Klonalita a její ekologické důsledky

1. Klonalita a její ekologické důsledky Tomáš Havlík

2. Vymezení pojmu jedinec • Unitární organismy: Jednotlivé části těla, mající rozličné funkce, jsou pospojovány tak, že je tento jedinec funkční (kdyby byl rozseknut na půl, nebyl by funkční – Huxley (1912)) př. Savci – počet orgánů jednoznačně určen a geneticky fixován • Modulární organismy: Složeny z modulů – opakujících se kopií částí svého těla; z jedné zygoty se u nich vyvine modulární struktura – potenciálně neomezený růst

3. Modulární organismy: Předpokladem modulárního růstu je: - existence omnipotentních somatických buněk - jednoduchost základního opakovaného modulu Příklad: - někteří živočichové - většina rostlin modul – článek stonku mezi dvěma listy, přilehlé kolénko, z něhož vyrůstá list a pupen v paždí tohoto listu (Bower 1908)

4. Klonalita rostlin: • Růst jedince, při kterém vznikají jednotky (ramety), které mohou potenciálně pokračovat v normálním růstu i bez spojení s mateřskou rostlinou • tyto jednotky (moduly) se nazývají ramety x genety • genety – všichni potomci pocházející z jedné zygoty – fyzicky spojení nebo ne • typem klonálního růstu (z genetického hlediska) je i agamospermie – vznik semen bez meioze a oplodnění

6. Klonalita v historickém vývoji Unipolární a bipolární růst - unipolární růst – produktem apikálního meristému je stonek (->adventivní kořeny a rhizoidy) - bipolární růst – u rostlin s diferenciací na kořen a stonek – apikál. mer. na obou koncích hlavní osy -> vzpřímený neklonální = unitární růst (spojen se sekundárním tloustnutím)

8. Genetika klonálního růstu • vegetativní propagule – některé vlastnosti rozdílné od generativních a agamospermických • většina rostlin ne zcela závislá ani na sex. reprodukci, ani na multiplikaci - možné kombinace • oboje má své výhody

9. Vegetativně se množící rostliny: • úspěšní kolonizátoři - „péče o potomstvo“ –> nižší mortalita • menší výdaj energie k podílu potomků, kteří se dožijí dospělosti u nepohl. multiplikace – převládá v nepříznivém prostředí Pohlavní rozmnožování: - genetická variabilita – výběr nejlépe adaptovaných jedinců (proměnlivé prostředí) - rychlá mikroevoluce – rekombinace, křížení, polyploidizace, imigrace - semena – únik před patogeny, odstranění somat. mutací, dormance, šíření na větší vzdálenosti

10. na druhou stranu vede u klonálních rostlin vegetativní růst ke vzniku dalších sad generativních org. -> pozitivní korelace mezi multiplikací a reprodukcí

11. Ekofyziologie klonálního růstu Prostředí: • klonální rostliny snášejí oproti neklonálním menší dostupnost dusíku v půdě, vyskytují se ve vyšších nadmořských výškách a lépe snášejí zastínění • neklonální rostliny mají větší nároky na světlo a vyžadují dusíkem dobře zásobené půdy

12. klonální rostliny se vyskytují na vlhčích stanovištích • (většinou se tam vyskytují jednoděložné a ty jsou většinou klonální; výskyt není podmíněn klonalitou, ale spíše fylogenetickou příbuzností, ale speciace a biotop možná způsobena právě klonalitou)

14. Trvání propojení klonů, fragmentace • klonál. rostl. se liší dobou propojení mezi rametami • vyčleňují se 3 skupiny: 1. rozpadavé klony – ramety se oddělí záhy po založení, př. Dentaria bulbifera, česneky - pacibulky (připomínají semenáčky) 2. jednoleté klony – spojení se rozpadne během jedné až dvou sezón 3. rozpadavé po více, než 2 letech

15. udržování spojení ramet je pro rostl. nákladné -> přináší výhody rostl. které ho udržují (rychlý rozpad v podm. bez konkurence a za nepříznivých podmínek – stíněné bylinné patro lesa) • druhy s rozpadavými klony – vlhčí úživnější stanoviště – prostředí s limitujícím uhlíkem • nerozpadavé klony – konkurenčně zdatné rostl.

16. Integrovaná fyziologická jednotka • část jedince rostliny, která je fyzicky i fyziologicky integrována a v jejímž rámci dochází k transportu živin – voda, uhlík • v pokusech prokázáno zásobování vyvíjejících se ramet ze starších částí rostl. – u rostlin neovlivňovaných, tak i poškozených (defoliace)

17. trsnaté trávy – ramety téměř nezávislé (Lolium perenne), ale při poškození části ramet nebo jejich růstu v nedostatku některého zdroje, dochází po omezenou dobu k transportu limitujícího zdroje k místu vyžadujícímu podporu – defoliovaná stébla, atd. - i u jiných typů klonál. rostl. ramety nezávislé a ani nemusí dojít ke kompenzaci při poškození (Aster acuminatus, Sonchus arvensis)

18. oddenkaté druhy se stolony (Carex arenaria, Cynodon dactylon, Ranunculus repens) – transport asimilátů směrem k apikálnímu vrcholu = k rychle rostoucím rametám, bazipetální transport zanedbatelný • oddenkaté druhy s dlouho žijícími rametami, studované v prostředí s chladným klimatem – hlavní proud asimilátů k nejstarším částem rostliny, ale i nově produkované moduly zásobovány

19. i když jsou dvě ramety navzájem nezávislé pokud jde o nově asimilovaný uhlík, jsou závislé na přísunu vody a minerálních látek • obě ramety přispívají k růstu celého kořenového systému • KS – integrující část klonál. rostl. • důsledkem integrace je i nižší mortalita při samoředění než u unitárních rostl.

20. Vyhledávání zdrojů: • v heterogenním prostředí růst usnadněn nejen translokací látek, ale i aktivním vyhledáváním zdrojů – mofologická plasticita – větvení, zkracování a prodlužování ramet • v úživném místě zkracování internodií, častější větvení – koncentrace ramet v místech bohatých na zdroje • při zastínění - prodloužení článků stolonů (nikoli oddenků)

21. prostorově heterogenní rozložení živin nevede ke změně délky článků stonku u oddenků, ani stolonů • u obou orgánů častější větvení v místech bohatších na zdroje

22. Dělba práce: • části rostliny rostoucí v různých prostředích mají morfologické adaptace pro maximální využití toho zdroje, který je v daném prostř. dostupný a jsou závislé na přísunu limitujícího zdroje • unitární rostlina investuje do orgánu získávajícího limitující zdroj • ramety se specializují na zdroj, který je lokálně v nadbytku a u ostatních v nedostatku(Potentila anserina, reptans, Fragaria chiloensis) • neplatí pro všechny klonální rostliny – například není u těch, které mají intenzivní akropetální transport (Glechoma hederacea)

23. Morfologie klonálního růstu • velmi pestrá – klonál. rostl. se vyskytují v mnoha různých prostředích a ke klonál. růstu slouží orgány různého původu – stonek, kořen i list • podle původu mají orgány klonál. růstu i jiné funkce – asimilační, ukotvovací, zásobní apod.

24. v klasifikaci klonál. růstu je hledisko původu orgánu klonálního růstu rozhodující, dalšími hledisky jsou délka spojení ramet, pozice obnovovacích pupenů vzhledem k povrchu půdy, schopnost druhot. tloustnutí, tvorba advent. kořenů, přítomnost speciál. zásob. org., trvání spojení ramet s mateřskou a navzájem dceřinných

25. Zastoupení typů klonál. růstu ve středoevropské flóře • vytvořena databáze 2760 druhů rostlin, z nich je téměř 2000 (66,5%) potencionálně klonálních • nejrozšířenějším orgánem klonál. růstu je epigeotropní oddenek – 17,4% vyšších rostlin a hypogeotropní oddenek – 9,9% druhů, zbylé typy méně než 6% druhů

28. Literatura: Klimešová J., Klimeš L.: Clonal plants: phylogeny, morphology and ecology. Biologické listy roč. 62, sešit 4, str. 241-263. Klimeš L., Klimešová J. et al.: Clonal plant architecture: a comparative analysis of form and function. from The Ecology and Evolution of Clonal Plants, 1997. http://www.butbn.cas.cz/klimes/

29. Děkuji za pozornost