Když stromy promluví: Vědci mapují historii tropických bouří

Co o klimatu prozradí letokruhy stromů? Vědecký tým vedený Janem Altmanem z Botanického ústavu AV ČR analyzuje letokruhy stromů ve východní Asii a na jejich základě rekonstruuje historii tropických cyklón. Za tento výzkum byl v loňském roce nominován na Cenu předsedy GA ČR.

Historii nejlépe vyprávějí ti, kdo ji sami zažili. Pokud jde o události staré stovky let, mohou se svědky stát stromy, v jejichž letokruzích se uchovávají stopy dávno minulých časů. Stačí je jen umět správně přečíst.

Dendrochronolog Jan Altman se ve svém výzkumu zaměřuje na analýzu letokruhů stromů z východní Asie a zjišťuje frekvenci historických tropických cyklón (zde jsou nazývány tajfuny). Ekonomické škody, které cyklóny každoročně způsobují, se v této oblasti pohybují v řádu bilionů dolarů a s postupující klimatickou změnou jejich výše dále roste. Příčinou škod není jen silný vítr, který cyklóny přinášejí, ale také přívalové deště vedoucí k rozsáhlým záplavám.

Překvapuje mě, že se tomuto tématu věnuje jen hrstka místních vědců. Přitom právě jejich lesy jsou tropickými cyklónami výrazně ovlivňovány a nedostatek znalostí v této oblasti je opravdu značný,“ říká výzkumník. Tropické cyklóny rovněž ovlivňují další části světa, především Střední a Severní Ameriku (zde se jim říká hurikány) a vlivem klimatické změny se stále častěji vyskytují také při pobřeží Atlantského oceánu v západní Evropě. V současnosti existují především studie zaměřené na jednorázové dopady těchto jevů, ale dlouhodobé souvislosti, které lze odhalit například prostřednictvím dendrochronologických dat, jsou stále málo prozkoumané.

Ilustrační obrázek - lesy

Jak vědci tyto stopy čtou? Pomáhají jim k tomu letokruhy a izotopy

Čeští výzkumníci podnikají několikatýdenní expedice do východní Asie, kde sbírají vzorky a provádějí měření potřebná pro další analýzy. Vybírají si přitom lesní plochy pokrývající studovaný gradient, od území s častým výskytem tropických cyklón, např. Taiwan, až po místa, kde se vyskytují méně často, např. severní Japonsko.

Spolu s místními kolegy předem vytipujeme lokality s reprezentativním porostem. Následně založíme výzkumné plochy o rozloze tisíc metrů čtverečních a změříme výšku vybraných stromů, určíme jejich druh a zaznamenáme prostorovou pozici jednotlivých stromů. Pomocí nebozezu pak odebereme vývrty, 5–12 milimetrů široké vzorky dřeva, které přivezeme do Česka k analýze,“ popisuje Altman průběh terénních prací. Pokud jde vše podle plánu, výzkumníci odeberou vzorky z několika lokalit v dané zemi.

V laboratoři se následně vývrty připraví na analýzy, a poté se měří šířka jednotlivých letokruhů nebo hustota dřeva v jarních a letních částech každého letokruhu. Na vybraných vzorcích probíhá také izotopová analýza, při které se měří poměr ve složení izotopů kyslíku v letokruzích, což umožňuje zpětně určit frekvenci historických cyklón.

Tropické cyklóny vznikají nad teplými oceány, odkud se do atmosféry odpařují lehké izotopy kyslíku. Ty se pak spolu s vydatnými dešti dostávají na pevninu. Přestože tyto srážky trvají obvykle maximálně jen několik dní, díky jejich velkému množství jimi nasákne půda a stromy tuto vodu následně zabudují do své biomasy. Signál ze srážek tropických cyklónů je tak uložen v letokruzích. Jde pak jen o to, použít správné analytické a statistické metody k jeho odhalení.

Na základě izotopového složení letokruhů a dalších parametrů dokázal tým Jana Altmana zmapovat nejen frekvenci, ale i intenzitu historických tropických cyklón. „Porovnali jsme známá klimatická data za posledních sto let s izotopovým složením dřeva a zjistili jsme, že pomocí této metody lze s vysokou přesností určit, zda se v daném roce v okolí přibližně 300 kilometrů vyskytovala tropická cyklóna, a pokud ano, rovněž její sílu.“

Na základě těchto dat pak vědci rekonstruovali výskyt cyklón v minulosti. „To, jak daleko v čase se můžeme vrátit, závisí na stáří stromu. V průměru jsme byli schopni najít stromy staré kolem 300 let, výjimečně i mnohem starší. V hustě osídlených oblastech východní Asie je však počet lokalit s takto starými stromy omezen a jejich nalezení stále obtížnější kvůli stále se zvětšujícímu tlaku na přirozené porosty.“

Tropické cyklóny a sopečné erupce

Tým rovněž přispěl k vědecké diskusi o vlivu sopečné aktivity na výskyt tropických cyklón. „Ukázali jsme, že přibližně dva roky po velkých erupcích byla frekvence výskytu cyklón nižší, jelikož významné vulkanické erupce snižují globální teplotu a právě vysoká teplota oceánů je zásadní podmínkou pro formování tropických cyklón,“ říká řešitel projektu.

V budoucnu chtějí výzkumníci na dosavadní práci navázat. Už nyní mají k dispozici nová data z dalších oblastí jihovýchodní Asie – například z Vietnamu, jižní Číny nebo Tchaj-wanu. Svůj výzkum v rámci dalších projektů zároveň rozšiřují na americký kontinent, kde analyzují vývrty z Mexika, jižní a východní části Spojených států a nejnověji i jihovýchodní části Kanady. Cílem je sledovat proměny historického výskytu tropických cyklón.

Z našich dat už nyní vidíme, že se výskyt těchto jevů posouvá postupně směrem na sever. Náš výzkum pomůže odhalit dlouhodobou variabilitu ve výskytu tropických cyklón a dopad probíhajících změn na lesní ekosystémy. Naše výsledky jsou využitelné jak pro ochranu přírody, tak pro lesní management, například tím, že pomohou pochopit změny v druhovém složení nebo identifikovat odolnější dřeviny na vzrůstající výskyt tropických cyklón,“ uzavírá Jan Altman.

RNDr. Jan Altman, Ph.D., během terénního výzkumu

RNDr. Jan Altman, Ph.D., během terénního výzkumu

Více než 20 nových mezinárodních projektů

Grantová agentura ČR (GA ČR) podpoří ve spolupráci s partnerskými agenturami z Polska (Narodowe Centrum Nauki – NCN), Rakouska (Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung – FWF) a Německa (Deutsche Forschungsgemeinschaft – DFG) celkem 22 nových mezinárodních projektů.

Německo- a rakousko-české projekty se začnou řešit od října letošního roku, polsko-české pak od 1. ledna 2026. Hodnocení návrhů projektů probíhalo na bázi Lead Agency, kdy návrhy hodnotí pouze jedna z agentur a druhá, partnerská, od ní hodnocení přebírá. GA ČR vystupovala u všech projektů, které budou nově podpořeny, jako partnerská agentura. Každá z agentur financuje část výzkumu prováděnou vědci z jejího území.

Polsko-české projekty (NCN – GA ČR)

Reg. č. Navrhovatel Název projektu Uchazeč Doba řešení
26-19910L prof. Ing. Kamila Kočí, Ph.D. Investigating the mechanisms and efficiency of green hydrogen formation as a by-product of the photoreduction of CO2 in the aqueous and gas phases Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava, Institut environmentálních technologií 3 roky
26-19940L doc. Ing. Libor Pekař, Ph.D. Optimizing Robust Delayed Feedback and Predictive Control Problems via Advanced Metaheuristics Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně, Fakulta aplikované informatiky 3 roky
26-19849L Krzysztof Tadyszak, D.Sc. Engineering Biocompatible and Bioactive Stents for Improved Endothelial Integration in Cardiovascular Applications Ústav makromolekulární chemie AV ČR, v.v.i. 3 roky
26-19925L RNDr. Ivo Starý, CSc. Helicene-Alkyne/Polyyne Cooperativity for Catalysis and the Synthesis of New Materials Ústav organické chemie a biochemie AV ČR, v.v.i. 3 roky
26-19991L Edgar Benjamin Montufar, Ph.D. NIR-aCtive mUlti-layeR coAtings for Titanium allOys to disinfect supeRbugs (NIR-CURATOR) Vysoké učení technické v Brně, Středoevropský technologický institut 3 roky
26-19974L prof. RNDr. Karel Schulmann, CSc. Pairing extreme metamorphism – A Tale of East Pangea supercontinent assembly Česká geologická služba 3 roky
26-19970L Ing. Daniel Kozák, Ph.D. The relationships between biodiversity and carbon stock across disturbance and management gradient in temperate mountain forests Česká zemědělská univerzita v Praze, Fakulta lesnická a dřevařská 3 roky
26-19874L Dr. Sudhanshu Shekhar Role of the sinonasal microbiota in modulating airway immunity and allergic inflammation Mikrobiologický ústav AV ČR, v.v.i. 3 roky
26-19900L RNDr. Petr Šimek, CSc. Galleria mellonella as a model for nutritional immunology. The role of fatty acid in enhancing the host immune response to fungal pathogen Biologické centrum AV ČR, v.v.i. 3 roky
26-19948L Mgr. Ing. Jan Cimbálník, Ph.D. Discharges of low and high frequency neural oscillations for tracking and modulation of human verbal and spatial memory processing Fakultní nemocnice u sv. Anny v Brně 3 roky
26-19629L doc. Mgr. Pavel Dvořák, Ph.D. Unlocking the unused capacity of bacterial metabolism through the rational design of substrate transporters Masarykova univerzita, Přírodovědecká fakulta 3 roky
26-19932L Dr Marko Svicevic Polish-Czech Border Crisis in Light of International law Univerzita Palackého v Olomouci, Právnická fakulta, 2 roky
26-19859L Mgr. Péter Szabó, Ph.D. Forest of the Anthropocene: the role of Pinus sylvestris in the formation of modern states, societies and environments in the 18th and 19th centuries Botanický ústav AV ČR, v. v. i. 3 roky
26-19972L Joseph Grim Feinberg, Ph.D. Between Nationalism and Internationalism: Changing Concepts of Emancipation in Polish and Czech Post-Stalinist Philosophy and Social Theory Filosofický ústav AV ČR, v.v.i. 3 roky
26-19867L prof. Mgr. Kateřina Králová, Ph.D., M.A. Displacement and (Post)secular Memory: Contemporary Crises and Historical Legacies in Southeastern and East-Central Europe (MEMCRIS) Univerzita Karlova, Fakulta sociálních věd 3 roky
26-19828L Mgr. Robert Novotný, Ph.D. Prague as export center ca. 1400. The artistic transfer to the cities Of Hanseatic Ligue Filosofický ústav AV ČR, v.v.i. 3 roky
26-19927L Mgr. Miloš Gregor, Ph.D. INFLUPOL Influencers and Politics in the Digital Age: Exploring Dynamics between Social Media Influencers, Political Organizations, and Citizens Masarykova univerzita, Fakulta sociálních studií 3 roky

 

Rakousko-české projekty (FWF – GA ČR)

Reg. č. Navrhovatel Název projektu Uchazeč Doba řešení
25-19610L Mgr. Petra Goláňová, Ph.D. Celts, crops and centralization Filozofická fakulta, Masarykova univerzita 3 roky
25-19891L prof. RNDr. Adam Petrusek, Ph.D. Mechanisms of coexistence of cryptic species in a keystone freshwater benthic crustacean Přírodovědecká fakulta, Univerzita Karlova 3 roky

 

Německo-české projekty (DFG – GA ČR)

Reg. č. Navrhovatel Název projektu Uchazeč Doba řešení
25-15412L Helmut Schmidt, PhD. The Role of Long-Range Brain Connectivity in Human Language Processing Ústav informatiky AV ČR, v.v.i. 3 roky
25-18648L Dr. Martin Zoltner Mapping RNP-NUP interactions during nuclear export Univerzita Karlova, Přírodovědecká fakulta 3 roky
25-19862L prof. RNDr. Petr Klán, Ph.D. Photocontrol of RNA Activity with Red Light Using Cyclic Tethers Masarykova univerzita, Přírodovědecká fakulta 3 roky

 

Podpora mezinárodních vědeckých projektů je možná díky spolupráci mezi agenturami v rámci iniciativy WEAVE. Jejím cílem je odstranit bariéry mezinárodní vědecké spolupráce a propojit 12 evropských agentur podporujících základní výzkum.

Další projekty hodnocené formou Lead Agency budou postupně oznamovány v průběhu roku, včetně trilaterálních projektů financovaných společně s polskou agenturou od ledna 2026.

 

 

 

 

 

Záhadné ztráty nástrojů protivirové imunity u ptáků

Mezinárodní tým vedený experty a expertkami z Ústavu molekulární genetiky AV ČR ve spolupráci s Univerzitou Ludvíka Maxmiliána v Mnichově za podpory Grantové agentury České republiky (GA ČR) identifikoval dva klíčové regulační geny ptačí imunity – IRF3 a IRF9, které byly až dosud považovány za chybějící v ptačích genomech. Tyto poznatky mění pohled na evoluci ptačí imunity a otevírají nové možnosti ve studiu ochrany proti virovým infekcím nejen hospodářských zvířat, ale i lidí. Ptáci jsou totiž přirozeným rezervoárem řady patogenů, které se přenášejí na člověka.

Interferony hrají zásadní roli v protivirové imunitě. Slouží jako poplachové signály upozorňující na virovou infekci. Buňky je začnou produkovat ihned po začátku infekce a dávají tím svému okolí najevo, že je potřeba zastavit šíření viru. Interferon se na povrchu buňky naváže na specifický receptor a uvnitř buňky spustí tzv. signální kaskádu. Na jejím konci je vytvoření molekulárního komplexu, který obsahuje klíčový gen IRF9 (interferonový regulační faktor 9). Ten pak řídí produkci mnoha buněčných protivirových genů. IRF3 je zodpovědný za produkci samotných interferonů.

„Zatímco role savčích IRF3 a IRF9 v imunitní reakci je dobře popsána, jejich ptačí ekvivalenty zůstávaly po desetiletí záhadou. Nám se teď podařilo ptačí IRF9 identifikovat a potvrdit jeho zapojení v protivirové obraně,“ říká Lenka Ungrová z Ústavu molekulární genetiky AV ČR, první autorka článku o regulačních genech, který nyní zveřejnil prestižní odborný časopis BMC Biology. Genetické sekvence ptačích IRF genů vykazovaly podle Lenky Ungrové zajímavé anomální vlastnosti, které velmi ztěžují jejich identifikaci a zároveň mohou souviset s pravou evoluční ztrátou genu.

Ztraceno v evoluci

Pomocí pokusů na kachních buňkách se ukázalo, že bez genu IRF9 mají po přidání interferonu velmi omezenou produkci protivirových genů. „Když jsme jim IRF9 znovu dodali, protivirová obrana se obnovila. To potvrzuje, že gen IRF9 je u ptáků funkčně velmi důležitý – podobně jako u savců,“ uvádí vědkyně.

Pomocí moderních bioinformatických metod a analýzy genetických databází vědecké týmy zjistily, že gen IRF3 se nachází pouze u ptáků ze skupiny běžců, jako jsou pštrosi, kivi nebo emu, gen IRF9 je přítomen u většiny ptáků, ale chybí třeba slepicím nebo bažantům.

„Záhadou zůstává, že u kuřete a dalších hrabavých ptáků se nám IRF9 identifikovat nepodařilo a téměř jistě se v jejich evoluci ztratil. Nyní se snažíme zjistit, jakým způsobem byl tak důležitý protivirový gen nahrazen,“ zdůrazňuje Lenka Ungrová.

Mnoho virů, včetně například viru ptačí chřipky, různými mechanismy obranné interferonové dráhy blokuje. Důkladnější poznání a porovnání obranných siganalizací mezi savci a ptačími druhy je nezbytným krokem ve vývoji účinných antivirotik a vakcín.

 

Zdroj: Ústav molekulární genetiky AV ČR

SOUVISEJÍCÍ ČLÁNKY

Geny pro budoucnost: lesní hraboši ukazují, jak přežít globální oteplování

S rostoucími teplotami a stále častějšími klimatickými extrémy se mnoho živočišných druhů ocitá v podmínkách na hranici jejich fyziologických možností. Vzhledem k rychlosti klimatické změny hraje klíčovou roli v přežití genetická proměnlivost – soubor existujících genetických variant umožňující rychle reagovat prostřednictvím evoluční adaptace. Avšak jak bohatý je tento genetický „bonus“ u různých druhů? Jaké jsou jejich šance přizpůsobit se budoucímu klimatu?

Díky podpoře Grantové agentury ČR (GA ČR) se tým Petra Kotlíka, vedoucího Laboratoře molekulární ekologie Ústavu živočišné fyziologie a genetiky Akademie věd ČR, mohl pustit do výzkumu zaměřeného právě na tyto důležité otázky. Hlavním aktérem se při něm se stal norník rudý (Clethrionomys glareolus), nenápadný lesní hraboš, který však v rukou vědců odhaluje klíčové mechanismy umožňující přizpůsobit se proměnlivému klimatu v Evropě.

Tento výzkum nejenže přispívá k porozumění adaptaci druhů na klimatické změny, ale zároveň poskytuje cenné poznatky pro ochranu biodiverzity v rychle se měnícím prostředí.

Británie: přírodní laboratoř evoluce a adaptace

Norník rudý je široce rozšířený od jižní Evropy až za polární kruh. Jeho populace jsou tak přizpůsobené rozličným klimatickým podmínkám, což z něj dělá jedinečný modelový druh pro studium adaptace. Podpořená studie se zaměřila na norníky ve Velké Británii, která představuje ideální „přírodní laboratoř“. Po skončení poslední doby ledové kolonizovali norníci Británii ve dvou migračních vlnách, z nichž každá pocházela z jiného klimatického prostředí, takže si přinesli rozmanitou genetickou výbavu. Výsledný pestrý mix genů vytvořil vynikající základ pro přírodní výběr umožňující rychlou adaptaci na nové podmínky, které norníky v Británii čekaly.

Tým Petra Kotlíka využil moderní technologie sekvenování celého genomu ve spolupráci s vědkyněmi a vědci z Oklahomské a Cornellovy univerzity v USA. Analýza genomu stovky norníků odhalila klíčové geny, které těmto malým savcům pomáhají zvládat proměnlivost klimatu. Patří mezi ně i geny, které chrání před oxidačním stresem a napomáhají tak přežití v teplotních extrémech – například hemoglobin nebo Epas1. Tyto geny jsou známé i u člověka a kromě ochrany před oxidačním stresem hrají klíčovou roli také při přizpůsobení se nízké hladině kyslíku, například ve vysokohorských oblastech.

Tato zjištění ukazují, že evoluční adaptace na extrémní podmínky se často opírá o specifické genetické mechanismy, které mohou být sdílené napříč různými druhy.

Mezinárodní kooperace

Mezinárodní spolupráce hrála klíčovou roli při úspěšné realizaci projektu. Evoluční ekoložka Hayley Lanier z Oklahomské univerzity (vpravo) na fotografii s členkou projektového týmu Silvií Markovou, která byla zodpovědná za genomické analýzy.

Mísení genů jako klíč k přizpůsobení

Výzkum Kotlíkova týmu ukázal, že genetická výbava britských norníků se výrazně liší v závislosti na jejich geografickém původu. Severní populace ve Skotsku zdědily klíčové geny převážně od prvních kolonistů, díky kterým jsou lépe přizpůsobeny chladnějším a vlhčím podmínkám. Oproti tomu jižní populace v Anglii ve větší míře těží z genetických variant přinesených druhou migrační vlnou, které jsou vhodné pro teplejší a sušší prostředí. Tento adaptivní gradient dokonale ilustruje, jak mísení genů mezi různými populacemi v kombinaci s přírodním výběrem umožňuje formování adaptací odpovídajících specifickým místním podmínkám.

Britské populace norníků jsou proto jedinečným příkladem evolučního procesu, kdy smísení genů z různých populací nejen zvyšuje genetickou rozmanitost, ale také umožňuje vznik klíčových adaptací během relativně krátké doby. Tento mechanismus ukazuje, že genetické mísení není jen vedlejším produktem migrace, ale zásadní strategií přežití v proměnlivém prostředí.

Genetická výbava pro budoucí klima

Klíčovým přínosem podpořeného výzkumu je jeho význam pro budoucnost. Klimatické modely naznačují, že oteplování v Británii bude pokračovat rychlým tempem, což může představovat vážné problémy pro skotské populace norníků a dalších druhů. Jejich „chladnomilná“ genetická výbava, například varianta hemoglobinu optimalizovaná pro nízké teploty, se může stát nedostatečnou pro zvládání teplejšího prostředí. Přežití těchto populací tak může záviset na jejich schopnosti „vypůjčit si“ adaptivní teplomilné geny od jižních sousedů v Anglii. Pokud k takovému mísení genů dojde, může se znovu ukázat jako klíčový mechanismus adaptace na proměnlivé klima.

Tento proces přirozené výměny genetického materiálu mezi populacemi není zásadní pouze pro britské norníky, ale má významný dopad na mnoho dalších druhů po celém světě. Výsledky výzkumu zdůrazňují důležitost konceptu tzv. asistované adaptace – strategie, která zahrnuje například přemístění jedinců s „teplomilnými“ geny do oblastí, kde klíčové genetické varianty chybí. Tento přístup by mohl výrazně podpořit populace nacházející se na hranici svých adaptačních možností a pomoci jim čelit hrozbám spojeným se změnami klimatu.

Ochrana přírody dlouho kladla důraz na zachování genetické čistoty populací, v budoucnu by se však mohla rozšířit o podporu genetického mísení. Tento přístup může nejen zvýšit šance na přežití jednotlivých populací, ale i posílit celkovou odolnost druhů vůči budoucím změnám klimatu.

Mediální ohlas projektu - ČT24

Mediální ohlas výsledků projektu potvrzuje společenský význam výzkumu podpořeného GA ČR.

Lekce z evoluce: ochrana druhů v měnícím se světě

Projekt podpořený GA ČR významně rozšířil naše chápání evolučních procesů a zdůraznil klíčovou roli genetické různorodosti při adaptaci druhů na klimatické změny. Studie norníků rudých ukázala, že přirozené genetické mísení mezi populacemi není jen vedlejším produktem migrace, ale klíčovým evolučním nástrojem, který druhům umožňuje obstát i v dynamicky se měnících podmínkách.

Petr Kotlík a jeho tým se v dalším výzkumu zaměří na identifikaci oblastí Evropy, které představují klíčové zdroje genetické rozmanitosti potřebné pro budoucí adaptaci druhů. Tyto poznatky mohou významně přispět k hlubšímu pochopení evolučních adaptací evropských druhů a zároveň poskytnout pevný vědecký základ pro návrh účinných strategií jejich ochrany. Ačkoli výzkum pracuje s norníkem rudým jako modelovým druhem, jeho závěry mají zásadní potenciál i pro další druhy, zejména pro ty, kterým bude hrozit vyhynutí a které hrají klíčovou roli v udržování ekosystémů nebo mají hospodářský význam.

Tento výzkum tak přináší nejen nové poznatky o mechanismech evoluční adaptace, ale zároveň poskytuje důležitý vědecký základ pro vývoj inovativních přístupů k ochraně biodiverzity. Ve světě, který čelí stále větším výzvám v důsledku klimatických změn, mohou být takové poznatky klíčové pro zajištění účinné ochrany přírodního dědictví.

Marco Escalante

Postdoktorand Marco Escalante, specialista na geneticko-klimatické modelování, jehož zapojení do projektového týmu bylo možné díky podpoře GA ČR.

 

Úvodní obrázek: Norník rudý – nenápadný lesní hraboš, který je jedním z hlavních modelových druhů pro studium adaptací na klimatické změny v Evropě.

 

SOUVISEJÍCÍ ČLÁNKY