FYKOLOGIE: HISTORIE, OBOR A VÝZKUM - BIOLOGIE - 2025

Phycology nebo algologie je vědecká disciplína, která studuje řasy, se zaměřením především na studium svých fotosyntetických mechanismů produkce toxinů a systematických průmyslových výrobků.

Řasy jsou polypyletická skupina (bez společného předka) fotosyntetických organismů přítomných v buněčné stěně. Tato skupina zahrnuje jednobuněčné jedince (sinice nebo modrozelené řasy) a jako mnohobuněčná. Podobně jsou zahrnuty prokaryotické i eukaryotické buňky.

Biopalivo produkované v laboratoři s řasami. Zdroj: Honeywell, přes Wikimedia Commons

Fikologie začala ve starověkém Řecku s prací Theophrastus a Dioscorides. Po dlouhou dobu byly řasy považovány za rostliny, proto byly zkoumány hlavně botaniky.

Linnaeus byl první, kdo použil jméno řasa k definování této skupiny organismů, ačkoli on také zahrnoval některé mechorosty. Je to však v devatenáctém století, kdy se fikologie chová jako disciplína, protože struktura řas je lépe známa.

Během těchto let významní fikologové, jako například Stackhouse, Lamouroux a Kützing, významně přispěli k biologii a klasifikaci řas. Jeho práce byly založeny hlavně na studiu anatomie a životního cyklu těchto organismů.

Mezi oblasti studia ve fylogii vyniká výzkum „červených přílivů“ způsobený exponenciálním růstem mikrořas. Tyto organismy produkují toxiny, které otráví ryby a měkkýše, což negativně ovlivňuje rybářský průmysl a veřejné zdraví.

Dějiny

Pobřežní lidské civilizace vytvořily důležité spojení s řasami. Mapuche v Chile zahrnuje řasy do svého mytologického symbolismu. Číňané jsou první, kdo zanechal písemné odkazy na tyto organismy.

Fykologie nebo algologie jako věda má svůj původ hlavně v západní kultuře a její vývoj je spojen s historií botaniky. V jeho historickém vývoji můžeme rozpoznat čtyři fáze.

Starověké Řecko až do konce 18. století

První, kdo použil termín phykos (mořské rostliny) k označení řas, byli Řekové Theophrastus a Dioscorides. Později, od tohoto řeckého jména, byl odvozen římský termín Fucus, používaný k pojmenování těchto organismů.

Během šestnáctého a sedmnáctého století nebylo provedeno mnoho studií v oboru fikologie. Český botanik Von Zalusian (1592) zahrnoval řasy, houby, lišejníky a mořské byliny ve skupině Musci. Von Zakusian považoval tyto skupiny za „Ruda et Confusa“ (obtížné a matoucí), kvůli obtížím je klasifikovat.

Dalším botanikem, který přispěl v raných dobách fikologie, byl Gaspar Bauhin ve své práci Prodromus theatri botánica (1620). Autor klasifikoval různé skupiny rostlin jako řasy, jako jsou mechy a přesličky (Equisetum).

V roce 1711 popsal francouzský Ferchault de Reaumur sexuální struktury druhu řas. Toto byl důležitý příspěvek k algologii, ačkoli botanici jako Samuel Gottlieb pokračovali v úvahách, že řasy rozmnožené parthenogenezí.

Linnaeus zahrnul řasy do kryptogamů (bezsemenných rostlin) do svého systému sexuální klasifikace (1735). Později, v roce 1753, popsal rod Fucus a tam začala mít skupina lepší definici.

1800 až 1880

Použití lepších optických mikroskopů přineslo velké pokroky ve fykologii. Právě v tomto období byla definována většina hlavních skupin řas, jak jsou dnes známy.

První, kdo jasně prokázal sexualitu řas, byl švýcarský Pierre Vaucher ve svém díle Histoire des conferves de'eau douce (1803). Z této práce jsou řasy považovány za skupinu a algologie se začíná konsolidovat.

John Stackhouse. Zdroj. Knihy Google, prostřednictvím Wikimedia Commons

Předpokládá se, že Angličan John Stackhouse proměnil fikologii na vědeckou disciplínu. V roce 1801 Stackhouse studoval klíčivost zygoty druhů Fucus a určil, že patří do různých rodů.

Později francouzský botanik Jean Lamouroux navrhl v roce 1813 klasifikační systém pro řasy. Ve svých pracích popsal velké množství druhů a definoval tři velké skupiny (červené, hnědé a zelené řasy).

Mezi velkými fykology té doby vynikli Švédové CA Agardh a jeho syn JG Agardh, kteří studovali morfologii řas. JG Agardh navrhl klasifikaci mořských řas na základě jejich anatomických charakteristik.

Dalším významným algologem byl německý Friedrich Kützing, který publikoval četná pojednání o ficologii, ve které popsal různé druhy. Ve svém výzkumu vzal v úvahu především anatomii těchto organismů.

Od roku 1880 do začátku 50. let 20. století

Po většinu tohoto období byla fykologie považována za větev botaniky a řasy byly zařazeny do divize Thallophyta (Plantae). Rovněž bylo provedeno studium životních cyklů mnoha druhů, což umožnilo jasněji definovat různé skupiny.

Italský ficolog Giovanni de Toni pracoval 35 let na jeho práci Sillete Algarín, která byla vydána v roce 1924. Tato práce shromažďuje veškeré znalosti o systematice řas, které dosud existovaly.

Kromě toho se zrodila mořská fikologie se specializací na studium řas přítomných v mořích a oceánech. Během tohoto období byly zahájeny expedice podél různých pobřeží světa za účelem klasifikace těchto organismů.

Moderní fáze

V 50. letech 20. století (ve 20. století) došlo ve vývoji fykologie k velkému pokroku díky vývoji skenovacích a transmisních elektronových mikroskopů. To umožnilo studovat aspekty fyziologie, buněčné biologie a ekologie různých skupin řas.

V 70. letech 20. století se systematický přístup k fikologii změnil díky použití molekulárních technik. Bylo možné určit, že řasy jsou polyfylovou skupinou (nesdílejí společného předka). Cyanobakterie byly tedy umístěny uvnitř bakterií a dalších skupin řas v Protista Kingdom.

V současné době je fikologie konsolidovanou disciplínou a v různých oborech studia je mnoho vědců.

Obor studia

Phycology je disciplína, která se věnuje studiu řas. Nejedná se pouze o taxonomickou kategorii (vzhledem k původu této skupiny), ale stále se používá pro praktické účely.

V řasách se nacházejí prokaryotické i eukaryotické buňky, z nichž většina fotosyntetizuje. Ve skupině eukaryot jsou řasy talofyty (rostliny s tallem), jejichž primárním fotosyntetickým pigmentem je chlorofyl a.

Červené řasy. Zdroj: Ed Bierman, přes Wikimedia Commons

Fykologie studuje morfologické a anatomické charakteristiky různých skupin řas. Kromě toho se zabývá výzkumem vývojových procesů těchto organismů, včetně různých aspektů, jako je vývoj chloroplastů a fotosyntetických mechanismů.

V oblasti fyziologie a biochemie se fykologové věnovali studiu tzv. „Červených přílivů“. To se týká exponenciálního růstu některých mikrořas, které produkují fytotoxiny, které jsou toxickými organismy pro mořskou faunu a člověka.

V rámci algologie se předpokládá znalost role řas v ekosystémech, kde se nacházejí. Toto téma má pro vědu velký význam, protože tyto organismy jsou hlavními producenty kyslíku na planetě.

Na druhé straně jsou řasy užitečné pro člověka jako jídlo a jako základ pro výrobu průmyslových výrobků. Fykologie proto také studuje potenciálně užitečné druhy, jakož i nejúčinnější způsoby využití řas.

Příklady nedávného výzkumu

Fikologie jako disciplína zahrnuje různé oblasti zájmu vědců. V současné době vynikají ty, které se vztahují k jeho fyziologii, produkci toxinů, průmyslovým výrobkům a systematice.

Fotosyntetické mechanismy

Bylo navrženo, že chloroplasty řas se vyvíjely z endosymbiotických cyanobakterií. Výzkum v této oblasti je zaměřen na mechanismy přenosu informací, které řídí dělení a metabolismus chloroplastů.

Během roku 2017 byla provedena studie na sinicích a dalších skupinách řas. Tímto způsobem byly zkoumány mechanismy využití kyslíku, protože nadbytky tohoto prvku mohou způsobit oxidační poškození v buňkách.

Výsledky této studie ukazují, že v cyanobakteriích je aktivován enzym, který chrání buňku před vysokou intenzitou světla. U jiných druhů byly pozorovány biochemické strategie, které činí buňky necitlivé na přebytek O ₂.

Fycotoxiny

Produkce fykotoxinů může produkovat tzv. „Červené přílivy“, které mají velký ekologický a ekonomický dopad. Proto se fykologie zaměřila na studium těchto sloučenin.

Byla prováděna různá zkoumání, aby se určilo, jak tyto fykotoxiny působí v různých organismech, včetně lidí. V roce 2018 španělští vědci zhodnotili toxiny produkované mikrořasami a mechanismy působení a symptomy, které produkují u lidí.

Červený příliv. Zdroj: NOAA, prostřednictvím Wikimedia Commons

Biopaliva

Fykologie v posledních letech věnovala pozornost oblasti biopaliv. V biologických a aplikovaných aspektech řas, které mohou být potenciálně využitelné, se provádí řada výzkumů.

Přezkum vyhlídek na používání řas jako biopaliv (provedený v roce 2017) naznačuje, že hlavní akční výzvy jsou v technologické oblasti. Zaměřují se především na dosažení vysoké produkce biomasy a na dosažení vhodných pěstitelských podmínek.

Těžké kovy

Některé rasy, jako je Cladophora (zelené řasy) a Fucus (červené řasy), jsou tolerantní vůči těžkým kovům. V tomto smyslu se provádějí studie k určení množství kovů, které tyto organismy mohou obsahovat.

Na základě získaných informací byly vytvořeny simulační modely chování kontaminace těžkými kovy ve vodních útvarech.

Systematický

Fykologie přikládala systematickému studiu řas velký význam. Toto pole se zaměřilo především na studium vzájemných vztahů řas a jejich vlivu na jiné organismy.

V tomto smyslu byly molekulární techniky při definování těchto vztahů mezi organismy velmi důležité.

Nedávno byly studovány ledové řasy Grónska, které se nacházejí ve skupině Chlorophytas (zelené řasy). Bylo zjištěno, že se jedná o řasy nejvíce spojené s rostlinami a že jejich ekologie může pomoci lépe pochopit kolonizaci rostlin v pozemním prostředí.

Reference

1. Chapman RL, MA Buchheim, CF Delwiche, T Friedl, VAR Huss, KG Karol, LA Lewis, J Manhart, RM McCourt, JL Olsen a DA Waters (1998) Molecular Systematics of Green Algae. str. 508-540. In: Soltis DE, PS Soltis a JJ Doyle (eds) Molecular Systematics of Plants II. Springer, Boston, MA. 585 str.
2. Farabegoli F, L Blanco, L Rodríguez, J Vieites a A Cabado (2018) Fycotoxiny u mořských měkkýšů: původ, výskyt a účinky na člověka. Drugs 16: 1-26.
3. Lee RE (2018), páté vydání. Cambrige University Press. New York, USA. 535 str.
4. Norton TA, M Melkonian a RA Andersen (1996) Biologická rozmanitost řas. Phycologia 35: 308-326.
5. Jižní GR a Whittick (1987) Úvod do fylogie. Blackwell Scientific Publications. Oxford, Velká Británie. 343 str.