Když se řekne "sinice"...

Tento text vznikl za podpory       

Vodní prostředí je považováno za kolébku života na Zemi. Jedny z vývojově nejstarších organismů, které vodu osídlily, byly podle vývojových teorií právě mikroskopické sinice (nebo též cyanobakterie) a po nich už pokročilejší organismy, řasy. Obě tyto formy života přetrvaly až do dnešních dob a tvoří tzv. fytoplankton, tj. společenstvo mikroskopických vodních organismů ("plankton"), v tomto případě organismů podobných zeleným rostlinám díky schopnosti provádět fotosyntézu ("fyto-"). Cílem těchto stránek, které vznikly jako pokus o souhrn těch nejdůležitějších informací z řady informačních zdrojů, je nastínit, o jaké organismy se jedná a proč je důležité se jimi zabývat.

Jaký je rozdíl mezi sinicemi a řasami?

Začněme od těch vývojově mladších, tedy od řas. Podle současného systému se řasy řadí mezi eukaryotní organismy do říše rostlin, na rozdíl od sinic, které jsou prokaryotní organismy z říše bakterií a k řasám byly dříve řazeny jen díky své podobnosti (výskyt ve vodě, zelené zbarvení...).
Řasy tvoří rozmanitou skupinu organismů nižších rostlin bez společného předka. Mohou být jednobuněčné i mnohobuněčné a liší se také velikostí. Mikroskopické řasy o velikostech menších než 1mm jsou součástí fytoplanktonu, makroskopické mnohobuněčné řasy, jako jsou ruduchy a chaluhy, mohou dorůstat až několika metrů. Studiem řas i sinic se zabývá vědní obor zvaný fykologie.

Obr. 1 Ukázka rozmanitosti mikroskopických zelených řas.
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b5/Chlorococcales_composite.jpg

Řasy jsou fotoautotrofní (jen vyjímečně heterotrofní) organismy schopné fotosyntézy, jejichž funkce v ekosystému je primární produkce organické hmoty. U zelených řas vznikly chloroplasty endosymbiózou se sinicemi, rozsivky a chaluhy mají sekundární chloroplasty vzniklé endosymbiózou s ruduchami. Mohou se rozmnožovat pohlavně i nepohlavně (dělením). Existují v podobě jednotlivých buněk a nebo mnohobuněčných koloniích různých tvarů, těla mnohobuněčných makroskopických druhů mohou připomínat i rostliny (chaluhy). Na rozdíl od vyšších rostlin jim však chybí typické rostlinné orgány, jako jsou kořeny a listy, proto se jejich tělo označuje jako stélka.
Většina druhů řas žije ve vodách, ale existují také druhy žijící na povrchu půdy, skal nebo borky stromů. Některé druhy řas žijí v symbióze s jinými organismy  – s houbami jako lišejníky nebo mořské houby, s jednoduchými živočichy jako korály. Nejstarší nálezy jsou datovány na cca 1,7 miliardy let.
Z hlediska člověka mají řasy mnoho použití. Vyrábí se z nich například agar, želatinová hmota používaná v potravinářství a jako médium pro růst bakterií v laboratořích. Algináty jsou extrahovány z chaluh a kromě medicíny a potravinářství se využívají i v biotechnologiích pro enkapsulaci buněk. Řasy se používají také ve výrobě biopaliv nebo hnojiv. Křemičité schránky rozsivek, tzv. křemelina nebo diatomit, se po nasycení nitroglycerinem dříve používaly jako součást dynamitu. Řasové pigmenty se používají také jako alternativa k chemickým barvivům. A samozřejmě některé typy chaluh slouží jako potrava, především v Asii. Jsou bohaté na vitamíny a nenasycené mastné kyseliny.

Co jsou tedy sinice?

Sinice, nebo také cyanobakterie, jsou mikroskopické fotoautotrofní prokaryotické organismy schopné fotosyntézy. V angličtině se jim říká blue-green algae, tedy modro-zelené řasy, což je nesprávně, neboť se sinice řadí mezi gramnegativní bakterie a řasy mezi eukaryotické organismy. Český název pro sinice je odvozen ze slova siný, neboli modrý, nebo z řeckého názvu cyanos (modrý).

Obr. 2 Ukázky sinic. Vlevo kolonie jednobuněčných sinice, vpravo vláknité sinice a sinice tvořící stélku. http://www.ceskatelevize.cz/ct24/domaci/1392020-hygienici-opet-varuji-pred-zelenym-strasakem-letniho-koupani
https://leporelo.info/sinice

Jsou to evolučně velice staré organismy (důkazy o jejich existenci v podobě fosilií jsou staré až 3,5 miliardy let), které jsou schopné žít téměř ve všech biotopech. Pravděpodobně se vyvinuly z anaerobních fotosyntetizujících bakterií, jako jsou dnešní purpurové bakterie. V období kambria (cca před 600 miliony let) byly sinice dominantními organismy na Zemi. V tomto období se také začal zvyšovat obsah kyslíku v atmosféře, který je vedlejším produktem oxygenní fotosyntézy. Podle některých výzkumů právě sinice sehrály nejdůležitější úlohu při vzniku kyslíkaté atmosféry a světa, jak jej dnes známe.
Ve většině našich jezer, přehrad a rybníků se vyskytují sinice po celý rok jako přirozená součást společenstva fytoplanktonu. V současné chvíli je popsáno několik tisíc druhů sinic ve zhruba 200 rodech. O systému sinic se můžete více dozvědět na stránkách Fykologické laboratoře katedry botaniky Přírodovědecké fakulty JU v Českých Budějovicích http://www.sinicearasy.cz/.

Sinice jsou obvykle 1 – 10 µm velké a rozmnožují se pouze nepohlavně dělením buněk. Mohou se vyskytovat jako jednotlivé buňky, kolonie nebo vlákna. Sinice jsou také jediné bakterie, které jsou schopny vytvářet i komplikované mnohobuněčné stélky. Některé vláknité sinice mají specializované buňky zvané heterocyty, ve kterých probíhá fixace vzdušného dusíku, a také akinety, což jsou klidové buňky umožňující přežívání v nepříznivých obdobích.

Heterocyty (nesprávně heterocysty) jsou specializované buňky sinic vznikající přeměnou normálních vegetativních buněk. Nemají fotosyntetickou funkci, ale fotosystém I (tj. ten, co neprodukuje kyslík) jim funguje. Fixace vzdušného dusíku je striktně anaerobní proces, kdy se pomocí enzymu nitrogenázy z molekul dusíku N₂ vytváří za spotřeby energie ve formě ATP amonné sloučeniny (amoniak navázaný na glutamin), důležité například pro tvorbu aminokyselin.

Akinety jsou nepohyblivá klidová stádia sinic, které mohou v životaschopném stavu přežívat v nepříznivých podmínkách i desítky let. Díky své ztlustlé buněčné stěně jsou na první pohled odlišné od ostatních buněk ve vlákně nebo kolonii. Vznikají z jedné nebo splynutím několika vegetativních buněk.

Planktonní sinice obývající volnou vodu mají v buňkách vyvinuty plynové měchýřky, které se spojují do skupin, aerotopů, a jejich regulací mohou ovlivňovat polohu buňky ve vodním sloupci a volit si tak nejvhodnější prostředí pro svůj vývoj.

Další jejich výhodou je možnost růstu při nízkých intenzitách světla a rychlá regenerace po vyschnutí nebo zamrznutí.

Sinice se řadí mezi gramnegativní bakterie, jelikož se jejich buněčná stěna při použití Gramovy metody barví růžově, ale některé z vlastností mají podobné s grampozitivními bakteriemi. Sinice také často mívají vnější slizovitý obal zvaný glykokalyx složený z lipopolysacharidů.
K fotosyntéze využívají sinice thylakoidy a fykobilizomy, které se vyskytují také u ruduch a glaukofytů. Fykobilizomy jsou přichyceny na povrchu thylakoidní membrány a slouží jako anténní systém zachycující světelnou energii. Skládají se z fykobiliproteinů, pigmentů, které dávají sinicím jejich charakteristickou barvu.
Sinice produkují mnoho tzv. sekundárních metabolitů, jako jsou například vitamíny, hormony, enzymy, antibiotika a toxiny. Toxiny sinic jsou nazývány cyanotoxiny a mohou způsobovat alergie, záněty spojivek, zvracení a při dlouhodobém působení například selhání ledvin či rakovinu. Nebezpečných koncentrací dosahují cyanotoxiny ve vodách především tam, kde je rozvinutý tzv. vodní květ sinic.

Sinice se vyskytují ve všech typech prostředí. Nejsou tedy jen sladkovodní a mořské, ale také suchozemské. Rostou na a v půdě, skalách, uvnitř kamenů, lidských stavbách a také v různých extrémních prostředích nehostinných pro jiné druhy organismů, jako jsou termální prameny, solná jezera, pouště, ledovce, polární oblasti, srst lenochodů či ledních medvědů a jiné. Sinice jsou tedy téměř všudypřítomné a často se vyskytují také v různých symbiotických svazcích, například s houbami (lišejníky), nebo i s vyššími rostlinami a některými živočichy. Sinice v těchto mutualistických (oboustranně výhodných) svazcích zastávají roli tzv. fotobionta, tedy partnera zajišťujícího organické látky fotosyntézou, nebo pomáhají fixovat dusík, zatímco druhý partner jim poskytuje chráněný prostor pro život a zásobení vodou. Historicky se symbiotickým sinicím přičítá vznik plastidů (chloroplastů) u eukaryot tzv. endosymbiózou.

Jak to, že sinice dominují?

Řasy i sinice jsou z hlediska ekologie podobné druhy. Řasy navíc využívají živiny a sluneční energii mnohem účinněji než sinice a některé druhy dokonce rychleji rostou. Jak je tedy možné, že sinice ve vodním květu dominují? Je to způsobeno několika faktory. Sinice jsou nenáročné na světlo, rostou i v zastíněných vrstvách vodního sloupce, kde mohou vytvořit i značnou biomasu. Řada druhů sinic sice roste pomaleji než řasy, avšak zůstávají ve vodě mnohem déle. Sinice mají ještě další výhody - díky aerotopům jsou schopny pohybovat se dle potřeby vodním sloupcem a pomocí heterocytů fixovat vzdušný dusík, což využívají zejména v letním období, kdy může ve vodě nastat nedostatek dusičnanových iontů. Nedostatek dusíku nedovoluje růst řas, ale sinice si fixují plynný dusík z atmosféry a jejich růst tedy není tolik závislý na jeho koncentraci ve vodě.
Pomocí plynových měchýřků - aerotopů - sinice vystoupají k hladině, kde je dostatek světla pro fotosyntézu. V případě vodního květu je jich ale u hladiny tolik, že vyčerpají všechny dostupné živiny. V tu chvíli vypustí plynové měchýřky a potopí se do hlubších vrstev, kde je sice málo světla pro fotosyntézu, ale více živin, které přijmou a opět vystoupají k hladině a celý cyklus pokračuje. Řasy tuto možnost pohybu ve vodním sloupci nemají a strádají buďto nedostatkem živin nebo energie. Sinice je tudíž mohou snadno „přerůst“.