m.n.m 25,24 0,05 0,11 0,37 0,03 0,07 0,03

Průměrné hodnoty 20,85 0,04 0,12 0,36 0,04 0,07 0,03

Leya a kol. (2009) naměřili v laboratorních podmínkách u vzorků Chlamydomonas nivalis získaných z oblasti Svlabardu až 67 % echinenonu z celkového obsahu sekundárních karotenoidů. Cantaxanthin zaujímal 28 % obsahu, astaxanthin 37 %. Nízké hodnoty cantaxanthinu a astaxanhinu naznačují, že buňky v laboratorních podmínkách nebyly vystaveny přílišnému stresu z nadměrného ozáření, a proto v nich nedošlo k masivní akumulaci ochranných sekundárních karotenoidů. Rozdílné poměry a složení ochranných pigmentů lze pozorovat u druhu Chloromonas nivalis. Během tvorby cyst docházelo v buňkách ke zvýšení zásoby primárních karotenoidů, které se účastní xanthofylového cyklu a plní fotoprotektivní funkci (violaxanthin, antheraxanthin, zeaxanthin). Ve zralých cystách bylo nalezeno až pětkrát větší množství těchto látek v porovnání s mladými cystami. V cytoplasmě těchto buněk se nacházela lipidová tělíska obsahující axtaxanthin, který dodává buňkám oranžové zbarvení. U měřených vzorků se průměrně cca 91 % astaxanthinu vyskytovalo v buňkách ve formě monoesteru mastných kyselin. Astaxanthin ve formě 13Z cis-izomeru, který má absorpční maximum nejblíže UV záření a oblasti 375 nm, se v buňkách vyskytoval v maximálním množství 5 %. To spolu s celkově malým množstvím astaxanthninu v buňkách (maximálně 0,6 μg na μg chlorofylu a naměřeným u zralých zygot) naznačuje, že je druh Chloromonas nivalis méně odolný k nadměrnému ozáření, než druh Chlamydomonas nivalis, jehož cysty obsahují podstatně více

astaxanthinu (Remias a kol. 2010). Větší náchylnost druhu Chloromonas nivalis k ozáření může být dána skutečností proto, že je to druh vyskytující se převážně v nižších nadmořských výškách (Nedbalová a kol. 2008, Remias a kol. 2010). Chloromonas nivalis pravděpodobně chrání chloroplasty před poškozením světelným stresem odlišnými mechanismy než Chlamydomonas nivalis, a to zvýšeným množstvím pigmentů xantofylového cyklu. Tím Chloromonas nivalis pravděpodobně kompenzuje menší množství astaxanthinu v buňkách (Remias a kol. 2010). Zygoty a zygospory druhu Chloromonas tughillensis produkují po vystavení modrému záření oranžové karotenoidy, které jsou asociované s lipidy. Oranžově zbarvené pigmenty byly nalezeny také u buněk Chloromonas chenangoensis (pravděpodobně se jednalo o zygoty) (Hoham a kol. 2006). Ve sporách Chloromonas polyptera byly nalezeny látky olejového charakteru, které překrývaly celý obsah buňky a dodávaly jim červeno-oranžové zabarvení. Ve zralých zygotách Chloromonas hohamii byla pozorována zvýšená akumulace žlutých a červených blíže neurčených karotenoidů. (Ling a Seppelt 1998). Dalšími pigmenty ze skupiny sekundárních karotenoidů, které se mohou ve sněžných řasách vyskytovat, jsou echinenon a cantaxanthin. Absorpční maxima echinenonu leží přibližně ve vlnové délce 450– 460 nm, maxima cantaxanthinu okolo 470 nm.

Astaxanthin nefunguje pouze jako pasivní filtr, poskytuje buňkám také ochranu proti vymrzání. Bylo zjištěno, že přítomností sekundárních karotenoidů v buňce je snižován obsah vody v cytoplazmě. To je pro buňku velice důležité, protože voda by mohla být při teplotách pod bodem mrazu přeměněna na led. Díky obsahu astaxanthinu je při teplotách pod bodem mrazu omezena tvorba ledových krystalů (Hoham 1992). Jelikož přítomnost sekundárních karotenoidů v buňce snižuje riziko světelného stresu, je v buňkách s obsahem astaxanthinu redukován obsah plastidových antioxidantů jako je α-tokoferol (vitamin E). Sám astaxanthin (a příbuzné sekundární karotenoidy) slouží jako antioxidant zajišťující aktivní ochranu před volnými radikály, které vznikají při nadměrném ozáření (Duval a kol. 1999, Remias a kol. 2005). Buňky obsahující barevné pigmenty jsou umístěné v nejsvrchnějších vrstvách sněhu (Obr. 7), kde dosahuje radiace nejvyšších hodnot. Zelené zygoty leží ve sněhu hlouběji (Hoham a Duval 2001). Buňky sněžných řas tedy používají dva mechanismy, kterými se aktivně brání poškození UV a viditelným zářením: akumulují ochranné látky, jejichž absorpční maxima leží v oblasti UV a zejména modrého záření (dominantní látkou je sekundární karotenoid astaxanthin) a mají alespoň v části životního cyklu schopnost aktivní

migrace, díky které se dostávají do vrstev několik centimetrů pod povrchem sněhu, kde je intenzita záření výrazně nižší (Gorton a Vogelmann 2003).

Obr. 7: Červené zabarvení sněhu způsobené akumulací astaxanthinu v buňkách Chlamydomonas nivalis. (Encyclopedia of life 2013)

4.3. Složení mastných kyselin Lipidy spolu s proteiny tvoří hlavní složku semipermeabilních membrán ohraničujících různé buněčné kompartmenty. Mezi nejhojnější membránové lipidy patří fosfolipidy, které vytváří asymetrickou dvojvrstvu. Membránové lipidy se skládají ze dvou částí: hydrofilní hlavičky a hydrofobního konce. Tyto konce mívají v řetězci 14–24 atomů uhlíku. Kratší řetězce s přítomností dvojných vazeb, které znesnadňují přikládání jednoho řetězce ke druhému, zvyšují fluiditu membrány (Alberts a kol. 2004). Lipidy mají velký vliv na fyzikální vlastnosti a metabolismus membrány a změna v jejich složení může mít pro buňku významné fyziologické důsledky (Thompson 1996). V buňkách zelených řas ze skupiny Chlorophyceae většinou převládají nasycené mastné kyseliny (neboli SAFA, „saturated fatty acid“)16:0 a typicky chybí polynenasycené mastné kyseliny (neboli PUFA, „polyunsaturated fatty acid“) s dlouhými řetězci (Ahlgren a kol. 1992). Již několikrát bylo pozorováno, že mikroorganizmy, které žijí v prostředí nízkých teplot, obsahují větší poměr PUFA vůči SAFA. Přítomnost PUFA v membránách je velice důležitá pro zachování fluidity 27

a funkčnosti membrány při nízkých teplotách (Spijkerman a kol. 2012). Analýza obsahu mastných kyselin v buňkách sněžných řas druhů Chlamydomonas spp. ze vzorků získaných z Antarktidy ukázala, že většinu obsahu všech mastných kyselin v zelených buňkách tvořily nasycené mastné kyseliny 16:0 a 18:0 (okolo 70 %), zatímco v červených buňkách bylo obsaženo až 80 % nenasycených mastných kyselin. Přibližně 5 % všech mastných kyselin v buňce bylo asociováno s astaxanthinem (Bidigare a kol. 1993). Řezanka a kol. (2008) objevili přítomnost velkého množství PUFA s krátkými a středně dlouhými řetězci u druhů z rodu Chloromonas ze vzorků zeleného sněhu nalezeného v oblasti Šumavy. Obsah PUFA byl až 75 % z celkového obsahu všech mastných kyselin. Byly nalezeny též PUFA s krátkými řetězci (tj. kratšími než C16). Jedinou nasycenou mastnou kyselinou byla k. palmitová. Celkový přehled mastných kyselin z analyzovaných vzorků je znázorněn v Tab. 3 a na Obr. 8. Takto vysoký obsah PUFA s krátkými řetězci je unikátní a doposud nebyl u žádných jiných organizmů pozorován.

Tab. 3: Celkový obsah mastných kyselin druhu Chloromonas brevispina: číslo před dvojtečkou udává počet uhlíků v řetězci, číslo za ní udává počet dvojných vazeb. Číslo v závorce (např. n-3) udává umístění poslední dvojné vazby(upraveno podle Řezanka a kol. 2008). Číslo Mastná kyselina % Číslo Mastná kyselina % 1 5,8-11:2 (n-3) 0,59 23 4,7,10,13:16:4 (n-3) 4,69 2 3,6-12:2 (n-6) 0,71 24 6,9,12,15-16:4 (n-1) 4,87 3 6,9:12:2 (n-3) 0,83 25 9-17:1 (n-8) 1,19 4 3,6,9-12:3 (n-3) 0,48 26 5,9-17:2 0,12 5 4,7-13:2 (n-6) 0,12 27 6,9-12:2 (n-8) 0,36 6 4,7,10-13:3 (n-3) 0,3 28 9,12-17:2 (n-5) 0,42 7 8-14:1 (n-6) 2,38 29 6,9,12-17:3 (n-5) 0,53 8 5,8-14:2 (n-6) 2,91 30 8,11,14-17:3 (n-3) 0,27 9 5,8,11-14:3 (n-3) 4,63 31 9-18:1 (n-9) 7,13 10 6,9-15:2 (n-6) 2,91 32 5,9-18:2 0,97 11 6,9,12-15:3 (n-3) 4,63 33 6,9-18:2 (n-9) 1,28 12 16:0 2,49 34 9,12-18:2 (n-6) 5,11 13 16:1 (n-9) 8,91 35 12,15-18:2 (n-3) 1,49 14 16:1 (n-7) 2,97 36 5,9,12-18:3 2,05 15 3t-16:1 (n-13) 0,89 37 6,9,12-18:3 (n-6) 4,06 16 5,9-16:2 2,02 38 9,12,15-18:3 (n-3) 6,16 17 7,10-16:2 (n-6) 2,91 39 11,14,17-18:3 (n-1) 0,75 18 9,12-16:2 (n-4) 2,14 40 5,9,12,15-18:4 0,81 19 4,7,10-16:3 (n-6) 5,76 41 6,9,12,15-18:4 (n-3) 2,18 20 6,9,12-16:3 (n-4) 3,98 42 8,11,14,17-18:4 (n-1) 1,7 21 7,10,13-16:3 (n-1) 3,15 43 3,6,9,15-18:5 (n-3) 1,29 22 9,12,15-16:3 (n-3) 2,67

Obr. 8: Celkový podíl mastných kyselin druhu Chloromonas brevispina podle výsledků zobrazených v tabulce 3 (Řezanka a kol. 2008)

Celkovou analýzu obsahu mastných kyselin ze vzorků z jižní oblasti Svalbardu provedli Spijkerman a kol. (2012). Ve vzorku 4/10 byly nalezeny hlavně neurčené červené a oranžové cysty, dále přechodná zelená stadia, cysty Chloromonas brevispina, Cr. alpina a buňky Raphidonema sp. Vzorek 5/10-1a obsahoval neurčené červené cysty, cysty Cr. nivalis a zygoty Cr. alpina. Vzorku 5/10-1b dominovaly oranžové cysty, dále obsahoval cysty Cr. nivalis, Cr. alpina a buňky Raphidonema sp. Vzorek 7/10 obsahoval převážně oranžové cysty a dále buňky Cr. nivalis. Ve vzorku 8/10 byly nalezeny neurčené oranžové a červené cysty. Vzorek 9/10-1a byl tvořen pouze oranžovými cystami, vzorek 9/10-1a pouze červenými cystami. Ve vzorku 9/10-1a byli kromě červených a oranžových cyst nalezeni zelení bičíkovci a cysty Cr. nivalis. Podíl PUFA na celkovém množství mastných kyselin ve vzorcích byl 42–56 % (Tab. 4).

Tab. 4: Analýza vzorků barevného sněhu z jižního Svalbardu. Obsah SFA (nasycené mastné kyseliny), MUFA (mononenasycené mastné kyseliny) a PUFA (polynenasycené mastné kyseliny) je vyjádřen v procentech (Spijkerman a kol. 2012). Číslo vzorku FA celkem SFA celkem MUFA celkem PUFA celkem 4/10 294 13,2 33,1 53,7 5/10-1a 159 15,2 28,8 56,0 5/10-1b 97 16,6 36,7 46,7 7/10 55 26,4 24,9 48,7 8/10 85 19,6 37,1 43,4 9/10-1a 132 18,0 33,5 48,6 9/10-1b 161 17,8 34,2 48,0 9/10-1c 128 16,9 40,5 42,6

Výsledky dokládající vysoký obsah PUFA jasně ukazují, že jejich přítomnost je velmi důležitou adaptací, která pomáhá přežít sněžným řasám nepříznivé podmínky chladného prostředí.

4.4. Fotosyntéza Řasy vázané na sněžné prostředí jsou fotosynteticky aktivní v extrémním prostředí nízkých teplot a vysokých hladin záření. Jelikož nárosty sněžných řas tvoří během letního období v některých oblastech poměrně velké plochy, mohou tyto organizmy fixovat nezanedbatelné množství oxidu uhličitého (CO2). Díky růstu řas tak sněhová pole nemusí být pouze zdroji CO2, který vznikl respirací, ale naopak mohou uhlík ukládat do biomasy. Řasy fixují CO2 ze vzduchu, menší množství je fixováno také z okolního sněhu. Sněžné řasy mohou hrát významnou roli v cyklu uhlíku nejen z lokálního hlediska (Williams a kol. 2003). Vůbec první měření fotosyntézy sněžných řas provedli v oblasti Belánských Tater Komárek a kol. (1973). Nárosty řas (druhy Koliella tatrae a Chlamydomonas sp.) byly viditelné od května do konce října. Prostředí sněhu bylo eutrofní a teploty se pohybovaly -1 -1 okolo 0 °C. Maximální naměřená fotosyntetická aktivita byla 12,9 CA μg CB μg h (CA = asimilovaný uhlík, CB = organický uhlík v biomase). Maximální čistý výtěžek byl 1,85 CA μg (mm3 řas)-1 h-1. Tento vzorek obsahoval 0,43 mg l-1 chlorofylu a. Průměrné hodnoty se 3 -1 -1 -1 -1 pohybovaly v rozmezí 0,13–0,88 CA μg (mm řas) h , respektive 0,9–6,1 CA μg CB μg h . Množství chlorofylu ve vzorcích se pohybovalo v rozmezí 0,42–2,48 mg l-1 chlorofylu a. To odpovídalo koncentraci buněk 2045–4518 μl -1. V naprosté většině vzorků převládal druh Koliella tatrae. Zdá se, že hlavním limitujícím faktorem pro fotosyntézu byla nízká propustnost světla, jelikož řasy v husté populaci si mohou vzájemně stínit. Obsah CO2 i živin ve sněhové pokrývce byl dostatečný (Komárek a kol. 1973). Růžový sníh ze Skalistých hor (USA), ve kterém dominoval druh Chlamydomonas -2 -1 nivalis, absorboval během radiačního počasí CO2 přibližně rychlostí 0,3 μmol m s , což bylo řádově více ve srovnání s okolním sněhem (přibližně 0,03 μmol m-2 s-1). Denní množství -2 fixovaného CO2 se vyšplhalo až na 2300 μmol m (Williams a kol. 2003). Pro srovnání uvádím naměřené množství fixovaného uhlíku pro alpinský luční ekosystém v oblasti náhorních plošin Tibetu, kde maximální hodnota činila během letního období 10,8 μmol m-2 s-1 (Kato a kol. 2004). Při měření rychlosti fotosyntézy sněžných řas v závislosti na intenzitě ozáření docházelo ke stejnému trendu, jaký lze pozorovat u vyšších 30

rostlin: k lineárnímu vzestupu fotosyntézy při nízké radiaci a k saturaci při vysokém ozáření. K fotoinhibici nedošlo ani při maximální ozářenosti (PAR ~ 1900 μmol .m-2 .s-1 ), ani při teplotě těsně nad nulou (Obr. 9, Williams a kol. 2003).

Obr. 9: Rychlost fotosyntézy druhu Chlamydomonas nivalis v závislosti na intenzitě světla: maximální rychlost . -2 -1 fotosyntézy byla 0,1 μmol CO2 m s (Williams a kol. 2003).

Fotosyntetické parametry druhu Chlamydomonas nivalis byly měřeny také ve vzorcích ze Svalbardu. Ve sněžných polích byli nalezeni zelení bičíkovci, oranžové spory ve slizové vrstvě a fialové silnostěnné spóry. Teplota se pohybovala od -0,1 do 0,1 °C a záření dosahovalo maximálně 1500 μmol m-2 s-1. Bylo zjištěno, že fyziologický stav buněk a jejich fotosyntetická aktivita se mění v průběhu sezóny a závisí na různých faktorech prostředí. Nejvyšší aktivita byla pozorována na začátku letního období nejspíše proto, že v prostředí převládaly čerstvé spóry, které jsou lépe přizpůsobené extrémním podmínkám než zelení bičíkovci. V průběhu sezóny došlo k poklesu fotosyntézy, protože buňky začaly akumulovat sekundární karotenoidy a k fotosystému pronikalo méně záření. Během měření došlo k druhému (mírnějšímu) vzestupu fotosyntézy, který byl nejspíše způsoben lepšími světelnými podmínkami. Za tento jev mohla být zodpovědná i změna v syntéze zásobních sloučenin nebo další, doposud neznámý faktor. U nepohyblivých buněk, které se vyskytovaly na povrchu sněhové pokrývky, docházelo častěji k přesycení světlem, než u vegetativních

buněk, které aktivně unikaly do hlubších vrstev s vhodnějšími světelnými podmínkami. Díky nižšímu úhlu dopadajících paprsků a časté oblačnosti je v oblasti Svalbardu nižší radiace a řasy tak mohou přežívat i ve svrchních vrstvách nebo v poměrně mělkém sněhu (Stibal a kol. 2007). Jiná situace je například v oblasti Skalistých hor (USA), kde záření běžně dosahovalo hodnot až 2300 μmol m-2 s-1, s připočtením světla, které se odrazilo od sněhové pokrývky, obvykle 4500 μmol m-2 s-1. Pozitivní výtěžek fotosyntézy zde byl naměřen i v hloubce 20–30 cm pod povrchem sněhu (Gorton a kol. 2001). Remias a kol. (2010) měřili v laboratorních podmínkách vliv zvýšeného množství UV-A a UV-B záření na fotosyntetickou odpověď druhu Chlamydomonas nivalis ze vzorků získaných v rakouských Alpách. Po třech dnech, kdy byly cysty Chlamydomonas nivalis vystaveny zvýšenému UV-B záření, došlo k poklesu fotosyntézy i dýchání. Přesto lze tento druh považovat za tolerantní k vyšším hodnotám UV-A, UV-B a PAR záření. K poklesu fotosyntézy došlo pravděpodobně i v důsledku přechodu buněk do dormantního stavu, ve kterém je většina fyziologických funkcí utlumena. Bylo zjištěno, že při zvýšeném množství UV-A a UV-B může docházet k dočasnému poklesu fotosyntézy, avšak sekundární karotenoidy dokáží ochránit chloroplasty buněk před poškozením z nadměrného ozáření a volnými radikály kyslíku. Fotosyntéza Chlamydomonas nivalis probíhala při vystavení nízkému záření (< 100 μmol m2 s-1 ) pouze při teplotním rozmezí 1,5–12 °C. Při vyšších hodnotách záření (1800 μmol m-2 s-1) však byla rychlost fotosyntézy při 20 °C až 2,5 x vyšší než při 1,5 °C. Během tohoto měření tedy nebyl zaznamenán žádný pokles rychlosti fotosyntézy při teplotách až k 20 °C. (Remias a kol. 2005). Měření fotosyntézy Chloromonas cf. nivalis bylo provedeno na území Krkonoš, v teplotním rozmezí sněhu od -0,3 do -0,6 °C a vzduchu od 4,3 do 15,3 °C. Fotosynteticky aktivní záření (PAR) dosahovalo maximálních hodnot přibližně 2000 μmol m-2 s-1. Ukázalo se, že zoospory tohoto druhu jsou adaptované na hodnoty PAR 350–500 mol m-2s-1. Kvantový výtěžek fotosyntézy řas závisel na denním průběhu ozáření, přičemž nejmenších hodnot dosahoval při dlouhodobějším působení PAR a UV záření (desítky minut až hodiny). Ani při maximálním ozáření nebylo zaznamenáno poškození fotosyntetického aparátu. To bylo způsobeno pravděpodobně nižšími hodnotami UV záření v oblasti Krkonoš a migrací zoospor do hlubších vrstev sněhu, která představovala ochranu fyziologických i biochemických procesů buňky. Sněhová pokrývka roztála před vytvořením zygospor, které jsou schopné chránit aparát před ozářením zvýšenou akumulací ochranných sekundárních karotenoidů.

Je pravděpodobné, že různá životní stádia využívají různé ochranné strategie ajejich změna může zahájit tvorbu trvalých buněk (Kvíderová 2010). Thomas a Duval (2005) porovnávali v oblasti Sierry Nevady (Kalifornie, USA) jako první in situ měření produktivity bakterií, zeleného sněhu obsahující druhy z rodu Chloromonas a červeného sněhu, kde se vyskytovaly buňky Chlamydomonas nivalis. Ukázalo se, že abundance a produkce bakterií pozitivně koreluje s přítomností řas způsobujících červené zabarvení sněhu. Zároveň byla produkce těchto bakterií o dva řády nižší, než produkce řas. Po vystavení UV radiaci byla fotosyntéza buněk z červeného sněhu exponovaných stanovišť inhibována přibližně o 25 %, zatímco u vzorků zeleného sněhu ze zastíněných lesních lokalit došlo až k 85 % poklesu. Pokud jde o jiné taxonomické skupiny sněžných řas, fotosyntéza byla měřena také u bičíkovců Ochromonas smithii a Ochromonas itoi (Chrysophyceae), které dominovaly žlutě zabarvenému sněhu v Japonsku. Tyto druhy zde tvoří rozsáhlé nárosty od května do června, kdy dochází k odtávání sněhu a záření dopadající na povrch dosahuje maximálních hodnot. Při měření pigmentů a fotosyntézy bylo prokázáno, že oba druhy dokáží ve sněhu fotosyntetizovat a chránit svůj aparát před poškozením z nadměrného ozáření. K ochraně používají violaxanthinový cyklus (v rámci xantofylového cyklu). Tím se liší od zelených řas, které využívají spíše diatoxanthinový cyklus (Tanabe a kol. 2011).

5. Závěr Cílem této práce bylo shrnout poznatky o řasách vázaných na sněžné prostředí, jejich diverzitě, ekologii a ekofyziologii. V práci jsem se zaměřila na rody Chlamydomonas a Chloromonas (Chlorophyta, Chlamydomonadales), které nejčastěji způsobují tzv. barevné sněhy, známé z horských a polárních oblastí celého světa. V současné době jsou ze sněžného prostředí platně popsané 4 druhy z rodu Chlamydomonas, 15 druhů z rodu Chloromonas a 2 druhy z rodu Chlainomonas. Ukázalo se, že velké množství původně popsaných druhů je taxonomicky neplatných, jelikož se jedná o různá životní stádia (převážně trvalé spory) téhož druhu. Údaje o kosmopolitním výskytu druhu Chlamydomonas nivalis, který je nejznámějším původcem červeného sněhu, jsou založeny na pozorování stejného typu cyst. Nedávná taxonomická revize dvou dostupných kmenů izolovaných z červeného sněhu však ukázala, že tyto kmeny spadají do okruhu Chloromonas reticulata a Chloromonas typhlos. Chlamydomonas nivalis je tedy kolektivní druh sdružující řasy s totožnou morfologií cyst. U zelených vláknitých řas z rodů Koliella a Raphidonema chybí data, která by umožnila seriózní kvantifikaci jejich diverzity. Molekulární analýza těchto druhů je tedy jeden z perspektivních směrů výzkumu. Většina druhů z ostatních taxonomických skupin řas (například obrněnky a rozsivky) se ve sněhu vyskytuje náhodně a nelze je řadit mezi organizmy adaptované na sněžné prostředí. Ačkoliv jsou sněžné řasy na první pohled vystaveny velmi podobným podmínkám, lze mezi druhy pozorovat ekologické rozdíly, které jsou dané typem stanoviště, na kterém se vyskytují. Řada druhů z rodu Chloromonas je vázána spíšena nižší nadmořské výšky a zastíněné oblasti, kde je zvýšený přísun živin, zatímco pro druhy z okruhu tradičně označovaného jako Chlamydomonas nivalis jsou typická extrémní stanoviště polárních oblastí a vyšších nadmořských výšek. Aby mohly řasy obsadit nehostinné prostředí sněhu, musely vyvinout řadu adaptací, mezi které patří například schopnost růstu v teplotách blízkých nule či dokonce posun teplotního optima pro růst na teploty nižší než 10 °C, tvorba ochranných pigmentů, které chrání buňky před škodlivým vlivem nadměrného záření, nebo změna ve složení mastných membrán, která vede ke zvýšení fluidity za nízkých teplot. Ukázalo se, že sněžné řasy nejsou z hlediska ekofyziologie jednotnou skupinou – některé druhy jsou psychrofilní a některé psychrotolerantní. Odlišné trendy lze pozorovat i u tvorby ochranných sekundárních karotenoidů. Nejznámějším z nich je červený astaxanthin, který způsobuje červené zabarvení buněk druhu Chlamydomonas nivalis. Různé druhy řas vytváří odlišná vegetační zbarvení a je

možné, že produkují jiné, doposud neznámé ochranné pigmenty s různými absorpčními vlastnostmi. Ačkoliv se v nedávné době objevilo několik prací založených na molekulárních analýzách, tato data, která by pomohla poodhalit skutečnou diverzitu sněžných bičíkovců, pro většinu druhů stále chybí. Také je evidentní, že různé druhy sněžných řas mají různé ekologické preference a nejedná se tedy o homogenní skupinu. S tím souvisí i odlišné ekofyziologické adaptace, zahrnující i unikátní fotosyntetické charakteristiky. Právě v těchto oblastech se otevírá nejvíce možností pro další výzkum. Na svoji bakalářskou práci bych ráda navázala diplomovou prací, ve které bych se ráda věnovala ekofyziologickým vlastnostem sněžných řas.

6. Seznam literatury Ahlgren, G., Gustaffson, I.–B. & Boberg, M. (1992): Fatty acid content and composition of freshwater microalgae. J. Phycol .28: 37–50

Alberts, B., Bray, D. & Johnson, A. (2004): Struktura membrán. In: Alberts, B., Bray, D., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K. & Walter, P.: Základy buněčné biologie: úvod do molekulární biologie buňky, český překlad, Esparo publishing, pp. 384–369

Amarie, R., Förster, U., Gildenhoff, N., Dreuw, A. & Wachtveitl, J. (2010): Excited state dynamics of the asthaxanthin radical cation. Chem. Phys. 373: 8–14

Bauer, F. (1819): Microscopical observations on the red snow. Q. J. Lit.Sci. Arts 7: 222–229

Bidigare, R. R., Ondrusek, M. E., Iturriaga, R., Harvey, H. R., Hoham, R. W. & Macko, S. A. (1993): Evidence for a photoprotective function for secondary carotenoids of snow algae. J. Phycol. 29: 427–434

Britton, G. (1995): Structure and properties of carotenoids in relation to function. FASEB J. 9: 1551– 1558

Curl, H., Hardy, J. T. & Ellermeier, R. (1972): Spectral absorption of solar radiation in alpine snowfields.Ecology 53: 1189–1194

Dove, A., Heldmann, J., McKay, Ch. & Toon, O. B. (2012): Physic of a thick seasonal snowpack with possible implications for snow algae. Arct. Antarct. Alp. Res. 44: 36–49

Duval, B., Duval, E. & Hoham, R. W. (1999): Snow algae of the Sierra Nevada, Spain, and High Atlas mountains of Morocco. Int. Microbiol.2: 39–42

Duval, B., Shetty K. & Thomas, W. H. (1999): Phenolic compounds and antioxidant properties in the snow alga Chlamydomonas nivalis after exposure to UV light. J. Appl. Phycol. 11: 559–566 Fott, B., Rejmánek, M. & Štursa, J. (1978): Prvý nález červeného sněhu v Krkonoších. Opera Corcontica 15: 109–112

Gomes, J. &Steiner, W. (2004): The biocatalytic potencial of extremophiles and extremoenzymes. Food Technol. Biotechnol. 42: 223–235

Gorton, H. L, Williams, W. E. &Vogelmann, T. C (2001): The light environment and cellular optics of the snow alga Chlamydomonas nivalis (Bauer) Wille. Photochem. Photobiol. 73: 611–620

Gorton, H. L & Vogelmann, T. C (2003): Ultraviolet radiation and the snow alga Chlamydomonas nivalis (Bauer) Wille. Photochem. Photobiol.77: 608–615

Gounot, A. M. (1986): Psychrophilic and psychrothropic microorganism. Expedientia 42: 1192–1197

Gradinger, R. & Nürnberg, D. (1996): Snow algal communities on Arctic pack ice floes dominated by Chlamydomonas nivalis (Bauer) Wille. Proc. NIPR Symp. Polar Biol. 9: 35–43

Hindák, F. & Komárek, J. (1968): Cultivation of the cryosestonic alga Koliella tatrae (Kol) Hind. Biol. Plant. 10: 95–97

Hoham, R. W. (1974a): Chlainomonas kolii (Hardy et Curl) comb. nov. (Chlorophyta, Volvocales), a revision of the snow alga, Trachelomonas kolii Hardy et Curl (Euglenophyta, Euglenales). J. Phycol.10: 392–396

Hoham, R. W. (1974b): New findings in the life history of the snow alga Chlainomonas rubra (Stein et Brooke) comb. nov. (Chlorophyta, Volvocales), Syesis 7: 239–247

Hoham, R. W. (1975a): Optimum temperatures and temperature ranges for growth of snow algae. Arct. Antarct. Alp. Res. 7: 13–24

Hoham, R. W. (1975b) The life history and ecology of the snow alga Chloromonas pichinchae (Chlorophyta, Volvocales). Phycologia 14: 213–226

Hoham, R. W. (1976): The effect of coniferous litter and different snow meltwaters upon the growth of two species of snow algae in axenic culture Arct. Antarct. Alp. Res. 8: 377–386

Hoham, R. W. (1979): The life history and ecology of the snow alga Chloromonas brevispina (Chlorophyta, Volvocales). Phycologia 18: 55–70

* Hoham, R. W. (1980): Unicellular chlorophytes – snow algae. In: E. R. Cox (ed.): Phytoflagellates. Elsevier–North Holland, pp.61–84

Hoham, R. W. (1989): Snow microorganisms and their interaction with the environment. In: B. Shafer (ed.) Proceedings of the 46th Annual Western Snow Conference, pp. 196–200

Hoham, R. W. (1992): Environmental influences on snow algal microbes. In: B. Shafer (ed.) Proceedings ofthe 60th Annual Western Snow Conference, pp. 78–83

Hoham, R. W. & Blinn, D. W. (1979): Distribution of cryophilic algae in algae in arid region, the American Southwest. Phycologia 18: 133–145

Hoham, R. W. & Duval, B. (2001): Microbial ecology of snow and freshwater ice with emphasis on snow algae. In: H. G. Jones, J. W. Pomeroy, D. A. Walker & R. W. Hoham (eds.) Snow ecology:An interdisciplinary examination of snow-covered ecosystems, Cambridge University Press,Cambridge, pp. 168–228

Hoham, R. W., Mullet, J. E. & Roemer, S. C. (1982): The life history and ecology of the snow alga Chloromonas polyptera comb. nov. (Chlorophyta, Volvocales). Can. J. Botany 61: 2416–2427

Hoham, R. W., Marcarelli, A. M., Rogers, H .S., Ragan, M. D., Petre, B. M., Ungerer, M. D., Barnes, J. M. & Francis, D. O. (2000): The importance of light and photoperiod in sexual reproduction and geographical distribution in the green snow alga, Chloromonas sp.-D (Chlorophyceae, Volvocales). Hydrol. Process.14: 3309–3321

Hoham, R. W., Bonome, T. A., Martin, C. W. & Leebens-Mack, J. H. (2002): A combined 18S rDNA and rbcL phylogenetic analysis of Chloromonas and Chlamydomonas (Chlorophyceae, Volvocales)emphasizing snow and other cold-temperature habitats. J. Phycol. 38: 1051–1064

Hoham, R. W., Berman, J. D., Rogers,H. S., Felio, J. H., Ryba, J. B. & Miller, P. R. (2006): Two new species of green snow algae from Upstate New York, Chloromonas chenangoensis sp nov and Chloromonas tughillensis sp nov (Volvocales, Chlorophycae) and the effects of light on their life cycle development. Phycologia 18: 133–145

Hoham, R. W., Frey, F. M., Mohn, W. W., Felio, J. H., Todd, S., Duncan, J. E. & Banghart, J. B. (2008a): Optimum growth temperatures of three species of green Chloromonas snow algae from Upstate New York and the White Mountains, Arizona. Arct. Antarct. Alp. Res. 40: 355– 363

Hoham, R. W., McCay, T. S., Poirier, M. B. & Bell, T. (2008b): Balsam fir leaf litter extract stimulates growth of the green snow alga Chloromonas rosae var. psychrophila (Chlorophyta, Volvocales) from Whiteface Mountain, New York. Nova Hedwigia 86: 133–140

Javornický, P. & Hindák, F. (1970): Cryptomonas frigoris spec. nova (Cryptophyceae), the new cyst forming flagellate from the snow of the High Tatras. Biológia 25: 241–250

Kato, T., Tang, Y., Gu, S., Cui, X., Hirota, M., Du, M., Li, Y., Zhao, X. & Oikawa, T. (2004): Carbon dioxide exchange between the atmosphere and an alpine meadow ecosystem on the Qinghai Tibetan Plateau, China. Agr. Forest Meteorol. 124: 121–134

Kawecka, B. & Eloranta, P. (1986): SEM studies on the cell wall structure of „resting cells“ of Chloromonas rostafinski (Starmach et Kawecka) Gerloff et Ettl (Chlorophyta, Volvocales), Acta Hydrobiol. 28: 387–391

Kohshima, S. (1984): A novel cold-tolerant insect found in a Himalayan glacier. Nature 310: 225–227

Kol, E. (1941): The snow and ice algae of Alaska. Smithsonian Miscellaneous Collections 101: 1–36

Kol, E. (1957): O barevném sněhu a ledu. Živa 43: 204–207

Kol, E. (1968): Kryobiologie. In: H. J. Elster & W. Ohle (eds): Die Binnengewässer 24 Schweizerbart. Verlagsbuchh., Stuttgart, 119–151

Kol, E. (1975): Cryobiological researches in the High Tatra II. Acta Bot. Hung .21: 279–287

Kol, E. & Eurola, S. (1973): Red snow in the Kilpisjarvi region, North Finland. Astarte 6: 75–86

Kol, E. & Eurola, S. (1974): Red snow algae from Spitsbergen. Astarte 7: 61–66|

Komáromy, Z. P. (1982): Application of cluster analysis in the taxonomy of Scotiella species (Chlorophyceae). Algological Studies 29: 432–438

Komárek, O. & Komárek, J. (2001): Contribution to the taxonomy and ecology of green cryosestic algae in the summer season 1995–1996 at King George Island, S. Shetland Islands. Proceedings of the International conference Algae and extreme environments, 11–16 September 2000, Třeboň, Czech Republic (ed. Elster, J. et al.). Nova Hedwigia, Beiheft 123: 121–140.

Komárek, J. & Nedbalová, L. (2007): Green cryosestic algae. In: Seckbach, J. (eds.): Algae and cyanobacteria in extreme environments, Springer, Dordrecht, pp. 321–342

Komárek, J., Hindák, F. & Javornický, P. (1973): Ecology of the green kryophilic algae from Belanské Tatry Mountains (Czechoslovakia). Arch. Hydrobiol./Suppl. 41, Algological Studies 9: 427–449

Kvíderová, J. (2010): Characterization of the community of snow algae and their photochemical performance in situ in the Giant Mountains, Czech republic. Arct. Antarct. Alp. Res. 42: 210–218 38

Kvíderová, J. (2012): Research on cryosestic communities in Svalbard: the snow algae of temporary snowfields in Petuniabukta, Central Svalbard. Czech Polar Reports 2: 8–19

Light, J. J. & Belcher, J. H. (1968): A snow microflora in the Cairngorm Mountains, Scotland. Br. Phycol. Bull.3: 471–473

Ling, H. U (2001): Snow algae of the Windmill Islands, continental Antarctica: Desmotetra aureospora, sp. nov. and Desmotetra antarctica, comb. nov. (Chlorophyta). J.Phycol 37: 160– 174

Ling, H. U. (2002): Snow algae of the Windmill Islands, continental Antarctica: Chlorosarcina antarctica comb. nov. (Chlorophyceae, Chlorophyta) from pink snow, with discussion of Chlorosarcina and allied genera. Phycologia 41: 1–9

Ling, H. U. & Seppelt, R. D. (1990) Snow algae of the Windmill Islands, Continental Antarctica. Mesotaenium berggrenii (Zygnematales, Chlorophyta) the alga of grey snow. Antarct. Sci. 2: 143–148

Ling, H. U. & Seppelt, R. D. (1993): Snow algae of the Windmill Islands, continental Antarctica. 2. Chloromonas rubroleosa sp. nov. (Volvocales, Chlorophyta), an alga of red snow. Eur. J. Phycol.28: 77–84

Ling, H. U. & Seppelt, R. D. (1998): Snow algae of the Windmill Islands, continental Antarctica. 3. Chloromonas polyptera (Volvocales, Chlorophyta). Polar Biol.20: 320–324

Lukavský, J. & Cepák, V. (2010): Cryoseston in Stara Planina (Balkan) Mountains, Bulgaria. Acta Bot. Croat. 69: 163–171

Lukavský, J., Furnadzhieva, S. & Nedbalová, L. (2009): First record of cryoseston in the Vitosha Mountains (Bulgaria). Nova Hedwigia 88: 97–109

Lütz-Meindl, U. & Lütz, C. (2006): Analysis of element accumulation in cell wall attached and intracellular particles of snow algae by EELS and ESI. Micron 37: 452–458

Matsuzaki, R., Hara, Y. & Nozaki, H. (2012): A taxonomic revision of Chloromonas reticulata (Volvocales, Chlorophyceae), the type species of the genus Chloromonas, based on multigene phylogeny and comparative light and electron microscopy. Phycologia 51: 74–85

Marchant, H. J. (1982): Snow algae from the Australian Snowy Mountains. Phycologia 21: 178–184

Muramoto K., Nakada T., Shitara T., Hara Y. & Nozaki H (2010): Re-examination of the snow algal species Chloromonas miwae (Fukushima) Muramoto et al. comb. nov. (Volvocales, Chlorophyceae) from Japan, based on molecular phylogeny and cultured material. Eur. J. Phycol. 45: 27–37

Müller, T., Bleiß, W., Martin, C. D., Rogaschewski, S. & Fuhr, G. (1998): Snow algae from northwest Svalbard: their identification, distribution, pigment and nutrient content. PolarBiol. 20: 14– 32

Nedbalová, L. & Lukavský, J. (2007): Když sníh zčervená, aneb co (ne)víme o sněžných řasách. Živa 3: 104–106

Nedbalová, L, Kociánová, M. & Lukavský, J. (2008): Ecology of snow algae in the Giant Mountains 39

and their relation to cryoseston in Europe. Opera Corcontica 45: 59–68

Newton, A. P. W. (1982): Red-coloured snow algae in Svalbard – some environmental factors determining the distributions of Chlamydomonas nivalis (Chlorophyta, Volvocales). Polar Biol. 1: 167–172

Novis, P. M. (2002a): Ecology of the snow alga Chlainomonas kolii (Chlamydomonadales, Chlorophyta) in New Zealand. Phycologia 41: 280–292

Novis, P. M. (2002b): New records of snow algae for New Zealand, from Mt Philistine, Arthur´s Pass National Park. New Zeal. J. Bot .40: 297–312

Novis, P. M., Hoham, R. W., Beer, T. & Dawson, M. (2008): Two new species of the quadriflagellate green alga Chlainomonas (Chlorophyta, Volvocales): Ultrastrusture and phylogenetic positron whitin the chloromonas clade. J. Phycol. 44: 1001–1012

Pomeroy, J. W. & Brun, E. (2001): Physical properties of snow. In: H. G. Jones, J. W. Pomeroy, D. A. Walker & R. W. Hoham (eds.) Snow ecology: An interdisciplinary examination of snow covered ecosystems, Cambridge University Press, Cambridge, pp. 45–126

Pröschold, T., Marin, B., Schlösser, U. W. & Melkonian, M. (2001): Molecular phylogeny and taxonomic revision of Chlamydomonas (Chlorophyta). I. Emendation of Chlamydomonas Ehrenberg and Chloromonas Gobi, and description of Oogamochlamys gen. nov. and Lobochlamys gen. nov. Protist 152: 265–300

Remias, D., Lütz-Meindl, U. & Lütz, C. (2005): Photosynthesis, pigments and ultrastructure of the alpine snow alga Chlamydomonas nivalis. Eur. J. Phycol. 40: 259–268

Remias, D., Albert, A. & Lütz, C. (2010a): Effects of realistically simulated, elevated UV irradiation on photosynthesis and pigment composition of the alpine snow alga Chlamydomonas nivalis and the arctic soil alga Tetracystis sp. (Chlorophyceae). Photosynthetica 48: 269–277

Remias, D., Karsten, U., Lütz, C. & Leya, T. (2010b): Physiological and morphological processes in the Alpine snow alga Chloromonas nivalis (Chlorophyceae) during cyst formation. Protoplasma 243: 73–86

Remias D., Holzinger A., Aigner S & Lütz, C. (2012): Ecophysiology and ultrastructure of Ancylonema nordenskiöldii (Zygnematales, Streptophyta), causing brown ice on glaciers in Svalbard (high arctic). Polar Biol. 35: 899 908

Rothschild, R. J. & Mancinelli, R. L. (2001): Life in extreme environments. Nature 409: 1092–1101

Řezanka, T., Nedbalová, L. & Sigler, K. (2008): Unusual medium-chain polyunsaturated fatty acids from the snow alga Chloromonas brevispina. Microbiol. Res. 163: 373–379

Seckbach, J. (2007): Algae and cyanobacteria in extreme environments. Springer, Dordrecht, 811 p

Spijkerman, E., Wacker, A., Weithoff, G. & Leya, T. (2012): Elemental and fatty acids composition of snow algae in Arctic habitats. Front. Microbiol. 3: 1–15

Starmach, K. & Kawecka, B. (1965): The yellowish-green snow in the valley Za Mnichem in the Tatra Mountains. Limnol. Invest. in the Tatra Mts. and Dunajec river basin, Zeszyt Nr. 11, Krakov: 75–80

Stibal, M. & Elster, J. (2005): Growth and morphology variation as a response to changing environmental factors in two Arctic species of Raphidonema (Trebouxiophyceae) from snow and soil, Polar Biol. 28: 558–567

Stibal, M., Elster, J., Šabacká, M. & Kaštovská, K. (2007): Seasonal and diel changes in photosynthetic activity of the snow alga Chlamydomonas nivalis (Chlorophyceae) from Svalbard determined by pulse amplitude modulation fluometry. FEMS Microbiol. Ecol. 59: 265–273

Stein, J. R. (1967): Studies on snow algae and fungi from the front range of Colorado. Can. J. Botany 45: 2033–2045

Sutton, E. A. (1972): The physiology and life histories of selected cryophytes of the Pacific Northwest. Ph. D. Thesis. Corvallis: Oregon State University, Department of Oceanography, 98 p

Takeuchi, N. (2001): The altitudinal distribution of snow algae on an Alaska Glacier (Gulkana Glacier in the Alaska Range). Proceedings of 58th Eastern Snow Conference, Ottawa, Ontario, Canada

Takeuchi, N., Uetake, J., Fujita, K., Aizen, V. B. & Nikitin, S. D. (2006): A snow algal community on Akkem glacier in the Russian Altai mountains. Ann. Glaciol. 43: 378–384

Tanabe, Y., Shitara, T., Kashino, Y., Hara, Y. & Kudoh, S. (2011): Utilizing the effective xanthophyll cycle for blooming of Ochromonas smithii and O. itoi (Chrysophyceae) on the snow surface. PLOS ONE 6: e14690

Thomas, W. H. (1972): Observations on snow algae in California. J. Phycol. 8: 1–9

Thomas, W. H. & Duval, B. (1995): Sierra Nevada, California, U.S.A., Snow algae: snow albedo changes, algal-bacterial interrelationships, and ultraviolet radiation effects. Arct. Antarct. Alp. Res.27: 389–399

Thompson, G.A. (1996): Lipids and membrane function in green algae. Biochim. Biophys. Acta 1302: 17–45

Vogt, C. (1841): Notice of the animalcules of the snow. Micro. J. Struct. Rec 1: 81-85

Weiss, R.L. (1983): Fine structure of the snow alga (Chlamydomonas nivalis) and associated bacteria. J. Phycol. 19: 200–204

Williams, W. E., Gorton, H. L. & Vogelman, T. C. (2003): Surface gas-exchange processes of snow algae. PNAS 100: 562–566

* sekundární citace

Ostatní zdroje Algaebase. [webová stránka]. [Datum citace 13.4.3013]. http://algaebase.org/search/species/detail/?species_id=131334&sk=0&from=results Encyclopedia of Life. [webová stránka]. [Datum citace 7.5.2013]. http://eol.org/pages/926003/overview Wikipedia. [webová stránka]. [Datum citace 14.5.2013] http://en.wikipedia.org/wiki/File:Astaxanthin.svg