v poznání je síla
ročník 92 (143) • první číslo vyšlo roku 1871 •
2013 /11
5,10 € • 94 Kč
ITER
jaderná fúze
Doba LEDová
všechno je jinak
Zdánlivě idylická Ploučnice
O původu válek
ekologie
Snímky © Ruy Alves
Ruy José Válka Alves
NÍLBER GONÇALVES DA SILVA
Příroda ostrova Trindade
povstává z popela
Prof. Ruy José Válka Alves,
CSc., (*1965), rodák
ze Znojma, vystudoval
biologii na Fakultě Pedro II
v Rio de Janeiru. Byl
8 let zástupcem ředitele
Národního muzea při
Federální univerzitě v Rio
de Janeiru, kde přednáší
taxonomii kvetoucích
rostlin a neotropickou
fytogeografii. Je rovněž
kurátorem herbáře.
Spolupracuje s botaniky ČR
a vede projekt na regeneraci
vegetace ostrova Trindade
ve spolupráci s brazilským
válečným námořnictvem.
Nílber Gonçalves da Silva je
aspirantem prvního autora.
590
Roku 2002 se čtenáři Vesmíru mohli seznámit
s problematikou kozí devastace na brazilském
ostrově Trindade uprostřed jižního Atlantiku
(Vesmír 81, 557, 2002/10). Od roku 2005 je
však ostrov bez koz, protože se je po desetiletém úsilí za pomoci vojenských odstřelovačů
podařilo zlikvidovat. Brazilské námořnictvo
zaujalo od r. 2002 k regeneraci přírody nový
a kladný postoj. (Že by četli Vesmír?)
Příroda ostrova se vzpamatovává až nečekaně rychlým tempem. Zmizelé rostlinné endemity byly na ostrov, krom jediného
druhu (Peperomia beckeri), navráceny ze sporové a semenné banky všechny. Byly mezi nimi i kapradiny Asplenium beckeri a Elaphoglossum beckeri, jež byly považovány za vyhynulé.
Na regeneraci vegetace se podílejí právě zejména endemické druhy (Cyperus atlanticus,
Bulbostylis nesiotis, Achyrocline disjuncta a keřovitý jitrocel Plantago trinitatis). Roku 2012
byl také objeven nový endemický druh trávy
Vesmír 92, listopad 2013 | http://www.vesmir.cz
z rodu Sporobolus. Rovněž zalesněná plocha
s dominantní endemickou stromovou kapradinou Cyathea copelandii se rozrůstá směrem dolů po východních svazích. Objem vody v potocích se ve srovnání s roky 1994–1995
viditelně zvětšil. Populace mořského ptactva
se od r. 2002 na ostrově zečtyřnásobila. Vzácné a ohrožené zůstaly pouze dva endemické poddruhy fregatek (Fregata ariel trinitatis
a F. minor nicolli). Zdá se, že na ostrově Trindade má nyní příroda perspektivu lepší budoucnosti. Námořnictvo tam právě postavilo
výzkumnou stanici pro osm lidí a podepsalo dohodu o nové výsadbě lesa (z původních
druhů dřevin) s Národním muzeem Federální univerzity v Rio de Janeiru a s nevládní
organizací SOS Mata Atlântica. Na ostrově
bude založena lesní školka, jež vyprodukuje
tisíce stromových sazenic, které vojáci vysadí
po celém ostrově za dohledu týmu z Národního muzea v Rio de Janeiru.
Ö
úvodník
František Houdek
Koncem září uběhlo bez zájmu médií 500 let od objevení Tichého oceánu.
Pro osvěžení paměti: Vasco Nuñez de Balboa byl sice náležitě hamižný
a všehoschopný, leč i značně nepracovitý. Když zkrachoval v rodném Španělsku a potom i na ostrově Hispaniola (vstupní to bráně k americké pevnině), dostal se úskokem na americkou pevninu do blízkosti Panamské šíje. Tam založenou kolonii brzy ovládl a oficiálního velitele z ní vypudil. Ve
snaze ospravedlnit se podřídil všechno své konání honbě za zlatem, jímž
by španělský dvůr ukonejšil. Od jednoho z místních náčelníků se dozvídá: „Tam na druhé straně, za těmi vysokými horami, leží obrovský oceán
a všechny řeky, které vplývají do tohoto moře, jsou zlatonosné… Králové
jedí a pijí ze zlatého náčiní.“1
Balboa posílá dva nejspolehlivější lidi ke dvoru podat zprávu a požádat
o tisíc mužů. Pozdě. Jiný posel hlásí, že nejbližší lodí dorazí úředník, aby
ho soudil pro vzpouru. Zbývá jediné – poradit si sám. A rychle.
Se 190 dobrovolníky odplouvá 1. září 1513 podél pobřeží na vhodné místo a odtamtud 6. září vyráží na pochod. V příšerných podmínkách tropického pralesa už po prvním týdnu není většina jeho lidí schopna kroku.
Cestou masakruje, na co přijde. Svoje největší vítězství oslaví tak, že přeživší poražené nechá spoutat a pro obveselení svých mužů rozsápat psy
(celkem v této půtce zahynulo asi 600 indiánských mužů).
29. září 1513, po necelých 120 kilometrech pochodu, stojí na
břehu rozsáhlé vodní plochy. Nazývá ji Mar del Sur (Jižní moře).
Myšlenka na cestu kolem světa přestala být utopií.2
Postava Vaska Balboy, velkého zločince a velkého objevitele,
evokuje otázku: Co asi tak může být prvotním popudem k poznávání neznámého, k objevování, potažmo k výzkumu? Úplnou a přesnou odpověď,
pokud vůbec existuje, samozřejmě nemůže znát nikdo, ale to neznamená,
že nad ní nelze zauvažovat a pokusit se o jakés poznání lidské duše i v tomto směru.3
V pozadí Balboova objevu Pacifiku stály dva stěžejní cíle veškerého lidského snažení: bydlo a status. Dobré bydlo je od věků úhelným kamenem
lidské existence (v Maslowově pyramidě potřeb je součástí základny). Přes
bohatství se Balboa chtěl probít k co nejvyššímu sociálnímu statusu, vyjádřenému mocí potentáta a slávou objevitele.
V mezidobí mezi Balboovým tehdejškem a současností se výzkumem, pomineme-li zeměpisné výpravy s dobyvačnými cíli, dlouho dalo uživit jen na
univerzitách současně s vyučováním (příkladem za všechny zde budiž J. E.
Purkyně), druhou možností pak bylo financovat si vědu ze svého (tady mě
napadá objevitel vodíku a první stanovitel gravitační konstanty Henry Cavendish, před 250 lety jeden z nejbohatších lidí v Británii). Purkyně i Cavendish tedy své bydlo i status měli, a tak v jejich motivech pravděpodobně převládla zvídavost (touha přicházet věcem na kloub, jakýsi vyšší stupeň
zvědavosti coby prosté touhy vidět, registrovat). Zvídavost ale nejspíš není
hybatelem prvotním, nýbrž důsledkem evolučně vyvinuté touhy po bezpečí
(v Maslowově pyramidě druhá nejdůležitější potřeba hned po bydlu). Vskutku, lépe poznaný svět je bezpečnější, pohodlnější, takříkajíc útulnější… Dokonce lze říci, že poznání je i cestou ke svobodě (a to je od určité úrovně
existence opravdu silná potřeba). Touha po poznání je tedy vrozená danost,
v podstatě zduchovnělé bažení po bydle, statusu, bezpečí, svobodě.
Nicméně v populaci tu a tam existují i atypičtí jedinci. Kupříkladu s hypertrofovaným étosem, kteří všechny strázně bádání podstupují z čirého
idealismu, ano, i za cenu svého bydla, postavení, bezpečí… Jiní jsou zase
náturou dobrodruzi, ne však tolik, aby rovnou riskovali krk; takové zřejmě
na vědě láká hranice s neznámem, s tajemnem. Nádherně to vystihl Einstein: „Nejkrásnější, co můžeme prožívat, je tajemno. Právě tento základní
pocit stojí u kolébky veškerého pravého umění a vědy. Komu je tato emoce
cizí, kdo se už nedokáže divit a stát v uchváceném úžasu, je jakoby mrtvý,
jako vyhaslá svíce.“
Zmiňovaní excentrici (z pohledu Gaussovy křivky) jako by už stáli za
hranou evoluce, jejich činnost bývá z hlediska darwinovského soutěžení
kontraproduktivní, jejich nutkání zkoumat jako by mělo nikoli přírodní,
ale rovnou kulturní kořeny. Jenže marná sláva; jakkoli tito „políbení“ často zasluhují obdiv, větší spoleh je na ty „obyčejné“ zpytce, které do terénů,
studoven a laboratoří pudí přirozená živočišná touha po lepším bydle nebo vyšším statusu. Ti ale nepůjdou bádat za hubičku, takže zbývá „maličkost“: dát jim patřičné podmínky. A konečně to vůbec nejdůležitější: nabytým věděním se doopravdy řídit! Pokud bychom se někdy přece jen dostali
až takhle daleko, pak bychom tu úporně přežívající balboovskou maximu
„objevit, podrobit, vyplenit“ mohli konečně poslat k čertu.
Ö
Zvídavost
– jev přírodní,
nebo kulturní?
1) Stefan Zweig: Hvězdné hodiny lidstva.
2) Další Balboův osud je příznačný: po několika peripetiích
je na příkaz nového guvernéra zajat a počátkem roku 1517,
dvaačtyřicetiletý, veřejně sťat. Tělo předhozeno supům.
3) Otázka mi přijde zajímavá tím spíš, že lidé se svým chronickým
sklonem k sebeklamu takřka veškeré své popudy lakují na růžovo.
Na obálce: Jedna z cívek 18 magnetů,
které vytvářejí toroidální magnetické pole
zařízení ITER (k článku Slavomíra Entlera
na s. 622). Magnetické pole musí udržet
částice plazmatu uvnitř komory. Vedle
vakuové nádoby samotné tvoří cívky největší
komponentu zařízení ITER (dohromady
váží cívky přes 6500 tun). Vlevo je pohled
na tzv. první stěnu, jednu z velmi kritických
komponent tokamaku (není v měřítku vůči
cívce), viz též obr. 7 na s. 624. První stěna
stíní nádobu a supravodivé magnety před
teplem a neutrony z reakcí v plazmatu.
http://www.vesmir.cz | Vesmír 92, listopad 2013
591
Převzato z www.iter.org.
časopis akademické obce
11/2013 v poznání je síla
12 čísel ročně ISSN 0042-4544
evidenční č. MK ČR E 896
Vydává Vesmír, s. r. o., Na Florenci 3, 110 00 Praha 1
Tel.: 222 828 393, 394, 395, Fax: 222 828 396
E-mail: [email protected], WWW: http://www.vesmir.cz
Nakladatelství zastupují jednatelé:
Ivan Boháček, Stanislav Vaněk
Šéfredaktor: doc. Ing. Ivan M. Havel, Ph.D.
Redakce:
Mgr. Ivan Boháček, vedoucí redakce ([email protected])
Zora Göthová ([email protected])
Mgr. Pavel Hošek ([email protected])
Marta Imrová Ciranová ([email protected])
Eva Lorencová ([email protected])
RNDr. Stanislav Vaněk ([email protected], 723 691 462)
Grafická úprava: Pavel Hošek
Redakční rada:
obsah
Příroda ostrova Trindade povstává
z popela • Ruy José Válka Alves, Nílber Gonçalves da Silva . . . . . . 590
Zvídavost – jev přírodní nebo kulturní? • František Houdek. . . . 591
Nové druhy a střevní problémy • Petr Zouhar. . . . . . . . . . . . . . . 600
K čemu možná také slouží stromuly plastidů • Jaromír Kutík. . . 601
Ploučnice zdánlivě idylická • Tomáš Matys Grygar . . . . . . . . . . . . 602
O původu válek • Pavel Duda. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 603
Jak vyrobit regulační T-lymfocyty • Václav Hořejší. . . . . . . . . . . 604
Změny klimatu v Česku • Jan Pretel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 605
Myrciaria dubia, amazonský bojovník
s oxidačními procesy • Lukáš Huml, Jan Tauchen. . . . . . . . . . . . . . 610
Doba LEDová • Jan Valenta, Ivan Pelant. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 612
Výzkum technologie jaderné fúze • Slavomír Entler . . . . . . . . . . . 622
Pomůže stlačený oxid uhličitý v boji proti
škodlivému hmyzu? • Marie Sajfrtová, Helena Sovová. . . . . . . . . . 627
Terénní řízené experimenty • Mirka Šprtová, Michal V. Marek. . . 628
Všechno je jinak • Petr Pokorný. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 632
Po stopách skrytých refugií • Vojen Ložek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 635
Hormonální zombie • Jaroslav Petr. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 636
Co je to gen? • Vladimír Vondrejs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 638
Laudatio • Ivan Horáček . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 642
Origamová geometrie 3 • Jiří Fiala . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 645
„Vlast líbezná“: rozporný půvab národní mytologie
Karla Plicky • Lada Hubatová-Vacková. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 650
RECENZE
Peter Høeg: Cit slečny Smilly pro sníh • Jitka Klimešová . . . . . . 648
Ian Kershaw: Konec. Německo 1944–45 • Václav Cílek. . . . . . . 649
Z příštích čísel
Plovoucí ostrovy • Masky Inuitů
a Alutiiqů • Zemětřesení a zvířata • Pražský kodex • Bonita půdy •
Palmy a dřeviny Amazonie
(příští číslo vyjde 5. 12. 2013)
592
pravidelné rubriky
Úvodník591
Fórum čtenářů
593
Aktuality595
Výběr z biologie
599
Nad knihou
648
Výtvarná příloha
650
Vesmír 92, listopad 2013 | http://www.vesmir.cz
prof. MUDr. M. Anděl (medicína)
prof. Dr. & RNDr. I. T. Budil (antropologie)
RNDr. V. Cílek (geologie)
doc. RNDr. J. Černý (biologie)
prof. MUDr. F. Čiampor (virologie)
doc. RNDr. V. ­Ferák (molekulární biologie)
prof. RNDr. J. Flegr (biologie)
Dr. & RNDr. D. Frynta (biologie)
RNDr. E. Ginter (výživa)
doc. Ing. I. M. Havel, Ph.D. (kognitivní věda)
prof. RNDr. Z. Herman (chemie, fyzikální chemie)
prof. MUDr. C. Höschl (medicína)
Ing. F. Houdek (vědní publicistika, chemie)
prof. Ing. P. Jirounek (neurofyziologie)
Mgr. J. Kolář, Ph.D. (botanika)
prof. RNDr. S. Komárek (filozofie vědy)
prof. RNDr. R. Kotecký (fyzika, matematika)
prof. RNDr. P. Kulhánek (fyzika)
doc. RNDr. J. Langer (fyzika)
prof. RNDr. O. Lapčík (biochemie)
doc. M. Lipoldová (molekulární biologie)
RNDr. V. Ložek (paleontologie, geologie)
PhDr. V. Maxová (publicistika)
prof. RNDr. L. Miklós (ekologie)
prof. RNDr. J. Palouš (astronomie)
prof. Ing. J. Petr (biologie)
Mgr. P. Pokorný, Ph.D. (paleontologie)
Mgr. C. Říha, Ph.D. (architektura, urbanismus)
RNDr. J. Sádlo (botanika)
prof. MUDr. V. Schreiber (medicína)
doc. RNDr. P. Slavíček, Ph.D. (chemie)
doc. Dr. D. Storch (ekologie)
prof. MUDr. J. Syka (lékařské vědy)
RNDr. P. Šíma (imunologie)
prof. Dr. Ing. O. Šráček (geochemie, geologie)
MUDr. J. Trnka (medicína)
Mgr. M. Vácha (etika)
doc. Ing. Z. Vašků (zemědělství)
prof. RNDr. B. Velický (fyzika)
prof. Ing. Š. Vilček (molekulární biologie)
prof. RNDr. F. Vyskočil (fyziologie)
RNDr. V. Wagner (fyzika)
prof. RNDr. J. Zrzavý (biologie)
Inzerce: Miluše Kukačková, mobil: 604 952 140,
e-mail: [email protected], tel./fax: 475 211 639
Předplatné:
SEND Předplatné, P. O. Box 141, 140 21 Praha 4,
tel.: 225 985 225, 777 333 370, 605 202 115,
e-mail: [email protected], www.send.cz
předplatné na rok / půl roku 970 Kč / 499 Kč
cena čísla ve volném prodeji
94 Kč cena jednoho čísla pro předplatitele 88 Kč
Administrativa:
Zora Göthová ([email protected]), tel.: 222 828 394
Volný prodej:
Rozšiřují společnosti PNS, a. s.
Ve Slovenské republice rozšiřují (stánky prodej 5,10 €)
Pro předplatitele 4,90 €: Mediaprint Kapa – OIFP, oddelenie
inej formy predaja, Vajnorská 137, P. O. BOX 183, 830 00
Bratislava 3, tel.: 00421 (2) 4445 8821, (2) 4445 8816, zelená
linka 0800188 826, e-mail: [email protected]
Pro předplatitele 3,82 €: Magnet Press Slovakia, s. r. o.,
Šustekova 8, 851 04 Bratislava, tel.: 00421 (2) 67 201 931–33,
fax: 67 201 910 a 20, 67 201 930, e-mail: [email protected]
Sazba: Vesmír, s. r. o. (na skenech se podílí Thalia picta, s. r. o.,
Orebitská 7, 130 00 Praha 3, tel./fax: 272 732 444)
Předtisková příprava a tisk:
Serifa, s. r. o., Jinonická 80, 158 00 Praha 5, tel. 257 290 405
Redakční uzávěrka: 4. 10. 2013, vychází 31. 10. 2013
Nevyžádané rukopisy nevracíme.
Vesmír vychází s podporou NČLF.
© Vesmír, s. r. o.
Žádná část tohoto časopisu nesmí být kopírována a rozmno­
žována za účelem dalšího rozšiřování v jakékoli formě či ja­kýmkoli
způsobem bez písemného souhlasu vlastníka autor­ských práv.
Vydavatel nenese odpovědnost za údaje a názory autorů jed­
notlivých článků ani inzerce, včetně inzerce vkládané.
VESMAD 92 (11) 589–652 (2013)
64 stran
První Číslo vyšlo 3. května 1871
Omyly profesora Jana Svobody
Je mi líto, že se musím kriticky ohradit vůči příspěvku prof. Jana Svobody (Vesmír 92, 529, 2013/10). Profesora Svobody, emeritního pracovníka
našeho Ústavu molekulární genetiky
AV ČR, si velmi vážím za jeho někdejší významné objevy. Nemohu však
souhlasit s některými jeho soudy:
1) Nesdílím názor, že publikovat
v „impaktovaných“ časopisech je cosi špatného. Nedávno se skutečně objevily články odsuzujících absolutizaci hodnocení významu vědecké práce
na základě toho, v jak prestižním časopise (hodnoceno podle impaktového faktoru – IF) byla publikována.
Je ovšem pošetilé tvrdit, že IF je bezvýznamný, že nezáleží na tom, jestli publikujeme v prestižním mezinárodním časopise s tvrdým recenzním
řízením, nebo v obskurním lokálním
časopise. Trvám na tom, že (alespoň
v biomedicínských oborech) nepochybně existuje korelace mezi IF časopisu a vědeckým významem v něm
publikovaných prací. Mimochodem
– prominentní signatáři výzev odsuzujících zneužívání IF publikují právě v časopisech s vysokým IF…
2) Prof. Svoboda říká, že „...hon
za impaktem vedl k tomu, že výzkum se
Ze zářijových předplatitelů byli
vylosováni tito čtenáři. Získávají knihu
z nakladatelství Academia.
Ing. Zdeněk Hodboď, Konice
Kateřina Janotová,
Náměšť nad Oslavou
PaedDr. Jana Bauerová,
Hradec Králové
Jiří Ehrenberger, Praha 9
Ing. Jiří Beránek, Praha 8
PhDr. Vladislav Dudák
Praha 4
Ivana Karlová, Praha 9
koncentroval na rychlý úspěch, kterého lze dosáhnout jen tak, že se vědecké
skupiny vrhnou na slibná témata, u kterých lze očekávat peníze a publicitu.
Stranou zůstanou zásadní otázky, které vyžadují trpělivé a dlouhodobé soustředění.“ Tvrdím, že právě v těch časopisech s nejvyšším IF se publikují
téměř výhradně pracovně a časově
náročné práce soustřeďující se na
závažná témata. Těžko si lze představit, že by někdo dokázal v rámci
„honu za impaktem“ rychle vyplodil něco vědecky málo důležitého,
a přitom publikovatelného řekněme
v Nature. Jistě, že v dobách, kdy publikoval (většinou v časopise Folia
Biologica) své objevné práce prof.
Svoboda (před 40–50 lety), byla situace úplně jiná než dnes – tehdy se
i s poměrně omezenými prostředky
dělaly zásadní objevy, protože nebylo známo téměř nic. Dnes nezbývá,
než se soustřeďovat (s vynaložením
mnohem většího úsilí) na zdánlivě
méně závažné detaily.
3) Prof. Svoboda dále říká, že je
potřeba „využívat u nás dobře definované a prozkoušené modely k nastolování otázek a odpovědí k nim, které byly zanedbány, často nezodpovědně, hlavním
proudem výzkumu.“ Nemyslím si, že
by cokoli bránilo takovému využívání např. unikátních zvířecích modelů
a nastolování originálních otázek; podle mé zkušenosti u grantových projektů recenzenti vysoce oceňují právě
originálnost myšlenek i modelů.
4) Ve Svobodově příspěvku dále čteme, že „Naše monopolní grantová agentura (GA ČR), která funguje na
základě druhořadých a spíše třetiřadých
tzv. mezinárodních posudků, nemá ani
kompetenci, ani výběr odborníků, kteří
by mohli tvořit něco jako „study group“
pokrývající do hloubky problematiku
oborů, které pod ni spadají.“. To je tedy opravdu „silná káva“. Já jsem sloužil několik let v jednom z odborných
panelů GA ČR (obdoba těch zmiňo-
Knihy došlé do redakce
lPetr Vopěnka: Hádání v hospodě,
(Jak se v hospodě U Jirásků na Královských Vinohradech hádal jeden samorostlý myslitel s jedním vědcem. A jak
se do jejich hádky později vmísili i jiní lidé.), 246 stran, Práh, Praha 2013,
ISBN 978-80-7252-428-0; www.prah.cz
lMartin Vopěnka: Nebarevné vzpomínky (O rodině a dětství, ale hlavně
o 60. letech), 104 stran, Práh, Praha
2013, ISBN 978-80-7252-441-9; www.
prah.cz
lJan Bažant: Lannova vila v Praze,
64 stran, vydalo SSČ AV ČR jako přílohu Akademického bulletinu 2013/9,
Praha 2013, ISSN 1210-9525
lIan Kershaw: Konec – Německo
1944–45, 616 stran, nakladatelství Jota,
Brno 2013, ISBN: 978-80-7462-334-2
lJohn D. Barrow: Vesmír plný umění,
rozšířené vydání s předmluvou Jiřího
Grygara, 370 stran + 16 stran barevné
přílohy, nakladatelství Jota, Brno 2013,
ISBN: 978-80-7462-333-2; www.jota.cz
lIrving Stone: Původ – Román o životě Charlese Darwina, 878 stran, nakladatelství Jota, Brno 2012, ISBN: 97880-7462-245-8
lNassim Nicholas Taleb: Zrádná nahodilost (O skryté roli náhody na trzích
a v životě), 276 stran, Paseka, Praha –
Litomyšl 2013, ISBN 978-80-7432-292-1
Fórum čtenářů
forum [lat.], náměstí v městech řím.
říše… přeneseně veřejné místo, kde
lze o něčem jednat, hlásat své ná­
zory,… (Ilustrovaný encyklopedický
slovník)
Není-li předem dohodnuto jinak, kterýkoli
dopis došlý do redakce může být publikován buď celý, anebo ve zkrácené podobě
v časopise i na webu. Redakce si vyhrazuje
právo běžného redigování. Dopisy reagující na příspěvky externích autorů redakce
zasílá dotyčným autorům k vyjádření.
Pokud na ně v rozumném termínu nedostaneme odpověď, publikujeme je bez
odpovědi autora příspěvku.
Redakce
Inzerce & komerční prezentace
Academia626
Analogon600
ARCDATA PRAHA, s. r. o.
630
Eppendorf Czech
& Slovakia, s. r. o.
631
Student Agency
609
Centrum výzkumu Řež
626
Ústav chemických procesů
AV ČR, v. v. i.
627
Vydavatel nenese odpovědnost
za obsah inzerce či komerční
prezentace.
Předplatné
Vesmíru
zajišťuje
SEND Předplatné
P. O. Box 141, 140 21 Praha 4
Telefon: 225 985 225,
777 333 370, 605 202 115,
všední den 8–18 hodin,
e-mail: [email protected],
www.send.cz,
SMS: 777 333 370,
605 202 115
předplatné:
roční
půlroční
dvouleté
roční pro držitele karty
ISIC, ITIC nebo ALIVE
970 Kč
499 Kč
1750 Kč
776 Kč
Ceny jsou platné od 1. 10. 2013
Upozornění:
Informace o předplatném
ve Slovenské republice
je uvedena v tiráži.
http://www.vesmir.cz | Vesmír 92, listopad 2013
593
Prof. RNDr. Martin Braniš, CSc.
(6. 1. 1952–27. 9. 2013)
Pro Vesmír napsal např. Nový pohled na příbuz­
nost primátů a hmyzožravců (65, 534, 1986/9),
Vliv hluku na lidský organismus (69, 28,
1990/1), Budoucnost – biologická poušť (72,
514, 1993/9), K (skrytým) problémům trvale
udržitelného rozvoje 74, 391, 1995/7), Teoretic­
ké a praktické aspekty ekologie krajiny (80, 289,
2001/5, recenze), Příroda v Národním parku Šu­
mava (83, 259, 2004/5, Ad 83, 86, 2004/2), Ví­
tejte v antropocénu! (84, 474, 2005/8), Londýn­
ský smog v českých vesnicích (90, 13, 2011/1),
Bude nás čím dál víc? (92, 112, 2013/2).
Děkujeme
vaných „study groups“), a také již
řadu let sloužím v obdobném „bruselském“ panelu ERC, který uděluje
nejprestižnější evropské granty. Musím říci, že praxe posuzování českých
projektů v GA ČR je velmi podobná
té bruselské, že projekty posuzují odborníci jak zahraniční, tak čeští (členové panelů). Skutečně nechápu, na
základě čeho zpochybňuje prof. Svoboda kompetenci zahraničních posuzovatelů? Pokud my, členové těchto panelů jsme nekompetentní, kdo
u nás tedy kompetentní je?
5) Prof. Svoboda také navrhuje „…
přidělit část peněz těm, kteří prokázali,
že vědě opravdu přispěli a mají představu co dělat, další část těm, kteří do vědy vstupují a mají dostatečné znalosti
a reálné a originální plány, a část peněz
ústavům, které by je využily na základě vlastních kritérií.“ Ale přesně tak
to přece dnes je (alespoň v ústavech
AV)! Problém spíše je, že GA ČR má
zoufale málo peněz.
6) J. Svoboda si myslí, že dnešní věda představuje „obrovské kupení faktů
i příspěvků nedoprovázené řádnou odpovědí na alespoň jednu otázku“. Ale
přece každá slušná vědecká publikace v úvodu definuje, co je otázka, k jejímuž řešení by následující práce mě-
Odpověď na každou otázku
Kapsaicin
Je možné vyrobit protilátku na kapsaicin?
anonymní dotaz na serveru přírodovědci.cz
Kapsaicin (Vesmír 92, 570, 2013/10)
je poměrně nízkomolekulární látka
(molekulová hmotnost 305) a běžně není rozpoznána jako nebezpečí,
zlikvidovatelné imunitním systémem. Proto nelze přímo „imunizovat“ organismus proti jeho působení.
Je pravda, že existují mnohé biologicky účinné nízkomolekulární
látky, které sice samy tvorbu protilátek neaktivují, ale jsou-li pevně (kovalentní chemickou vazbou)
navázány na nějaký zpravidla vysokomolekulární nosič – bílkovinu, a aplikovány do krevního
oběhu, mohou vyvolat tvorbu protilátek. Říká se jim hapteny. Takto
vzniklé protilátky se pak na hapten mohou navázat a označit pro
odstranění i v případě, že je volný.
Protilátky proti haptenům umožňují klinickým nebo soudním biochemikům stanovit v organismu řadu nízkomolekulárních látek, např.
hormonů štítné žlázy, vitaminů ja-
594
ko pyridoxin, léčiv, popřípadě v kriminalistice několika vražedných jedů.
Jiná „protilátková“ možnost existuje teoreticky pro receptory bolesti, což
jsou složité membránové bílkoviny, na
které působí kapsaicin a další bolestivé podněty (teplo nebo kyselé prostředí zánětu). Je možné, i když poměrně
drahé, biochemicky izolovat či uměle syntetizovat určité specifické úseky bílkovinných receptorů s nějakým
imunologicky dráždivým pořadím
aminokyselin. Tyto úseky by po aplikaci do krevního oběhu mohly podnítit lymfocyty k vytváření protilátek.
A protilátky by mohly – opět zatím
jen teoreticky – napomáhat znecitlivění nebo dokonce likvidaci bolestivých
receptorů, popřípadě snižovat pocity
pálení a jiné bolestivé vjemy. Ale i to
je obtížná cesta, protože k vlastním
bílkovinám, v tomto případě TRPV1
receptorovým podjednotkám je náš
imunitní systém tolerantní.
Pokud vím, nebyla pro bolestivé receptory popsána žádná porucha po-
Vesmír 92, listopad 2013 | http://www.vesmir.cz
la přispět! Jistě, ty otázky se většinou
týkají nějakého víceméně detailu. Ale
jinak to dnes ani nejde. Velké, dobře
viditelné základní kameny stavby vědy byly už položeny předchozími generacemi a dnes trpělivě, namáhavě
a pokorně přidáváme kameny a kaménky menší, ale přesto nezbytné. Já
rozhodně vnímám to, co se dnes ve
vědě děje, jako něco úžasného, obdivuhodného. Pokrok, ke kterému rok
od roku dochází, bere dech. Samozřejmě, že množství informací, které
se na nás valí i v našem úzkém oboru,
je hrozivé. Ale rozhodně se nedá říci,
že je to jen nějaká hlušina.
7) Ironizování projektu BIOCEV
(jehož garantem je náš ústav) mi připadá, slušně řečeno, nemoudré. Pro
nezasvěcené čtenáře je asi trochu nesrozumitelná závěrečná poznámka
o Drážďanech. V onom městě totiž
sídlí vynikající Max-Planck-Institut
molekulární buněčné biologie a genetiky (MPI-CBG), se kterým má
náš ústav úzké kontakty a často ho
uvádíme jako svůj kvalitativní vzor.
Pohrdlivá Svobodova poznámka na
jeho adresu mi připadá také velmi
nemoudrá, ne-li arogantní.
Václav Hořejší
dobná lidské těžké a obtížně léčitelné nervosvalové slabosti (myasthenii
gravis), kdy se u většiny případů
omylem v brzlíku naučí T-lymfocyty rozpoznávat běžný acetylcholinový receptor na nervosvalové synapsi jako cizí bílkovinu. Vznikají
protilátky, které kolují tělem a váží se na receptory. Takto označené receptory jsou vtaženy do svalové buňky (internalizace) a zničeny
v lysozomech nebo proteazomech
(proteolýza). Úbytek receptorů se
nestačí nahrazovat novými, a to vede k zmenšení depolarizující elektrické odpovědi na neuropřenašeč
acetylcholin. Selhává nervosvalový
přenos a snižuje se počet svalových
buněk, které se mají stáhnout. Pacienti zpočátku často nemohou udržet otevřená víčka (ptóza) a tato
unavitelnost se postupně rozšiřuje
na další svalové skupiny. Nakonec
se mohou přidat i dýchací potíže,
protože jsou postiženy i jinak velmi bezpečně fungující dýchací svaly. Nic podobného není zatím známo pro receptory bolesti a nevíme,
jaké negativní účinky by to vlastně mohlo mít, protože bolest je ve
fyziologicky snesitelné míře velmi
užitečným varováním. (Výzkum
kapsaicinu je součástí grantů
IAA500110905, AV0Z 0110509)
Prof. RNDr. František Vyskočil
aktuality
Vymřeli prasloni rodu
Palaeoloxodon až
před 3000 lety?
Kdybychom se vrátili do evropského a asijského středního a pozdního
pleistocénu, mohli bychom narazit
na dva základní typy chobotnatců:
chladnomilnější huňaté mamuty, spásající tzv. mamutí step, a praslony rodu Palaeoloxodon, preferující spíše
tep­
lejší oblasti s lesními biotopy. Jejich vymírání bylo podle všeho výrazně ovlivněno klimatickými změnami s jejich následným dopadem (např.
rozdrobení a hlavně zvlhčení mamutí stepi), k čemuž se přidal ještě vliv
člověka. Kombinace pomalejší reprodukce takových zvířat, zvyšující se
technologická a logistická výbava lidí
a čím dál narušenější metapopulační
struktura přeživších chobotnatců vykonaly své. Doposud se myslelo, že
„paleoloxodonti“ vymřeli před nějakými 10 000 lety v Číně (ve zbytku
Eurasie mnohem dříve), ovšem nyní se uvažuje, že mohly v severní Číně přežívat ještě před 3000 lety. Tato
možnost stojí na datacích několika holocenních sloních zubů, jejich morfologii a také bronzových nádobách se
vzorem slonů. Tito sloni mají dva prstíky na chobotu, což je typické pro africké slony, nikoliv jeden prstík, charakteristický pro slona indického. My
sice nevíme, jak to s „prstíky“ měli paleoloxodonti, ale autoři studie předpokládají, že s ohledem k bližší příbuznosti k africkým slonům také dva.
Je jisté, že pro další zpřesnění budou
klíčové (radiouhlíkové) datace taxonomicky správně určeného materiálu.
(Quaternary International 281, 84–88,
2012)
Jan Robovský, PřF JU
Fotovoltaické panely
nové generace se
silikonovým gelem
V současné době jsou v České republice instalovány fotovoltaické panely s celkovým nominálním výkonem
cca 2000 MWp. V drtivé většině jde
o fotovoltaické panely s články na
bázi krystalického křemíku zalitými
do etylvinylacetátové fólie. Ta začíná
degradovat při teplotách nad 60 °C,
rozkládá se na korozivní složky
a hnědne. Snižuje se tak transparence, a tím i účinnost fotovoltaické přeměny energie. V podmínkách České
republiky jsou fotovoltaické elektrárny obyčejně konstruované s pevně
fixovanými fotovoltaickými panely
skloněnými k jihu bez koncentrace
záření. I když takto používané pa-
nely v naší zeměpisné šířce kritické
teploty nedosahují, stejně postupně
degradují a životnost kvalitních fotovoltaických panelů limituje většinou etylvinylacetátová fólie, a nikoliv samotné články. Tato životnost se
pohybuje kolem 25 let. Navíc použití zrcadlových koncentrátorů záření
není vhodné, mohlo by teploty fotovoltaických panelů zvýšit až nad kritickou teplotu a degradaci urychlit.
Možnou alternativou k etylvinyl­
acetátu je silikonový gel, protože ten
je stabilní i při vyšších teplotách až do
250 °C a jeho postupná degradace je
mnohem pomalejší. Tyto fotovoltaické panely by mohly mít životnost až
50 let a jsou vhodné i pro instalace
v tropických oblastech a pro instalace se zrcadlovými koncentrátory záření. Určitou nevýhodou je jen jejich
vyšší hmotnost, neboť fotovoltaické
články a gel jsou mezi dvěma skly.
Stávající fotovoltaické panely s etylvinylacetátovou fólií na zadní straně sklo nemají. (Solar Energy 86, 10,
3103–3108, 2012/10)
Vladislav Poulek, TRAXLE SOLAR,
s. r. o., Martin Libra, ČZU
Malárie dodává
komárům „superčich“
Výzkumy posledních let prokázaly,
že paraziti často mění chování nebo
vzhled svých hostitelů, aby maximalizovali pravděpodobnost vstupu do
přechodného nebo konečného hostitele, a mohli tak dokončit svůj životní cyklus (Vesmír 90, 196, 2011/4).
Dalším nedávným důkazem takové
změny chování je objev, že komáři
rodu Anopheles, infikovaní parazitem
Plasmodium falciparum, původcem
tropické malárie, reagují citlivěji na
lidské pachy. Samičky, které jsou přenašeči plasmodií na člověka, jsou přitahovány chemickými látkami v lidském pachu, které jim pomáhají najít
zdroj krve, potřebný k vývoji vajíček.
James Logan se spolupracovníky
z London School of Hygiene použili jako zdroj lidského pachu silonové
ponožky, které nějakou dobu nosily
pokusné osoby a které obsahovaly
těkavé látky lidského potu. Po dobu
3 minut počítali množství komárů,
které se na ponožky slétalo a bodalo do nich. Infikovaní komáři nalétávali na ponožky v průměru 15krát,
zatímco neinfikovaní jedinci se pokusili bodnout pouze asi pětkrát.
Svými experimenty prokázali, že komáři infikovaní P. falciparum reagovali na lidské pachy třikrát citlivěji.
Pokud budou výsledky laboratorních studií potvrzeny i ve volné pří-
průměrný poměr přistání během 3 minut
0,8
0,6
0,4
0,2
neinfikovaní
(97 samiček)
infikovaní
Plasmodium
falciparum
(79 samiček)
0
bez pachu
lidský pach
rodě, mohlo by to vést k novým způsobům boje proti této nemoci, kterou
ročně onemocní přes 200 milionů lidí.
Pochopení mechanismů, které používá parazit ke změně komářího chování, by mohlo pomoci v boji s šířením
nákazy. Také by mohlo vést k dalším způsobům ochrany, jako jsou nové typy pastí na hmyz. (PLoS ONE 8,
e63602, 2013. doi:10.1371/journal.pone.0063602)
Jiří Patočka, ZSF JU
Nová nová syntéza
na obzoru?
V polovině minulého století znamenala neodarwinistická syntéza myšlenkový mezník v našem chápání
evoluce, když propojila mendelovskou genetiku s teorií přírodního výběru. Od těch dob se ale naše poznání o fungování genů a jejich vlivu na
fenotyp značně rozšířilo přes všechny
ty neutrální mutace, sobecké geny až
po evo-devo. A tak se začínají v současné době množit návrhy na nutnost
původní syntézu rozšířit. Jeden z nich
pochází i z laboratoře Elizabeth Dumontové z Massachusettské univerzity. Ta si klade za cíl jednotným rámcem spojit obory, jako je funkční
morfologie, evoluční ekologie a právě
evo-devo, a přimět tak ke spolupráci
molekulární genetiky, vývojové biology, funkční morfology a evoluční
ekology. Tím by mělo dojít k rozřešení genetické podstaty adaptivních radiací a k pochopení provázanosti od
genů až po konečné vy­užívání zdrojů
příslušnými organismy. Na rozdíl od
předchozích návrhů se tak chtějí přesunout od úzkého zaměření na blízce
příbuzné druhy na skutečně makroevoluční úroveň.
K tomu zavádějí pojem funkční
komplexity a tři z něj vycházející
předpoklady. Funkční komplexita je
definována jako počet pohyblivých
(samostatných) komponent (či vlastně stupňů volnosti) v rámci jednoho
morfologického znaku. Čím je větší, tím je vztah mezi tvarem a funkcí
http://www.vesmir.cz | Vesmír 92, listopad 2013
595
15
[mm]
10
složitější. Znamená to tedy, že zatímco u savců můžeme např. díky jejich
poměrně kompaktní lebce snadno
určit, jak budou využívat své zdroje,
u kostnatých ryb, kde jsou jednotlivé části čelistního aparátu pohyblivější, bude celá záležitost složitější.
Prvním předpokladem pro tento myšlenkový rámec je morfologická disparita. Tu definují jako úroveň,
kterou spolu interagují jednotlivé
morfologické znaky, jež se podílejí
na jedné funkci. Ty by měly pozitivně
korelovat s funkční diverzitou. Znamená to, že čím je systém komplexnější, tím je více možností na interakce mezi nimi.
Druhým předpokladem je, že
funkční komplexita by měla být negativně korelována s tendencí skupiny
opakovaně vyvinout to samé uzpůsobení. Jinými slovy čím více je omezujících podmínek na počátku, tím méně
bude existovat dostupných řešení.
Posledním předpokladem je, že
variabilita ve funkční a morfologické komplexitě vymezuje genetickou
architekturu adaptivní radiace. Při
nízké komplexitě by regulační genetická struktura měla být jednoduchá
a k utváření struktury by mělo dojít během časnější fáze vývoje, než
když by bylo vše naopak.
Podaří-li se tyto předpoklady potvrdit, mohl by se tento zastřešující
rámec ujmout. A i pokud se je potvrdit nepodaří, znamená to, že je zde
tlak na sloučení jednotlivých oborů
biologie, které povede k zodpovězení otázek o způsobech fungování
evoluce. Nová nová syntéza je téměř
jistě na obzoru, ať už bude jakákoli.
(Trends in Ecology & Evolution 28,
267–273, 2013/5)
František Špoutil, PřF JU
Žába, co nemá uši,
a přesto slyší
Na Seychelách žije pozoruhodná
Gardinerova žába (Sooglossus gardine-
596
ri), jedna z nejmenších žab na světě
(viz obrázek). Nově vylíhlé žáby měří pouze 3 mm a dospělí samci 8 mm
(maximální délka je 11 mm). Gardinerova žába je pozoruhodná i jinak.
Zejména pro svou schopnost slyšet
i přes absenci dutiny středního ucha,
která se již do její malé hlavy nevejde.
Výzkumy ukázaly, že žába je schopna
využít k zesílení zvuku své ústní dutiny a předat jej do vnitřního ucha. Je
to jediná známá žába, která slyší ústy.
(PNAS, doi:10.1073/pnas.1302218110)
Jiří Patočka, ZSF JU
Zvědavý jako stejnonožec
Svinky a stínky patří do podřádu
suchozemští stejnonožci, který obsahuje zhruba 10 % druhů korýšů.
Jsou to korýši plně adaptovaní na život na souši (včetně larválního vývoje), i když vyžadují vlhké prostředí.
Běžný člověk se s nimi setká kdekoliv ve městě, na zahradě, v parcích,
obvykle pod kameny, deskami, špalky atp. Pravidelně je lze spatřit v noci lézt po zdech a stromech. Jejich
život není příliš hektický – většinu
času setrvávají v úkrytech, kde mají dostatečnou vzdušnou vlhkost.
Potravu (obvykle rostlinný opad)
hledají za soumraku, kdy je teplota blízká rosnému bodu, a nehrozí
jim proto příliš rychlé vyschnutí. Jejich „posedlost“ hledáním kvalitního úkrytu vede u řady druhů k agregačnímu chování – volí úkryt, kde
již jsou schovaní jiní stejnonožci,
protože „ten je jistě vhodnější“. Jsou
vůbec taková zvířata zvědavá? A lze
u nich zvědavost studovat? Na obě
otázky přináší odpověď Patrick Anselme z belgické Université de Liège.
Studovat zvědavost přitom vůbec není jednoduché. Pokud zvířeti nabídneme nové prostředí a zvíře
jej začne prozkoumávat, nemusí to
být hned důkazem zvědavosti. Důvodem může být pouhá snaha uniknout ze starého, nevyhovujícího
prostředí. Abychom odlišili tuto re-
Vesmír 92, listopad 2013 | http://www.vesmir.cz
Mantidactylus
madinika
Stumpffia
pygmaea
Eleutherodactylus
orientalis
Stumpffia
tridactyla
Eleutherodactylus
limbatus
Sooglossus
gardineri
Eleutherodactylus
iberia
Brachycephalus
didactylus
Paedophryne
amauensis
5
akci, musíme znát nároky studovaných druhů na jejich prostředí. Suchozemští stejnonožci jsou přitom
vhodnou modelovou skupinou. Víme, že preferují vlhčí místa před
suchými, úkryty před otevřeným
prostranstvím, přítomnost skupiny
jiných příslušníků svého druhu (či
alespoň vůni jejich exkrementů)
před „stínkoprázdnými“ (a zápachu
prostými) prostory.
Anselme proto připravil výběrové
testy tak, aby odfiltroval možné rušivé vlivy. Použil k tomu experimentální arény, kde byly poloviny dna
pokryté smirkovými papíry odlišné
hrubosti a mezi nimi byla bariéra.
První experiment ukázal, zda se stínky dokážou s prostředím seznámit.
Pokles zájmu o prostředí, vyjádřený
jako omezení pohybu v aréně,
považujeme za typ učení – habituaci.
Již po dvaceti minutách se stínka habituovala na danou polovinu arény.
V druhém experimentu Anselme po
dvaceti minutách bariéru odstranil
a stínku umístil doprostřed mezi oba
„šmirglpapíry“. Odtud se mohla vydat
buď do známé poloviny, nebo do poloviny s neznámým/novým terénem.
Drtivá většina stínek (82 %) preferovala nové prostředí, a to dokonce tehdy, když staré prostředí poskytovalo
vhodnější podmínky (vyšší vlhkost
papíru a/nebo nabídnutý úkryt). Toto chování však může být teoreticky
způsobeno snahou prozkoumat prostředí, kde nejsou cítit vaše stopy (pokud je rozpoznáte) či snahou odejít
z poloviny, kde vás někdo po dvaceti
minutách chytá pinzetou. Proto Anselme připravil třetí experiment, kde
po habituaci nabídl stejnonožcům
výběr mezi polovinami arény se stejně hrubým podkladem. Za daných
podmínek stejnonožci druhou polovinu neupřednostňovali a prozkoumávali obě části se stejnou (nízkou)
intenzitou.
Můžeme tedy shrnout (s mírnou
nadsázkou), že zvědavost je stejnonožcům vlastní a že se asi večer již těší,
aby mohli z úkrytu vyběhnout a troš-
ku se proskočit po okolí. Otázkou však
zůstává, zda je tato zvědavost univerzálním projevem (i nižších) živočichů,
či zda právě suchozemští stejnonožci,
kteří kdysi vylezli z vody na souš,
jsou zvědavci kromobyčejnými. (Behavioural Processes 92, 52, 2013; doi:
10.1016/j.beproc.2012.10.007)
Ivan H. Tuf, PřF UP
Je velryba malá žijícím
zástupcem čeledi
Cetotheriidae?
Velryba malá (Caperea marginata)
patří mezi nejméně známé kytovce a dalo by se říct, že i mezi ty nejzvláštnější. Je totiž velmi osobitá –
nese třeba znaky plejtváků i pravých
velryb (Balaenidae) a žije skrytým
a relativně samotářským způsobem
života, a to jen v jižních mořích. Pro
všechny rozdíly bývá vymezována
jako samostatná čeleď Neobalaenidae. Nedávné zhodnocení více jedinců různých věkových kohort ukázalo na velice zajímavou možnost, že
by velryba malá mohla být žijícím
zástupcem bohaté vymřelé skupiny
Cetotheriidae. Tato čeleď je podložena celou řadou morfologických znaků, a začínala by tak konečně dávat
smysl nepřítomnost fosilií velryby
malé, neboť jsme s ní její fosilní příbuzné prostě doposud nespojovali.
(Proc. Roy. Soc. B, 280m 2645, 2012)
Jan Robovský, PřF JU
Emise oxidu uhličitého
pomáhají ozelenit Zemi
způsobeným člověkem. Protože není
dosud jasné, do jaké míry jsou současné změny klimatu způsobeny člověkem či zda vůbec, jsou přijímaná
opatření často kontroverzní.
Australští vědci výzkumného ústavu CSIRO v Canbeře nyní publikovali výsledky výzkumu, které napovídají, že vedle negativního vlivu
stoupající koncentrace CO2 na oteplování atmosféry je nutné vzít také v úvahu to, že vyšší atmosférické
koncentrace tohoto plynu mají pozitivní účinek na vegetační kryt Země. Satelitní studie ukázaly, že mezi
roky 1982 až 2010 se ve čtyřech sledovaných oblastech zvýšila plocha zeleně o 11 %, což koreluje s nárůstem
koncentrace CO2 (publikováno online 19. 6. 2013, Geophysical Research
Letters, DOI: 10.1002/grl.50563).
Randall Donohue a jeho kolegové
analyzovali satelitní snímky vegetace na okrajích pouští v Austrálii,
na jihu a severu Afriky, jihozápadě
USA, na Blízkém východě a ve střední Asii. Zvolili regiony, kde je dostatek tepla a slunečního světla, ale jen
omezené množství srážek pro růst
vegetace, takže jakákoliv změna
rostlinného krytu musí být výsledkem změny ve srážkových modelech
či v koncentraci CO2 nebo v obo-
V první řadě zleva M. Holcová, A. Soldáno­
vá, J. Petržílek, T. Zdobinský; v druhé řadě
zleva T. Soukup (vedoucí KC MBO v Praze),
L. Libusová (zástupce vedoucího delegace
ČR) a J. Černý (vedoucí delegace ČR). Sní­
mek © archiv BiO.
jím. Současné studie změny klimatu
předpovídají, že mnoho suchých oblastí bude nadále vysychat a některé
pouště se budou rozšiřovat. Donohueovy nálezy však naznačují, že
obraz změn může být komplexnější.
Jiří Patočka, ZSF JU
Biologové všech
zemí, soutěžte!
Nejlepší bioložky a biologové ze
středních škol každoročně poměřují
své znalosti a vědomosti, laboratorní dovednosti, pohotovost i pevnost
svých nervů v klání zvaném Mezinárodní biologická olympiáda. Letošní 24. ročník se konal ve švýcarském Bernu. Celkem 240 účastníků
z 62 zemí světa řešilo ve dvou vyčerpávajících soutěžních dnech čtyři praktické úlohy a dva velké teoretické testy, čítající dohromady téměř
stovku problémových úloh. V praktických úlohách si soutěžící vyzkoušeli práci ve skutečné vědecké laboratoři, navíc pod časovým tlakem.
Určovali např. koncentraci glukózy
a škrobu v rostlinných buňkách, prováděli pokusy s parazitickými prvoky
trypanozomami, detailně proměřili
a biosystematicky vyhodnotili lebky
sedmi druhů savců, vyzkoušeli si dokonce malou etologickou studii chování cichlid z jezera Tanganika. Celá
soutěž se nesla ve znamení pověstné
švýcarské preciznosti a využití nejmodernějších technologií. Otázky teoretického testu se například vůbec
Oxid uhličitý (CO2) vytvořený lidskou činností je spojován s posledním globálním oteplováním, které
započalo na začátku 20. století. Lidé
si zvykli pohlížet na tento plyn jako na svého úhlavního nepřítele. Zapomněli na to, co se učí už žáci na
základní škole: že CO2 je molekulou
nezbytnou pro biochemický proces
zvaný fotosyntéza, která je pokládána z hlediska existence současného
života za nejdůležitější proces na Zemi. Při fotosyntéze se vytváří organické látky, které jsou nezbytné pro
výživu heterotrofních organismů.
Fotosyntetizující organismy tak každoročně fixují kolem 17,4×1010 tun atmosférického uhlíku.
Politickou reakcí na vědecké zprávy o globálním oteplování byla Rámcová úmluva OSN o změně klimatu
(UNFCCC) z roku 1992, kterou již
ratifikovalo téměř 200 států a jejímž
cílem je zabránit změnám klimatu
http://www.vesmir.cz | Vesmír 92, listopad 2013
597
nevyplňovaly na papíře, nýbrž se řešily v elektronické podobě na tabletech.
Českou republiku ­
reprezentovali
Ma­g­dalena Holcová (Gymnázium
Botičská, Praha), Jan Petržílek (Gymnázium T. G. Masaryka, Ústí nad Orlicí), Anna Soldánová (Gymná­zium
Čajkovského, Olomouc) a Tomáš
Zdobinský (Gymnázium Budějovická, Praha). Po vyhlášení výsledků
mohla nejvíce slavit delegace USA,
protože všichni její členové si domů
odváželi zlaté medaile, a to včetně
medaile za první místo. V obrovské
konkurenci asijských zemí se obvykle evropské země na místa oceněná zlatem vůbec nedostávají. Letos
však byli mimořádně úspěšní studenti z Německa, kteří z 25 udělených
zlatých medailí získali tři. Naši soutěžící získali dvě stříbrné (Holcová
za 50. místo, Petržílek za 70. místo)
a dvě bronzové medaile (Soldánová
za 95. místo, Zdobinský za 96. místo).*
Příští rok se Mezinárodní biologická
olympiáda uskuteční na indonéském
ostrově Bali. Šanci mají nejúspěšnější účastníci našeho ústředního kola
Bio­logické olympiády. Doufejme, že
je čeká také tak pečlivě připravená
soutěž, náročné úlohy a inspirativní
atmosféra jako letos v Bernu.
Za delegaci České republiky Lenka
Libusová a Jan Černý
Proč vysoké
podpatky působí jako
sexuální stimul
V euroamerické kultuře existuje silná asociace mezi vysokými podpatky a ženskou sexualitou (v různých
obdobích středověku chodily v botách na podpatku také muži, dnes je
jejich nošení čistě ženskou záležitostí). Chodit na podpatcích je, jak dámy jistě vědí, nepohodlné, nezdravé
a potenciálně nebezpečné (deformují chodidlo a zatěžují klenbu nepřirozeným způsobem, což může vést
až k jejímu zhroucení). Přesto mnohé z nich dají, alespoň čas od času,
přednost lodičkám před teniskami.
Je za tím jen společenská konvence,
nebo podpatky nějakým způsobem
činí ženy přitažlivější?
Tým evolučních psychologů z univerzity v Portsmouthu se rozhodl
přijít této záhadě na kloub. Provedl
experiment, v kterém skupina mužských respondentů hodnotila chůzi
*) V mezinárodních předmětových soutěžích jsou většinou stanovena medailová pásma, rozdělovaná podle počtu dosažených
bodů, přičemž např. v Mezinárodní biologické olympiádě jsou
stanoveny následující limity pro jejich udílení: max. 10 % účastníků zlaté, 20 % stříbrné, 30 % bronzové medaile. Absolutní vítěz
je však vždy pouze ten na 1. místě.
598
žen v botách na vysokém podpatku
a s plochou podrážkou, snímanou
pomocí techniky bodového světla.
Ta umožňuje zachytit pouze pozice
strategických bodů na těle a hodnotit tak atraktivitu samotného pohybu, nikoli vzhled ženy, jejího oděvu
nebo obuvi.
Chůze žen v botách na podpatku
byla hodnocena jako výrazně atraktivnější. Biomechanická analýza ukázala, že nošení podpatků vede ke
zvýšení feminity chůze – zkrácení
kroků a zvýšené rotaci a vychylování
pánve při chůzi (ženy na podpatcích
více „kroutí zadkem“). Zdá se tedy, že
vysoké podpatky, tím jak ženám znemožňují chodit normálně, akcentují
sexuálně specifické aspekty ženské
chůze, díky čemuž se pak ženy jeví
mužům přitažlivější. (Evolution and
Human Behavior 34, 176–181, 2013)
Pavel Duda, PřF JU
Může za metastázy
fúze buněk?
Již před více než sto lety německý patolog Otto Aichel navrhl, že rakovina
může být mimo jiné důsledkem fúze
mezi pohyblivými leukocyty a dalšími somatickými buňkami. Později i jiní badatelé považovali koncept fúze
leukocytů myeloidní řady a nádorových buněk za sjednocující vysvětlení
nádorových metastáz. Této hypotéze
dává nepřímo za pravdu studie, během níž byly do těla pokusných křečků implantovány rakovinné buňky
lidského glioblastomu nebo Hodgkinova lymfomu, přičemž nově vzniklé nádorové metastázy již obsahovaly
hybridní karyotyp. Také další experimenty naznačují uplatnění fúze buněk při vzniku metastáz. Například
fúzní buňky mezi nádorovou buněčnou linií Cloudman S91 odvozenou od
myšího melanomu a lidskými makrofágy po implantaci do pokusných
myší vykazují oproti kontrolní nemetastazující melanomové linii vysokou
tvorbu metastáz. Teorie vzniku nádorových metastáz buněčnou fúzí byla
do současnosti podporována pouze
studiemi na buněčných kulturách nebo na zvířecích modelech. U pacientů
s nádorovým onemocněním nelze
fúzi buněk primárních nádorů a autogenních lymfocytů pomocí standardních metod molekulární genetiky dokázat, jelikož jejich buňky obsahují
shodnou genetickou informaci a liší
se pouze jejím vyjádřením.
Vědecký tým z Lékařské fakulty Yaleovy univerzity a několika dalších institucí však tento problém obešel tím, že ke genetickým analýzám
Vesmír 92, listopad 2013 | http://www.vesmir.cz
využil tkáně pocházející od pacienta,
který prodělal alogenní transplantaci kostní dřeně, v níž vznikají leukocyty myeloidní řady. Díky tomuto
chirurgickému zásahu mohly být
k rozlišení genomů dárce kostní dřeně a pacienta (příjemce) využity klasické genetické markery, jako jsou
délkové polymorfismy krátkých tandemových repetic (STR). Následně
byly standardně genotypovány tkáně
jak dárce kostní dřeně, tak primární
nádor i mozkové metastázy pacienta,
který prodělal zmíněnou transplantaci. Ve výsledku se ukázalo, že v primárním tumoru byly detekovány
pouze alely pacienta, naproti tomu
v mozkových metastázích melanomu
byly nalezeny jak alely pacienta, tak
i alely dárce kostní dřeně, což dokazuje, že klonální metastáze melanomu vznikly v důsledku buněčné fúze.
Potvrzení této hypotézy vzniku
rakovinných metastáz může mít významné důsledky například pro pochopení složitosti vzorů genové ex-
prese nádorových buněk, která má
zřejmě příčinu ve vyjádření obou
rozdílně regulovaných genomů.
Toto zjištění by také mohlo pomoci k pochopení významu epigenetických modifikací genomu, které se
podílejí na vzniku nádorových metastáz i některých dalších vlastností
metastatických buněk, jako je pohyblivost, chemotaxe nebo přítomnost určitých signálních drah, které
mohou být leukocytárního původu.
(PLoS ONE 8(6): e66731. doi:10.1371/
journal.pone.0066731)
Jindřich Sedláček, PřF UP
První pozemští
živočichové měli
rybí hlavy
První čtyřnohá zvířata kolonizovala
Zemi před 400 miliony let, ale trvalo
jim 80 milionů let, než se jejich původní rybí hlavy s čelistmi vhodnými
k trhání masa změnily na čelisti vhodné spíše ke žvýkání rostlin. K tomuto závěru dospěla skupina britských
vědců z University of Lincoln, vedená Marcellem Rutou, když zkoumala
zkameněliny 89 spodních čelistí zvířat žijících na Zemi před 410 až 295
miliony let. Během tohoto období
se rybí ploutve změnily na končetiny a umožnily jejich majitelům vylézt
z vody na souš. Tým zjistil, že všechna starší zvířata měla čelisti zhruba
stejného rybího tvaru a že k významné tvarové změně došlo asi před 320
miliony let. (Integrative and Comparative Biology, doi.org/mfd)
Jiří Patočka, ZSF JU
paleontogie
Záhadné diskagmy
nejstaršími suchozemci?
Jak asi vypadal život na souši v době, kdy vznikala kyslíkatá atmosféra Země? Donedávna prostě záhada,
teď máme diskagmy.
V Jižní Africe je s kolegy objevil Gregory Retallack z Oregonské univerzity jako poměrně běžné
fosilie ve vrstvách formace Hek­
poort o stáří cca 2,2 miliardy let.
Diskagma buttonii připomíná fosilní hlavičku zápalek a mohla by být
nejstarším známým obyvatelem
souše.
Jak už to u podobných nálezů bývá, není moc jasné, co jsou zač. Retallackovi připomínají houby geosifony ze skupiny glomeromykot,
které žijí v symbióze se sinicemi rodu Nostoc. Pokud by doopravdy šlo
o eukaryoty, tak nápadně předcházejí svůj vlastní vznik, datovaný molekulárními hodinami do doby před
1,6 miliardy let. Odhad doby vzniku
eukaryot ale může být špatný, anebo mohou být diskagmy něčím úplně jiným.
Precambrian Research 235, 71–87, 2013.
medicína
Rakovina jako nouzový
režim buněk?
Co to je vlastně rakovina? Většinový
pohled praví, že to je důsledek porouchání řízení buněk nešťastnými
mutacemi. Paul Davies z Arizonské
státní univerzity a Charles Lineweaver z Australské národní univerzity
ale nedávno představili koncept, podle něhož je buňka při rozjezdu nádorového bujení uvržena do starobylého nouzového životního modu,
který buňky zdědily z dávných časů.
Jako když spustíte Windows v nouzovém režimu.
Davies a Lineweaver mají za to,
že rakovinu spouští soubor archaických genů, které se dnes podílejí na
raném vývoji embrya, a pak musejí dát ruce pryč. Když se v důsledku nějaké nehody v dospělosti opět
aktivují, je zle. V poslední době se
porůznu objevují doklady o podobnosti exprese genů v embryu a v nádoru, což hraje oběma pánům do
karet. Pokud by měli pravdu, tak rakovinu nebude možné odstranit, alespoň bez rozsáhlých zásahů do lidského genomu.
http://physicsworld.com/cws/article/print/2013/
jul/01/exposing-cancers-deep-evolutionary-roots
Výběr z biologie
Stanislav Mihulka
evoluční biologie
Jak se mění pestrost
morfologií během
historie?
Obvykle máme za to, že se morfologická pestrost vývojových linií živočichů v čase zvětšuje, jako když
rozkvétá strom života. Jenže je to
možná hloupost.
Martin Hughes z Univerzity v Bathu a jeho spolupracovníci si sjeli
metaanalýzy evoluční historie 98 linií živočichů, počínaje prvohorami.
Ukázalo se, že oproti většinovým
představám není žádný zřetelný
trend změn morfologické pestrosti v čase a že daleko nejčastější je
situace, při níž se objevuje největší
pestrost morfologií relativně brzy
v historii vývojové linie. Pozoruhodné je, že se takový vývoj odehrává
bez ohledu na stáří vývojové linie
a striktně nesouvisí řekněme s obdobím po masovém vymírání.
Autoři se domnívají, že je to spíše důsledkem vzniku významných
evolučních novinek na počátku vývojových linií, než že by v tom měly prsty zásadní změny v prostředí či
vyčištění ekosystémů rozsáhlými kaPNAS online 24. 7. 2013.
tastrofami.
biochemie
Objev mezičlánku
v evoluci bioluminiscence
Přízračné světélkování bioluminiscence světlušek a dalších organismů
se objevilo před mnoha miliony let
(Vesmír 92, 482, 2013/9). Jeho molekulární podstatu známe docela
dobře, samotný vznik bioluminiscence ale obestírají tajemství.
Enzymy zajišťující bioluminiscenci jsou ale žádaným artiklem
pro rozličné technologie v biologii či medicíně, takže by bylo milé vědět, jak vznikly. Vadim Viviani z brazilské Federální univerzity
v São Carlos se svými spolupracovníky objevil enzym podobný slavné luciferáze v larvách potemníka
brazilského (Zophobas atratus), který podle nich představuje pozoruhodný mezičlánek na cestě k luciferáze světlušek.
Vivianimu a spol. se povedlo jedním zásahem změnit strukturu enzymu potemníků tak, že se z něj stala luciferáza, a s těmito znalostmi
pak vyrobili luciferázu zcela novou,
která produkuje oranžové světlo. Je
to vůbec poprvé, kdy někdo vytvořil luciferázu z enzymu s jinou metabolickou funkcí. Biotechnologové si
již brousí zuby na nové podivuhodné enzymy. Biochemistry 52, 3963–3973, 2013.
cetologie
První velrybí kostra
dna Jižního oceánu
Jako by nestačilo, nakolik jsou velryby podivuhodné samy o sobě. Navíc
jsou ještě ekosystémem pro spoustu
dalších organismů, za svého života
i dlouho po něm. Majestátní kostry velryb na místě posledního odpočinku bývají obsypané pestrým životem.
Diva
Amon
z
Univerzity
v Southam­
ptonu a Přírodopisného
muzea a její kolegové objevili úplně první kostru velryby na dně Jižního oceánu, poblíž aktivních hydrotermálních kuřáků. Podle analýzy
DNA šlo o plejtváka (Balaenoptera
bonaerensis), jehož pozůstatky spočívají v hloubce 1444 m. Vědci pomocí dálkově ovládaného robota prozkoumali pestrou faunu této kostry
a nalezli v ní celkem 9 nových druhů
živočichů. Byla mezi nimi nová přízračná kostižerka (Osedax), plž rodu
Lepetodrilus z linie Vetigastropoda
anebo korýš ze skupiny stejnonožců,
který plaval v těsné blízkosti kostry.
Deep Sea Research Part II: Topical Studies in
Oceanography online 29. 1. 2013.
http://www.vesmir.cz | Vesmír 92, listopad 2013
599
glosy
Nové druhy
a střevní problémy
Petr Zouhar
RNDr. Petr Zouhar viz
Vesmír 92, 198, 2013/4.
Dnes se hodně mluví o tom, jak je důležité
mít ve střevě ty správné nájemníky. O významu střevní mikroflóry při rozvoji obezity již
byly popsány stohy papíru (viz např. J. Pilátová: Transplantace obezity? Vesmír 92, 202,
2013/4). Vedle medicínských souvislostí má
ovšem problematika útrobních bakterií patrně vliv i na makroevoluční procesy, jako je
vznik druhů (čili speciace). Posuďte sami.
Správný biologický druh je reprodukčně
izolovaný od druhů ostatních. Aby bylo definici učiněno zadost, nemělo by křížením různých druhů vznikat plodné potomstvo. Toho
je možné dosáhnout různými způsoby. Někdy ke křížení vůbec nedochází, protože příslušní jedinci různých druhů k sobě zkrátka nějak nejsou přitahováni nebo se nemají
šanci potkat, jindy k páření dochází, ale potomstvo je neživotaschopné nebo aspoň neplodné. Má-li se jeden druh rozštěpit na dva,
je prvním krokem zpravidla vytvoření některé z popisovaných reprodukčních bariér.
Následně se v obou oddělených populacích
hromadí odlišné mutace, čímž se tyto nové
druhy navzájem ještě více vzdalují a ztrácejí
zbytky kompatibility.
A jak mohou k těmto procesům přispívat
bakterie ze střev? Hned několika způsoby.
První z nich popisuje tři roky stará izraelská
práce z časopisu PNAS. Modelovým orga-
inzeraty_vesmir 12.9.2013 8:32 Stránka 1
Vychází 70. číslo revue
věnované tématu
Cesta do výšin noci
Vydává: Sdružení Analogonu, Mezivrší 31, 147 00 Praha 4
Vydavatel + redakce: tel. 725 508 577; [email protected]
Distribuce: KOSMAS, s. r. o., Lublaňská 34, 120 00 Praha 2 (tel: 222 510 749; www.kosmas.cz);
předplatné: Zuzana Tomková, [email protected],
tel: 776 260 909
www.analogon.cz
600
Vesmír 92, listopad 2013 | http://www.vesmir.cz
inzerce
M. de Chazal: Zjevení noci; J. Gracq: Král Cophetua; H.-G. Friese: Estetika noci; Básně noci I (Soupault, Desnos,
Tzara, Shéhadé, Štyrský, Rodanski); B. Schmitt: Nuit noire / Černá noc; J. Janda: Kdykoli se vzbudím, usnu;
A. Breton: V černé lázni; Noc (surrealistická fenomenální interpretace – Stejskal, Kohout, Piňosová, Lass, Caňko,
Martinec); F. Dryje: Nic noc; V. Švankmajer: A zpovzdálí bude pozorovat...; J. Richter: Hlasy z temnot; I. Horáček:
Symbol noci no. 1; D. Thomas: Pod lesem Mlíčínem; J. Opolský: Čaloun; Básně noci II (Duprey, Celan, Bonnefoy,
Dvorský, Mansour, Hubin, Zeller, Rimpoché, Roussel, Král); Noční ptáci (Kaplan, Hopper, Anonym); Noční práce II
(Jan Daňhel); S. Komárek: Srdce temnoty; V. Cílek: Má tma; L. Hrušková: Týden ve tmě; A. Césaire: Zápisník
z návratu do rodné země; M. Leiris: Noci bez noci a několik dní bez dne; Š. Svěrák: Sny; J. Grim Feinberg: Můry
noci; R. Walser: Noční putování; O. Mandelštam: Tři básně o noci; A. Bertrand: Kašpar noci; M. Jůza: Rozňahňaná
noc; W. Hope Hodgson: Noční hlas; F. Vodák: Muž z Abendlandu; Republiku a varlata (nad knihou Vratislava
Effenbergera – Siostrzonek, Švankmajer, Král, Gabriel, Stejskal, Slačálek, Vodáková, Vodák, Solařík)
nismem zde byly octomilky (Drosophila), které jsou v laboratořích běžně krmeny melasovým médiem. Ukázalo se, že mušky zvyklé
pro změnu na škrobovou stravu při páření
upřednostňují jedince krmené stejným způsobem. Stačí jediná generace takto vychovaných octomilek a sexuální preference přetrvá
i déle než třicet dalších generací na původním médiu. Ošetříme-li přitom mušky antibiotiky, vybíravost zmizí. Preference naopak
vznikne u much krmených sice klasicky, ale
vystavených kontaktu s kulturou bakterie
Lactobacillus plantarum, které se daří právě
na škrobu. Závěr je tedy jasný: Mouchy s laktobacilem ve střevech se chtějí pářit s octomilkami s podobnou mikroflórou. Střevní
bakterie patrně nepřímo ovlivňují složení
sexuálních feromonů. Strava tak může mít
rozhodující vliv na výběr partnera pro rozmnožování. Zdá se, že v tomto případě láska
prochází střevem. A množí-li se určitá populace výhradně mezi sebou, může teoreticky
časem vytvořit samostatný druh, jak jsme
zmínili v úvodu.
Ještě přímější důkaz o významu bakterií pro speciaci poskytla srpnová publikace
z časopisu Science. Zde američtí výzkumníci křížili blízce příbuzné druhy vosiček rodu
Nasonia. Ty patří k oněm nepříjemným parazitoidům, jejichž larvy zákeřně zaživa vyžírají zevnitř své muší hostitele. Jako u každého
spořádaného druhu se ani různé druhy těchto vosiček nemohou společně pářit za vzniku životaschopných kříženců. Naprostá většina samců pocházejících z takového křížení
umírá v průběhu larválního vývoje na bakteriální infekce. Ovšem pozor! Srovnání složení střevní mikroflóry těchto nešťastných hybridů a jejich rodičovských druhů ukázalo, že
právě v tomto parametru dochází u kříženců
k zajímavému posunu. Zatímco u obou rodičovských druhů ve střevě převládají bakterie
rodu Providencia, u hybridů nabude vrchu
Proteus mirabilis. To naznačuje, že genetické
pozadí hybridů nedovoluje nalézt optimální
rovnováhu v zastoupení střevních symbiontů. Ti se vymknou kontrole a vosička to odskáče. Obdobně jako v případě sexuálních
preferencí octomilek i zde pozorovaný efekt
(tentokrát úmrtnost hybridů) zmizel u jedinců zbavených veškerých bakterií. Naopak po
aplikaci vyvážené směsi střevní mikroflóry
začaly larvičky opět hynout.
Popisované závěry přivádějí evoluční biology ke konceptu „hologenomu“. Tím rozu-
míme nejenom soubor genů v buněčných
jádrech a dalších organelách, ale i genomy všech dalších organismů žijících symbioticky uvnitř daného těla. Jak je vidět, celý
tento soubor genů se za určitých okolností
chová jako jedna evoluční jednotka. Za rozdělení druhu může klidně být odpovědná
pozměněná střevní mikroflóra, resp. vztah
této mikroflóry k hostiteli. Symbionti někdy
rozhodují o sexuální přitažlivosti i o zdraví
případných potomků.
Už dvacet let víme o zákeřných manipulacích, které se svými hostiteli provádí bakterie
Wolbachia, žijící zejména v jejich pohlavních
buňkách (např. Vesmír 74, 667, 1995/12). Kdo
by se ale nadál, že podobné kejkle zvládnou
i nevinné střevní bakterie?
Ö
K dalšímu čtení
Brucker R. M., Bordenstein S. R.: The hologenomic
basis of speciation: gut bacteria cause hybrid lethality in the genus Nasonia, Science 341, 667,
2013/6146.
Hurst G. D., Jiggins C. D.: Evolutionary biology: A gut feeling for isolation, Nature 500, 412,
2013/7463.
Sharon G. et al.: Commensal bacteria play a role in
mating preference of Drosophila melanogaster,
Proc. Natl. Acad. Sci. 107, 20051, 2010/46.
K čemu možná také slouží
stromuly plastidů
Stromuly, krátké i dlouhé trubicovité výrůstky plastidů, charakteristických organel rostlinných buněk, budí už řadu let pozornost
rostlinných biologů. Ti se snaží zjistit, k čemu tyto nápadné struktury slouží (viz Vesmír
92, 95, 2013/2 – zřejmě neslouží ke vzájemnému splývání plastidů). K zajímavému závěru
došla jedenáctičlenná skupina čínských
autorů v čele s Yan Wangem z Tsinghua University v Pekingu, kteří u modelových rostlin tabáku (Nicotiana benthamiana) a huseníčku (Arabidopsis thaliana) prokázali, že se
stromuly podílejí na nočním odbourávání
škrobu, který vzniká ve dne ve fotosyntetizujících listových plastidech – chloroplastech.
Škrob je nejhojnější rostlinný zásobní polysacharid a najdeme ho pouze v plastidech.
Jeho makromolekuly jsou tvořeny velkým
počtem polymerovaných molekul jednoduchého cukru, glukózy. V podobě zásobního
škrobu, jehož zrna vznikající v bezbarvých
plastidech – amyloplastech – najdeme například v buňkách hlíz bramboru nebo obilek pšenice, má zásadní význam pro výživu
lidstva. Důležitý je ovšem v první řadě pro
samotné rostliny, zejména při zajištění jejich
rozmnožování. Velký význam pro rostliny
mají i drobnější zrna přechodného (transitorního, asimilačního) škrobu, který se ve dne
ukládá ve fotosyntetizujících chloroplastech.
V noci je enzymaticky rozkládán na rozpustné cukry, které umožňují rostlinám dýchat
a růst i v době, kdy neprobíhá fotosyntéza.
Enzymatické odbourávání škrobu se odehrává především v samotných plastidech. Uvedení čínští autoři začali zkoumat, jestli se na
každodenní (vlastně každonoční) mobilizaci transitorního škrobu nepodílí také proces
autofagie, který má u rostlin i ostatních mno-
hobuněčných organismů mnoho funkcí. Při
tomto procesu jsou „nepotřebné“ molekuly
nebo celé buněčné organely obaleny váčkem
tvořeným dvěma membránami (autofagosomem) a jím přepraveny do jednou membránou tvořeného vaku, autolysosomu (v rostlinných buňkách do vakuoly). Tam jsou
enzymaticky rozloženy a jejich stavební složky jsou využity jinde v organismu. Z literatury jim bylo známo, že se autofagie podílí na
mobilizaci zásobního škrobu. Čínští autoři ve
své práci kromě toho, že stanovili množství
škrobu v listech, použili zejména molekulárně biologické metody, které jim umožnily ve
fluorescenčním mikroskopu selektivně zviditelnit škrobová zrna a autofagozomy (označením enzymů charakteristických pro tyto
struktury), a také transmisní elektronovou
mikroskopii, poskytující obraz ultratenkého řezu buňkou s velmi vysokým rozlišením.
Buňky fotosyntetizujícího listového pletiva
sledovali v průběhu noci, od půlnoci do ranních hodin. Zjistili, že velmi malá škrobová
zrna jsou transportována z chloroplastů do
základní cytoplazmy buněk, tam jsou obklopena autofagozomy a přenesena do vakuoly,
membránou odděleného prostoru v centrální
části rostlinné buňky. Enzymy přítomnými ve vakuole jsou pak degradována na rozpustné cukry, bezprostředně využitelné pro
metabolismus rostliny. Jako transportní kanály pro jejich přepravu z chloroplastů zřejmě slouží právě stromuly. Přímé pozorování
tohoto transportu je ovšem vzácné v důsledku nepatrných rozměrů oněch škrobových
zrnek a složitého a měnícího se tvaru stromulů. Čínští autoři tak potvrdili účast autofagie, vedle převládajícího enzymatického odbourávání přímo v chloroplastech, na
Jaromír Kutík
Doc. RNDr. Jaromír Kutík,
CSc., viz Vesmír 92, 264,
2013/5.
http://www.vesmir.cz | Vesmír 92, listopad 2013
601
mobilizaci asimilačního škrobu. Jejich práce ukazuje velmi nezvyklé, lze říci senzační,
pohledy na malá škrobová zrna mimo plastidy – v cytoplazmě a ve vakuole (kde jsou
postupně rozkládána). Je třeba zodpovědět
otázky, jak tato malá a pro transport z plastidů vhodná škrobová zrna vznikají a jak
přesně jsou prostřednictvím stromulů uvolňována do cytoplazmy a potom obalována
autofagosomy. Zdá se však, že byla nalezena
další role stromulů, zřejmě velmi aktivních
útvarů v rostlinné buňce, o kterých klasičtí cytologové nevěděli. (Plant Cell 25, 1383–
1399, 2013)
Ö
Ploučnice
zdánlivě idylická
T. Matys Grygar
RNDr. Tomáš Matys Grygar,
CSc., (*1964) vystudoval
analytickou chemii na
Přírodovědecké fakultě UK
v Praze. Pracuje v Analytické
laboratoři oddělení Ústavu
anorganické chemie
AV ČR, v. v. i., v Řeži
u Prahy. Vědeckou práci
začal elektrochemickou
analýzou oxidů železitých.
V posledních deseti
letech vyvíjí i další
metody analýzy pevných
látek včetně jemných
nezpevněných sedimentů,
jejichž studium je součástí
paleoenvironmentálních
rekonstrukcí.
Příklady analýz
vzorků povodňových
sedimentů řeky
Ploučnice z nivy
v oblasti Mimoně.
Analýzy z oblasti
Mimoň-Boreček
dosud nebyly
publikovány.
* P. Kühn v roce
1995 uváděl aktivity
226 Ra v nivě v oblasti
Mimoň-Boreček až 23
Bq/g v nejaktivnějších
místech, tvořících
méně než 1 %
zkoumané plochy.
602
Střední tok řeky Ploučnice je na pohled velmi malebný a atraktivní i pro vodáky. Řeka se v úseku mezi jihozápadním cípem Mimoně a východním okrajem České Lípy zdá
takřka nezasažená člověkem. Její tok se místy
vine napříč celou několik set metrů širokou
nivou, překládá koryto a vytváří slepá ramena. Niva je často neprostupná vzhledem k zamokřeným depresím v místech opuštěných
a dnes částečně zazemněných koryt. Idyla je
ale především na začátku tohoto úseku v Mimoni-Borečku narušena existencí až několikadecimetrové povrchové vrstvy povodňových hlín s koncentracemi anorganických
polutantů, významně přesahujícími místní
pozadí. Jde především o radium, konkrétně
o gamazářič 226Ra (nabohacení o jeden až
dva řády proti místnímu pozadí), dále uran
(nabohacení o jeden až dva řády) a v méně
alarmující míře dvojmocné kovy kobalt, nikl a zinek (nabohacení asi o jeden řád), viz
několik příkladů v tabulce. Analýzy prokázaly asociaci aktivit 226Ra a koncentrací uranu a jmenovaných dvojmocných kovů jak pokud jde o hloubku jejich uložení v nivě, tak
o pokles koncentrací s rostoucí vzdáleností
od Stráže pod Ralskem směrem k České Lípě
(Majerová a kol. 2013, Water, Air & Soil Pollution, DOI: 10.1007/s11270-013-1688-9). Na
základě provedených analýz i výsledků publikovaných v posledních dvou desetiletích
se autoři domnívají, že zvýšené koncentrace
těchto prvků jsou následkem chemické těžby uranu podzemním loužením a následného zpracování výluhu na uranový koncentrát
v oblasti Stráže pod Ralskem v šedesátých
až osmdesátých letech minulého století. Překvapivé jsou dvě skutečnosti: jednak se této
kontaminaci dosud nedostalo náležité pozor-
místo
vzorek
Mimoň-Boreček
Mimoň-Boreček
Mimoň-Hradčany
Místní pozadí
(Mimoň-Hradčany)
MHP9, 10 cm pod povrchem
MHP2, svrchních 5 cm
LMP12, 3 cm pod povrchem
LMP12, 30 cm pod povrchem
Vesmír 92, listopad 2013 | http://www.vesmir.cz
nosti environmentálních geochemiků a fluviálních geomorfologů, jednak v dané oblasti
nejsou ani informační tabule zmiňující toto
znečištění. Kvůli vysokému obsahu polutantů v sedimentech a bočné nestabilitě koryta řeky je namístě i obava z budoucí fyzické
remobilizace tohoto historického znečištění
a jejího dalšího transportu z Mimoně-Borečku po proudu Ploučnice.
Ö
Dosažení osobních dávek ionizujícího ­
záření,
které by si zasloužily pozornost z hlediska radiač­
ní ochrany, je ve zmiňovaném úseku Ploučni­
ce vyloučeno. Vyplývá to ze zjištěných hodnot
dávkového příkonu a z možného využití zmiňo­
vaného úseku řeky pouze k volnočasovým akti­
vitám. Ohledně původu kontaminace je třeba po­
dotknout, že není způsobena jenom chemickou
těžbou uranu, ale těžbou uranu v lokalitě Stráž
– Hamr vůbec.
Kontaminaci litorálního pásma Ploučnice se
věnuje dlouhodobá a velká pozornost. Základ­
ním materiálem je publikace VÚ vodohospodář­
ského TGM z roku 1990: Kontaminace litorál­
ního pásma Ploučnice radioaktivními látkami,
Hanslík E., Moucha V., Neznal M. a spol. Práce
se opírá o dvouletý terénní průzkum Ploučnice
od Zámeckého rybníka v Děčíně až po lokalitu
Břevniště u Hamru na Jezeře.
Během tohoto průzkumu se získalo více než
3000 výsledků měření dávkového příkonu záře­
ní gama a další výsledky. Od té doby vznikla řada
studií, které řeší i autory zmiňovanou možnost
transportu znečištění po toku Ploučnice.
Jan Matzner, SÚJB
Založeno na právě přijaté publikaci: L. Majerová,
T. Matys Grygar, J. Elznicová, L. Strnad, The Differentiation between Point and Diffuse Industrial
Pollution of the Floodplain of the Ploučnice River,
Czech Republic, Water Air Soil Pollut 224, 1688,
2013; DOI 10.1007/s11270-013-1688-9.
Co
(ppm)
Ni
(ppm)
Zn
(ppm)
U
(ppm)
226Ra
(Bq/kg)
129
58
26
8
162
98
50
19
1110
489
188
59
219
288
38
3
*
*
772
56
O původu válek
Lidské chování a psychika byly v průběhu
evoluce formovány potřebou se skupinového
násilí dopouštět, stejně jako skupinovému
násilí čelit. Mnozí evoluční antropologové se
domnívají, že naše sklony k válčení mají hluboké kořeny, sahající až ke společným předkům lidí a lidoopů. Naši nejbližší příbuzní,
šimpanzi, někdy systematicky napadají a zabíjejí členy sousedních komunit, což v některých případech vede až k jejich vyhlazení.
Války šimpanzů jsou sice vedeny méně sofistikovanými prostředky, ale stejně jako v těch
lidských v nich jde hlavně o zábor cizího území a zotročení žen či samic.
Naši předkové po dlouhou dobu žili jako kočovní lovci-sběrači. Dnešní lovci-sběrači žijí podobným způsobem života a čelí podobnému souboru selekčních tlaků.
Proto představují cenný referenční model.
Na otázku, jak významnou roli hraje válčení v jejich společnostech, ovšem neexistuje jednoznačná odpověď, už kvůli velkým
rozdílům mezi nimi (třeba jiho­američtí Janomamové mezi sebou válčí běžně, zatímco
afričtí !Kungové jsou pozoruhodně bezkonfliktní). Někteří antropologové, například
Jared Diamond nebo Stephen Pinker, tak rádi poukazují na stinné stránky života lovců-sběračů, zatímco jiní, např. Frank Marlowe,
zdůrazňují jejich mírumilovnou povahu.
Douglas Fry a Patrik Söderberg, antropologové z univerzity ve Vase, se pokusili nalézt na
zmíněnou otázku odpověď. Prostudovali případ od případu vraždy, které se udály ve 21
lovecko-sběračských společnostech z celého
světa, s cílem zjistit, kdo koho vraždil a proč.
Fry a Söderberg došli k jednoznačnému závěru, že války (definované jako kolektivní násilí
páchané příslušníky jedné skupiny na příslušnících jiné skupiny) jsou v lovecko-sběračských
společnostech spíše vzácným jevem.
Více než polovina vražd zahrnovala pouze
jednoho vraha a jednu oběť. Zhruba třetina
z nich se odehrála v rámci klanu, malé sociální jednotky uvnitř lovecko-sběračské komunity tvořené z velké části příbuznými
jedinci (manželi, rodiči a dětmi nebo sourozenci). Ze stejné komunity pocházeli vrah
i oběť v 85 % případů. Za většinou vražd stály
osobní motivy, z nichž nejčastějším byl spor
o ženu mezi dvěma muži, často manželku
jednoho z nich. (Pokud už byli vrazi dva, šlo
často o bratry, z nichž jeden pomáhal druhému zabít manželčina milence.) Běžným
motivem vraždy byla také pomsta za vraždu
příbuzného nebo za urážku na cti. Víceméně
totéž platí pro vraždy, které se odehrály mezi komunitami. Lovci-sběrači se zkrátka málokdy zabíjejí kvůli své kmenové příslušnosti.
(Studie mimo jiné potvrdila to, co ukázal už
výzkum postindustriálních společností. Rodina je tou nejnásilnější sociální jednotkou
a muži se dopouštějí vražd mnohem častěji
než ženy.)
I tato studie nalezla velké rozdíly v častosti
konfliktů mezi zkoumanými etniky (ve zhruba polovině z nich nebyla zaznamenána jediná vražda, na druhou stranu téměř polovina všech zaznamenaných vražd se odehrála
mezi australskými domorodci kmene Tiwi).
Obecně je však válčení mezi lovci-sběrači
vzácné, a to z mnoha důvodů, které souvisí s jejich sociální organizací a ekologií. Toto jsou jen některé z nich: Lovci-sběrači žijí v poměrně malých populacích na dosti
rozlehlých územích a na větší válečné tažení nestačí. Díky malým populačním hustotám není důsledné střežení územních hranic
možné a ani žádoucí. Lovci-sběrači zpravidla nejsou, na rozdíl od mnoha pasteveckých
a zemědělských společností, patrilineální
a patrilokální, což znesnadňuje rychlou mobilizaci mužských příbuzenských koalic, věc
pro vedení války klíčovou. V rovnostářských
komunitách lovců-sběračů navíc často chybí
vůdce s autoritou zavelet k útoku na jinou
komunitu. Zásadním důvodem je, že lovci-sběrači si nevytvářejí zásoby potravin, které představují cennou válečnou kořist. Držení otroků je při kočovném způsobu života
lovců-sběračů těžko představitelné, navíc odporuje jejich rovnostářskému založení. Lovci-sběrači zkrátka nemají o co válčit.
Kritici nově vzniklé práce poukazují na to,
že její výsledky závisí na zvoleném souboru
etnik a použité definici války. Napadení člena nebo členů sousedního kmene kvůli únosu ženy je válka, krevní msta probíhající mezi
komunitami rovněž. Na měřítku přitom nezáleží. Dávné války byly zkrátka často poháněny osobními motivy. Ostatně Trojská válka, popisovaná v Homérově eposu Ilias, byla
rozpoutána kvůli únosu ženy a urážce bratra. Přitom jde po všech stránkách o moderní
válečný konflikt, alespoň z pohledu evoluční
antropologie.
Ať už konflikty mezi lovecko-sběračskými komunitami nazýváme válkami nebo ne,
je pravděpodobné, že původ válek, jak je
známe dnes, vedených kvůli území a zdro-
Pavel Duda
Mgr. Pavel Duda (*1986),
viz Vesmír 92, 84, 2013/2.
http://www.vesmir.cz | Vesmír 92, listopad 2013
603
jům, spadá až do období vzniku zemědělství, se kterým se pojí usedlý způsob života
ve velkých populačních hustotách spojený
s potřebou každodenní tvrdé fyzické prá-
ce a vytváření zásob. S úsvitem zemědělství
zkrátka vznikla k válčení řada nových důvodů a nových příležitostí. (Science 341, 270–
273, 2013)
Ö
Jak vyrobit
regulační T-lymfocyty
Václav Hořejší
Prof. RNDr. Václav Hořejší,
CSc., viz Vesmír 92, 499,
2013/9.
604
Regulační T-lymfocyty (Treg) jsou již skoro
20 let v centru pozornosti imunologů z celého světa. Správně by se jim mělo říkat „supresorové“ nebo „tlumivé“ T-lymfocyty, ale tyto
názvy byly před více než 30 lety zdiskreditovány v pozoruhodné aféře, o které si čtenáři
Vesmíru mohli již před lety přečíst (Vesmír
78, 565, 1999/10). V roce 1995 ale vyšla zásadní publikace japonských autorů,1 která tyto
buňky rehabilitovala (i když v trochu pozměněné podobě). Od té doby byly publikovány
tisíce článků o těchto buňkách, které zabraňují propuknutí autoimunitních chorob a částečně nás chrání proti imunopatologickým
reakcím provázejícím příliš intenzivní imunitní odpovědi (viz Vesmír 80, 668, 2001/12).
Po celou tu dobu se badatelé snaží zjistit, které buněčné a molekulární mechanismy jsou
zodpovědné za jejich tlumivé účinky. Ukazuje se, že Treg řadou takových mechanismů
disponují. Na buněčné úrovni mohou jednak
působit přímo na jiné T-lymfocyty (pomocné nebo cytotoxické) a bránit jejich aktivaci. Mohou ale také působit nepřímo tak, že
negativně ovlivňují dendritické buňky, které v imunitním systému fungují jako „buňky
prezentující antigen“ – předkládají na svém
povrchu fragmenty antigenů T-lymfocytům,
kterým poskytují i další nezbytné „kostimulační“ signály. V těchto procesech hrají zásadní roli povrchové molekuly dendritických
buněk zvané CD80 a CD86, které se vážou
na kritický kostimulační receptor T-lymfocytů zvaný CD28.
Pokud jde o molekulární mechanismy působení Treg, je známo, že produkují tlumivé cytokiny (proteinové „hormony“ imunitního systému) zvané interleukin-10 a TGF-b,
které potlačují aktivaci dendritických buněk
a T-lymfocytů. Treg ale mohou také přímo
zabíjet dendritické buňky pomocí stejných
molekulárních mechanismů, jaké používají cytotoxické („zabíječské“) T-lymfocyty.
Treg mají na svém povrchu velké množství
vysoko­afinního receptoru pro cytokin interleukin-2, který je potřebný pro plnou aktivaci jiných T-lymfocytů, takže mohou velmi
1) Sakaguchi a spol.: J. Immunol. 155, 1151, 1995.
2) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 110, E2116, 2013.
Vesmír 92, listopad 2013 | http://www.vesmir.cz
účinně tento stimulační cytokin vychytávat.
Na povrchu Treg je také velké množství inhibičního receptoru zvaného CTLA-4 (CD152).
Tento receptor je známým protihráčem zmíněného kostimulačního receptoru CD28.
Buňky Treg tedy mohou na povrchu dendritických buněk vychytat většinu stimulačních
molekul CD80 a CD86, takže jich pro aktivaci konvenčních T-lymfocytů už nezůstane
dost.
Posledním zajímavým příspěvkem do diskuse o tom, které mechanismy jsou pro imunosupresivní působení Treg nejdůležitější,
je nová publikace z laboratoře „guru“ oboru Shimona Sakaguchiho.2 Japonští badatelé šli poněkud neobvyklou cestou – rozhodli
se vytvořit „umělé“ Treg. Ukázalo se, že řešení je překvapivě jednoduché – stačilo vzít
T-lymfocyty z myší, u kterých byl technikou
genového knock-outu vyřazen gen kódující
interleukin-2, a jinou transgenní manipulací v nich vynutit silnou produkci inhibičního
receptoru CTLA-4 (fungoval i CTLA-4, který neměl cytoplazmatickou část, a tudíž nebyl schopen aktivní signalizace, ale pouze
vázal své ligandy CD80/86). Jakmile byly
takto dvojitě geneticky modifikované T-lymfocyty stimulovány antigenem (tj. buňkami
prezentujícími antigen), stalo se z nich cosi funkčně prakticky nerozeznatelného od
Treg. Tyto „umělé“ Treg fungovaly nejen v in
vitro testech, ale byly i schopny v myších potlačovat modelové autoimunitní onemocnění.
Závěry této práce jsou dvojí. Za prvé víceméně dokazují, že hlavní molekulární mechanismy působení Treg jsou založeny na
vychytávání interleukinu-2 a kostimulačních
molekul CD80/CD86, což brání účinné aktivaci konvenčních T-lymfocytů, které oba tyto
faktory potřebují. Za druhé ukazují celkem
snadnou cestu, jak lze poměrně jednoduše připravit umělé, geneticky modifikované
Treg, které by se daly klinicky použít pro potlačení nežádoucích imunitních reakcí (odhojování transplantátu, autoimunitní choroby).
Takové umělé Treg by se teoreticky daly připravovat z pacientových vlastních T-lymfocytů, tedy individuálně „na míru“. Reálnost
takovýchto praktických aplikací se ale samozřejmě ukáže teprve „za provozu“, během budoucích náročných klinických testů.
Ö
klimatologie
Změny klimatu v Česku
Současný vývoj a pravděpodobný výhled
Teplota vzduchu a srážkové úhrny jsou dva
základní indikátory regionálního klimatu
a jeho změn. Posouzení jejich změn v posledních padesáti letech vychází z analýzy řad
tzv. územních teplot vzduchu a srážkových
úhrnů, které můžeme považovat za charakteristické hodnoty, beroucí v úvahu výsledky
měření z celé naší staniční sítě. [4]
Průměrná roční teplota vykazuje dost výrazné změny (nejchladnější rok 1996: 6,3 °C,
I
VII
Tab. I. Nahoře: Roční
chod průměrných
územních teplot (°C)
a srážek (mm) a jejich
změny (zaokrouhlené
údaje).
Tab. II. Dole:
Průměrné počty dní
s mezními teplotami
za rok.
VIII
IX
X
XI
XII rok
III
IV
1961–1990
–2,7 –1,1
1991–2010
–1,7 –0,5
změna mezi obdobími (°C) 1,1 0,7
2,4
3,0
0,5
7,0 11,9 15,0 16,5 16,0 12,6 8,0 2,9 –0,7
8,2 13,2 16,3 18,2 17,7 12,8 7,9 3,2 –1,1
1,2 1,4 1,3 1,6 1,7 0,3 0,0 0,2 –0,3
1961–1990
1991–2010
změna mezi obdobími (%)
37 39 46
38 51 40
+2 +31 –13
měření
1961–1990
1991–2010
letní dny
tropické dny
dny s TMA ≥ 35 °C
mrazové dny
ledové dny
arktické dny
45
8
0,1
112
30
1,1
57
14
0,4
106
28
0,6
73
69
–6
VI
RNDr. Jan Pretel, CSc.,
(*1943) vystudoval MFF
UK v Praze, v ÚFA ČSAV,
kde působil do roku 1991,
získal titul CSc. Po kratším
působení na MŽP pracuje
od roku 1993 v ČHMÚ, kde
do roku 2011 vedl oddělení
klimatické změny a byl
koordinátorem projektu VaV
SP/1a6/108/07. V letech
1996–2009 zastupoval
ČR v Mezivládním panelu
OSN ke klimatické změně
IPCC (1997–2002 byl
členem výboru) a v letech
1991–2006 byl členem
vyjednávacích týmů
k Rámcové úmluvě OSN ke
změně klimatu. V současné
době je vědeckým
tajemníkem ČHMÚ.
II
41
42
+3
V
Jan Pretel
teplota
Vývoj teplotního a srážkového režimu
v posledních padesáti letech
nejteplejší 2000: 9,1 °C) s trendem nárůstu
o téměř 0,3 °C za desetiletí. V tab. I je uveden
roční chod teplot a jejich změna mezi obdobími 1961–1990 (standardní období dle klasifikace Světové meteorologické organizace)
a 1991–2010, z něho je např. patrné, že v posledních dvou desetiletích došlo v porovnání se standardním obdobím ke zvýšení průměrné roční teploty o 0,8 °C. K výraznějším
vzestupům teplot docházelo v teplé polovině
roku a zároveň se zvyšovala i jejich extremita.
Hodnoty v tab. II ukazují, že v posledních
dvou desetiletích se zvýšil průměrný počet
letních a tropických dnů i dnů s maximální denní teplotou alespoň 35 °C (označeno
TMA ≥35 °C). Na druhé straně se ale snížil
průměrný počet mrazových, ledových a arktických dní, což je zcela v souladu s trendem
nárůstu průměrných teplot. Jedním z parametrů teploty je i její mezidenní proměnlivost, která vykazuje zřetelný roční chod
s vyšší proměnlivostí v zimě a nižší v létě.
Z porovnání obou uvedených období vyplývá, že v posledních dvou desetiletích se proměnlivost v zimě dále zvyšuje a naopak v létě
dále snižuje.
Průběh průměrných ročních srážkových
úhrnů charakterizuje jeho velmi vysoká proměnlivost (srážkově nejbohatším byl rok
2002: 855 mm, srážkově nejchudším hned
následující rok 2003: 505 mm); celkově vykazují úhrny velmi mírně vzestupný trend
(méně než 2 % za desetiletí). Podobně jako
u teploty jsou v tab. I uvedeny i roční chody
srážkových úhrnů a jejich změny. Z jejich porovnání ve sledovaných obdobích je patrné,
že roční srážkový úhrn se v posledních dvou
desetiletích zvýšil. Přestože hlavní rysy roč-
srážky
Globální oteplování, změny klimatu, časté katastrofické scénáře dalšího vývoje planety v důsledku měnícího se podnebí… To vše jsou témata,
která se v posledních dvou desetiletích často probírají v populárních časopisech i v médiích. Zvýšený zájem se k nim upíná zejména v obdobích,
kdy o možnostech, jak současný vývoj světového
klimatu ovlivnit, jednají politici nebo vznikne-li
někde ve světě nějaká výraznější anomálie v průběhu počasí.
Pozornost často upoutávají i některá nová zjištění více či méně renomovaných výzkumných týmů, zvláště jde-li o objasňování
příčin různých anomálií nebo o „převratné“ dlouhodobější výhledy světového klimatu. Některá z nich jsou vědecky podpořená a dostatečně věrohodná. Objevují se však
i taková, která jsou mediálně dobře uchopitelná, a tím pro veřejnost zajímavá. Nezřídka jde spíše o zatím nepříliš prověřené hypotézy. Pod takovýmto velmi zjednodušeným
úhlem pohledu se ale téma měnícího se klimatu snadno stává tématem spíše politickým
než vědeckým. Ale abychom byli spravedliví,
netýká se to ani zdaleka pouze Česka, kde
do této diskuse výrazným způsobem vstoupil Václav Klaus.
Tento příspěvek by chtěl podat základní
informaci o tom, jak se „české klima“ skutečně vyvíjí a co ho může v nejbližší budoucnosti čekat. Vychází z některých výsledků projektu VaV SP/1a6/108/07, který v letech 2007
až 2011 řešil kolektiv pracovníků ČHMÚ
spolu s Matematicko-fyzikální fakultou Univerzity Karlovy, Výzkumným ústavem vodohospodářským T. G. M., Centrem výzkumu
globální změny AV ČR a Výzkumným ústavem rostlinné výroby a který kladl důraz na
aktualizaci scénářů pravděpodobného vývoje klimatu na našem území a na návrhy rámcových adaptačních opatření v nejrizikovějších sektorech našeho hospodářství. [4]
83
81
–3
78
93
+19
78
80
+2
52
59
+14
42
45
+9
49
50
+3
7,3
8,1
0,8
46 665
48 696
+4 +5
2010–2039
model
2040–2069
2070–2099
58
12
0,1
95
20
0,1
74
22
1
82
17
0,1
91
31
4
69
8
0,1
http://www.vesmir.cz | Vesmír 92, listopad 2013
605
Využití dálkového snímkování České
republiky při protipovodňové ochraně
Český úřad zeměměřičský a karto­
gra­fický (ČÚZK) v několika stále
detailnějších etapách provádí digitální mapování povrchu České
republiky pomocí laserového skenování povrchu (lidar, Vesmír 90,
34, 2011/1). Jedna z verzí s nižším
rozlišením je (zatím?) volně přístupná na informačním geoportálu ČÚZK jako jedna z vrstev katastrálních map, zatímco pokročilejší
verze jsou komerční. Nicméně i tato jednoduchá verze otevírá netušený svět. Na snímcích je vidět původní parcelování krajiny, dají se
dohledat staré cesty, zbytky zemědělských teras i dosud málo známé
partie pravěkých hradišť.
Neobyčejný je zejména pohled na
říční nivy, kde rozeznáme několik
generací meandrujících toků, které
jsou za normálních okolností téměř
„neviditelné“. Tyto nízké sníženiny
však bývají za povodní zaplavovány
a voda se v nich drží – jak ukázala terénní pozorování v minulých letech
– dva až tři měsíce. Na polích se pak
projevují jako pruhy shnilého obilí.
Mnohem dramatičtější situace může nastat, pokud je v bývalém korytu postaven dům a majitel neví o tom,
že stavěl uprostřed dávné řeky, která
bude mít za zvýšeného stavu vody
tendenci vrátit se na stará místa.
Z ryze praktického hlediska tak digitální snímkování povrchu pomáhá vyhnout se chybám při plánování
sídla a obecně při tvorbě územních
plánů. Z vědeckého hlediska se nabízí bezpočet aplikací – například
mezolitické osídlení středního Polabí
je vázáno na vyvýšená místa v okolí
ního chodu zůstávají zachovány (maximum
srážek v létě, minimum v zimě), dochází
v posledních dvou desetiletích k jisté redistribuci měsíčních srážkových úhrnů. Zřetelnější jsou změny v teplé polovině roku, kdy
jsou ale poklesy úhrnů v období od dubna do
606
Vesmír 92, listopad 2013 | http://www.vesmir.cz
Digitální model soutokové oblasti v okolí
Mělníka, který na obrázku vystupuje jako
příkrý vrch vpravo nahoře. V samotné ni­
vě vidíme několik generací meandrů, o je­
jichž mladém věku svědčí pozice na úrovni
nivy i ostré tvary. Mohutná opuštěná říční
koryta, jejichž modelace je ohlazena erozí,
vystupují hlavně v centrální části snímku.
Podobná říční krajina je zachycena na ma­
pách vojenského mapování, ale i na vedu­
tách a archivních materiálech. U nás byly
skvělým příkladem města obklopeného ki­
lometrovým pásmem ramen a opuštěných
meandrů např. Pardubice. Ještě o řád výš
se dostáváme na Dunaji, kde v okolí Vídně
bylo pásmo říční krajiny široké až 10 km
(podklad ke snímku ČÚZK, upraveno).
opuštěných říčních ramen. Velmi
dobře jsou patrné např. vulkanické
žíly pronikající křídovými pískovci a metoda pomáhá i při hledání
nedávno aktivních zlomů v okolí
jaderných elektráren. ­
Donedávna
platilo, že při hodnocení tvarů
zemského povrchu nejvíc vidí lidské oko. Nová metodika laserového skenování však jasně postihuje i útvary, které oko není schopné
postřehnout.
Václav Cílek
června do značné míry kompenzovány jejich
nárůsty v červenci až září.
Přestože ve změnách počtu dnů s limitními
srážkovými úhrny nebyly na vybraných stanicích zjištěny žádné statisticky významné
rozdíly, mezidenní proměnlivost úhrnů vy-
1. Při povodni r. 2002 začal pod
mostem v Terezíně vznikat štěrkový
ostrov, který každá nová velká voda
dotváří. Snímek © Václav Cílek.
Scénáře klimatické změny pro území Česka
jsou tvořeny výstupy regionálního klimatického modelu ALADIN-CLIMATE/CZ, který byl vytvořen v Českém hydrometeorologickém ústavu. V současné době pracuje
v horizontálním rozlišení 25 km a zahrnuje období 1961–2100. Okrajové podmínky pro tento model vycházejí z globálního klimatického
modelu MeteoFrance ARPÉGE-CLIMATE
(tzv. řídicího modelu) [1]. Jeho základními prvky jsou průměrné denní hodnoty teploty vzduchu a srážek. Pro modelové odhady budoucích
změn byl pro krátkodobý výhled (2010–2039)
použit emisní scénář A1B, pro střednědobé
(2040–2069) a dlouhodobé (2070–2099) výhledy rovněž scénáře B1 a A2 [3].1
Model byl nejprve validován na datech
z referenčního období 1961–1990 a následně
v rámci tzv. postprocesingu byly jeho výstupy korigovány pomocí statistických korektivních funkcí. V postprocesingu byla použita
kvantilová metoda, kdy pro každý klima-
Modelový odhad budoucího vývoje klimatu
Jedním z výstupů použitého modelu ALADIN-CLIMATE/CZ byly simulace změn prů­
měrných sezonních teplot (obr. 2) a sráž­ko­
vých úhrnů pro tři uvedená časová období
vůči referenčnímu období; hodnoty v tab. III
představují průměry ze všech gridových bodů
na našem území.
V krátkodobém výhledu by se měla průměrná roční teplota zvýšit přibližně o 1,1 °C
bez výraznějších sezonních změn. Se změnou
teploty se změní i některé související teplotní charakteristiky, jež mají vztah k teplotní
extremitě. V letním období tak lze očekávat
mírný nárůst četnosti výskytu letních a tro2010–2039
2040–2069
2070–2099
teplota
Tvorba regionálního scénáře klimatické změny
tický prvek, den a gridový bod byly zkonstruovány kvantilové funkce měřených a simulovaných hodnot v referenčním období.
Porovnáním hodnot odpovídajících si kvantilů pak byly vypočteny korekce, které byly
následně aplikovány na výstupy modelových
odhadů pravděpodobného vývoje budoucího klimatu na našem území.
jaro
léto
podzim
zima
rok
1,2
1,1
1,2
1,1
1,1
2,6
2,7
1,9
1,8
2,2
3,5
4,0
2,8
2,8
3,3
srážky
kazuje ještě výraznější roční chod než u teploty a zvyšuje se v teplé a snižuje v chladné
polovině roku. Příčinou je jak častější výskyt
letních srážek s extrémnějšími úhrny (přívalové srážky), po nichž se může vyskytnout
období bezesrážkové, tak i celkový pokles
srážek na jaře. Tyto změny jsou ještě podtrženy prostorovou proměnlivostí srážek i jejími
změnami, které jsou v porovnání s teplotou
až trojnásobně vyšší a kulminují v období od
června do srpna.
jaro
léto
podzim
zima
rok
+12
+3
+8
–8
4
0
–1
+18
–9
2
+10
–12
+12
–4
2
1) Čtyři základní emisní
scénáře A1, A2, B1 a B2 byly
vytvořeny v rámci Mezivládního
panelu ke klimatické změně
OSN v roce 2000 a popisují
možný vývoj globálních emisí
skleníkových plynů do konce
21. století. V současnosti jsou
používány jako standardy, aby
mohly být jednotlivé modely
vzájemně porovnávány. Jedním
z hlavních předpokladů scénáře
A1B (podskupina scénáře
A1) je umírněný populační
nárůst a vyvážené využívání
všech zdrojů energie, scénář
B1 předpokládá zrychlující
globalizaci a rychlý rozvoj
nových technologií a scénář A2
např. silný populační nárůst
a přetrvávající ekonomické
rozdíly mezi jednotlivými
částmi světa. Z hlediska vývoje
světových emisí proto scénář B1
předpokládá mírný emisní nárůst,
zatímco scénář A2 naopak velmi
výrazný nárůst; scénář A1B leží
z hlediska nárůstu emisí někde
mezi oběma těmito scénáři.
Tab III. Modelový
odhad průměrných
změn teploty (°C)
a srážek (%) pro tři
časové horizonty vůči
referenčnímu období
1961–1990.
http://www.vesmir.cz | Vesmír 92, listopad 2013
607
1961–1990
2040–2069
kraje
hranice ČR
°C
2010–2039
<5
5–6
6–7
7–8
8–9
9–10
10–11
>11
2070–2099
2. Očekávaný vývoj průměrné roční teploty vzduchu v ČR.
Prodlužování vegetačního a bezesrážkového období
Vegetační období je období, v němž jsou příznivé podmínky pro růst a vývoj
rostlin a zpravidla je vymezené průměrnými daty nástupu a ukončení určité
průměrné denní teploty vzduchu.
Hlavní vegetační období je vymezené nástupem a ukončením průměrné
denní teploty alespoň 10 °C. Trvalý výskyt teplot vzduchu vyšších než tato
hodnota byl v rámci projektu ztotožněn s prvním dnem období s průměrnou
denní teplotou vzduchu alespoň 10 °C, které trvalo minimálně šest po sobě
následujících dnů, a končí dnem, kdy průměrná denní teplota vzduchu kles­
la pod 10 °C v minimálně šesti po sobě následujících dnech. V průměrných
hodnotách pro celou Českou republiku lze podle modelových simulací např.
očekávat posun začátku hlavního vegetačního z 2. května v referenčním
období na 4. dubna v závěru století a posun jeho konce z 2. na 15. října (větší
změnu lze očekávat u doby začátku). Postupné prodlužování délky vegetač­
ního období je patrné i v jednotlivých výškových pásmech.
Bezesrážkové období bylo v rámci projektu určeno jako minimálně pět po
sobě jdoucích dnů, kdy nebyla naměřena žádná srážka. Modelové simula­
ce ukazují na postupný nárůst průměrné délky bezesrážkového období ve
všech výškových pásmech. Z hlediska praktického využití výsledků může
být zajímavé, že k největšímu riziku výskytu bezesrážkových období bude
docházet v druhé polovině léta.
1961–1990
2040–2069
2010–2039
počet dní
kraje
hranice ČR
< 60
60–70
70–80
80–90
90–100
100–110
110–120
120–130
>130
Věrohodnost modelových odhadů
2070–2099
3. Očekávaný vývoj dlouhodobých průměrů počtu dnů bezesrážkového obdo­
bí v ČR.
Tento článek vyšel
s podporou ČHMÚ
608
pických dní, v zimě naopak pokles četnosti výskytu mrazových, ledových i arktických
dní (tab. II). Celkové roční srážkové úhrny
signalizují mírné navýšení o necelá 4 %, ale
daleko podstatnější je sezonní redistribuce
srážkového režimu (zimní poklesy, nárůsty
na jaře a na podzim). Kromě toho, že simulace s pozorovaným vývojem srážek v uplynulém padesátiletí příliš nekorespondují (viz
tab. I), je zároveň patrná i dost výrazná pro-
Vesmír 92, listopad 2013 | http://www.vesmir.cz
storová proměnlivost změn. Je tudíž dost
pravděpodobné, že případný klimatický signál může být v tomto období překryt projevy meziročních fluktuací srážkových úhrnů,
které jsou, jak jsme již ukázali, velmi výrazné.
Ve střednědobém výhledu lze očekávat již
zřetelnější nárůst průměrné roční teploty
(o 2,2 °C) s vyšším nárůstem na jaře a v létě
(2,3–3,2 °C), nižším na podzim (1,7–2,1 °C)
a v zimě (1,5–2,0 °C). Předpokládat lze také poklesy zimních (v horských oblastech až
o 20 %) a letních srážek a naopak jejich navýšení na podzim. Pro následné modelové období by měl dále pokračovat teplotní nárůst
až na hodnotu přibližně 3,3 °C (nejvíce v létě,
nejméně na podzim a v zimě) a pokračovat
úbytek ročních srážkových úhrnů přibližně
na úroveň referenčního období. Rozpětí simulovaných hodnot v jednotlivých gridových
bodech se v porovnání se střednědobým výhledem podle očekávání zvyšují, např. pro letní období je rozpětí 3,5–4,7 °C ap. Z tab. II je
patrné, že i nadále je třeba počítat s pokračujícím nárůstem četnosti výskytu velmi teplých
letních dní a naopak s poklesem četnosti
výskytu velmi chladných zimních dní.
S ohledem na požadavky uživatelů výstupů
z oblasti vodohospodářství a zemědělství byly
do simulací také zařazeny hodnoty globální­
ho záření, rychlosti větru a relativní vlhkosti
vzduchu. Simulace ukázaly, že v krátkodobém
výhledu lze předpokládané změny všech tří
veličin považovat za zanedbatelné a statisticky
nevýznamné. Ve střednědobém výhledu by
se měly mírně zvyšovat hodnoty globálního
slunečního záření a v důsledku zvyšování
teploty by se měla snižovat i relativní vlhkost
vzduchu. Tento trend bude pravděpodobně
dále zesilovat, a tak v dlouhodobém výhledu
lze tyto změny považovat již za významné.
Poklesy letních srážek, nárůsty letních teplot
spolu s poklesy relativní vlhkosti a vyššími
hodnotami globálního slunečního záření lze
považovat za hlavní příčiny zvyšování výparu
a celkově zvyšujícího se rizika sucha (obr. 3).
Nejistoty modelových simulací obecně spočívají v nejistotách
l použitých emisních scénářů,
l řídicího globálního klimatického modelu a l vnořeného regionálního klimatického modelu.
Naše simulace byly prováděny pro emisní
scénář A1B, který je považován za jeden ze
středních scénářů, přičemž pro simulace krátkodobého a do značné míry i střednědobého
výhledu se rozdíly mezi různými scénáři příliš neprojevují. Závislost na emisním scénáři
je patrná až v dlouhodobém výhledu, a to jen
ve změnách teploty (u změn srážek patrnější
závislost není). Rozptyl simulovaných změn
mezi jednotlivými regionálními modely (podobně i mezi globálními modely) se s časem
zvyšuje. Ukazuje se rovněž, že globální modely zpravidla do scénářů vnášejí větší nejistotu
než navazující modely regionální.
Schopnost
použitého
modelu
ALADIN-CLIMATE/CZ zachytit základní ry-
sy regio­
nálního klimatu byla porovnána
s úspěšnostmi jiných podobných modelů na
základě testových simulací pro referenční období 1­961–1990 (testové simulace byly prováděny v rámci projektu EU s názvem ENSEMBLES [2]). Je třeba konstatovat, že ve většině
hodnocených charakteristik se námi použitý
model umístil v první polovině skupiny porovnávaných modelů. V krátkodobém výhledu se
jeho výsledky od ostatních modelů příliš neliší, ve střednědobém a dlouhodobém výhledu jsou zejména v zimním období odchylky
větší a dávají systematicky nižší vzestup teplot a spíše pokles srážek. Příčinou může být
vyšší simulovaná středoevropská anticyklonalita v zimním období, což je ale mimochodem
stav, který se v posledních dvou třech letech
dost významně podepsal na charakteru středoevropského zimního počasí.
K čemu může simulovaný výhled
klimatu u nás vést?
Simulace i s nimi spojené nejistoty naznačují,
že ani v budoucnu nelze pokračování současných trendů vyloučit a že je třeba se jimi seriózně zabývat. Určitě nejvýrazněji se změny
dotknou hydrologického režimu a návazně
pak vodního hospodářství, zemědělství a lesnictví. Existuje určitě celá řada dalších rizik
spojených se zvyšující se extremitou počasí (např. zdraví obyvatelstva, cestovní ruch,
doprava, průmysl a energetika, územní rozvoj aj.). Nicméně s ohledem na krátkodobý
či střednědobý výhled půjde velmi pravděpodobně o menší rizika a případné důsledky se
budou projevovat spíše nárazově než systematicky.
Ve vodním hospodářství je třeba počítat
s potížemi v obou extrémech hydrologického režimu, tj. jak v obdobích meteorologického či hydrologického sucha, tak i při výskytu povodňových situací. Oba extrémy
mohou významně poškozovat krajinné ekosystémy a dominantním úkolem budoucnosti bude vytvořit podmínky k tomu, aby se
v krajině podařilo co nejvíce vody udržet. Je
velmi pravděpodobné, že rizika sucha budou
o dost vyšší než rizika povodní a záplav jako
přímého následku předpokládaného zvýšení
četnosti a intenzity přívalových srážek.
V zemědělství se změny zcela určitě projeví na výnosech plodin a půjde převážně o důsledky vlivů zvýšeného výskytu extrémních
počasových jevů. Často nepůjde jen o přímý
vliv klimatu na plodiny, ale také o ovlivnění
celkových pěstebních podmínek (např. zvýšený výskyt chorob a škůdců). V podstatě jediným zdrojem vody pro zemědělství jsou srážky, a proto zejména jejich očekávanou sezonní
redistribuci, stejně jako zvyšující se časovou
a prostorou proměnlivost je třeba vnímat coby velmi významné překážky. Hlavní obavy
by měly být zejména z očekávaného nárůstu
délky bezesrážkových období (v dlouhodobém výhledu až o téměř 20 %), zejména v letních, popřípadě i jarních měsících.
V lesním hospodářství existuje významná
pravděpodobnost narušení stávajících lesních ekosystémů s převahou smrku. Zásad-
ní význam budou mít abiotické (sucho, letní
přísušky, vysoká teplota a její extrémní výkyvy ap.) i biotické iniciační stresory (např. savý a listožravý hmyz).
Existují možnosti změnu ovlivňovat?
Je mimo veškerou pochybnost, že ke změnám
ve vývoji globálního i regionálního klimatu
dochází a jinak tomu nebude ani v příštích
desetiletích. Lze tedy alespoň ty nejvýznamnější změny ovlivňovat? Vyjdeme-li z podstaty problému a spokojíme-li se s „pouhým“
zmírňováním následků, pak bude odpověď
kladná. Pokud však má někdo představu, že
lze celý proces změn zastavit a klimatický
systém vrátit do stavu, ve kterém byl třeba
v polovině 19. století, pak bude odpověď s velikou jistotou záporná! Bohužel, ne každý si
to zatím uvědomuje…
Uvážlivá snaha o snižování emisí skleníkových plynů je určitě na místě, ale snaha o promyšlené omezování většinou negativních dopadů změn musí sehrávat stále významnější
úlohu. Omezíme-li produkci látek zesilujících
přirozený skleníkový efekt, průměrná teplota
troposféry se určitě sníží – kdy a o kolik, to
stále vytváří široký prostor ke spekulacím –
tyto látky jsou totiž schopny působit v atmosféře desítky a některé až tisíce let.
Pokud však budeme schopni podstatu
a míru rizik důsledků změn alespoň s uspokojivou jistotou lokalizovat a předjímat, pak
se lze změnám aktivně přizpůsobovat. To je
podstata adaptačních opatření, která je třeba
postupně přesouvat z polohy reaktivní (likvidace následků) do polohy proaktivní (předjímání následků), což bude ve většině případů
přístupem ekonomicky přijatelnějším.
V posledních letech řada států poněkud
ustupuje od ochoty skutečně se na snižování
emisí skleníkových plynů prakticky podílet.
Emisní produkce „ochotných států“ na celosvětových hodnotách se dnes snížila již na
méně než 15 %, přičemž v době vstupu Kjótského protokolu v platnost před osmi lety byla kolem 30 %. I to je důvod, abychom se dost
oprávněně domnívali, že cesta přes adaptační opatření bude i cestou efektivnější a hlavně kratší!
Ö
4. Lesní cesty se stále
častěji za deštů mění
v nová řečiště. Snímek
© Václav Cílek.
K dalšímu čtení
[1] Farda A., Déué M.,
Somot S., Horányi A.,
Spiridonov V., Tóth
H.: Model ALADIN
as regional climate
model for Central
and Eastern Europe.
Studia Geophysica et
Geodaetica 54, 313–
332, 2010.
[2] Kalvová J.,
Holtanová E.,
Mikšovský
J., Motl M.,
Pišoft P. a kol.:
Výběr globálních
klimatických modelů
pro posouzení
neurčitostí
odhadů budoucích
změn klimatu
v oblasti ČR.
Meteorologické
zprávy 62, 97–106,
2009.
[3] Nakicenovic N.,
Swart R. (eds.): IPCC
Special Report on
Emission Scenarios,
Cambridge
University Press,
U.K., 2000.
[4] Pretel J. a kol.:
Zpřesnění
dosavadních
odhadů dopadů
klimatické změny
v sektorech vodního
hospodářství,
zemědělství
a lesnictví a návrhy
adaptačních
opatření. Technické
shrnutí výsledků
projektu VaV (MŽP,
SP/1a6/108/07,
2007–2011), 67 stran,
ČHMÚ, Praha 2011.
http://www.vesmir.cz | Vesmír 92, listopad 2013
609
etnobotanika
Myrciaria dubia,
amazonský bojovník s oxidačními procesy
Lukáš Huml
Jan Tauchen
palmy a dřeviny
Amazonie
2
Lukáš Huml, Jan Tauchen
viz Vesmír 92, 562, 2013/10.
610
Kvalita potravin a lidské zdraví se stále drží v popředí zájmu jak veřejnosti, tak vědecké obce. Aby potraviny vydržely déle čerstvé,
přidávají se do mnohých z nich antioxidanty.
To jsou látky schopné omezit oxidační procesy, a tím i degradaci potravin. Nynější potravinářský průmysl používá i antioxidanty,
které mohou mít nežádoucí vedlejší účinky.
Jako příklady můžeme uvést butylhydroxytoluen (E321), butylhydroxyanisol (E320)
či terciální butylhydrochinon (E319). V potravinách lze hojně najít i látky rostlinného
původu, jež se vyznačují antioxidační aktivitou, byť jsou některé z nich primárně používány jako barviva. Z této množiny můžeme namátkou jmenovat kurkumin (E100)
z kurkumy dlouhé (Curcuma longa) či bixin
(E160b) z oreláníku barvířského (Bixa orellana). Právě rostliny a jejich sekundární metabolity (vitaminy, fenolické látky, karotenoidy
ad.) jsou zkoumány pro antioxidační aktivitu, tedy schopnost vázat volné radikály. Některé z nich by mohly být použity v potravinářském průmyslu jako náhrada za látky
s potenciálně negativním dopadem na lidské
Vesmír 92, listopad 2013 | http://www.vesmir.cz
zdraví. Zejména ovocné druhy jsou bohatým
zdrojem přírodních látek s antioxidačním
potenciálem. Jejich konzumace navíc přispívá k prevenci některých onemocnění, jako jsou diabetes, infarkt myokardu nebo některé druhy rakovin a zánětů.
Jedním z celosvětově dosud opomíjených
ovocných druhů je tropický keř Myrciaria
dubia, v Peru zvaný camu camu, patřící do
čeledi myrtovité (Myrtaceae). Z této čeledi
je mj. známý ovocný strom kvajava hrušková (Psi­dium guajava), ale hlavně zdroj nového koření pimentovník pravý (Pimenta dioica)
či hřebíčkovec vonný (Syzygium aromaticum).
Domovem camu camu jsou tropické nížinné
deštné lesy Amazonie, především periodicky zaplavované lokality v okolí vodních toků.
Keř sám o sobě není nijak nápadný, až na své
tmavě fialové, skoro černé bobule o průměru
1–3,5 cm, kterým předcházejí sladce vonící bílé květy. Pro plnohodnotnou sklizeň vyžaduje nezastíněné stanoviště, a je tak vhodným
kandidátem pro pěstování na plantážích.
Ovoce se kvůli své kyselosti a trpkosti nekonzumuje přímo, ale vyrábí se z něj lahod-
ný nápoj. Ten je označován jako refresco de camu camu a lidé ho po právu považují za jeden
z vrcholů amazonské gastronomie. Jeho koncentrát se získává macerací rozmačkaných
plodů ve vodě, kdy slupka propůjčuje nápoji charakteristickou růžovočervenou barvu
a trpkost, zatímco dužina je zodpovědná za
kyselost a ostatní chuťové vlastnosti. Získaný produkt se ředí vodou a doslazuje cukrem
z cukrové třtiny (Saccharum officinarum).
Velmi zajímavě však camu camu vypadá,
i když se podíváme na chemické složení. Bobule obsahují opravdu vysoké množství kyseliny L-askorbové (vitaminu C), některé
studie uvádějí až 2280 mg ve 100 g ovoce. Jen pro srovnání – mezi šampiony v obsahu vitaminu C patří například plody tropického stromku acerola (Malpighia glabra)
s obsahem 1357 mg ve 100 g ovoce. Nám známý citron (Citrus limon) má pouhých 53 mg
ve 100 g plodu. Vitamin C však není jedinou
významnou látkou obsaženou v camu camu.
Plod je neobyčejně bohatý na fenolické látky (např. kyselinu ellagovou, kyanidin-3-glykosid, kvercetin) a karotenoidy (např. lutein,
β-karoten, luteoxanthin).
Studií týkajících se antioxidační ­
aktivity
ca­
mu camu je prozatím poskrovnu, avšak
všechny se shodují na mimořádné antioxidační schopnosti ovoce. Z tohoto pohledu je nejhojněji zastoupena kyselina ellagová, a právě
té se nejvíce přisuzuje antioxidační potenciál.
Navíc je tato látka schopna inhibovat enzym
aldózoreduktázu, což se spojuje se snížením
komplikací při diabetes mellitus.
Camu camu se bohužel zatím pěstuje jen lokálně. Plody, jako většina tropických, podléhají rychlé degradaci, a proto se čerstvé ovoce
z Amazonie prakticky nevyváží. Avšak zamražená dužina si začíná pomalu hledat místo na
světovém trhu. Třeba se s ní časem setkáme
i na stolech evropských domácností. Ö
Myrciaria dubia: Na protější straně květy, nahoře plody na rostlině a na trhu, do­
le celkový habitus. Fotografováno v Campo Verde v Peru, jen tržnice je z města
Pucallpa. Snímky habitu a květů © Lukáš Huml, snímky plodů a tržnice © Lud­
vík Bortl.
K dalšímu čtení
Akter M. S., Oh S., Eun J.-B., Ahmed M.: Nutritional compositions and health
promoting phytochemicals of camu-camu (Myrciaria dubia) fruit: A review.
Food Research International 44 (7), 1728–1732, 2011.
Brewer M. S.: Natural Antioxidants: Sources, Compounds, Mechanisms
of Action, and Potential Applications. Comprehensive Reviews in Food
Science and Food Safety 10 (4), 221–247, 2011.
De Souza Schmidt Gonçalves A. E., Lajolo F. M., Genovese M. I.: Chemical composition and antioxidant/antidiabetic potential of brazilian native
­fruits and commercial frozen pulps. Journal of Agricultural and Food Chemistry 58 (8), 4666–4674, 2010.
Kaneshima T., Myoda T., Toeda K., Fujimori T., Nishizawa M.: Antioxidative
constituents in camu-camu fruit juice residue. Food Science and Technology
Research 19 (2), 223–228, 2013.
Rufino M. S. M., Alves R. E., Brito E. S., Perez-Jimenez J., Saura-Calixto F.,
& Mancini-Filho J.: Bioactive compounds and antioxidant capacities of 18
nontraditional tropical fruits from Brazil. Food Chemistry 121 (4), 996–1002,
2010.
http://www.vesmir.cz | Vesmír 92, listopad 2013
611
optika
Tisíc vynálezů udělalo krach
hvězdy nevyšinuly se z věčných drah
pohleďte jak tisíc lidí klidně žije
ne to není práce ani energie
je to dobrodružství jako na moři
uzamykati se v laboratoři
Vítězslav Nezval: Edison,
Praha 1928
Doba LEDová
aneb Jak svítivé diody za padesát let dozrály
k zásadní změně osvětlovací techniky
Jan Valenta
Ivan Pelant
1) I. Pelant a J. Valenta:
Luminiscenční spektroskopie I.,
Academia, Praha 2006.
612
Úžas, obdiv a okouzlení novou technikou se
už v 21. století příliš nevyskytuje. Novinky
se hrnou stále rychlejším tempem. Ze všech
stran nás obklopují různé „chytré mašinky“,
útočí na naši pozornost a kradou nám čas.
Proto k nim mnohdy zaujímáme skepticky
opatrný až obranný postoj. Často už ani nevnímáme, jaké novinky se zase objevily. Zásadních trendů si ale nemůžeme nevšimnout.
Snad každý například pocítil, že v posledním
desetiletí došlo k zásadní změně telefonie a ta
spolu s dostupností internetu rozvrátila staré
formy komunikace. Kdy naposledy jste dostali nebo poslali dlouhý ručně psaný dopis?
Podobně zásadní změna se vloudila i do
techniky osvětlování. Ano, většinu lidí v této souvislosti napadne, jak nám ti zlovolní
úředníci z Bruselu postupně zakazují staré
Vesmír 92, listopad 2013 | http://www.vesmir.cz
dobré žárovky a místo toho nám vnucují drahé úsporky, co většinou nevydrží po deklarovanou dobu životnosti… a teď si vymysleli
ty ještě mnohem dražší LED žárovky. Jistěže zákazy (byť se třeba označují jako „směrnice“) nenavozují dobrý vztah k novému
Doc. RNDr. Jan Valenta, PhD., (*1965) vystudoval Matematickofyzikálni fakultu UK v Praze, kde se nyní zabývá optickými vlastnostmi nanostruktur, spektroskopií jednotlivých molekul a polovodičových nanokrystalů a mj. také vývojem tandemových solárních
článků. Je spoluautorem (s prof. Ivanem Pelantem) monografie
Luminiscenční spektroskopie.
Prof. RNDr. Ivan Pelant, DrSc., (*1944) vystudoval fyziku pevných
látek na Matematicko-fyzikální fakultě UK v Praze. Ve Fyzikálním
ústavu AV ČR, v. v. i., v Praze se věnuje studiu fotoelektrických,
vlnovodných a nelineárně optických vlastností polovodičů, především nanokrystalických forem křemíku.
1 1 1. Na protější straně: Strop letounu Boeing 777 simu­
lující oblohu – v době spánku ukazuje hvězdné nebe,
pak začne postupně svítat. Všechny snímky © Jan Va­
lenta, není-li uvedeno jinak.
svítidlu. Můžeme proti tomu bojovat, nakoupit zásoby žárovek na celý život nebo označit žárovky jako „tepelný zdroj“ a dovézt je
z Číny... Můžeme s tím nesouhlasit, brblat
a trucovat... ale to je tak všechno, co s tím
můžeme dělat. Revoluce v osvětlování je tu!
Princip LED svítidel
Svítivá dioda neboli LEDka (zkratka z anglic­
kého označení Light-Emitting Diode) je malinká polovodičová součástka obvykle s plochou maximálně pár milimetrů čtverečních
(a klasicky zalitá v plastovém pouzdře se dvěma „nožičkami“). Nebudeme se zde podrobně zabývat jejími fyzikálními principy (jejich vysvětlení lze nalézt i ve středoškolských
učebnicích fyziky). Pro další čtení postačí vědět, že polovodičová dioda – i ta svítivá – je
založena na „spojení“ dvou typů polovodičů,
z nichž jeden má přebytek kladných a druhý
záporných nábojů, které se získají zavedením
vhodných příměsí do polovodičového krystalu. Tomu se říká polovodič p-typu a n-typu
a jejich spojení vytváří p-n přechod. Připojením stejnosměrného proudu na součástku
dochází v oblasti přechodu k „zářivé rekombinaci“ kladných a záporných nábojů a vznikají fotony světla. Tomuto jevu se říká injekční elektroluminiscence a barva vyzářeného
světla je dána složením použitého polovodiče (tím, jakou má šířku tzv. pásu zakázaných
energií) a je poměrně „monochromatická“.
Pokud chceme získat z LEDek bílé světlo
se širokým spektrem vhodným k běžnému
osvětlování, máme v zásadě dvě možnosti:
1. Seskupíme dohromady LEDky různých
barev (nejčastěji červenou, zelenou a modrou – RGB – red, green, blue) nebo
2. přeměníme část fotonů z modré diody na
fotony delších vlnových délek (žluté, oranžové nebo červené) pomocí luminoforů, a tím
pokryjeme dostatečnou část viditelného
spektra. Tato druhá možnost tedy využívá
jev fotoluminiscence (luminiscence vyvolaná
pohlcením světla) podobně jako v zářivkách,
kde se přeměňuje ultrafialové a modré světlo
z výboje v parách rtuti luminiscencí luminoforu naneseného na vnitřní straně baňky.
Zkrátka LEDky jsou založeny na jevech
elektroluminiscence a fotoluminiscence. Připomeňme, že luminiscence (ve starší české literatuře označovaná jako „světélkování“) se
definuje jako „nerovnovážné záření, vysílané tělesem navíc oproti rovnovážnému tepelnému
záření (popsanému Planckovým zákonem)“.1
Z toho jasně plyne, že podmínkou luminiscence je uvedení látky do nerovnovážného stavu –
2. Nahoře: Výstavka lumidek v jednom nejmenova­
ném obchodě (prosinec 2012).
3. Uprostřed: Dvě „retro-fit“ lumidky s běžnými závi­
ty E27 a E14 (viz rámeček na následující straně).
4. Dole: Reklamní LED displej je vidět i za denního
světla.
http://www.vesmir.cz | Vesmír 92, listopad 2013
613
o nízkém tlaku, zabraňujícím shoření vlákna
i přílišnému zahřátí baňky.
Stručná historie svítivých diod
5. Vlevo: Profesor N. Holonyak, tvůrce první viditelné LED a polovodičového la­
seru na bázi GaAsP. Snímek © E. Segrè, Visual Archives AIP.
6. Vpravo: Jedno z prvních významných použití červených LED v displejích
elektronických kalkulátorů (zde typ TI-33, vyráběný firmou Texas Instruments
v sedmdesátých letech 20. století).
vybuzení (excitace), které může mít různý původ: elektrický proud (elektroluminiscence),
chemické reakce (chemiluminiscence a bioluminiscence), pohlcení světla (fotoluminiscence), tření (triboluminiscence), zvukové vlnění (sonoluminiscence) atd. Luminiscenci se
také říká studené světlo, aby se zdůraznila zásadní odlišnost od záření tepelného, na kterém je založena žárovka – elektrickým proudem rozžhavený drátek (obvykle wolframový)
skrytý v baňce s vakuem či inertním plynem
Názvoslovný problém
Žárovka je nádherné české slovo, které výborně vystihuje podstatu toho­
to světelného zdroje. Problém ovšem nastává, když je spojíme se zkratkou
LED do pojmu „LED žárovka“, jak se nyní zhusta stává (viz obr. 2). Bohužel
bude asi těžké tento oxymóron vykořenit. Jednak mají tato světla často tvar
napodobující žárovku (obr. 3) a šroubují se do stejných závitů ve svítidlech
(tzv. retro-fit). Kromě toho existuje tendence otrockých překladů z anglič­
tiny, kde pojem „LED bulb“ vystihuje vnější podobnost s žárovkou („bulb“
je v původním významu „baňka“, ale neříká nic o „žáru“). Někdy může být
převzetí cizího pojmu lepší než nesmyslné české náhrady, nikoliv v tomto
případě. Jazyk se ovšem vyvíjí nekontrolovatelně a často vítězí nějaké ku­
riózní pojmenování (třeba v případě termínu „úsporka“, který se vžil zřejmě
jako zkratka „úsporné kompaktní zářivky“). Stálo by za to nalézt místo LED
žárovky nějaké pěkné české slovo. Snad bychom měli vyhlásit soutěž o nej­
hezčí návrh.
A dovolte nám přispět prvním návrhem. Vyjděme z toho, že hledané slovo
musí být především pohodlné pro časté používání (když už ta světla bude­
me mít za chvíli všude). Vždyť pro většinu dřívějších zdrojů světla se použí­
vala krátká, snadno vyslovitelná pojmenování: svíčka, louč, petrolejka, žá­
rovka, doutnavka, zářivka atd. Také většina z nich končí slabikou –ka. Jako
nultý návrh můžeme vzít samotné slovo LEDka (může se psát i ledka; ani by
nevadilo, že se jedná o zkratku a navíc anglickou – nakonec laser je také pů­
vodně zkratka). Ledovka by to být nemohla, ta už je obsazena. Pojem „led­
ka“ se celkem vžil pro označení jednotlivé součástky, ale nepostihuje fakt, že
u osvětlovacích zdrojů je většinou součástí systému i luminofor – takže je to
stejné, jako bychom zářivce říkali „rtuťová výbojka“.
Pokud budeme chtít hledaným názvem především vystihnout nejvlastněj­
ší podstatu světelného zdroje, kterou je elektro- a fotoluminiscence, vnucuje
se pojem lumidka. S malou nadějí, že by se snad tento (nebo lepší) termín
ujal, necháváme na čtenáři, aby se sám pokusil něco vymyslet, nebo si jen
trochu pohrál s naším krásným jazykem.
614
Vesmír 92, listopad 2013 | http://www.vesmir.cz
Celá historie elektrického osvětlení (podobně
jako u jiných oborů techniky) je fascinujícím
příběhem vědeckého, technického a podnikatelského úsilí. Ponechme stranou již vícekrát
popsané příběhy obloukovky, žárovky, zářivky – Edisona, Křižíka, Jabločkova a dalších –
a soustřeďme se pouze na lumidky (viz text v
rámečku).
Vznik prvních svítivých diod je spojen s obrovským rozvojem polovodičového výzkumu
v padesátých letech 20. století po objevu tranzistoru (1947) a poněkud překvapivě také s vynálezem laseru.2 Prvními podrobně zkoumanými polovodiči byly germanium a křemík,
z nichž byly vyráběny první součástky – tranzistory a diody. Hledaly se však i jiné polovodičové materiály, které by lépe vyhovovaly
pro určité aplikace, a mezi nimi byl asi nejvýznamnější arsenid gallitý (GaAs). Ke vzniku
prvních LEDek pak pomohla i náhoda, která
ovšem přeje připraveným. Těmi byli Robert
H. Rediker a kolegové v Lincolnově laboratoři na MIT (Massachusetts Institute of Technology), kteří začali zkoumat GaAs s cílem
vyrobit diody s velmi rychlým spínáním, což
se posléze podařilo. Nicméně pro pochopení
jistých rozdílů mezi vyrobenými diodami se
vědci rozhodli využít měření elektroluminiscence. Rediker popsal tento klíčový bod takto (volný překlad podle3): „Rozhodl jsem se, že
bychom měli diagnostikovat naše dva typy GaAs
diod pomocí luminiscence při teplotě 77 K [teplota kapalného dusíku]. [...] Našli jsme kolegu,
který měl spektrometr, a když jsme pak měřili luminiscenci [...], výstup z detektoru zcela zahltil
zapisovač. Rozsah zapisovače musel být zvýšen
nejméně o tři řády a štěrbiny spektrometru zavřeny téměř na nulu, aby se signál zobrazil. Tak
jsme objevili vysoce účinnou elektroluminiscenci
[...] a uvědomili jsme si, že by mělo být možné na
tomto základě udělat laser... Práce pak byla prezentována na Solid-State Device Research Conference v červnu 1962 [...], odkud i další badatelé
odjeli s přesvědčením, že polovodičový laser z GaAs je možný. Tak byl odstartován laserový závod,
ovšem my jsme o tom nevěděli, a tak jsme nepostupovali tak rychle, jak by bylo bývalo možné.“
Zde se nám tedy objevuje avizovaný laser.
V té době byly lasery obrovským hitem – prv-
ní laser (z krystalu rubínu Al2O3 : Cr3+, buzený bleskovou výbojkou) byl sestrojen v roce
1960 Theodorem H. Maimanem v Hughesových výzkumných laboratořích. Jakmile se
tedy objevila naděje na výrobu nového typu laseru z polovodiče, rozběhl se „tajný“
závod, kdo to dokáže jako první. A závod
to byl opravdu rychlý – ještě během listopadu a prosince 1962 publikovaly čtyři nezávislé skupiny − dvě z General Electric (GE), po
jedné z MIT a z International Business Machines (IBM) − články o svých polovodičových laserech! První z nich sice nebyly příliš
praktické (pracovaly pouze za kryogenních
teplot – v kapalném dusíku), ale ukazovaly
cestu k miniaturním laserovým zdrojům, nesrovnatelně menším a praktičtějším, než byly tehdy převládající plynové lasery (s trubicemi o délce desítek cm až jednotek metrů).
V dalších letech šel pokrok polovodičových
laserů ruku v ruce s rychlým pokrokem polovodičových technologií.
Diody emitující světlo tak vlastně vznikly jako vedlejší produkt snahy o polovodičový laser. Zásadní přitom byl příspěvek Nicka
Holonyaka (obr. 5) a jeho spolupracovníků
v laboratořích GE, kteří nalezli technologii,
jež prokazovala, že lze vyrobit dostatečně
kvalitní směsný polovodič (čemuž předtím
mnozí vědci nevěřili). Konkrétně šlo o slitinu GaAs a fosfidu gallitého (GaP), tedy GaAs1–XPX (kde X je mezi 0 a 1), která umožnila
posunout emisi GaAs z infračervené oblasti ke kratším vlnovým délkám a vyrobit první ­diody a polovodičové lasery emitující viditelné červené světlo – to vše také ještě v roce
1962. Firma GE však krátce nato vývoj svítivých diod neprozíravě ukončila (i když už
nějakou dobu první svítivé diody a lasery
prodávala) a Holonyak se vrátil na Illinoiskou univerzitu. Jím vyvinutou technologii
uvedla do výroby jako první chemická firma Monsanto. Do této firmy pak přišel v r.
1967 první Holonyakův doktorand George
Craford, který zde o dva roky později učinil průlomový krok, když pomocí dopování
dusíkem vyrobil první žlutou LEDku. LEDky se začaly používat jako indikační světélka a známé sedmisegmentové alfanumerické
displeje např. pro první kalkulačky – tím se
zabývaly především firmy Hewlett-Packard
a Texas Instruments (obr. 6). Telekomunikační firma AT&T je zase využívala pro indikaci v telefonních ústřednách a pro osvětlení
tlačítek telefonů. V jejích Bellových laboratořích také vyvinuli technologii pro výrobu zeleně svítících LEDek z GaP s příměsí dusíku. Tak vznikly první tři typy slabě svítících
LED – s barvou červenou, žlutou a zelenou,
které se dlouho používaly téměř výhradně jako indikační světélka.
Zásadní zlepšení účinnosti LED přineslo
až využití heterostruktur, které navrhl v šedesátých letech Herbert Kroemer (spolu
s Ž. Alfjorovem se roku 2000 podělil o Nobelovu cenu za fyziku).4 V prodeji se ale objevily superjasné červené a infračervené LED
až v osmdesátých letech 20. století; zlepšení
účinnosti LED jiných barev a především vý-
roba kvalitní modré LEDky se dlouho nedařily. Přitom aplikační možnosti by byly obrovské – hlavně by se kombinací červených,
zelených a modrých diod daly udělat první
plnobarevné ploché displeje (tehdy existovaly pouze „tlusté“ klasické obrazovky). Proto
usilovalo o vývoj modré LED velké množství
laboratoří, včetně nejvýznamnějších elektronických firem. Až nakonec v polovině devadesátých let úkol fantasticky vyřešil dlouho
osamoceně pracující inženýr Šuji Nakamura
z maličké japonské firmy Nichia. A to je příběh, kterému stojí za to věnovat samostatnou
kapitolku. Podrobně byla tato historie popsána v knize amerického novináře B. Johnstona5 (o vývoji modré LED a laseru jsme již
krátce referovali v roce 19976).
Jak osamělý inženýr vyřešil problém modré
LEDky – příběh Šujiho Nakamury
Na úvod je třeba říci, že dlouho nebylo jasné,
jaký polovodičový materiál je nejvhodnější
jako základ pro modře emitující diody. Nakonec paradoxně zvítězil už první zkoušený
materiál – nitrid gallitý GaN, ale až téměř po
čtvrt století. Vývojem GaN krystalů se začali
v roce 1968 zabývat výzkumníci v RCA (Radio Corporation of America) v laboratořích
7. Zadní světlo
elektromobilu
Tesla – LED diody
otvírají nové
možnosti designérům
automobilů.
2) J. Valenta: Křemíkový laser
nebo laser na křemíku, Čs.
časopis pro fyziku 60, 308–315,
4–5/2010.
3) R. H. Rediker, IEEE J. Sel. Top.
in Quant. Electr. 6, 1355, 2000.
4) E. Hulicius a B. Velický:
Heterostruktury, které slouží
všem, Vesmír 82, 32, 2001/1.
5) B. Johnstone: Brilliant! Shuji
Nakamura and the Revolution in
Lighting Technology, Prometheus
Books, Amherst, NY 2007. Zde
je nutné poznamenat, že existují
různé pohledy na historii modré
LED. V některých pramenech,
zejména těch, které vycházejí
z oficiálních informací firmy
Nichia, je role Š. Nakamury velmi
potlačena (http://www.nichia.
co.jp/en/).
6) J. Valenta: Modrá záře nad
GaN, Vesmír 78, 309, 1997/6.
8. Na snímku Šuji
Nakamura a Nobuo
Ogawa, zakladatel
firmy Nichia v květnu
1995 (z knihy B.
Johnstone: Brilliant).
hν
hν
kovový kontakt
poloprůhledná
elektroda
p-typ GaN
GalnN
n-typ GaN
smáčecí
vrstvy GaN
substrát Al2O3
kovový kontakt
9. Schéma
struktury prvních
Nakamurových
superjasných
modrých LED
součástek s dvojitou
heterostrukturou
(podle S. Nakamura et
al. Appl. Phys. Lett. 64,
1687, 1994).
http://www.vesmir.cz | Vesmír 92, listopad 2013
615
luminofor
reflektor
čip GalnN
kontakty
lumidka s reflekt. 6 W cold
matná lumidka 10 W warm
čirá žárovka 40 W
lineární zářivka
120
spektrální hustota ozáření [mW/m2/nm]
epoxidový obal
(čočka)
100
UV
NIR
měřeno ve vzdálenosti 50 cm od zdroje
na kruhové ploše o průměru 1 cm
80
×2,5
60
×5
×5
40
20
0
400
500
600
700
800
vlnová délka [nm]
10. Vlevo: Struktura
bílé LEDky.
11. Vpravo: Spektrum
bílé lumidky se
„studeným“ a „teplým“
spektrem porovnané
se zářivkou a žárovkou.
Měření © J. Valenta.
12. Vývoj účinnosti
hlavních elektrických
světelných zdrojů
(podle Y. Narukawa
et al. J. Phys. D: Appl.
Phys. 43, 354002,
2010).
v Princetonu a paralelně také v Bellových laboratořích. Tento vývoj ovšem skončil po pěti letech neúspěšně, neboť se nepodařilo připravit GaN p-typu – vyrobené krystaly GaN
samovolně vykazovaly n-typové vlastnosti
(kvůli velké koncentraci určitých defektů)
a příměsí zinku se maximálně daly „zneutralizovat“. Pokusné diody s kovovým kontaktem měly nepatrnou účinnost − kolem 0,01 %.
Tak dostal GaN „nálepku“ neperspektivního
materiálu a nadále se mu věnovaly už jen malé
univerzitní týmy, které sice v dalších dvou desetiletích dosáhly určitého pokroku, ale už bez
zájmu velkých firem. Jejich favoritem se stal jiný polovodič – selenid zinečnatý ZnSe. Z něj
se sice podařilo po velkém úsilí vyrobit p-n
přechod, ale přetrvával jiný zásadní problém
– vznik defektů při průchodu proudu součástkou. Proto měly ZnSe diody kratičkou dobu života, řádově sekundy nebo minuty.
Ve hře byl ještě jeden materiál, a to karbid křemíku (SiC), na němž inženýr Henry
Round (spolupracovník Marconiho) poprvé
pozoroval elektroluminiscenci a již roku 1907
o tom publikoval zprávu. Slabé modré SiC
diody nějakou dobu vyráběly velké firmy jako Siemens a Sanyo, ale větší úspěch dosáhla až malá americká firma Cree, jež dala na
trh svoji modrou LED roku 1989 (tehdy měla
firma 20 zaměstnanců; později se přeoriento-
160
jka
120
ká
otla
í
sod
ok
vys
zářivka
80
ýbojka
rtuťová v
1938
1955
40
halogenová žárovka
1879
standardní žárovka
1996
0
1920
616
bílá LED
světelná účinnost [lm/W]
ýbo
áv
kov
1930
1940
1950
1960
1970
1980
Vesmír 92, listopad 2013 | http://www.vesmir.cz
1990
2000
2010
vala na vítězný materiál, tedy GaN, a stala se
jednou z největších firem v oboru).
Vraťme se však k Šujimu Nakamurovi (nar.
1954), pozdějšímu vítězi „honby za modrou
ledkou“. Po studiu elektroinženýrství na regionální univerzitě v Tukušimě (na ostrově Šikoku) nastoupil roku 1979 do nedaleké malé
firmy Nichia Chemicals (což byla soukromá
firma s asi 200 zaměstnanci, která vyráběla
kvalitní luminofory určené především pro
barevné obrazovky všech velkých výrobců).
Zde se stal Nakamura jediným pracovníkem
zvláštního vývojového oddělení, které mělo
připravit nové produkty mimo oblast luminoforů. Jeho prvním úkolem bylo zdokonalit
přípravu čistého gallia a poté vyvinout přípravu krystalů GaP a GaAs. Veškerou technologii musel Nakamura vymyslet a zkonstruovat sám, doslova na koleně. Kolem roku
1985 už firma produkovala významné množství těchto krystalů, ale kvůli rozsáhlé konkurenci byl odbyt malý, což něco vypovídá
o značně zanedbaném průzkumu trhu. Ale
bylo ještě hůře! Vedení vymyslelo, že by firma neměla dodávat výchozí materiály, ale
prodávat přímo LEDky. To znamenalo, že
Nakamura musel zvládnout techniku epitaxe
z kapalné fáze (depozice polovodičových vrstev na krystalickou podložku). I to se mu podařilo a v roce 1987 dokončil vývoj komerčně použitelných infračervených a červených
LED, přičemž musel sám obsáhnout vše od
vývoje součástek, přes technologii, testování až po kontrolu kvality. Nakonec nadřízení žádali, aby zajistil i prodej. Pustil se do toho, ale na přeplněném trhu se mu nepodařilo
najít dostatečný odbyt. To už zviklalo i tak
typicky poslušného japonského zaměstnance, jakým Nakamura nesporně byl, a tak se
chopil iniciativy.
Roku 1987 se rozhodl vyvinout něco extra,
co dosud na trhu chybělo – volba padla na
výkonnou modrou LEDku. Prezident a zakladatel Nichie (obr. 8) souhlasil, a to i potom, co Nakamura požadoval 2,4 milionu
USD, což představovalo asi 2 % ročního prodeje firmy; do roku 1990 stál Nakamurův výzkum Nichii asi 4 miliony USD. Dvě třetiny
peněz šly na pořízení MOCVD (metal-orga-
vech) a teprve 12. listopadu 1993 oznámila na
tiskové konferenci v Tokiu uvedení prvních
jasně modrých LED diod na trh. Pro velké
firmy z oboru to byl šok. Zničehonic se objevil inženýr z neznámé firmy „v zapadákově“ a pokořil je (12. listopad 1993 bychom tak
mohli pokládat za počátek revoluce v osvětlovací technice).
A to nebylo všechno. V příštích pěti letech
následoval jeden průlom za druhým a bohatí pronásledovatelé nedokázali náskok
Nichie stáhnout. V květnu 1994 Nakamura
demonstroval modré a modrozelené LEDky s dvojnásobnou účinností. V dalším ro-
14. Haitzův zákon,
který říká, že
maximální světelný
tok z jedné LED lampy
se zvýší 20krát za
deset let a zároveň
se za deset let 10krát
sníží cena za lumen.
Zobrazena jsou data
pro červené a bílé LED.
Haitzův zákon
104
103
102
13. Svítící
dopravní policisty
nepřehlédnete (Kjóto,
Japonsko 2013).
103
lm/lampa
USD/lm
102
101
101
bílé LED
1
1
červené LED
10–1
10–1
10–2
10–2
10–3
10–4
celkový světelný tok jedné lampy [lm]
104
cena za jeden lumen [USD/lm]
nic chemical vapour deposition) technologie
a třetina na roční pobyt v USA, kde se učil
s MOCVD pracovat na Floridské univerzitě
v Gainesville. Po návratu v březnu 1989 Nakamura sám sestavil svou MOCVD aparaturu objednanou v USA a především zvolil jako vhodný materiál pro svůj výzkum GaN,
jelikož nechtěl bojovat s hlavním proudem
výzkumu ZnSe.
Bojovat však musel s novým vedením firmy, které převzal zeť zakladatele (a slavného podnikatele). Ten Nakamurovi nepřál
a práci na modré diodě opakovaně zakazoval. Tehdy už se ale Nakamura rozhodl jít za
svým cílem bez ohledu na příkazy. Dokonce
začal tajně porušovat firemní pravidlo, že se
výsledky výzkumů nepřihlašují jako patenty
ani se nepublikují kvůli obavě z úniku know-how. Jeden z prvních podaných a udělených patentů byla speciální úprava reaktoru
­MOCVD, nakonec bylo patentů asi 190! Při
své usilovné práci vyřešil Nakamura sám několik klíčových problémů, zejména p-typové
dopování hořčíkem. Posledním krokem k superjasné modré LEDce byl vývoj dvojité heterostruktury – tvořené tenkou vrstvu InGaN
mezi p-typovým a n-typovým GaN (obr. 9).
Konečně na konci roku 1992 měl Šuji Nakamura jasnou modrou heterostrukturní GaN/
InGaN LED, která byla stokrát jasnější než
diody z SiC prodávané firmou Cree. Téměř
rok pak držela Nichia tuto informaci v tajnosti, aby připravila komerční výrobu (a Nakamura pracoval na dalších zásadních obje-
10–3
GaAsP
GaAs
1970
GaAsP : N
GaP
1980
GaAlAs
1990
GaAllnP
10–4
2000
2010
rok
http://www.vesmir.cz | Vesmír 92, listopad 2013
617
vnější baňka
(matná, difuzní)
baňka s luminoforem
LED čipy
(modře emitující)
reflexní vrstva
elektronická deska
tepelně vodivá vrstva
chladič
napájecí elektronika
tepelně vodivé
materiály
odvádějící teplo
od elektroniky
závit s kontakty
15. Na snímku vpravo
je struktura lumidky
napodobující vzhled
žárovky. V levé
části fotografie
lumidky nahrazující
podlouhlou zářivku.
ce uvedla Nichia na trh první jasné smaragdově zelené LEDky a v září 1995 představil
Nakamura první LEDky s kvantovými jámami (to jsou speciálně tenké heterostruktury,
v nichž se projevují zvláštní kvantové jevy),
opět několikrát účinnější. V témže roce vyvi-
Slovníček
fotometrické veličiny – jsou vztaženy k průběhu citlivosti lidského oka, kdežto
radiometrické veličiny popisují zářivou energii, takže např. svítivosti odpovídá veličina zářivost (W/sr), světelnému toku odpovídá zářivý tok.
kandela — symbol cd — jednotka svítivosti, patří mezi základní jednotky soustavy SI; světelný zdroj emitující monochromatické záření o frekvenci 540 × 10 12
Hz (= 555,155 nm, světlo zelené barvy), jehož zářivost (zářivá intenzita) v daném směru je 1/683 wattů na steradián, má svítivost 1 cd.
lumen — symbol lm — jednotka světelného toku; je definována pomocí kandely.
Je to světelný tok vyzařovaný do prostorového úhlu 1 steradiánu bodovým
zdrojem, jehož svítivost je ve všech směrech jedna kandela, tj. 1 lm = 1 cd × sr.
lux — symbol lx — jednotka osvětlení; 1 lx = 1 lm/m2, tj. 1 lumen na ploše 1 m2.
světelný tok — je fotometrická veličina vyjadřující schopnost zářivého toku způsobit zrakový vjem (tj. bere ohled na rozdílnou citlivost oka v různých částech světelného spektra). Světelný tok není totéž co zářivý tok (zářivý výkon).
svíčka — starší jednotka svítivosti, která byla později nahrazena jednotkou
candela (cd). Existovaly různé definice svíčky, které se vztahovaly k různé technické realizaci standardního zdroje (ten pak umožňoval určovat
svítivost jiných zdrojů, třeba žárovek, viz obr. 18), např. Hefner-Alteneckova svíčka (pojmenovaná podle Friedricha von Hefner-Altenecka, viz např.
Č. Strouhal a V. Novák: Optika, JČMF, Praha 1919, s. 28–29) V zásadě jsou
všechny standardní svíčky přibližně rovné 1 cd, což nám umožňuje vyznat
se ve starší literatuře.
svítivost — světelný tok na jednotkový prostorový úhel (jednotka candela = lumen na steradian sr, cd = lm/sr).
618
Vesmír 92, listopad 2013 | http://www.vesmir.cz
nula Nichia na základě Nakamurova nápadu
první bílé LEDky založené na pokrytí modré LEDky vrstvou luminoforu, což otevřelo
cestu k mnoha aplikacím v osvětlovací technice (jak popíšeme dále). V dubnu 1994 už
firma vyráběla milion modrých LEDek měsíčně. Postavila novou šestipatrovou továrnu
a najala stovky pracovníků. Z 640 pracovníků v roce 1994 vzrostla na 1300 v roce 1999
a produkovala 30 milionů diod měsíčně.
Myslíte, že si konečně vedení firmy začalo Nakamuru hýčkat jako svůj poklad? Nikoliv. Prezident společnosti nejenže neocenil
jeho ohromný přínos (dosažený v podstatě
přes výslovný zákaz, což se jistě dotklo jeho
ješitnosti), ale navíc odstavil Nakamuru od
dalšího rozvoje výroby LED tím, že založil
Centrum výzkumu nitridů, které mělo vyvíjet jiné součástky než emitující světlo, např.
vysokofrekvenční GaN tranzistory. Háček
byl v tom, že ačkoliv Nakamura s tímto směrem výzkumu nesouhlasil, byl jmenován manažerem a také jediným pracovníkem tohoto
centra. To ho přinutilo reálně uvažovat o odchodu, až nakonec v lednu 2000, po 20 letech u Nichie, skutečně odešel a přijal místo
profesora na Kalifornské univerzitě v Santa Barbaře v USA. Vedení Nichie se pokusilo přimět Nakamuru podepsat výměnou za
jisté odstupné „nekonkurenční dohodu“. To
by však pro něj znamenalo, že se zaváže nepracovat v oboru po dobu tří let. Nepodepsal... a také nic nedostal. Údajně vydělal za
poslední úspěšná léta v Nichii přibližně tolik jako jeho žena, učitelka v mateřské škole!
Při odletu do USA na letišti čekali reportéři alespoň pěti japonských televizí, neboť
se z něho stala celebrita. Nichia však rozpoutala několik právních bitev kvůli údajnému
zneužití svých patentů hlavními konkurenty
a zároveň obvinila Nakamuru z úniku know-how ve prospěch firmy Cree. Ten odpověděl protižalobou, že ho Nichia nedostatečně odměnila za jeho ekonomický přínos. Za
to, že umožnil prodeje produktů v hodnotě
asi 1,4 miliardy dolarů, požadoval kompenzaci asi 16,5 milionu USD. Navíc žádal 80 %
zisku z patentů, které byly podávány tajně
z jeho iniciativy a vlastně přes zákaz firmy.
Spory se táhly mnoho let a skončily Nakamurovým úspěchem. Přesněji řečeno, požadavky ohledně patentů byly zamítnuty, zatímco
kompenzace byla stanovena na 190 milionů
USD. Následovalo odvolání a smírčí dohoda na konečné sumě 8 milionů USD, což obě
strany považovaly za svůj úspěch (typicky japonský výsledek sporu). Tato soudní pře byla přelomová tím, že dokázala napříště pozměnit japonské zvyklosti ve vztahu firmy
a zaměstnanců.
Za své výzkumy získal Šuji Nakamura již
mnoho vysokých ocenění, například Medal
in Engineering Franklinova institutu, což je
považováno za americkou obdobu Nobelovy
ceny – a možná i ta jednou přijde. Co je však
na Nakamurově příběhu nejúžasnější? To,
jak dokázal, že i v dnešní době (kdy většinu
výzkumu provádějí velké týmy za velké peníze) může šikovný badatel s malým rozpoč-
tem uspět a vyřešit zásadní úkoly, pokud se
ovšem u něj propojí bohaté znalosti a zkušenosti s obrovskou pracovitostí a správně zvoleným cílem.
Nové možnosti a budoucnost
osvětlovací techniky
Všichni víme, že už se lidstvo bez umělého
světla neobejde. Je všude kolem nás a odhaduje se, že asi pětina až čtvrtina elektřiny je
spotřebována na osvětlování. A zde mohou
lumidky (v odborných kruzích se používá
anglická zkratka SSL – solid state lighting,
tedy „pevnolátkové osvětlování“) přinést
značné úspory nejen svou účinností, ale i zásadní změnou způsobu použití a ovládání
osvětlovacích zdrojů.
Už jsme zmínili, že bílou barvu je možné
realizovat kombinací tří diod – červené, zelené a modré (RGB), které můžeme vyladit
dle libosti na různý odstín. Existují už takové osvětlovací systémy, popřípadě i s dálkovým ovládáním, které umožňují nastavit libovolnou barvu či dokonce její postupné nebo
dynamické změny v čase. To dřívější osvětlovací zdroje neumožňovaly (před lampy snad
bylo jedině možné dávat různé barevné filtry nebo zabarvit jejich baňky). Ovšem RGB
LEDky jsou zbytečně komplikované a pro
běžné použití drahé, neboť např. při osvětlení pracovního stolu nepotřebujeme barevné
hrátky, ale kvalitní bílé osvětlení.
Proto je druhá možnost získání lumidky s přibližně bílým spektrem – kombinací modré LED a luminoforu – využívanější.
Modré světlo (nejčastěji kolem 450–470 nm)
je částečně pohlceno luminoforem a vyzářeno na delších vlnových délkách a částečně
prochází, takže výsledný vjem je kombinací spektra LEDky a luminoforu. Nepřekvapuje, že takovouto bílou LED navrhl Nakamura, když měl hotové kvalitní modré diody
a firma Nichia „měla na skladě“ spoustu luminoforů. Schéma typické bílé diody a její
spektrum je na obr. 10 a 11. Prášek luminoforu je obvykle „nasypán“ přímo na čip dio­
dy, i když se v poslední době objevují také
zdroje, které mají luminofor zabudován dále od primárních diod – třeba až na vnějším
obalu jako u zářivky. Žlutým luminoforem
v bílých LEDkách je nejčastěji yttrito-hlinitý
granát s příměsí iontů ceru (YAG : Ce). Pro
získání červeného světla je třeba přidat další luminofor, třeba s obsahem europia (Eu).
Je však nutno zdůraznit, že teple bílé diody
jsou z principu méně účinné než ty studené,
protože modré fotony ztrácejí při přeměně
na červené fotony asi třetinu své energie.
A jak jsou na tom LEDkové osvětlovací
zdroje s účinností v porovnání s ostatními
zdroji? Jsou nejlepší! Účinnost světelných
zdrojů se nejčastěji uvádí v lumenech na watt
[lm/W], kde lumen je jednotka světelného
toku, která bere v úvahu spektrum citlivosti lidského oka, a watt je jednotka výkonu,
v tomto případě příkonu součástky – součinu proudu a napětí. Na obr. 12 vidíme vývoj světelné účinnosti hlavních používaných
zdrojů světla. Nejhůře je na tom žárovka,
která se sotva blíží k 20 lm/W. Halogenka
je asi o polovinu lepší, zato zářivka s luminoforem může dosáhnout až 100 lm/W. Vysokotlaké sodíkové výbojky používané v pouličním osvětlení jdou sice až na 150 lm/W, ale
jsou velké, mají komplikovaný elektrický obvod a pomalu startují, takže se nedají používat v menších aplikacích, třeba v domácnosti.
LEDky jsou tedy nejúčinnější, ale prozatím relativně drahé. Avšak s novými výrobci
a růstem produkce cena klesá a je naděje, že
tomu tak bude i nadále. Obecně se věří, že
zafunguje „kouzlo“ polovodičové technologie, které tak úžasně funguje ve vývoji integrovaných obvodů. Zde existuje slavný Moorův zákon o zvyšování hustoty integrovaných
obvodů v čase, vyslovený v roce 1965 a platící prakticky dodnes.7 Pro vývoj LEDek byl
navržen podobný „zákon“, který se nazývá Haitzův (podle R. Haitze z firmy Agilent
z roku 2000). Ten říká: „Za deset let vzroste světelný výkon diod asi dvacetkrát a přitom skoro desetkrát klesne cena za jeden lumen“ (viz obr. 14). Taková předpověď vlévá
příznivcům LED osvětlení optimismus do
žil. Navíc je tento vývoj aktivně podporován
vládami některých zemí, například Japonska
nebo Číny, které se potýkají s nedostatkem
elektřiny. Evropa se snaží povzbudit odbyt
šetrnějších osvětlovacích zdrojů postupným
16. LED diody uvnitř
sprchové hlavice jsou
poháněny proudem
vody a barvou indikují
teplotu, vodními
paprsky se pak
jejich světlo šíří jako
světlovodem.
7) J. Valenta: Integrovaný obvod
– základní kámen informační
revoluce, Vesmír 82, 24, 2001/1.
http://www.vesmir.cz | Vesmír 92, listopad 2013
619
Čeněk Strouhal
Ani žárovky
se neprosazovaly snadno
(Citace z Mosaiky – populárního komentá­
ře k vývoji vědy a techniky, který psal pro­
fesor Čeněk Strouhal pro Přílohu Časopisu
pro pěstování mathematiky a fysiky (vy­
dávaného Jednotou českých mathematiků
a fysiků). Všechny ročníky tohoto časopisu
(i dalších) lze volně číst na stránkách digi­
tální matematické knihovny dml.cz).
Opět nová žárovka elektrická! wolfra­
mová! Při napětí 75 voltů a síle proudo­
vé 0.4 ampère t. j. při pracovním effektu
30 voltampère čili 30 wattů má prý svíti­
vost 30 svíček [viz slovníček na s. 618]. To
by znamenalo za jednu svíčku pouze jeden
watt! Co tomu říkáte? že nic? To je vidět,
že nemáte akcie ani společnosti Siemenso­
vy, ani Auerovy! Já ostatně také ne. Ale
kdybychom jich měli, nejlépe hodně mno­
ho, pak bychom onu zprávu nepřijali s ta­
kou lhostejností. Neboť to znamená: nová
konkurrence! [...] Nu, pro nás konsumenty
by neškodilo, kdyby elektrické světlo se sta­
lo lacinějším! Je to přece jen světlo nejlep­
ší! A při velké spotřebě vydá i malá úspora
v těch wattech za každý rok velmi mnoho!
(ČPMF, r. XXXV, 1906, Mosaika, s. 293–294)
Ve výrobě elektrických lampiček žárových
lze pozorovati zajímavý konkurrenční zápas,
který konsumentům může býti zcela vhod.
Po mnohá desetiletí, od let sedmdesátých
minulého století počínajíc, opanovala žárov­
ka Edisonova úplně pole. Jak víte, jest to žá­
rovka uhlíková. Ale počátkem našeho stole­
tí postavily některé podnikavé firmy němec­
ké proti ní žárovky kovové. Firma Siemens
a Halske vyrábí na př. žárovky tantalové,
firma Auer z Welsbachu osmiové, a j. S po­
čátku zdálo se, že tyto nové lampičky oněm
uhlíkovým mnoho neublíží; byly drahé. Ale
v nejnovější době cena zmírněna velmi znač­
ně, tak že vítězství v boji konkurrenčním se
již začíná kloniti na jejich stranu. Právě čtu
v posledním čísle časopisu Helios ze dne
14. března t. r., že firma Siemens a Halske
cenu 16tisvičkové lampičky tantalové sníži­
la z 2.50 mark na 2 marky, což činí 2.40 K.
Uhlíková lampička 16tisvíčková se u nás pro­
dává za 0.60 K. Řeknete však, kdo že by dal
za lampičku tantalovou 2.40 K, když tutéž
lampičku uhlíkovou obdržím za 0.60 K, tedy
za čtvrtinu! Ale věc má ještě jinou stránku.
Lampička sama nesvítí; teprve, když jí pro­
chází proud. Práce proudem v každé sekun­
dě vykonaná proměňuje se právě v teplo
a světlo. Tato práce není zadarmo, musíme ji
zaplatiti. [...] Lampičky uhlíkové vyžadují na
jednu svíčku 3½ Watt, jsou, jak zkrátka pra­
víme, 3½-wattové, naproti tomu tantalové
vyžaduji na jednu svíčku jen 1½ Watt, jsou
tedy 1½-wattové. Pro 16 svíček to činí při
uhlíkové 56 Watt, při tantalové jen 24 Watt.
Svítíme-li hodinu, spotřebuje lampička uhlí­
ková 56 Watthodin, tantalová 24 Watthodin
elektrické práce. V praxi se počítá v jednotce
zákazem žárovek, což není příliš taktické, neboť zákazy
vzbuzují averzi u zákazníků. EU ovšem není jediný zastánce tohoto přístupu, už dříve s tím začala Austrálie
a později i USA.
Ještě se však podívejme na jednu důležitou stránku
osvětlovací revoluce týkající se způsobu použití LED
světel. Konstrukce lumidek musí vycházet z několika
důležitých faktů:
1. LED pracují s nízkým stejnosměrným napětím (minimální napětí je mezi 3 a 1,5 V, klesající od modře k červeně svítící LED);
2. jednotlivé LED jsou velmi malé (několik mm i s obalem) a poskytují omezený (ale dobře koncentrovaný)
světelný výkon;
3. dají se rychle zapínat a vypínat i libovolně tlumit,
a přitom mají dlouhou životnost. Mnohé z těchto vlastností jsou jedinečné a umožňují zcela nové typy použití.
Například možnost pracovat se stejnosměrným napětím (a nízká spotřeba) umožňuje vytvářet osvětlovací systémy tvořené solárním článkem, akumulátorem
a LED světlem, které jsou zcela nezávislé na rozvodné
síti střídavého napětí. Takové systémy se mohou uplatnit třeba u pouličního osvětlení, ke kterému nebude třeba vést dráty, ale zejména v místech, kde vůbec elektrická rozvodná síť neexistuje. To se týká hlavně chudé části
světa – uvádí se, že 1,3 miliardy lidí nemá přístup k elek-
620
Vesmír 92, listopad 2013 | http://www.vesmir.cz
17. Vlevo žárovka obyčejná (uhlíková), někdy
zvaná „edisonka“, vpravo žárovka tantalová
(110 V, 16 svíček) vyráběná firmou Siemens
& Halske. Zdroj: Světem práce a vynálezů,
díl 1., Nakl. Jos. Vilímek, Praha, datum ne­
uvedeno, pravděpodobně okolo r. 1912.
1000kráte větší, na kilowatthodiny. Dle tari­
fu elektrárny Pražské účtuje se kilowattho­
dina v době večerní za 60 haléřů. Ono svíce­
ní po dobu hodiny by tedy stálo u lampičky
uhlíkové 56 × 60 / 1000 = 3.36 haléře, u lam­
pičky tantalové 24 × 60 / 1000 = 1.44 haléře.
Udává se, že lampičky žárové vydrží až 800
hodin, někdy i více. Počítejme jen 500 ho­
din. Za tuto dobu zaplatili bychom u lampič­
ky uhlíkové 500 × 3.36 h = 16.80 K, u tanta­
lové 500 × 1.44 h = 7.20 K. Rozdíl činí 9.60 K.
Ale tím je větší cena lampičky tantalové,
o 1.80 K, více než pětkráte kryta! Pozoruje­
te již, v čem je jádro celého konkurrenčního
boje. [...] Nejnovější číslo elektrotechnické­
ho časopisu Berlínského ze dne 18. března
přináší zprávu, že také akciová společnost
trické síti. Zde lumidky efektivně nahrazují petrolejky
a přispívají ke zvyšování vzdělanosti a životní úrovně
(viz např. nadace Light Up the World – Osvětlete svět,
www.lutw.org).
Malá velikost LEDek může být ale také někdy nevýhodou. Když chceme nahradit žárovku nebo zářivku, musíme zkombinovat více jednotlivých LEDek do vhodného obalu a přidat nějaké ty obvody (obr. 15). To vše
pochopitelně zvyšuje cenu. Navíc každá LEDka přece
jen trochu „topí“ – část dodané energie přemění v teplo,
a když jich je natěsnaných více vedle sebe, musí se řešit
i jejich efektivní chlazení. Velké zahřátí nedělá LEDkám
a luminoforům dobře. Není ovšem nutné omezovat se
na LED světla, která budou imitovat tvarem staré žárovky – to má smysl, jen pokud chceme zachovat původní
svítidlo s příslušným závitem (retro-fit). LEDky naopak
umožňují distribuovat světlo na všechna místa, kde je
potřeba, vytvářet svítící pásy ap. To ovšem musí uživatelé i designéři změnit mnoho pevně zakořeněných zvyklostí.
Jednoduchost spínání a změny intenzity světla umožňují vybavit LED osvětlení „chytrou“ elektronikou k naprogramování, snadnému dálkovému ovládání, popř. k hlídání optimálního zapínání a vypínání. Například už existuje
pouliční osvětlení, které sleduje pohyb chodce či automobilu a zapíná (nebo zesiluje) světlo v jeho okolí. Také lze si-
Augsburská pro výrobu žárových lampiček
wolframových snížila u 16svíčkové lampič­
ky cenu na 2 marky, což jest 2.40 K. U té­
to se dokonce udává, že jest jen 1.1-watto­
vá, tak že režie by byla ještě lacinější než při
tantalové. Bude-li na žárovky jednou uvale­
na daň – v té příčině se již také u nás praelu­
duje – bude asi stejnou pro laciné uhlíkové
jako pro dražší kovové. Nyní je poměr ceny
2.40 : 0.60 = 4, pak bude (2.40 + x) : (0.60 + x),
­znamená-li x poplatek; kdyby činil, jak se
v Německu proponuje, asi 60 haléřů, byl by
poměr 3.00 : 1.20 = 2.50, což je opět pro lam­
pičku kovovou výhodnější. [...] Bude zajíma­
vo sledovati, jak se věc dále rozvine.
(ČPMF, r. XXXVIII, 1909, s. 517–519)
Podniky elektrické vedou boj s plynárenský­
mi. Byla doba, kdy se zdálo, že boj ten vyhrají
elektrárny. Ale vynálezem Auerova světla od­
pověděly plynárny útokem, před nímž elek­
trárny na nějakou dobu musily ustoupiti. Ny­
ní zase elektrárny přešly k offensivě. V onom
článku se vykládá, jak je to možno. Světlo
elektrické bylo dosud drahé. Jeho přednos­
ti jsou nepopíratelné, uznávají se všeobecně,
ale co naplat, pro drahotu nestalo se světlo
elektrické populárním. Nyní, kdy žárovky ko­
vové začínají nabývati převahy co do úspor­
nosti nad uhlíkovými, nastává situace nová;
světlo elektrické je vlastně laciné, ale jeho za­
řízení stojí mnoho. Režie je laciná, ale instal­
lace drahá, neboť nové žárovky jsou proti
starším 4-kráte dražší. U těchto starých žá­
rovek uhlíkových tomu bylo naopak. V před­
ním německém časopisu elektrotechnickém,
který v Berlíně nákladem elektrotechnického
spolku vychází, byla nedávno vedena diskus­
se o tom, jak popularisovati světlo elektric­
ké. [...] Diskusse byla velmi živá, návrhů se
sešlo celá řada. Zajímavo jest některé z těch­
to návrhů uvésti; mají také pro naše pomě­
ry význam. Elektrické podniky nechť prý in­
stallaci elektrickou v bytech neb závodech
obchodních, bankovních a pod. opatří vlast­
ním nákladem; za to by konsument buď pla­
til v prvních letech elektrickou práci dle tari­
fu vyššího, anebo by se zaručil za určité roč­
ní minimum konsumu, anebo by splácel roční
výlohy installační po částkách dle úmluvy. Ji­
ná možnost by byla, že by konsument si platil
installaci sám; za to by mu podniky elektrické
vše potřebné, lampy, lustry, vypínače prou­
dové a pod. prodaly za cenu výrobní, ane­
bo by mu koncedovaly v prvních letech laci­
nější sazbu. To byly asi hlavní návrhy; vedle
těch jiné, na př. aby se hodně agitovalo pro
elektrické osvětlení atd. Mně by se zdálo, že
obtíž vězí jinde. Ve velkých městech – a o ta
se jedná – jsou obyvatelé převahou v nájmu;
avšak nájemník nerad investuje peníze do ci­
zího domu, v němž ani neví, jak dlouho pobu­
de. Měl by tedy installaci opatřiti domácí pán,
při čemž by elektrárny mu poskytly všechny
možné výhody při nákupu potřebných věci.
Za to by domácí pán zvýšil nájemné. Zvýše­
ní by musilo býti přiměřené, t. j. ne vyšší, než
aby výlohy se během jistého počtu let amorti­
sovaly. Pak by nájemník na mírné zvýšení ná­
jemného dojista přistoupil. V nových domech
se vskutku tak postupuje; ve starých, kde bý­
vá plyn zaveden, se nerado osvětlování vymě­
ňuje. Celkem však lze říci, že novými žárovka­
mi kovovými elektrárny získávají půdy.
(ČPMF, r. XXXIX, 1910, s. 356–357)
18. Fotometrická laboratoř „Strouhalova“ nového Fysikálního ústavu na Karlově kolem roku
1910. Zajímavá je kombinace plynových (Auerových) lamp (většinou ve dvojici na plynovém
potrubí) a elektrických žárovek (rozsvícené). Na optické lavici je Lummerův-Brodhunův fotometr, vlevo od něj Hefner-Alteneckova normální svíčka a vpravo měřená žárovka. Snímek
Archiv MFF UK.
mulovat proměny přirozeného osvětlení, jako
je východ slunce, což ovlivňuje cirkadiánní rytmus organismu, a umisťovat světla tam, kde to
dříve nebylo myslitelné (viz obr. 1, 4, 7, 13 a 16).
Závěr
Tento článek neměl být tryznou za žárovku.
Autoři se domnívají, že každý druh osvětle-
ní má své specifické (někdy velmi okrajové)
použití a své (nostalgické) kouzlo a právo na
existenci. Shora přicházející omezení a zákazy jsou proto nešťastné, ale nenechte se jimi
znechutit. Pokusili jsme se ukázat, že lumidky mají zajímavou historii a zářivou budoucnost, která bude těžit z „vítězných“ strategií
polovodičové technologie.8
Ö
8) Některé části tohoto textu
jsou převzaty a upraveny
z připravované knihy I. Pelanta
a J. Valenty: Luminiscence doma,
v přírodě a v laboratoři.
inzerce
JAZYKOVÉ POBYTY V ZAHRANIČÍ
investovat se vyplatí
do vzdělání
pro děti, mládež, dospělé i manažery
pro začátečníky i pokročilé
I swear
öre
Ich sw
ure
Je j
www.jazykovepobyty.cz
http://www.vesmir.cz | Vesmír 92, listopad 2013
621
fyzika
Výzkum technologie
jaderné fúze
Slavomír
Entler
622
Obecně známé obnovitelné zdroje, vodní,
sluneční, větrná a geotermální energie, jsou
při současné technologické úrovni omezené
a nejsou zdaleka schopné naplnit energetické
potřeby lidstva. Proto musí být hledány ekologické a udržitelné energetické zdroje, které
mohou být současné energetice skutečnou alternativou. Takovým zdrojem je pouze fúze
lehkých atomových jader.
Fúzní energie splňuje všechny požadavky
kladené na udržitelný energetický zdroj. Ve
světových oceánech se nachází okolo 35 milionů tun základního fúzního paliva – deuteria. Druhá, dočasná složka paliva tritium
se v přírodě nevyskytuje, lze ji ale získat z jiného lehkého prvku – lithia. Celosvětové
Vesmír 92, listopad 2013 | http://www.vesmir.cz
zásoby lithia jsou přibližně 10 milionů tun.
Přitom fúzní elektrárna o elektrickém výkonu 1 GW spotřebuje přibližně 2 kg paliva za
den. Pro srovnání: uhelná tepelná elektrárna
v Počeradech o výkonu 1 GW spálí každý den
20 000 tun uhlí.
Celosvětová roční spotřeba energie činí
přibližně 5 × 1020 J. Pokud by se měla tato spotřeba kompletně pokrýt fúzní energií, stačilo
by jen 11 600 tun fúzního paliva na celý rok
pro celý svět. Zásoby paliva pro fúzní reakce
Ing. Slavomír Entler (*1963) se jako pracovník výzkumu a vývoje
v Centru výzkumu Řež věnuje návrhu a výstavbě experimentálního
zařízení pro testování komponent fúzního reaktoru vysokým tepelným tokem.
1 1 1. Na protější straně: Řez reaktorem ITER. Zelenou
barvou je znázorněna část první stěny reaktoru, která
obklopuje plazma, oranžovou barvou tzv. divertor,
čisticí plazma, modrou toroidální magnetické cívky.
Uprostřed je znázorněn centrální solenoid pro
generování elektrického proudu v plazmatu. (Převza­
to z www.iter.org)
díky tomu vystačí na stovky let a po přechodu na čistě deuteriové palivo miliony let.
Fúzní energie přitom nepoškozuje životní
prostředí a plně vyhovuje koncepci trvale
udržitelného energetického rozvoje. Po fúzní
reakci nezůstává žádné vyhořelé palivo, produktem fúzní reakce je minimální množství
neškodného helia. Nekontrolované uvolňování energie je vyloučené. Fúzní reaktor bude při provozu průběžně obsahovat pouhých
několik desítek gramů paliva, které v případě jakékoliv závady nepředstavuje žádné nebezpečí.
Výzkum získání energie z fúzní reakce je
však vysoce nákladný a mohou jej financovat
pouze velké státy nebo skupiny států. Projekt
Mezinárodního termojaderného experimentálního reaktoru ITER bude mít podle odhadů celkové náklady přes 10 miliard eur. Za
tuto cenu ITER poskytne údaje pro výstavbu
demonstrační fúzní elektrárny DEMO.
Projekt ITER
Projekt ITER (International Thermonuclear
Experimental Reactor) vznikl v roce 1985 dohodou Evropské unie, USA, tehdejšího SSSR
a Japonska (viz též Jan Mlynář, Vesmír 85,
356, 2006/6). Řada dalších zemí se do projektu zapojila prostřednictvím těchto signatářů
dohody. V letech 2003 až 2005 se k projektu připojily také Čína, Korea a Indie. Důležitost projektu ITER dokládá skutečnost, že se
na něm v současnosti podílejí země zastupující více než polovinu celého lidstva.
Technicky ITER vychází ze zkušeností získaných při provozu experimentálních tokamaků, především trojice největších: evropského JET (Joint European Torus), amerického
TFTR (Tokamak Fusion Test Reactor) a japonského JT-60 (Japan Torus), které potvrdily uskutečnitelnost energetického využití
fúzní reakce. Nejúspěšnější v tomto smyslu
byl evropský reaktor JET, který dosáhl generování fúzní energie ve výši 65 % ze spotřebovávané energie. Ačkoliv tak ještě nebyl
4. Vlevo dole: Podíl jednotlivých států na projektu ITER. Celkové náklady na kon­
strukci tokamaku ITER se odhadují na 13 až 15 miliard eur.
5. Vpravo dole: Aktivní sonda TW3 se vzorkem první stěny reaktoru ITER. Sní­
mek © CV Řež.
RF
Indie
USA
2. Nahoře: Experimentální zařízení Beryllium Sample Thermal Facility – BESTH.
Snímek © CV Řež.
3. Uprostřed: Komora zařízení BESTH. Snímek © CV Řež.
EU
Čína
Jižní
Korea
Japonsko
http://www.vesmir.cz | Vesmír 92, listopad 2013
623
6. Výstavba reaktoru ITER ve francouzském Cadarache (převzato z www.iter.
org, únor 2013).
dosažen stav, při kterém reaktor vyrobí tolik energie, kolik spotřebuje (tzv. ­breakeven),
nebylo zjištěno žádné principiální omezení, které by využití fúzní energie mělo bránit. Prokázat energetickou využitelnost fúze
je hlavním cílem reaktoru ITER, který je navržen pro produkci 400 MW fúzního výkonu
při vlastní spotřebě 40 MW.
7. Komponenty reaktoru ITER v kontaktu s plazmatem – první stěna s beryliovou
povrchovou vrstvou a chladičem ze slitiny mědi CuCrZr a divertor, určený pro
čištění plazmatu, s wolframovou povrchovou vrstvou (převzato z www.iter.org).
plazmová
komora
první
stěna
stěna
vakuové
nádoby
beryliová
povrchová
vrstva
CuCrZr
chladič
nerezová
ocel
terče
divertoru
624
Vesmír 92, listopad 2013 | http://www.vesmir.cz
44 portů
pro ohřev
plazmatu,
diagnostiku,
manipulační
systémy
a vakuové
systémy
divertor
Reaktor ITER je založen na nejúspěšnějším fúzním technickém konceptu „tokamak“
(тороидальная кaмера с мaгнитными катушками – toroidální komora s magnetickými cívkami) s magnetickým udržením
plazmatu. Tokamaky mají plazmovou komoru umístěnou na jádru transformátoru a pro
spoutání plazmatu a jeho primární ohřev používají elektromagnetickou indukci. Magnetické pole udržující plazma vytvářejí společně indukovaný elektrický proud v plazmatu
a magnetické cívky okolo vakuové komory
(podrobněji viz např. M. Řípa, Jak tokamak
a stelarátor soutěžily, Vesmír 86, 583, 2007/9).
Reaktor ITER bude 29 m vysoký, bude mít
tvar válce o průměru 28 m a jeho váha bude 23 000 tun. Fúzní reakce bude probíhat
v toroidální plazmové komoře o velkém poloměru 6,2 m a malém poloměru 2 m. Supravodivé magnety udržující plazma budou
chlazeny na teplotu –269 oC a budou vytvářet magnetické pole o síle 5,3 Tesla.
Stavební práce na projektu ITER byly zahájeny v roce 2011. Začátek kompletace reaktoru je naplánován na rok 2015. Spouštění reaktoru bude zahájeno v roce 2020 a plného
výkonu by měl dosáhnout v roce 2027.
Výzkum fúzní technologie v ČR
V České republice byl výzkum jaderné fúze
zahájen v roce 1959 v Ústavu vakuové elektroniky ČSAV, později přejmenovaném na
Ústav fyziky plazmatu ČSAV (ÚFP). Výzkum technologie jaderné fúze byl zahájen
v roce 1987 v Ústavu jaderného výzkumu
(ÚJV) v Řeži, který se stal účastníkem programu ITER, podobně jako ÚFP prostřednictvím spolupráce se SSSR, v roce 1989. Přístupová jednání k projektu ITER zahájila
v Moskvě v prosinci roku 1988 delegace složená ze zástupců ÚJV, ÚFP a EÚ SAV.
V rámci úkolu Fyzikální vlastnosti a modely uzlů termojaderného reaktoru byly využity
dlouholeté zkušenosti ÚJV v oblasti technologie tekutých kovů z programu rychlých
reaktorů pro modelování chlazení fúzního
reaktoru slitinou Li-Pb, byla sestavena experimentální aparatura pro výrobu této slitiny
a postaven experimentální model chlazení
reaktoru.
Po vstupu ČR do EU byla navázána přímá
vědecko-technická spolupráce na programu
ITER v rámci EU a prostřednictvím asociace
EURATOM – IPP.CR se ÚJV od roku 1999
zapojil do realizace technologických úkolů
evropské agentury EFDA (European Fusion
Development Agreement). Práce se soustředily na problematiku chlazení reaktoru a testování materiálů první stěny reaktoru.
Postupně byla v ÚJV a nové dceřiné společnosti Centrum výzkumu Řež pro výzkum
fúzní technologie postavena a ­zprovozněna
experimentální zařízení MELILOO, ­BESTH
a TW3. Smyčka MELILOO byla vyvinuta pro testování funkčnosti komponent
v prostředí slitiny Li-Pb a pro výzkum metod čištění tohoto média. Bylo dosaženo významného úspěchu při vývoji tzv. studené
pasti, která čištění slitiny Li-Pb umožňuje.
Zařízení BESTH umožnilo testování cyklického namáhání vzorků materiálů první
stěny ITER při tepelném toku 0,6 MW/m2
30 000 teplotními cykly. Se sondou TW3
byly provedeny aktivní testy vzorků materiálů první stěny ITER v jaderném reaktoru
­LVR-15 při tepelném toku 0,5 MW/m2 17 000
teplotními cykly a radiačním ozáření 0,6 dpa.
(Pozn. red.: dpa je zkratkou za „displacement
per atom“ a používá se jako jednotka pro míru radiačního poškození nezávisle na ozařovacím spektru; znamená průměrný počet
posunů atomů pod vlivem srážek s částicemi
při ozařování.) Dosažený vysoký počet teplotních cyklů byl velkým úspěchem, oceňovaným na mezinárodním poli. Na zařízení
byly testovány vzorky první stěny různých
výrobců z Evropské unie, USA, Ruské federace, Číny a Jižní Koreje.
Projekt SUSEN
Výzkum technologie energetického využití
fúzní energie v ČR je v současnosti soustředěn v Centru výzkumu Řež. V roce 2011 byl
Evropskou komisí schválen projekt Centra
výzkumu Řež Udržitelná energetika ­SUSEN
(Sustainable Energy). Hlavním cílem projektu SUSEN je vybudování experimentální základny velkého dvouregionálního centra výzkumu v oblasti dlouhodobě udržitelné
energetiky. V Řeži a v Plzni právě vznikají nová pracoviště zaměřená na klíčové segmenty jaderné energetiky včetně fúzních
technologií.
Součástí pracovišť budou unikátní experimentální zařízení pro cyklické namáhání modulů první stěny a vnitroreaktorových
komponent fúzního reaktoru vysokým tepelným tokem, zařízení pro ověření a vývoj postupů dálkové manipulace s moduly blanketu fúzního rektoru nebo generátor 14 MeV
neutronů pro výzkum interakcí fúzních neu­
tronů s konstrukčními materiály. Také budou k dispozici experimentální okruhy pro
výzkum chlazení komponent reaktoru vodou, superkritickou vodou nebo vysokoteplotním heliem. Zprovoznění těchto zařízení
je plánováno na rok 2015.
Výzkumná centra SUSEN se budou podílet
na výzkumu, vývoji a testování komponent
a technologií reaktoru ITER. Byla navázána
úzká spolupráce s evropskými agenturami
F4E (Fusion For Energy) a EFDA (European
Fusion Development Agreement), které v Evropské unii koordinují výzkum jaderné fúze,
a se zahraničními výzkumnými centry, která zajistí maximální zapojení budované výzkumné infrastruktury do řešení aktuálních
technologických problémů fúze, souvisejících s reaktorem ITER a s prvním energetickým fúzním reaktorem DEMO.
Budoucnost výzkumu
Souběžně s výstavbou reaktoru ITER je připravován další projekt – fúzní energetický
reaktor DEMO. Projekt DEMO (Demonstration Fusion Power Plant) zahrnuje vybudování plnohodnotné elektrárny s fúzním reaktorem o tepelném výkonu 4 GW.
Zahájení stavebních prací projektu ­DEMO
je naplánováno na rok 2030 a připojení elektrárny do elektrické sítě na rok 2047. Návaznost termínů projektů ITER a DEMO je
vedena snahou o bezprostřední implementaci poznatků z projektu ITER do projektu
­DEMO. Projekt DEMO bude řešit technologii fúzní energie a začlenění fúzní energie do
energetiky. Nejdůležitějším úkolem projektu
DEMO bude vývoj, testování a standardizace technologického řešení vhodného pro následnou průmyslovou výstavbu fúzních elektráren.
Zvýšený výkon reaktoru DEMO s sebou
přinese významně vyšší nároky na použité
materiály a bude nutné zajistit produkci tritia v blanketu reaktoru a jeho zpracování na
palivo. Od současných elektráren se technologie elektrárny DEMO možná bude také odlišovat pulzním provozem energetického zdroje. Existuje řada návrhů, jak pulzní
režim reaktoru potlačit, avšak žádný z nich
nebyl doposud ověřen. Program fúzní elektrárny otevírá pro technologický výzkum
a vývoj rozsáhlé možnosti s mnohonásobnou
návratností ve formě levného a prakticky nevyčerpatelného zdroje energie.
Abstract: Fusion energy is
capable of satisfying the growing
energy consumption of human
society in the future. The key
research facilities on the road to
the fusion energy utilization are
the International Thermonuclear
Experimental Reactor ITER and
the Demonstration Fusion Power
Plant DEMO. The Czech Republic
is actively participating in these
projects. There are rising two
experimental scientific centers
in the frame of the project
Sustainable Energy SUSEN,
that are focused on research of
nuclear energy including fusion
technology.
Cestovní mapa k elektřině z fúze
V listopadu loňského roku vydala Evropská
agentura pro výzkum jaderné fúze EFDA
zlomový dokument s názvem Fusion electri­
city, A roadmap to the realisation of fusion en­
ergy, který stanovuje plán, jak v nejbližší
budoucnosti dosáhnout energetického využití jaderné fúze. Klíčovými projekty plánu
jsou experimentální reaktor ITER a demonstrační fúzní elektrárna DEMO. Plán, který
je zkráceně nazýván Fusion Roadmap, předpokládá dosažení výroby elektřiny z fúzního
zdroje do roku 2050.
Ö
Související
odkazy:
www.iter.org
www.efda.org
fusionforenergy.euro­
pa.eu
www.cvrez.cz
www.susen2020.cz
www.ujv.cz
www.ipp.cas.cz
fttf.fjfi.cvut.cz
2050 elektřina
z fúze
2030 DEMO
výstavba
2020 ITER
spuštění
8. Cesta k jaderné
fúzi. (Horizon 2020
je program EU pro
financování výzkumu
a inovací.)
K dalšímu čtení
F. Romanelli, Fusion Electricity, A roadmap to the reali­
zation of fusion energy, EFDA, 2012.
M. Řípa, J. Mlynář, V. Weinzettl, F. Žáček, Řízená
termojaderná syntéza pro každého, ÚFP 2011.
G. McCracken, P. Stott, Fúze – energie vesmíru, Mladá fronta, 2006.
V. Šulc, S. Entler, K problematice blanketu termojaderného reaktoru, Nukleon č. 4/1989.
http://www.vesmir.cz | Vesmír 92, listopad 2013
625
Novinky
Více info na www.academia.cz nebo na facebooku: http://www.facebook.com/nakladatelstvi.academia
Kurzy na experimentálním
jaderném reaktoru
Napadlo vás někdy, jaké je to pracovat
s jaderným reaktorem? Chtěli byste si zkusit
pracovat s unikátním výzkumným zařízením?
Centrum výzkumu Řež pořádá týdenní kurzy
reaktorové fyziky, v rámci kterých si účastníci
mohou pod odborným vedením vyzkoušet různé
typy experimentů, měření a výpočtů. Současně
jsou jim poskytovány nezbytné teoretické znalosti
z fyziky, o konstrukci měřicích aparatur apod.
Kurzy jsou vhodné pro studenty oborů,
které využívají výsledky nebo produkty reaktorové
fyziky, pro pracovníky v oblasti jaderného
výzkumu, regulačních orgánů a průmyslu. Přihlásit
se však mohou také ostatní zájemci o jadernou
fyziku a energetiku.
Zájemci si mohou vybrat ze tří úrovní:
kurzy základní, speciální a kurzy „šité na míru“.
Díky modulárnímu systému je možné sestavit si
kurz prakticky dle vlastních požadavků.
Pro další informace kontaktujte manažera
kurzů na e-mailu [email protected] nebo
navštivte webové stránky společnosti Centrum
výzkumu Řež.
www.cvrez.cz
představujeme projekty
Marie Sajfrtová
Helena Sovová
Pomůže stlačený oxid uhličitý
v boji proti škodlivému hmyzu?
Botanický insekticid – nový trend v ochraně rostlin
Časté používání syntetických insekticidů
v zemědělství vede k vytváření rezistent­ních
populací hmyzu, ohrožuje ostatní orga­ni­smy,
a navíc jejich zbytková množství v potravním
řetězci mohou být ne­
bezpečná lidskému
zdraví.
Některé rostliny se přitom hmyzím škůdcům samy brání tím, že produkují látky, které
jsou pro hmyz jedovaté nebo ho jako repelenty
odpuzují či působí proti jejich požeru. Mohou
také ovlivňovat jeho hormonální aktivitu a potlačovat růst a vývoj juvenilních stadií. Na tom
je založen nový trend v ochraně rostlin botanickými insekticidy, což jsou výtažky z rostlin bohatých na tyto ochranné látky. Ty eliminují problémy se syntetickými insekticidy na
minimum, jsou většinou pro savce neškodné
a snadno se v přírodě rozkládají.
Takové přípravky vyrábí již několik firem
v Evropě (Trifolio-M v Německu; Agromed ve
Španělsku a další). Přestože jsou technologické postupy ještě v počátcích (rostlinný materiál je především mimoevropského původu
a vzhledem k variabilitě obsahu účinných látek v rostlině je problematická standardizace přípravků) a ceny výrobků jsou vyšší než
u syntetických insekticidů, botanické insekticidy se dnes už používají v systémech biologického zemědělství, v ochraně skladovaných
potravin a u malospotřebitelů. Celosvětová
poptávka po nich ročně narůstá o 6 až 10 %.
Výzkum se zaměřuje na hledání nových rostlinných zdrojů a technologií zlevňujících výrobu a zvyšujících účinnost a standardizaci
těchto přípravků.
Pro hmyz jedovaté, rychle působící
látky jsou většinou součástí silic neboli
éterických (esenciálních) olejů. Ty se už
po staletí z rostlin získávají jednoduchou
a levnou metodou, destilací vodní párou. Naproti tomu účinné netěkavé látky
s dlouhodobějšími účinky je nutno z rostliny extrahovat, tj. rozpustit je ve vhodné
tekutině, obvykle v organickém rozpouštědle. Při obou těchto metodách může
dojít k částečné degradaci účinných látek, ať už působením vysokých teplot při
destilaci, nebo při odpařování rozpouštědla z extraktu; navíc při práci se zdraví
škodlivými těkavými rozpouštědly dochází k jejich úniku do životního prostředí.
Vhodnou alternativou těchto postupů je
superkritická extrakce oxidem uhličitým,
který je netoxický, nehořlavý, nevýbušný,
lehce dostupný v požadované čistotě a ve
srovnání s organickými rozpouštědly šetrný k životnímu prostředí.
Oproti konvenčním extrakčním metodám má superkritická extrakce řadu výhod. Jednou z nich je aplikace nízkých
teplot, což umožňuje i zpracování tepelně labilních látek. Superkritická extrakce
patří mezi zelené technologie, nemá negativní vliv na životní prostředí, rozpouštědlo je netoxické a je z extraktu snadno odstranitelné. Její další výhodou je možnost
regulace rozpouštěcí síly pomocí tlaku
a teploty, což usnadňuje standardizaci extraktu. Oproti tradičním metodám je navíc časově a energeticky méně náročná.
Suchý rostlinný materiál po extrakci může být ještě využit k dalším účelům.
V Indii byla už koncem 20. století patentována superkritická extrakce azadirachtinu, jednoho z nejúčinnějších rostlinných insekticidů, ze semen stromu nimba
(Azadirachta indica). Výtažek s vysokou
koncentrací azadirachtinu se takto úspěšně vyrábí a exportuje.
V Ústavu chemických procesů AV ČR, v.
v. i., jsme se při výzkumu superkritické extrakce botanických insekticidů zaměřili na
výtažky z rostlin mírného pásma. Projekt
2B06049 s názvem Optimalizace superkritické extrakce pro maximální výtěžnost biologicky aktivních látek z rostlin podporovaný
Ministerstvem školství, mládeže a tělovýchovy jsme řešili v letech 2006 až 2011
společně s Výzkumným ústavem rostlinné výroby, v. v. i., kde byly účinky výtažků testovány na hmyzu, a s firmou AGRA
Group, a. s., která vyvíjela pěstební postupy pro zvýšení obsahu účinných látek
v rostlinách během jejich pěstování. Z více než dvaceti výchozích druhů rostlin byly mnohočetným testováním (testováním
účinků různými metodami připravených
výtažků na různé druhy hmyzu v různých
stadiích vývoje) vybrány nejperspektivnější rostliny pro podrobný výzkum. Dalším cílem bylo najít optimální podmínky
SFE pro dosažení vysoké insekticidní aktivity extraktů. Díky snadné regulaci
rozpouštěcí síly superkritického CO2 pomocí tlaku, teploty a složení rozpouštědla
byly připraveny různé typy extraktů, které
se lišily jak složením, tak i insekticidními
účinky. Kromě publikací o dílčích výsledcích výzkumu byly vypracovány užitné
vzory a podány patentové přihlášky na dva
přípravky proti hmyzu na bázi výtažků
ze saturejky zahradní (Satureja hortensis)
a routy vonné (Ruta graveolens).
V tomto výzkumu pokračujeme od roku
2011 projektem TA01010578 (Výzkum
a vývoj nových produktů pro komplexní ochranu rostlin založených na využití
přírodních látek získaných pomocí superkritické extrakce a hydrodestilace), podporovaném Technologickou agenturou
ČR, na kterém spolupracuje Ústav chemických procesů AV ČR, v. v. i., s firmou
Matoušek CZ, a. s., a Výzkumným ústavem rostlinné výroby, v. v. i. Tento projekt
je zaměřen na testování insekticidních
a fungicidních účinků výtažků získaných
superkritickou extrakcí a hydrodestilací rostlin dovezených z Jižní Afriky, které jsou díky vlivu subtropického podnebí
bohaté na silice a další bioaktivní látky.
Výtažky získané superkritickou extrakcí
vykazují často vyšší biologickou aktivitu
než výtažky získané klasickými separačními metodami, především díky práci při
nízké teplotě.
I když botanické insekticidy zatím nacházejí uplatnění jen při ochraně rostlin
na malých plochách, jako jsou zahrádky
nebo skleníky, vzhledem k jejich přednostem při ochraně životního prostředí lze
očekávat, že zájem o ně poroste. Metoda
extrakce oxidem uhličitým najde uplatnění především tam, kde hlavní účinné
rostlinné látky jsou netěkavé a rozpustné
v tucích.
Ö
separátor
extraktor
CO2
rostlinná
surovina
snížení tlaku
extrakt
zvýšení tlaku
výměník tepla
Princip superkritické
extrakce (SFE). Při
superkritické extrakci je
stlačený CO2 veden do
extraktoru se surovinou,
kde rozpouští účinné látky.
Většina extrakcí probíhá při
vysokých tlacích 100 až 300
bar a teplotách 40 až 50 °C.
Izolace extraktu je velice
jednoduchá, pouze snížením
tlaku v separátoru, kde se
sbírá vysrážený extrakt,
zatímco odtékající plynný
CO2 se znovu stlačuje a vrací
se do extraktoru.
http://www.vesmir.cz | Vesmír 92, listopad 2013
627
představujeme
projekty
Terénní řízené experimenty
– cesta k poznání reálných reakcí rostlin na účinky prostředí
Mirka Šprtová
Michal V. Marek
1. První generace
komor s otevřeným
vrchem (OTC)
na Bílém Kříži
využívaných v první
polovině devadesátých
let minulého století
k dlouhodobé kultivaci
jedinců smrku ve
zvýšené koncentraci
oxidu uhličitého (CO2).
628
Jednou z podstatných badatelských činností Centra výzkumu globální změny AV ČR, v.
v. i., (dále jen CVGZ) je výzkum v oblasti fyziologie a ekofyziologie rostlin. Ekofyziologie
rostlin se zde, tehdy ještě pod hlavičkou Ústavu ekologie krajiny, výrazněji začala rozvíjet
na počátku devadesátých let minulého století.
V této době, po společenských změnách, zde
byla snaha o zapojení do evropské výzkumné spolupráce. Idea byla taková, že se tehdejší
Oddělení ekologické fyziologie lesních dřevin
bude věnovat hlavně vlivu imisí na lesní ekosystémy, protože problém odumírání lesů vlivem imisního poškození byl v České republice ještě v osmdesátých letech vysoce aktuální.
To souviselo hlavně s provozováním experi-
Vesmír 92, listopad 2013 | http://www.vesmir.cz
mentálního ekologického pracoviště na Bílém Kříži v Moravskoslezských Beskydech
nedaleko ostravské průmyslové aglomerace.
Ukázalo se ale, že svět a Evropa je v oblasti
ekofyziologie stresu už někde jinde. Díky zavádění nových, k životnímu prostředí šetrnějších technologií a celkovému útlumu těžkého
průmyslu již imisní zatížení nebylo tak významným faktorem. Tím se ukázala být, mimo jiné faktory, vzrůstající koncentrace oxidu
uhličitého (CO2 ) v atmosféře.
Proto se začátkem devadesátých let napříč
Evropou zformovala pracovní skupina sdružená v projektu ECOCRAFT (European
Collaboration On CO2 Response Applied to
Forest and Trees) zaměřená na výzkum vlivu
zvýšené koncentrace CO2 a částečně i teploty na fyziologické procesy dřevin, které souvisejí se schopností lesů vázat vzdušný uhlík a s jejich budoucím vývojem s ohledem
na předpokládanou rychlost nárůstu atmosférické koncentrace CO2. Jelikož se jednalo
o projekt opírající se o velké množství experimentálních dat, znamenalo to vybudovat potřebné experimentální zařízení na kultivaci
stromů ve zvýšené koncentraci CO2. Technické řešení kultivačních komor se na jednotlivých pracovištích lišilo. Nejčastěji byly využívány klastry komor s otevřeným vrchem
(OTC – „open top chambers“), využívané
dříve právě pro experimenty s imisemi. V komorách byly pěstovány jednotlivé stromy nebo skupinky stromů. Mimo komory, které
umožňovaly sledovat jen účinek jednoho faktoru, tj. koncentrace CO2, existovaly i komory umožňující také sledování účinků jiných
faktorů, např. teploty. Objevila se ale i jiná
zařízení než komory s otevřeným vrchem,
jako například větvové vaky tzv. branch bag,
které umožňovaly dodávání většího množství CO2 a vytvoření specifického mikroklimatu pouze vybraným větvím stromů, nebo
systémy microcosm simulující miniekosystémy
– na úrovni sazenic stromů. Všechny typy použitých kultivačních zařízení byly technicky
řešeny s ohledem na zmírnění komorového
efektu, ke kterému dochází při uzavření rostliny do jakéhokoliv experimentálního zařízení. Tento problém z velké míry řeší nucená
ventilace zabezpečující dostatečně rychlou
výměnu celého vnitřního objemu vzduchu.
Proto je u všech těchto experimentálních zařízení nezbytný dokonalý kontrolní systém,
který kontinuálně poskytuje údaje o stavu
vnitřního prostředí komor.
Oddělení ekologické fyziologie lesních
dřevin se vydalo cestou konstrukce osmi
vlastních komor s otevřeným vrchem (čtyři
s normální koncentrací CO2 a čtyři se zvýšenou koncentrací CO2), jejichž konstrukce
byla výsledkem optimalizačních procedur
odrážejících konkrétní situaci na pracovišti
Bílý Kříž. Výsledné řešení muselo splňovat
následné podmínky či omezení:
l minimalizovat náhlé vpády větru do vnitřního prostoru komor,
l snížit redukci vertikálních srážek a minimalizovat změny v radiační bilanci jedinců
uzavřených v komorách oproti situaci vně
(Janouš et al. 1996).
Komory měly tehdy podobu komolého kuželu s kolektorem dešťových srážek ve tvaru
nálevky. Konstrukci tvořil kovový skelet
pokrytý plastovou fólií s částečným UV
filtrem. Nucenou ventilaci s ohledem na minimalizaci komorového efektu a negativních
účinků na evaporaci zajišťovaly ventilátory.
Další vývojovou etapu kultivačních zařízení, která CVGZ pro simulaci zvýšené koncentrace CO2 dosud využívá, představují lamelové minisféry řazené mezi tzv. semi-face
systémy. Ve světě existují i systémy volné
atmosféry v porostu obohacené o CO2, tzv.
­FACE – „Free Atmosphere Carbon dioxide
Elevated system“, které jsou založeny na soustavě trysek umístěných v kruhu kolem porostu polních plodin nebo dřevin (Allen et
al. 1992). Trysky dodávají do atmosféry CO2,
který se volnou difuzí a turbulentním pohybem míchá a splývá s mikroatmosférou porostu. Tento systém plně odstraňuje komorový efekt, ale vysokou spotřebou CO2 je
extrémně finančně náročný.
Lamelové minisféry na Bílém Kříži lze považovat za evropský unikát mezi experimentálními zařízeními pro simulaci a sledování
dlouhodobých účinků zvýšené koncentrace
CO2 v atmosféře. Hlavním cílem konstrukce minisfér je zajištění dvojnásobné koncentrace CO2 v růstovém prostoru dřevin při
současné minimalizaci jejích vlivů na další
růstové podmínky, zejména teplotu, vlhkost,
ozářenost sluneční radiací a výměnu vzduchu na povrchu jehlic/listů. To je zabezpečováno pomocí klimatizačního zařízení a dále
systémem otočných lamel, které tvoří povrch
minisfér. Natočení lamel je závislé na směru
a rychlosti větru. Úniku zvýšené koncentrace CO2 zamezuje přivírání lamelových oken
z návětrné strany.
CO2 se skladuje v kapalné formě v zásobníku. Odtud je pomocí výparníku (kombinace vzdušného a elektrického výparníku)
převáděn na plynnou formu a rozvodným
potrubím injektován přímo k ventilátorům.
Klimatizační systém jedné minisféry je tvořen čtyřmi ventilátory o objemovém průtoku
vzduchu 1,2 m3 · s–1 a při maximálním výkonu
ventilátorů lze veškerý vzduch v růstovém
prostoru minisféry, který činí 243 m3, vyměnit asi za 1 minutu (Urban et al. 2001).
V roce 2010 byla díky evropským strukturálním fondům, konkrétně Operačnímu programu Výzkum a vývoj pro inovace, zaháje-
na výstavba Centra excelence CzechGlobe.
Projekt na podporu výzkumné infrastruktury mimo jiné umožnil vybudovat nový systém 24 komor s otevřeným vrchem a fytotronový sál pro studium složitých interakcí
faktorů globální změny klimatu na úrovni
rostliny a raných fází ekosystému.
Pro potřeby vícefaktorových polních experimentů a z důvodu zajištění minimálního
počtu tří replikací bylo vybudováno celkem
24 mobilních komor s otevřeným vrchem.
V rámci těchto polních experimentů budou
studovány zejména dlouhodobé vlivy na základní fyziologické parametry rostlin (fotosyntéza, respirace, transpirace, fenologie,
růstová analýza).
Nový systém otevřených komor umožňuje fumigaci zvýšenou koncentrací CO2, popřípadě i jiných plynů jako ozon či oxidy
dusíku, dále regulaci dopadajících srážek,
regulaci teploty pomocí nucené ventilace
a odstínění UV radiace u části komor, což
je zajištěno volbou použitého konstrukčního materiálu. Komory s otevřeným vrchem
jsou konstruovány jako šestiúhelník, stěny
jsou tvořeny jednotlivými rámy a střecha
je sedlová. Kromě hřebenu, štítu a spodní
strany je střecha tvořena otočnými lamelami, což umožňuje regulaci srážek. Celá konstrukce zohledňuje nároky na maximální
prostup světla.
Komory jsou ventilovány pomocí dvou
perforovaných prstenců po vnitřním obvodu. Ventilace zajišťuje výměnu celého objemu vzduchu v komoře minimálně jednou
za 2 minuty. Potrubí pro ventilaci je rovněž
opatřeno vstupem pro injektáž CO2. Regulace koncentrace CO2 je zajišťována pomocí kontinuálního infračerveného analyzátoru ­CO2/H2O, sady 24 ks přepínacích ventilů
a rozvodů plynu z odběrových míst. Analyzátor zajišťuje korekce měření koncentrace CO2
2. Lamelové minisféry
na experimentálním
ekologickém pracovišti
Bílý Kříž – zařízení pro
simulaci a sledování
dlouhodobých účinků
zvýšené koncentrace
CO2 v atmosféře na
úrovni ekosystému
(lesního porostu).
Prof. RNDr. Ing. Michal
V. Marek, DrSc., (*1954)
absolvoval Lesnickou fakultu
VŠZ v Brně a biofyziku na
PřF UK v Praze. Je ředitelem
Centra výzkumu globální
změny AV ČR, vedoucím
projektu CzechGlobe
a přednáší fyziologii
rostlin na LF Mendelovy
univerzity v Brně. Zabývá
se ekofyziologií rostlin
v kontextu globální změny.
Mgr. Mirka Šprtová, Ph.D.,
(*1970) je absolventkou
oboru biofyzika na PřF UP
v Olomouci. V CVGZ AV ČR
se zabývá fotosyntézou
a ekofyziologií rostlin
v kontextu globální změny.
Centrum výzkumu globální změny AV ČR, v. v. i.,
Bělidla 986/4a, 603 00 Brno
http://www.vesmir.cz | Vesmír 92, listopad 2013
629
3. Nová generace plně
automatizovaných
komor s otevřeným
vrchem v Domanínku
u Bystřice nad
Pernštejnem
zajišťující simulační
experimenty s různou
kombinací faktorů
vnějšího prostředí
(zvýšená koncentrace
CO2, ozon, zvýšená
teplota, vlhkost půdy,
minerální výživa,
různá úroveň UV
radiace atd.).
v reálném čase na teplotu, tlak a koncentraci
H2O. Injektáž CO2 řeší přímo ovládané elektromagnetické ventily.
Kromě výše popsaných polních experimentálních zařízení od letošního roku disponuje CVGZ také systémem laboratorních růstových komor, tvořících fytotronový
klastr. Systém růstových komor umožňu­
je pěstování rostlin v řízených teplotních,
světelných a vlhkostních podmínkách včetně
řízení koncentrace plynů.
Klastr tvoří celkem 11 komor, z nichž 4 komory slouží pro účely ekofyziologických experimentů, při kterých rostliny musí být
pěstovány při definovaných a řízených podmínkách. Řízenými parametry jsou intenzita
radiace, teplota a relativní vlhkost vzduchu
a řízení komory je plně programovatelné.
K dalšímu čtení
Allen L. H., Drake B. G., Rogers H. H., Shinn J. H.: Field techniques for exposure of plants and ecosystems to elevated CO2 and other trace gases. Crit. Rev.
In Plant Scien. 11, 85–119, 1992.
Janouš D., Dvořák V., Opluštilová M., Kalina J.: Chamber effects and response of trees in the experiment using open top chambers. J. Plant Physiol. 148,
332–338, 1996.
Urban O., Janouš D., Pokorný R., Marková I., Pavelka M., Fojtík Z., Šprtová M.,
Kalina J., Marek M. V.: Glass domes with adjustable windows: A novel technique for exposing juvenile forest stands to elevated CO2 concentration. Photosynthetica 39, 395–401, 2001/3.
Dalších šest růstových komor je určeno
rovněž pro ekofyziologické experimenty za
řízených podmínek prostředí. Tyto růstové
komory umožňují v rámci vnitřního prostoru regulaci podmínek prostředí včetně intenzity a spektrálního složení radiace (v spektrálních pásmech R, G, B, IR a UV), regulaci
plynného složení vnitřní atmosféry, teploty
a relativní vlhkosti vzduchu. Součástí těchto
růstových komor je modul analýzy výměny
plynů pro stanovení aktuální rychlosti asimilace CO2 stejně jako modul pro detekci fluorescenčních parametrů.
Klastr růstových komor doplňuje růstová
komora menších rozměrů, sloužící ke kultivaci menších rostlin v přesně definovaných
klimatických podmínkách (s důrazem na
intenzitu a spektrální složení radiace). Tato komora je vybavena modulem pro regulaci plynného složení atmosféry a modulem
pro regulaci spektrálního složení dopadající fotosynteticky aktivní radiace (v spektrálních pásmech R, G, B, IR). Maximální intenzitu fotosynteticky aktivní radiace PAR
na vzdálenost 50 cm lze nastavit na 2000
µmol · m–2 · s–1, lze jí programově časovat, modulovat a simulovat denní cykly.
Řízené experimenty a pro tyto účely konstruovaná speciální zařízení jsou cestou, jak
propojit klasické sledování fyziologie rostlin
v kontrolovaných podmínkách s výzkumy
rea­lizovanými v reálných podmínkách. Zaplňují tedy mezeru mezi šetřeními v terénu, tj.
sledování vybraných procesů v reálných rostlinných porostech v měnícím se prostředí,
a v přísně definovaných laboratorních experimentech. Velmi vhodná je kombinace všech
postupů, kdy kontrolované experimenty přinášejí informace o individuálních vazbách
mezi fyziologickým procesem a vybraným
faktorem prostředí, řízené experimenty přenášejí sledování těchto relací do reálného
prostředí a polní experimenty sledují tyto reakce rostlin „v šumu“ konkrétního vnějšího
prostředí. Tak je možné skutečně „vystopovat“ klíčové reakce rostlin na komplexní působení jejich prostředí.
Ö
Vegetační
analýzy
ARCDATA PRAHA, s. r. o., je firma plně specializovaná na technologie a služby v oblasti geografických
informačních systémů. Poskytuje kompletní nabídku softwaru a služeb včetně dat dálkového
průzkumu Země. Bližší informace: tel.: 224 190 511, e-mail: [email protected] nebo internet: www.
arcdata.cz.
630
Vesmír 92, listopad 2013 | http://www.vesmir.cz
Vegetační analýza – na prvním snímku je obraz v pravých barvách, na druhém
index Agricultural Stress (nejvíce stresované oblasti jsou červeně až žlutě),
na třetím je Forest Health (nejzdravější oblasti jsou červeně).
inzerce
K zemědělské a lesnické práci neodmyslitelně patří i úkoly, jako je určování zdraví rostlin či zjišťování rozsahu zamoření škůdci. Ty jsou tradičně řešeny především rozsáhlou prací v terénu, ale lze je řešit také analýzou leteckých nebo družicových snímků.
S nástroji ENVI je ze snímků možné určit množství suché a odumřelé vegetace, poměr využití světla rostlinami, stanovit obsah vody v rostlinách nebo určit
zastoupení listových pigmentů. Z takovýchto dat se dají vytvářet mapy biofyzikálních vlastností, jako je vegetační kryt, index listové plochy či produktivita
a množství celkové biomasy. I bez terénních šetření tak lze efektivně analyzovat
zemědělské a lesní plochy, což šetří nejen čas, ale také náklady.
Spolehlivě ...
Další novinka:
Eppendorf Reference® 2
... s novým dávkovačem Eppendorf Multipette® M4: jednoduše, bez námahy, ergonomicky.
S Multipette M4 bude pipetování
velkých sérií vzorků rychlejší a snazší:
z jednoho naplnění zásobníku Combitip
můžete vydat až 100 dávek.
Bez ohledu na to, zda pracujete s vodnými roztoky, viskózními kapalinami
nebo s těkavými látkami bude dávkování
vždy přesné.
> Ovládání s vynaložením minimální
síly a pouze jednou rukou (včetně
odhazovače)
> Počítadlo dávek
> Dávky volitelné v rozpětí 1 µl – 10 ml
(můžete vydat až 100 dávek)
www.eppendorf.com/m4
Eppendorf®, the Eppendorf logo, Multipette® M4, Eppendorf Combitips®, Combitips®, Combitips advanced® and Eppendorf Reference®
are registered trademarks of Eppendorf AG. All rights reserved, including graphics and pictures. Copyright © 2013 by Eppendorf AG.
paleoekologie
Petr Pokorný
Všechno je jinak
„Centrální paradigma“ kvartérní paleoekologie v troskách?
Princip Occamovy břitvy, ve vědě mnohokrát osvědčený, velí přiklonit se
k takovým modelům a hypotézám, které operují s co nejmenším množstvím
neodůvodněných předpokladů. To ovšem nutně neznamená, že nejjednodušší modely jsou zrovna ty nejsprávnější. Skutečnost je mnohdy složitá,
netriviální a těžko zbadatelná. Časem se může stát, že se neodůvodněné
předpoklady promění v prokázaná fakta, a ta nakonec donutí badatele
k přijetí mnohem komplikovanějších představ. V některých případech může mít takové poznání krajní důsledky a může způsobit zhroucení převládajících paradigmat. Právě teď se zdá, že jedno takové paradigma dospívá
ke svému konci. A není to zrovna paradigma okrajové.
Po dobu delší než 100 let, zhruba od objevu
vícenásobně se opakujících ledových a meziledových dob (viz Vesmír 89, 164, 2010/3;
89, 242, 2010/3), převládá při výkladu historických kořenů současné přírody mírného
klimatického pásma následující představa:
V dobách ledových narůstaly v polárních oblastech ledovcové příkrovy, které zatlačovaly veškeré, pochopitelně zejména teplomilné
organismy do nižších zeměpisných šířek. Ně-
632
Vesmír 92, listopad 2013 | http://www.vesmir.cz
které to ani nemusely přežít, protože narazily na neprostupné klimatické či geografické
bariéry (horská pásma, moře, pouště ap.). Ty
přeživší se po oteplení a odlednění šířily směrem k pólům a znovu obsadily nově uvolněné
prostory. Něco jako přílivové a odlivové vlny
přírody v rytmu dlouhodobých klimatických
změn. Prizmatem této představy se daly celkem uspokojivě vysvětlit zákonitosti současného rozšíření organismů. Naprostá většina
fosilních nálezů tuto představu potvrzovala. Pokud se některá konkrétní pozorování
jejímu rámci vymykala, vždy se to elegantně
svedlo na nedokonalosti příslušných fosilních záznamů. Nikomu se nechtělo jen tak
obětovat příjemně jednoduchý, nutně však
schematický výklad historie. Současná exploze poznání čtvrtohorního období ruku v ruce s fylogeografickými analýzami moderních
vzorků DNA i vzorků starých (aDNA – ancient DNA) ale přinesla doslova smršť různých
1 1 1. Zbytky lesa na dně vytěženého rašeliniště u Stocho­
va ve středních Čechách. Pařezy a kmeny jsou převáž­
ně borové. Mezi nimi se ale našlo i několik smrkových.
Jsou staré 10 000 let, což znamená, že pocházejí z úpl­
ného začátku doby poledové (holocénu). Jsou dokla­
dem rychlé kolonizace ze vzdálených refugií? Nebo
snad důkazem lokálního přežívání v rámci chladných
úseků posledního glaciálu? Snímek © P. Pokorný.
nepohodlných nesrovnalostí s výše uvedeným
výkladem. Zdánlivě neochvějné paradigma se
tak nenápadně, zato nezadržitelně přesunulo
do role pouhé nulové hypotézy.* Na jejím pozadí se teprve začíná rozvíjet nepoměrně složitější a zajisté i zajímavější historie.
Polétavý pyl a kontroverzní makrozbytky
Hlavním zdrojem poznání biologických
aspek­
tů čtvrtohorního prostředí bývala
od doby svého vzniku a bouřlivého rozvoje (dvacátá léta 20. století) metoda pylové
analýzy. Pylová zrna se dobře zachovávají
v různých situacích a jejich analýza je ze statistického hlediska poměrně robustní technikou, protože poskytuje rozsáhlé soubory dat
(v jediném krychlovém centimetru vhodného sedimentu nalezneme řádově desítky tisíc pylových zrn). Na druhou stranu se této
metodě tradičně vytýkají její nejasné výpovědi ve vztahu k vzácným druhům a k možnostem paleogeografické rekonstrukce. Jedinci, kteří produkují málo pylu (hmyzosprašní,
z nějakého důvodu zrovna nekvetoucí, nebo prostě ti s nízkou populační početností),
jsou na pozadí jedinců vysoce produktivních
těžko zachytitelní. Pyl navíc může létat na
velkou vzdálenost. Jestliže nalezneme v nějakém vzorku z vrcholné doby ledové pár pylových zrn teplomilných rostlin, jako že se
to pravidelně stávalo a stává, je jistě namístě
považovat jejich nález za možný výsledek vě0°
10°
A
20°
30°
40°
trného transportu ze vzdálených jižněji položených oblastí. Nebo ještě hůře – za zbytky vyváté či spláchnuté ze starších uloženin
vzniklých v předcházejících, klimaticky teplejších obdobích. V prvním případě za jakýsi
šum v pozadí, v druhém a horším případě za
vyslovenou nástrahu uchystanou sedimentačními procesy.
Nepoměrně lepší situace je naštěstí u makrozbytků – což je zavedený termín pro zbytky
rostlin pouhým okem viditelné, od drobných
semínek, listů, jehlic až po celé kmeny stromů.
V jejich případě je dálkový transport mnohem
méně pravděpodobný a redepozici ze starších
uloženin můžeme vyloučit jejich přímým datováním (případy z poslední ledové doby, o které nám jde především díky přímému vztahu
k současnosti, jež nás pochopitelně nejvíc zajímá, naštěstí leží v dosahu radiokarbonového
datování). K záhadným vrcholně glaciálním
nálezům makrozbytků teplomilných rostlin
daleko na severu sice v minulosti pravidelně docházelo, málokdo jim však věnoval pozornost, kterou by právem zasluhovaly. Právě
kvůli nadvládě převládajícího paradigmatu,
do kterého se jaksi nehodily.
Teprve nedávno všechny takové nálezy,
konkrétně ze širokého prostoru severní Eurasie, shromáždila mezinárodní skupina badatelů a podrobila je kritickému zhodnocení.
Důležité bylo zejména jejich spolehlivé časové zařazení. Článek vyšel v roce 2009 v časopise Quaternary Science Reviews (viz seznam
literatury; tamtéž pro všechny další citované
zdroje). Databáze obsahuje desítky případů,
kdy byly nalezeny vrcholně glaciální makro­
zbytky borovice, stromových bříz, stromových olší, modřínů, smrků a vrb daleko na
severu, mnohdy přímo při samém okraji tehdejších kontinentálních ledovců. Z rozsáhlé
50°
B
*
65°
65°
60°
60°
55°
55°
50°
50°
ve
c
45–40
9,5
S
kan
á
din
vs
ký
le
do
12
6
32–2
16
18–
0
22–2
22–20
ský
A lp
l edo v e c
1000 kilometrů
*) Tj. hypotéza, o které sice
věříme, že platí, ale přesto se
těšíme na možné výjimky, které
takříkajíc potvrzují pravidlo.
2. Paleogeografická
rekonstrukce Evropy
na vrcholu poslední
ledové doby. Barevně
je naznačen rozsah
ledovců v jednotlivých
obdobích. Symbol
* představuje nově
objevené refugium
s fosilním záznamem.
Na sousedním
obrázku je graficky
znázorněn výsledek
fylogeografické
analýzy současné
populace
smrku. Modrý
haplotyp pochází
pravděpodobně
z vrcholně glaciálních
refugií na nunatacích.
Šipky naznačují
postup postglaciální
kolonizace
dominantním
haplotypem
východoevropského
(eventuálně
západosibiřského)
původu. Zelenou
barvou je vyznačen
současný areál smrku.
Zdroj: Parduci a kol.,
2012.
http://www.vesmir.cz | Vesmír 92, listopad 2013
633
3. Teplé a vlhké
horské kotliny
Západních Karpat.
Místa, kde bychom
měli hledat vrcholně
glaciální „kapsy“, ve
kterých přežívala
teplomilná příroda
interglaciálního typu.
Snímek © P. Pokorný.
revize jasně vyplývá, že představu o přežívání alespoň některých teplomilných druhů
v prostoru jejich dnešního rozšíření je nutno
vzít za bernou minci. Řečeno jinými slovy:
Prostor jejich dnešního rozšíření mohl být
kolonizován z místních zdrojů, a tudíž nebyly nezbytně nutné dálkové migrace sledující
formou frontálního útoku postup postgla­
ciál­ního oteplování. Ne že by k nim nedocházelo, ale jsou zkrátka i jiné možnosti a celá záležitost se tím značně komplikuje.
Smrky, medvědi a nunataky
V Alpách už poměrně dlouho straší podivné
nálezy kostí jeskynních medvědů datované do
vrcholného glaciálu. Pocházejí z vysoko položených jeskyní, což v místních podmínkách
K dalšímu čtení
Binney H. A. a kol.: The distribution of late-Quaternary woody taxa in northern
Eurasia: evidence from a new macrofossil database. Quaternary Science Re­
views 28, 2445–2464, 2009.
Döppes D., Rabeder G., Stiller M.: Was the Middle Würmian in the High Alps
warmer than today? Quaternary International 245, 193–200, 2011.
Jankovská V., Pokorný P.: Forest vegetation of the last full-glacial period in the
Western Carpathians (Slovakia and Czech Republic). Preslia 80, 307–324,
2008.
Ložek V.: Zrcadlo minulosti. Česká a slovenská krajina v kvartéru. Kapitola 7. Slovenský kras – glaciální refugium na okraji Karpat. Dokořán, Praha 2007.
Parduci L. a kol.: Glacial Survival of Boreal Trees in Northern Scandinavia.
Science 335, 1083–1086, 2012.
Petr L., Žáčková P., Grygar T. M., Píšková A., Křížek M., Treml V.: Šúr, a former
late-glacial and Holocene lake at the westernmost margin of the Carpathians.
Preslia 85, 239–263, 2013.
Willis K. J., van Andel T. H.: Trees or no trees? The environments of central
and eastern Europe during the Last Glaciation. Quaternary Science Reviews 23,
2369–2387, 2004.
634
Vesmír 92, listopad 2013 | http://www.vesmir.cz
znamená jediné: Tito velcí býložravci přežívali dobu ledovou na izolovaných vrcholcích nezaledněných horských hřebenů – na obdobě
nunataků (slovo pochází z jazyka Inuitů a znamená cosi jako osamělý vrchol či skalní štít).
Ba co víc! Dole v údolích se plazily mohutné
ledovce, zatímco prostředí výše položených
nunataků muselo být vysloveně produktivní a velice bohaté na zdroje – přímo nečekaně příjemné. Rozhodně příhodnější, než je to
současné, protože inkriminované jeskyně leží
v nehostinném subalpínském pásmu, které je
dnes prosté jakéhokoliv bujnějšího života. Důvodem nejspíš byla průběžná dostupnost vlhkosti z tajících ledovců v jinak suchém, zato
však teplém a velice slunečném glaciálním létě.
V časopise Science zcela nedávno vyšel článek, který teorii nunataků posouvá do ještě
extrémnější polohy. Na pobřeží severního
Norska se podařilo připadnout na jeden bývalý vrcholně glaciální nezaledněný ostrůvek
s dochovanými jezerními sedimenty stejného stáří (viz obr. 2). Ty obsahují pylová zrna
a makrozbytky, které dohromady dokládají lesnaté prostředí. Ostrůvek smrkové tajgy
sevřený z jedné strany příkrovem ledovcového štítu a z druhé strany ledovou hladinou
oceánu! Zeměpisná šířka: téměř 70°. Jižní
okraj ledovce byl odsud vzdálený bezmála 2000 kilometrů. Je to jehla v kupce sena
a varovný prst zdvižený nad teoriemi o beznadějně mrazivém severu a vzdálených jižních refugiích. Nehledě na to, že nikdo neví,
jak povrch okolního ledovce vlastně vypadal.
Vůbec to nemusela být modravá masa zvonivého ledu. Ledovec mohl být pokryt mohut-
ným krunýřem z balvanů a štěrku a sám jeho
povrch mohl v letním období překypovat životem. Osobně jsem kdysi viděl příklad takového prostředí ve střední Asii, na Kučerlinském ledovci v oblasti jižního Altaje. Smrky
a modříny tam byly jakoby „opilé“ od toho,
jak led hluboko pod nimi roztával a povrch
terénu byl nestabilní. Jinak nic nenasvědčovalo tomu, že se nacházíme na ledovci. Naopak, prostředí tu bylo bujnější než na okolních svazích, zjevně díky stabilnímu přísunu
vody uvolňované postupně z tajícího ledu.
Citovanou zprávu o norském nunataku korunuje fylogeografická analýza současné populace smrku konfrontovaná s DNA izolovanou z nalezených smrkových makrozbytků.
Ukazuje se, že téměř polovina Skandinávie
mohla být kolonizována autochtonním haplotypem smrku ze šťastně objeveného refugia na nunataku nebo z celé skupiny refugií
jemu podobných.
Záhadné vrcholně glaciální „kapsy“
Když tedy v glaciálních Alpách a daleko na zaledněném severu, proč ne také u nás, ve střední
Evropě? V České republice máme s výjimkou
sprašových faun bohužel zoufale málo paleobotanických dokladů z vrcholné doby ledové.
To málo, co je nám k dispozici, navíc pochází z teplých výkyvů (tzv. interstadiálů), které
předcházely období maximálního ochlazení
datovanému zhruba 20 000 let před současností. Nalézt správně staré a přitom dostatečně reprezentativní soubory makrozbytků je
otázkou obrovského štěstí, které jsme doposud
neměli. Je však pravděpodobné, že podmínky
v oblasti dnešních Čech byly vesměs nepříznivé, a sice kvůli přílišnému suchu.
Situace mohla být daleko příhodnější východním směrem, v mezoklimaticky přízni-
vém prostředí horských údolí a kotlin Západních Karpat, kde náš přední přírodovědec
Vojen Ložek dokládá přežívání náročných
lesních druhů měkkýšů (ve Slovenském krasu) a kde brněnská paleobotanička Vlasta Jankovská nalezla makrozbytky smrku, modřínu
a borovice limby a datovala je radiokarbonově do období maximálního ochlazení posledního glaciálu (ve Spišské kotlině). V prostoru
Západních Karpat, tedy především na území dnešního Slovenska, bychom navíc mohli očekávat přežívání klimaticky náročnějších
druhů listnatých dřevin, jako jsou lípa, líska,
jilm, jasan, dub nebo buk.
V hypotetické rovině o tom píší K. Willis
a spoluautoři, kteří spekulují o existenci drobných ostrůvků interglaciální přírody v rámci
glaciálního prostředí – „kapes s teplomilnými
druhy listnatých dřevin“. Vysvětlují tím časnou postglaciální kolonizaci okrajů Maďarské (Panonské) nížiny populacemi listnatých
dřevin, jejichž genetická struktura neodpovídá populacím přeživším v jiho­evropských refugiích. Netřeba snad ani dodávat, že prostředí glaciálních „kapes“ listnatých lesů, pokud
nějaké takové byly, muselo být oživeno celou
řadou lesních organismů, které jinak považujeme za typicky interglaciální, resp. postglaciální. Je pouze otázkou času, kdy se na
nějakou takovou vrcholně glaciální „kapsu“
podaří natrefit a získat z ní zbytky teplomilné flóry a fauny. Pro tradiční paleoekologické
paradigma bude takový nález znamenat další podstatnou trhlinu. Zatím máme k dispozici jen určité mlhavé indicie, například zcela
nový nález poměrně značného množství pylu
listnatých dřevin v sedimentech pozdně glaciálního jezera na lokalitě Šúr na jihozápadním okraji slovenských Karpat (Petr L. a kol.
2013).
Ö
Abstract: The Times They Are
A-Changin’ by Petr Pokorný.
Tree species characteristic of
modern temperate forests are
recorded at least intermittently
from the period of the last glacial
maximum (LGM), through the
LGM and Late glacial, to the
Holocene, and some records
locate trees close to the limits
of the Scandinavian ice sheet,
supporting the hypothesis that
some temperate taxa persisted
in northern refugia during
the last glacial cycle. Together
with phylogeographic records,
these findings seem to reject
the traditional hypothesis
about southern glacial refugia
and subsequent colonization
following the process of warming
and deglaciation. With regard to
these facts we face a substantial
paradigmatic shift in the field
of palaeoecology, and there
are already several reasons
to believe that the territory of
Eastern Central Europe (namely
the Czech and Slovak Republics)
will become a focal point in the
further development in this
research field.
Po stopách
skrytých refugií
Skrytá refugia jsou extrémně chráněná stanoviště, na nichž mohly přežít glaciál druhy mírného pásma v rámci svého dnešního
areálu. Otázka jejich existence v periglaciální zóně se dnes těší zvýšené pozornosti, neboť mnohé druhy živočichů i rostlin sotva
byly schopné migrace na jih Evropy a opětného návratu do své dnešní domoviny ve
střední Evropě, jak se to obvykle předpokládá u savců a řady rostlin.
Abychom si přiblížili tento problém, kterým
si odedávna lámali hlavu mnozí botanici i zoologové, stručně nastíníme jeho vývoj v minulosti. Obraz glaciální přírody střední Evropy
se odedávna vytvářel na základě nálezů koster
stepních i tundrových zvířat v cihelnách a hli-
ništích založených ve spraši, popřípadě v jeskyních. Vystihuje ho i název klasické monografie Über Tundren und Steppen der Jetzt- und
Vorzeit, mit besonderen Berücksichtigung ihrer
Fauna, kterou uveřejnil A. Nehring v Berlíně již r. 1890. Byla popudem k úvahám, kam
se během ledové doby poděla dnešní vegetace a fauna s daleko vyššími nároky na teplotu i vlhkost a především patřící lesu. Obvykle
se předpokládalo, že ochlazení zatlačilo tyto
druhy i celá společenstva až do Středomoří.
Takovou migraci si lze představit u pohyblivých druhů, třeba větších savců nebo létajícího hmyzu, ale stěží u drobných bezobratlých
závislých na určitých mikroklimatických podmínkách, a zejména ne u endemitů vázaných
Vojen Ložek
RNDr. Vojen Ložek, DrSc.,
viz Vesmír 92, 574, 2013/10.
http://www.vesmir.cz | Vesmír 92, listopad 2013
635
K dalšímu čtení
Ložek V.: Refugia, migrace a brány, Živa
LVII, 5, 2009/4.
na omezené okrsky v Alpách nebo Karpatech.
Proto již r. 1902 švýcarští botanici R. Chodat a R. Pampanini vyslovili domněnku, že
takové druhy přežívaly glaciál na nezaledněných předhořích Alp, která označili termínem „Massifs de refuge“. Tuto představu pak
podrobně rozvedl Karl Holdhaus v monografii Die Spuren der Eiszeit in der Tierwelt Europas.
Novodobou variací na toto téma je hypotéza skrytých refugií (cryptic refugia). V rámci
středoevropské faunogeneze se tak nabízí přijatelné řešení, ovšem zatím jde spíše jen o hypotézu, kterou mohou potvrdit pouze fosilní
doklady. Nejlepší možnosti poskytují suchozemští plži díky hojnému výskytu svých ulit
v sedimentech glaciálního období.
I u nás máme pahorkatiny až vrchoviny
v chráněných polohách, třeba Český kras,
Pálavu, jih Moravského krasu nebo západní křídlo Středohoří. Tam všude náš výzkum
ovšem narazil na nečekanou překážku, o níž
třeba Holdhaus neměl ani tušení: glaciál je
zde totiž zastoupen spraší nebo sutěmi se
sprašovou výplní s charakteristickou stepní
faunou, tedy prostředím zcela nevhodným
pro případné lesní biocenózy. Vyšší vegetační stupeň, kde by se lesní refugia rovněž
mohla nacházet, leží již mimo tyto příznivé
okrsky a v oblasti České vysočiny neposkytuje vhodné fosilizační podmínky.
Jinak je tomu v Karpatech, zvláště Slovenských, jejichž jižní výběžky a předhoří jsou
obdobou alpských Massifs de refuge, nehledě na to, že zčásti leží mimo sprašovou zónu. Příkladem je Slovenský kras nebo údolí středního Hronu, kde se podařilo najít
souvrství pleniglaciálních sedimentů s celými sledy plžích společenstev s řadou poměrně náročných lesních druhů, které zde přežily vrchol poslední ledové doby. Dokládají,
že zhruba v polohách mezi 300–600 m zde
skutečně přetrvala poměrně náročná lesní
společenstva, což potvrzují i paleobotanické
doklady, zejména ze Šafárky na východním
okraji Slovenského ráje. Stále však jde jen
o roztroušená, víceméně izolovaná naleziště,
neboť odkrytí dalších lokalit je dnes otázkou
šťastné náhody, např. ve výkopech při velkých stavbách nebo při lomové těžbě. Zatím
se pro ně dobře hodí termín cryptic refugia,
ale skrývá se jich zde nepochybně víc, takže
kdoví – možná přijde doba, kdy už nebudou
cryptic, ale charakteristickou složkou reliktní
lesní zóny.
Ö
Jaroslav Petr
Hormonální zombie
Skrytá tvář endokrinního disruptoru
Ve dne chřadne, v noci nabírá na síle. Řeč není o některém z dnes tak populárních filmových či románových upírů, ale o syntetickém hormonu, který
je s to napáchat v životním prostředí i v lidském organismu velkou neplechu.
Dopované hovězí
Trenbolon acetát je zlatý důl pro jeho výrobce i pro americké chovatele skotu. Každoročně napíchají farmáři v USA tento syntetický
hormon 20 milionům býků. Dobytek pak lépe využívá krmivo k růstu a vytváří si více
svalové hmoty. Farmáři si tak ročně přijdou
navíc na miliardu dolarů. Trenbolon acetát
se v těle býka mění na trenbolon a ve svalových buňkách působí na místech určených
pro vlastní hormony zvířete, například pro
testosteron produkovaný ve varlatech. Trenbolon sehrává roli šperháku otevírajícího
zámek k růstu svalu místo „klíčů“ – tedy hormonů, jež si vyrábí samo zvíře.
Hormon nezůstává v těle zvířete, ale proměněný na celou řadu dalších molekul je vylučován s močí i výkaly a dostává se do životního prostředí. Mohl by tam napáchat
velké škody, protože patří k látkám souhrnně označovaným jako endokrinní disruptory. To znamená, že je „členem klubu“ látek
schopných narušit hormonální rovnováhu
v organismu živočichů i člověka. Účinky
trenbolonu jsou v tomto ohledu razantní. Po-
636
Vesmír 92, listopad 2013 | http://www.vesmir.cz
kud se ryby vyvíjejí ve vodě obsahující řádově desítky nanogramů1 trenbolonu na litr,
odskáčou si to poruchami ve vývoji pohlavních žláz a narušenou plodností.
Právě takové efekty jsou pro endokrinní
disruptory typické. Často se chovají v rozporu s tím, co nám napovídá zdravý selský
rozum. Ve vysokých koncentracích se jeví
jako neškodné, ale při koncentracích o několik řádů nižších najednou nabírají na síle
a v organismu devastují velejemné předivo
hormonů jako buldozer projíždějící skladem
porcelánu. To je jen jedna ze zákeřností endokrinních disruptorů. Další spočívá v tom,
že dost dobře netušíme, které látky se jako
„hormonální buldozery“ chovají, protože
bezpečnostní testy se donedávna soustředily
přednostně na toxické účinky posuzovaných
chemikálií. A mnohé látky byly vyhlášené za
bezpečné jen proto, že přestávaly být jedovaté v koncentracích, jež jsou mnohonásobně vyšší než koncentrace, při kterých ta samá
chemikálie odhalí svou skrytou disruptorovou tvář. Jiná zrada spočívá v těžko vypočitatelném efektu směsi několika endokrinních
disruptorů. To je o to nepříjemnější, že naše
životní prostředí se už na koktejl endokrinních disruptorů proměnilo. Jako „hormonální buldozery“ působí komponenty plastů,
nátěrových hmot, léků, postřiků proti hmyzím škůdcům či plevelům a mnoho dalších
víceméně běžných látek.
Zbytečný strach z trenbolonu?
Nabízí se otázka, proč se Američané nebojí
trenbolon acetátu. Evropa hormonální stimulátory růstu pro hospodářská zvířata dávno zakázala, ale v USA spoléhají na to, že
látky jako 17a-trenbolon jsou v životním prostředí silně labilní a například pod vlivem
slunečního záření se rychle rozkládají. Měly by zmizet dřív, než se stačí projevit jako
„hormonální buldozer“. Nejnovější práce týmu vedeného Edwardem Kolodziejem z University of Nevada a Davidem Cwiertnym
z University of Iowa publikovaná v časopise
Science ale odhalila, že tento předpoklad je
v mnoha ohledech mylný.2
Pokud je trenbolon v laboratoři vystaven
účinkům světla, pak se skutečně poměrně
rychle rozkládá. Cwiertny, Kolodziej a jejich
spolupracovníci se ale rozhodli vystavit roztoky trenbolonu obvyklému světelnému režimu, při kterém se střídá den a noc. A dočkali
se velkého překvapení. Trenbolon se na světle
poslušně rozkládal, ale potmě probíhala z rozkladných produktů jeho opětovná syntéza.
Hormon se v noci „recykloval“. Nabíral na síle
jako jakási zombie ožívající se západem slunce.
Když vědci vnesli do roztoku jen metabolity
vzniklé rozkladem trenbolonu a nechali je pět
dní potmě, zregeneroval „plnokrevný“ trenbolon z 60 %. A to je skutečně impozantní comeback molekuly, která měla být dávno v pánu.
„Předpokládali jsme, že když je hormon
jednou pryč, tak už se ho nemusíme bát. Ale
hrubě jsme podcenili to, jak dlouho je schopen v životním prostředí přežít,“ říká Edward Kolodziej v komentáři výsledků svého
výzkumu pro vědecký týdeník Nature.
Práce udělala silný dojem na všechny, kdo se
na poli výzkumu endokrinních disruptorů angažují. Velkou radost jim nepřinesla, protože
naznačuje, že se znečištěním životního prostředí endokrinními disruptory to může být ještě
horší, než jsme si byli ochotni přiznat. A horší
mohou být i efekty „hormonálních buldozerů“
na volně žijící organismy a člověka.
„Hodnocení rizika bylo založeno na tom,
že sluneční záření stačí zajistit rozklad těchto látek. Tahle práce to ale všechno podkopala,“ říká o výzkumu svých kolegů americká endokrinoložka Laura Vandenbergová
z Massachusettské univerzity.
Budou se vzorky odebírat v noci?
Další testy z laboratoří Davida Cwiertnyho
a Edwarda Kolodzieje odhalily, že běžné laboratorní podmínky, jako jsou neutrální reakce
roztoku (pH 7) nebo laboratorní teplota 25 °C,
nejsou pro recyklaci trenbolonu zdaleka optimální. Stačí malý posun v reakci roztoku směrem ke kyselé nebo zásadité hodnotě a „hormonální zombie“ ve tmě zesílí mnohem víc.
Laura Vandenbergová poukazuje na fakt,
že odběry vzorků pro analýzy na přítomnost
endokrinních disruptorů v životním prostředí
se provádějí ve dne, kdy sluneční svit koncent-
race některých z nich výrazně snižuje. O tom,
nakolik se rozložené „hormonální buldozery“
v noci opět postaví na nohy, nemáme představu, protože při odběru vzorků jen málokoho
zajímá teplota a reakce prostředí.
„Obávám se, že jsme vůbec netušili, jak důležité mohou tyto údaje být,“ říká americká
endokrinoložka pro Nature.
Mohlo by se zdát, že od problémů spojených s odhalením trenbolonu jako „hormonálního zombie“ nás celkem bezpečně dělí
Atlantik. To je ale mylný dojem. Evropa sice
zakázala hormonální stimulaci růstu u hospodářských zvířat, avšak jiným podobným
látkám vydatně holduje. Cwiertny a Kolodziej prokázali recyklací z rozkladných produktů i u syntetického hormonu dienogestu,
který tvoří nedílnou součást mnoha preparátů používaných jako hormonální antikoncepce. Podobně recykluje syntetický hormon
dienedion, jejž mají v oblibě muži toužící po
objemné muskulatuře. Především mezi amatéry je ilegálně používán pro své anabolické
účinky. Okruh látek s endokrinně disruptivními účinky, které se po rozkladu slunečním
svitem dokážou pod rouškou tmy opět vrátit,
však bude zřejmě mnohem širší.
Ö
Nahoře: Dvacet
milionů kusů skotu
dostává trenbolon
acetát pro stimulaci
růstu. Zvířata vylučují
zplodiny stimulátoru
růstu do prostředí,
kde se může poměrně
snadno dostat do
povrchových vod.
Snímek © Edward
P. Kolodziej.
Dole: Při deštích
dochází ke splachům
z pastvin, kde se
pásl skot ošetřený
trenbolon acetátem.
Přívalové deště během
letních bouřek mohou
intenzitu splachu
významně zvýšit.
Snímek © Gerrad
D. Jones.
1) Nanogram je miliardtina gramu
tedy 0,000 000 001 gramu.
2) Qu et al. Science DOI: 10.1126/
science.1243192, publikováno
online 26. září 2013.
http://www.vesmir.cz | Vesmír 92, listopad 2013
637
genetika
Co je to gen?
7. Genetická informace není jen pořadí nukleotidů v DNA
Vladimír
Vondrejs
Doc. RNDr. Vladimír
Vondrejs, CSc., (*1937)
vystudoval chemii,
specializaci fyzikální chemie
na Přírodovědecké fakultě
UK v Praze. Na několika
vysokých školách v Čechách
a na Slovensku zaváděl
výuku molekulární biologie.
Na katedře genetiky
a mikrobiologie PřF UK
zavedl genové inženýrství.
Postupně se věnoval
výzkumu buněčného cyklu,
rozvoji metod genových
modifikací a reparaci DNA
u mikroorganismů.
1) Plazmid – malá kružnicová
molekula DNA, která se replikuje
nezávisle na genomu. Široce se
využívá jako vektor při klonování.
2) Např. informace pro nasednutí
proteinu na DNA může vzniknout
i jako náhodná porucha na
DNA. Informací je v tomto
případě specifická odchylka
od normálního uspořádání,
která je rozeznána speciálním
proteinem. Protein rozeznávající
poruchu může být enzym, který
katalyzuje přetržení řetězce DNA
v sousedství, a tak odstartuje sérii
kroků směřujících k odstranění
porušeného úseku DNA.
Komplexní akce někdy vykonávají
proteiny (či nekódující RNA)
seskupené do nadmolekulárních
útvarů (replikační a translační
aparát, systém pro homologní
rekombinaci, aparát pro sestřih
pre-mRNA, proteazom pro
degradaci eukaryotických
proteinů ad.). V průběhu
nejsložitějších akcí jsou některé
součásti aparátů dokonce někdy
obměňovány (např. při translaci).
3) Jedině snad při homologní
rekombinaci je samotná ssDNA
čtenářem a vyhledavačem
partnera pro rekombinaci.
Nevyhledává se určitá sekvence,
nýbrž jakékoliv dvojice
sekvencí, které jsou navzájem
komplementární.
638
Informaci obvykle chápeme jako údaj o reálném
prostředí, o jeho stavu a procesech v něm probíhajících, anebo jako výsledek poznání fixovaný
ve znakové podobě na informačním nosiči. Jde
o termín z oblasti lidské komunikace. Roku 1948
publikoval Claude Shannon z Bellovy laboratoře průkopnickou práci A Mathematical Theory
of Communication, v níž se zabýval přenosem
zpráv, kódovaných v nějaké abecedě o konečném
počtu znaků. Tato publikace výrazně usměrnila
další uvažování, a to nejen v oblasti komunikace
mezi lidmi. Ovlivnila také úvahy molekulárních
biologů o genetické informaci, kterou lze do jisté míry považovat za zvláštní způsob molekulární komunikace, při které se předávají „zkušenosti“ mezi za sebou následujícími generacemi buněk,
resp. mnohobuněčných organismů. Z oblasti lidské
komunikace je v genetice odvozeno mnoho termínů. Jsou to např. genetická abeceda, transkripce DNA (přepis), translace mRNA (překlad),
replikace DNA, genetický kód, záznam genetické informace, korekce chyb a mnoho dalších.
Genetickou informaci zaznamenanou
v dvoj­řetězcové DNA (v dalším dsDNA z anglického double stranded) lze považovat za jakýsi soubor návodů či realizačních programů
vypovídajících o tom, jak má za daných podmínek organismus vypadat, co se v něm má
odehrávat, jak má reagovat na vnější podmínky a hlavně, jak se má množit, růst a vyvíjet od svého zrození až do smrti. Základní odlišností informace lidské a genetické
je, že genetické návody jsou přímo propojeny s rea­lizačními akcemi naprogramovanými dlouhodobým vývojem – čtení dědičných
návodů není odděleno od svého naplnění.
Ústřední roli v dědičnosti hraje obvykle dsDNA, nositelka záznamu genetické informace.
Informace v DNA má dědičný charakter
jen v tom případě, když je DNA součástí nějakého replikonu (samostatně se replikující
jednotky), který zajistí její setrvání v potomstvu. Replikonem může být např. plazmid1
anebo chromozomální DNA či její úsek. Jiná DNA se v buňkách, resp. organismech, trvale neudrží. Genetická informace přesunutá
na jiné médium přestává být dědičná, pokud
toto médium není schopno zajistit přenos informace na další generace organismů.
Při realizaci základního typu návodů se
vybraná informace přenáší na RNA a popřípadě na proteiny, které většinu konkrétních
akcí na buněčné úrovni i v celém organismu
zajišťují. DNA tedy slouží jako předloha pro
syntézu kopie sebe samé, ale po částech i pro
Vesmír 92, listopad 2013 | http://www.vesmir.cz
syntézu svých hlavních „spolupracovníků“,
více či méně specifických vykonavatelů životních pochodů.
Sekvence kódující RNA, proteiny anebo
vznik komplementárních kopií DNA však
představují jen jednu složku genetické informace. Další úseky DNA (úseky asociované
s jednotlivými kódujícími sekvencemi), na něž
se specificky připojují produkty syntetizované
na jiných kódujících sekvencích, zajišťují regulaci a realizaci syntézy informačních makro­
molekul. Některé úseky jsou rozeznávány na
úrovni DNA (pro replikaci a transkripci) a další až na RNA (pro translaci). Část návodů se
ale zaměřuje na jiný typ akcí, než je syntéza,
např. na degradaci informačních makromolekul, jejich transport a úpravy, rekombinaci
DNA atp. Většina těchto úseků DNA určuje interakce mezi informačními makromolekulami,
tj. nukleovými kyselinami a proteiny. Tyto úseky mohou nést informaci čtenou jako sekvenci bází, ale většinou je informace čtena jiným
způsobem2 (jde o informaci danou konformační zvláštností anebo poruchou běžného strukturního uspořádání v určitém místě, jejíž vznik
je závislý na sekvenci jen částečně, popř. není
sekvencí ovlivněn vůbec). Existují však i úseky
DNA, které nekódují žádný produkt a pro své
dědičné uplatnění přímo nevyžadují interakce s dalšími informačními makromolekulami.
V těchto případech je informace obvykle dána počtem nukleotidů daného úseku určujícího vzdálenost (rozmístění) sousedních genetických elementů.
Záznam genetické informace v DNA
V našich písemných záznamech jsme zvyklí
na sestavování textu pomocí písmen, číslic
a interpunkčních znamének. Záznam genetické informace vypadá velmi podobně,
avšak příroda si vystačí pouze se čtyřmi základními „písmeny“. To ovšem v současnosti
jistě nijak nepřekvapuje, protože počítačová
technika umožňuje psaní i velmi komplikovaných textů dokonce pomocí dvojice základních znaků (1 a 0).
Písmena genetického textu (A, T, G, C)
jsou umístěna na „linkách“, které se od našich zápisů na papíře velmi liší (obr. 1). Tato
písmena nám představují zkratky pro báze:
adenin, tymin, guanin a cytosin.
„Linka“ není přímkou, ale trochu kostrbatým prostorovým útvarem tvořeným dvěma
podjednotkami – zbytkem deoxyribosy (dr)
a kyseliny ortofosforečné (P). Nejběžnější je zá-
znam ve formě dvojřetězcové molekuly DNA,
ve které mají řetězce (linky) opačnou orientaci
a jsou propojeny komplementárními (doplňkovými) páry bází (A–T, G–C). Jeden řetězec
nese určitou sekvenci bází a sekvenci druhého
řetězce lze odvodit podle zákona komplementarity. Význam tohoto uspořádání je důležitý
z několika důvodů. Dvojřetězcová struktura
je pevnější a odolnější proti poškození – jak
ostatně doporučil již v naší dávné historii
kníže Svatopluk svým synům podobenstvím
o svazku prutů, který odolá protivenství snáze nežli pruty jednotlivé. Navíc jeden řetězec
může být vzorem pro vznik druhého řetězce
komplementárním kopírováním, které se využívá jak při replikaci, tak při opravách. Záznam formou sekvence nukleotidů, jištěný
navíc komplementaritou druhého řetězce, je
úžasným vynálezem přírody. Je nejen dobrým
základem pro vybavení potomstva kopiemi
vlastní informace, ale navíc zvyšuje informační kapacitu nosiče. Záznam může existovat
nejen v jednořetězcové, ale i v dvojřetězcové
podobě. Dvojšroubovice je poměrně stabilní
uspořádání rozšiřující možnosti záznamu informace o nové prvky (viz dále).
Původně se objevitelé domnívali, že dvojitá šroubovice molekuly DNA je velmi pravidelná a ideálně krásná (obr. 1) a páry bází
jsou poměrně nedostupné, neboť jsou ukryty
uvnitř „žlábků“ v dsDNA. Předpokládalo se,
že pro čtení zprávy dané sekvencí nukleotidů se musí šroubovice rozestoupit. Později se
však zjistilo, že v závislosti na sekvenci párů bází se deformuje zakřivení linek. Informaci danou sekvencí lze tudíž rozeznat také
„ohmatáváním“ zvenku bez oddělování řetězců. Navíc na nerozpletených molekulách
vyčnívají do žlábků chemické skupiny, které dostatečně rozlišují jednotlivé páry bází.
Informace o sledu bází lze tudíž číst kombinovaným způsobem: „ohmatáním“ povrchu
dvojšroubovice a po zanoření „čtoucí molekuly“ do žlábků i rozeznáním charakteristických skupin na okrajích párů bází. Genetická
informace zaznamenaná v dsDNA však není
uložena jen v sekvenci bází, nýbrž i v celém
prostorovém uspořádání dsDNA včetně nosných linek, různých poruch a místních občasných obměn či anomálií její struktury. Při
expresi genetické informace prostřednictvím
transkripce a translace se informace přenáší (deleguje) na molekuly RNA a popřípadě
na proteiny. Tím se sice její obsah zmenšuje a ztrácí se její dědičný charakter (hlavně
u proteinů, ale většinou i u RNA), rozšiřují se
však možnosti čtení informace o další úrovně. Část genetické informace lze tudíž číst
i na RNA a proteinech. Na každé úrovni může před čtením kódující oblasti proběhnout
ještě transport a úprava informační molekuly vzniklé v předchozím syntetickém kroku.
I způsob úpravy má dědičný charakter, ovlivňuje čtení produktu a podílí se na postupné
redukci informačního obsahu.
3´
dr
P
5´
dr
P
A
T
dr
P
G
C
dr
P
C
G
dr
P
dr
T
A
dr
5´
dr
P
HC
H
NH
N
N
dr
C
C
A
C
N
N
CH 3
O
C
C
HN
CH
O
T
C
CH
N
dr
3´
(a)
(b)
(c)
1. Prostorové uspořádání dsDNA. a – nosné linky mají charakter dvojité šroubo­
vice; páry bází jsou spojky nosných řetězců; b – báze obsažené v DNA mohou vy­
tvářet velké množství různých typů párů bází. V DNA se však vyskytují většinou
jen tyto čtyři typy párů a za určitých okolností se tyto páry vytvářejí přednostně
a spontánně; c – na příkladu páru AT jsou označeny plnými šipkami chemické
skupiny, které vyčnívají do žlábků mezi šroubovicemi a přerušovanými šipkami
skupiny zajišťující párování bází.
v syntetické fázi replikace a transkripce a také při opravném „záplatování“ DNA. Postupné rozeznávání sekvence předlohy (ssDNA) je
spojeno ve všech těchto případech s akcí podle návodu jak syntetizovat doplňkový řetězec
DNA či RNA podle vzoru ssDNA tzv. komplementárním kopírováním. Do rozeznání je zapojena schopnost komplementární báze jako
součásti prekurzoru syntézy (nukleosidtrifosfátu) specificky rozeznat za určitých okolností s poměrně značnou přesností svůj doplněk
zační komplex
na předloze.3 Příslušný reali­
2. Schéma interakcí „čtenářů“ s úsekem dsDNA. Příklady ukazují různé typy ele­
mentárních interakcí a naznačují, že určující informace pro tyto interakce nemu­
sí vždy vycházet z určité sekvence nukleotidů nebo párů bází v rozeznávaném
úseku dsDNA. Kromě přesného sekvenčního určení se může uplatnit určení při­
bližné, jež připouští alternativní tvar obrazce, který může rozeznávat stejný pro­
tein (někdy ovšem hůře). Jindy se objevuje sekvenční určení ovlivněné mezerní­
ky, u kterých nezáleží na sekvenci. Rozhodující je délka úseku. Existují i určení,
u nichž na určité sekvenci vůbec nezáleží.
a – interakce s obrazcem daným určitou sekvencí párů bází (např. s restrikční endo­
nukleázou EcoRI; některé restriktázy rozeznávají jedinou sekvenci, jiné i sekvence
podobné; b – interakce s dvěma obrazci oddělenými mezerníkem (prokaryotická
transkripce); c – interakce s poškozenou DNA (nekomplementární báze).
Eco RI
a
b
sigma
faktor
RNApolymeráza
DNA
DNA
mezerník
G/A.A.T.T.C
rozeznávané
sekvence
C.T.T.A.A/G
c
faktor rozeznávající poruchu
DNA
Čtení genetické informace na úrovni DNA
„Čtenáři“ oddělených úseků ssDNA (single
stranded – jednořetězcové) se uplatňují např.
porucha
http://www.vesmir.cz | Vesmír 92, listopad 2013
639
4) Příkladem může být
blokování syntetického procesu
(např. transkripce), připojení
dalšího proteinu při stavbě
nadmolekulárního útvaru,
připojení segregačního aparátu
k centromeře a štěpení DNA
v oblasti nasednutí enzymu.
5) Informace na dsDNA má
v tomto případě charakter
prostorového obrazce
chemických skupin. Tyto
skupiny jsou většinou na bázích
ve žlábcích mezi linkami, ale
mohou být i na linkách dsDNA.
Skupiny obrazce specificky
přilnou k doplňkovému obrazci
skupin na povrchu čtenáře
prostřednictvím řady slabých
interakcí. Pozor! V první fázi
hledání obrazce se ještě uplatňuje
jiná méně specifická informace
pro čtenáře, která umožňuje
rozeznat a pohybovat se po
dsDNA a pozastavit se na místě,
v němž se specifický obrazec
projevuje na tvaru dsDNA.
Těmito typy rozeznávání se však
pro zjednodušení ve výkladu
podrobněji nezabývám. Je si
však třeba uvědomit, že tato
část zajištění k čtecímu procesu
neoddělitelně patří a nutně
zahrnuje informační prvky. Ty
nezávisejí přímo na informaci
dané sekvencí písmen genetické
abecedy. Podobné zásady platí
i pro čtenáře na úrovni ssDNA
a RNA, kteří nakonec hledají
nějakou sekvenci, obrazec skupin
či prostorové uspořádání (např.
vlásenkovité struktury).
6) Např. frekvence zahájení
transkripce je na tomto principu
měněna v rozmezí několika řádů.
7) U kvasinkových umělých
chromozomů bylo zjištěno, že
pokud nemá výchozí DNA určitou
nadlimitní délku, chromozom se
z buňky snadněji ztrácí.
8) Popřípadě ještě za účasti
prekurzorů a možná i jiných
nízkomolekulárních látek.
9) Jsou však určité výjimky, např.
virové RNA a prionové proteiny.
pro syntézu pak ještě zvýší přesnost procesu a ovlivní podmínky kopírování tak, aby
jiné páry vznikaly jen velmi vzácně. Součástí rea­lizačních komplexů je velký počet proteinů a ncRNA (od non-coding, nekódujících
RNA). Výsledkem replikace původní rodičovské molekuly dsDNA jsou dvě nové molekuly
dsDNA, ve kterých je vždy jeden řetězec starý
a druhý nový. Výsledkem transkripce je primární transkript (ssRNA), který se uplatňuje v dalších buněčných procesech přímo nebo
po úpravě jako ncRNA či mRNA (od messenger, mediátorová či informační RNA). Molekuly mRNA se využívají jako předloha při
syntéze proteinů.
Čtenáři na úrovni dsDNA (obvykle proteiny anebo ncRNA) např. zajišťují nebo regulují zahajovací fázi replikace, transkripce,
oprav či segregace DNA. Také se angažují v řadě dalších procesů, při nichž obvykle nějaký protein nebo proteinový komplex
víceméně specificky rozezná určité místo na
dsDNA, nasedne na ně a vykoná nějakou
­
další práci.4 Společným znakem těchto akcí je rozeznání místa na dsDNA, které nese
informaci o tom, kam má čtenář nasednout.
Čtenářem může být jediná molekula i skupina propojených molekul (obr. 2).5
Čtenář může také rozeznávat určité poškození DNA (na místě, které má být opraveno,
se neočekává obvyklé uspořádání dsDNA).
Lze předpokládat, že za určitých okolností vzniklé strukturní anomálie v DNA nebo
místa s pozměněnými bázemi (např. metylovanými) mohou rovněž nést informaci pro
rozeznání, resp. nerozeznání určitého místa
na DNA. Existují také úseky DNA hrající roli
mezerníku mezi dvěma sekvencemi rozeznávanými buď jedním, nebo několika různými
čtenáři. Jejich délka může výrazně ovlivnit
způsob následné interakce s čtenáři, respektive mezi sousedními čtenáři, a tím dramaticky změnit frekvenci rozeznávání.6 Nezávisle
na sekvenci DNA mohou být důležité také
délky „výplní“ DNA mezi nějakými dvěma
body na chromozomu, na jejichž vzdálenosti
závisí pravděpodobnost rekombinace vymezeného úseku DNA. Na délce těchto výplní
může záviset také stabilita chromozomu.7
Pokračování seriálu Co je to gen?
Vesmír 90, 685, 2011/12
Vesmír 91, 77, 2012/2
Vesmír 91, 238, 2012/4
Vesmír 91, 359, 2012/6
Vesmír 91, 600, 2012/10
Vesmír 91, 91 673, 2012/11
640
Při transkripci se genetická informace deleguje na RNA. Čtenáři informace na úrovni RNA
se uplatňují jak při ukončení syntézy primárního transkriptu, tak při různých úpravách
RNA (např. při sestřihu). Čtení na úrovni
RNA se také odehrává v souvislosti s transportem pre-mRNA (precursor mRNA, nehotová mediátorová RNA) a v syntetické fázi
při zahájení a při ukončení translace mRNA.
Předlohou pro syntézu polypeptidu realizovanou translačním aparátem je vnitřní (kódující) úsek mRNA. Podle trojic bází za sebou
následujících v kódujícím úseku mRNA se řadí aminokyseliny do polypeptidických řetězců. Zákonem pro přiřazování při translaci je
tzv. genetický kód. Čtenáři na úrovni proteinu jsou molekuly stejných nebo různých pro-
Vesmír 92, listopad 2013 | http://www.vesmir.cz
Kresba Vladimír Vondrejs.
Čtení genetické informace DNA
na úrovni RNA a proteinů
teinů či RNA, které na tomto proteinu specificky rozeznávají určité místo na jeho povrchu.
Podobu tohoto místa určuje spojitá nebo nespojitá sekvence DNA (obr. 3).
Enzymy a ncRNA, které zajišťují více či méně specifickou degradaci informačních makro­
molekul, rozeznávají jedinečné sekvenční
motivy, skupiny sekvenčních motivů (např.
restrikční endonukleázy) nebo méně specifická strukturní uspořádání pro místo štěpení
na daném typu molekul (např. 3'konec řetězce DNA pro 3'-5'exonukleázy nebo vnitřní část
polypeptidu pro nespecifické endopeptidázy).
oligopeptid
tRNA
a
ribozom
mRNA
b
Lze zaměňovat označení čtenář genetické
informace a rozeznávaná sekvence (obrazec)?
Specifické obrazce chemických skupin a sekvence jsou v každém kroku čtení rozeznávány
na základě vzájemné interakce informačních
makromolekul.8 Proto lze uvažovat o obrácení vztahu čtenáře a rozeznávaného místa. Například úsek dsDNA specificky poznávaný
určitým proteinem může být také považován
za čtenáře poznávacího obrazce na povrchu
proteinu (ten je určen genetickou informací
delegovanou na protein záznamem v jiném
úseku DNA). Z tohoto hlediska by bylo možné DNA, RNA i proteiny považovat při vzájemných interakcích jak za čtenáře, tak za
nositele rozeznávané informace. Vztahy však
nejsou v obou směrech stejné. Informace postupně delegovaná z DNA při transkripci na
RNA a popřípadě při následné translaci dále na protein není přenášena celá. Její obsah
se postupně zmenšuje a forma se proměňuje.
Zejména u proteinů v důsledku degenerovanosti genetického kódu nelze ani teoreticky jednoznačně odvodit znění původní informace v DNA. RNA i proteiny obvykle
nezajišťují přenos delegované informace na
další generace potomků.9 Vztah mezi čtenářem a čteným (rozeznávaným) místem nebývá v obou směrech stejný i z jiného důvodu.
Bude-li např. inaktivován rozeznávaný úsek
regulující transkripci na DNA mutací a kódující sekvence pro rozeznávající transkripční
faktor zůstane nezměněna, proces transkripce bude narušen pouze u jednoho transkribovaného úseku. V případě narušení informace
pro syntézu transkripčního faktoru může být
narušena transkripce u celé skupiny nezávisle
transkribovaných úseků, pokud není gen pro
transkripční faktor duplikován a pokud jde
o obecně užívaný transkripční faktor.
Hlavní rozdíl však tkví v tom, že čtení
(rozeznání) genetické informace v DNA je
propojeno s realizací návodů, a tím je dána
jistá charakteristická časová návaznost. Čtenář vykazuje vůči rozeznávanému místu posloupnost následných kroků (např. postupný posun k dalším jednotkám dané sekvence
při syntéze anebo určité návazné akce či série akcí po nasednutí na rozeznaný obrazec).
Domnívám se, že o relativizaci vztahu je
vhodné uvažovat jen v souvislosti s některými interakcemi mezi stejnými makromolekulami. Jsou jimi interakce mezi ssDNA v souvislosti s homologní rekombinací, interakce
mezi RNA a proteiny a hlavně mezi protei-
aminokyselina
RNA
terminační
proteiny
AAAUAA
DNA
místo štěpení
RNA
RNApolymeráza
DNA
vlásenka – prokaryotický terminační signál
c
3.Příklady různých způsobů čtení na úrovni RNA a proteinů. Čtení delegova­
né informace může mít různé podoby a jen někdy je informace čtena jako obra­
zec založený na sekvenci nukleotidů v RNA. Často jsou nositeli informace růz­
né útvary (např. vlásenky) anebo ještě složitější prostorová uspořádání, o jejichž
vzniku nerozhoduje určitá sekvence, ale výstavbový princip, který může být za­
jištěn různými sekvencemi (u vlásenky je to přítomnost tzv. invertované repetice
na DNA-předloze).
a – interakce tRNA (transferová RNA je druh ncRNA) při translaci nesoucí oli­
gopeptid, resp. aminokyselinový zbytek podle za sebou jdoucích tripletů mRNA;
b – dva složené proteiny (štěpení stimulující faktor a štěpící a polyadenylační fak­
tor), které se vezou na RNA-polymeráze II, rozeznávají zakončující signál transkrip­
ce na RNA (sekvenci AAAUAA) záhy potom, co je sekvence syntetizována. Tím
je umožněno odštěpení a uvolnění částečně upraveného primárního transkriptu.
K dokončení úpravy chybí jen závěrečná polyadenylace 3'OH konce RNA; v proka­
ryotických buňkách slouží jako signál pro ukončení vlásenková struktura na RNA;
c – příklad interakce mezi dvěma proteiny.
ny navzájem při vytváření nadmolekulárních
útvarů, jako jsou ribozomy, různé enzymové
komplexy, buněčná filamenta atp.
Závěrečné shrnutí
Hlavním přínosem molekulární genetiky
je objev zákonitostí o čtení genetické informace zaznamenané v DNA na úrovni DNA,
RNA nebo proteinů. Záznamy genetické informace v DNA a jejich čtení na jednotlivých úrovních jsou mnohem komplikovanější a různorodější, než se původně očekávalo.
Obsah této informace neurčuje pouze pořadí
nukleotidů a jen část této informace je nesena geny ve smyslu současně uznávaných definic. Existují doklady o záznamu genetické
informace i na jiných médiích, než je DNA –
např. v RNA u některých virů nebo v prionových proteinech. Ö
http://www.vesmir.cz | Vesmír 92, listopad 2013
641
věda
a společnost
Laudatio
u příležitosti udělení Ceny Nadace Dagmar a Václava
Havlových VIZE 97 Jiřímu Fialovi
Ivan Horáček
Kresba
© Vladimír Renčín.
642
Nástup kosmického věku šedesátých let minulého století vnesl – s nepominutelnou názorností šusťáků, dederonových košil a propisovacích tužek – do obecného mínění
velmi vtíravou verzi dějinného optimismu:
žijeme v době, kdy se už ví skoro všechno
a jde jen o to, ono vědění uvést do života
a prožluklé skoro zúplna vytěsnit. Není náhodou, že právě tehdy Martin Heidegger píše: „Rozvinutí filosofie v samostatné, mezi
sebou však stále rozhodněji komunikující
vědy je legitimním dovršením filosofie. Filosofie v současné epoše končí. Našla své místo ve vědeckosti společensky jednajícího lidstva.“
Nuže, na prahu této epochy dokončuje studium vědy všech věd – matematiky
– na brněnské univerzitě Jiří Fiala. Avšak
než může naplnit vznešené poslání absolventa, je podobně jako ostatní mladí mužové oné doby konfrontován se zcela jinou
rolí absolventa a velmi odlišnou facií světa.
Proti očekávání však dotyčná konfrontace
nebyla zbytečná. Později o tom píše: „Za
zdmi plzeňských kasáren jsem potkal Petra Krále (a nechali jsme si tam posílat vzácné knihy a opisy z Effenbergerovy knihovny a četli to v až neskutečném dostatku
času), v tachovských kasárnách pak i Romana Erbena, který mi ukázal své básnické texty i výtvarné práce (na vysvětlenou:
oba jmenovaní, které Jiří Fiala seznámil, se
stali klíčovými osobnostmi poválečného
surrealismu). „Bylo to jedno z těch šťastných setkání, na něž právě surrealismus
věřil. Kdyby to neznělo jako rouhání, řekl
Vesmír 92, listopad 2013 | http://www.vesmir.cz
bych: Pochválena budiž základní vojenská
služba!“
Setkání s potenciálem ­
surrealistického
postoje na pozadí vševojskové blbárny
a rychlokvašeného optimismu doby bylo
možná pro Jiřího Fialu opravdu momentem
určujícího významu. Nejen jako zdroj jeho
celoživotního sepětí se sférou moderního
umění, jehož byl fenomenálním znalcem
(a v neposlední řadě i aktivním činitelem
společenského života umělecké scény), ale
především pro bytostné ztotožnění s klíčovými komponentami surrealistického postoje: ukazování jevů, jimiž se reálný svět
děje nad (= sur) rozvrh našeho neprůstřelného vědění o povaze jsoucího, propojování disparátních domén zobrazování světa
a kultivace zkušenosti, že tato činnost je
nejen setrvalým zdrojem zábavy a potěšení, ale v první řadě cestou nezpochybnitelného poznání povahy světa, stvrzovaného
prožitkem pochybnosti, údivu a pochopení.
Nevím, jestli Fiala v oněch dobách četl shora připomenutý Heideggerův spis Konec filosofie a úkol myšlení, jisté však je, že jeho
pozornost se průběžně soustředí přesně do
poloh, které Heidegger jako úkol myšlení
v době konce filosofie explicitně vymezuje:
a priori operačních nástrojů intelektuality
a cest, jimiž se k obrazu světa dostáváme.
Vstupním předmětem jeho pozornosti se
stává kořenová struktura výroku, peripetie
logických operací a elementárních matematických struktur a jejich ekvivalenty ve
skladbě slovních výroků a výstavbě jazyka.
Fialova důvěrná znalost formálních jazyků,
okořeněná praxí programátora Československých drah (mimochodem – byl autorem několika knih o programovacích jazycích), kombinovaná s ojedinělým smyslem
pro sémantickou proměnlivost přirozeného jazyka, disponujícího surovou krásou
nečekaných spojení, otevírá mu prostor
pro rigorózní analýzu strukturního pozadí
aktu sdělení a významových soudů.
Jeho přednášky o těchto tématech v sedm­
desátých a osmdesátých letech patřily bezpochyby k vrcholným událostem intelektuálního dění českého disentu. K jejich
působivosti přispěla ovšem nejen udivující
vytříbenost argumentačního aparátu a nečekané průhledy k horizontům daleko za
hranice standardních výkladových rámců. V míře jinde nevídané bylo zde ukázáno bezpodmínečné otevření vůči faktické
jevovosti světa, pokora vůči smyslu věcí,
který svět svým děním vyjevuje. Tak jako
skutečný význam slov vyvstává teprve s dynamikou spojení, v nichž se fakticky objevují, o reálné povaze světa se dovídáme
ze setkání, jimiž se nám svět dává – jsme-li ovšem ochotni na tato setkání přistoupit
a jejich sdělení přijmout. Toto poselství, tolik kontrastující se zdánlivou objektivitou
pragmatických věd, sdělovala setkání s Jiřím Fialou s nepřehlédnutelnou názorností.
K setkáním, jimž on sám věnoval soustředěnou pozornost, patřila v nezanedbatelné míře díla myslitelů s podobně výlučným vztahem k povaze jsoucího. Zevrubné
věcné a kontextuální analýzy děl Descarta,
Wittgensteina, Fregeho, Gödela, Jasperse, Poincarého, Poppera, Flussera a řady
dalších vyústily v příslovečně dokonalé
překlady (kolem 35 knižních titulů), díky nimž je dnes českému čtenáři dostupný velmi ucelený korpus pramenných děl
novověké filosofie. Nesčetné semináře
a v porevoluční době i soustavné univerzitní kurzy analytické filosofie, epistemologie, teorie jazyka, komunikace, filosofické
logiky, filosofie vědy a vědecké metodologie na půdě Matematicko-fyzikální fakulty
UK a Západočeské univerzity v Plzni ilustrují další stránky praktického působení
Jiřího Fialy. Jejich vlastním úběžníkem by-
la propedeutika vzdělanosti. Vzdělání kdysi
souviselo s ambicí dokázat, že domnělé jistoty
doby jsou iluzivní. Společnost, která ve jménu
domnělé efektivity a oslněná představou, že vše
může podřídit kontrole ekonomického pohledu,
osekává svobodu myšlení, a tím se připravuje
o možnost rozpoznat iluze jako iluze, se upsala
nevzdělanosti, ať ve svých databázích shromáždila jakoukoliv sumu vědění. Slovy Konrada
Liessmanna (ze závěru jeho Teorie nevzdělanosti), jež Fiala zdůrazňuje ve svém laudatiu prosloveném při udělení ceny VIZE
97 v roce 2010 právě Liessmannovi, připomíná zvláštní důležitost tohoto úkolu. Ve
společnosti, identifikující se technologií
pokroku, stává se totiž vzdělanost jedinou
zárukou intelektuální svobody a morální
konsistence společenského dění.
Nebudu se pokoušet hodnotit Fialův věcný přínos v četných oborech, jimiž se zabýval. K tomu, jako biolog, nejsem povolán
a při této příležitosti o to ostatně ani nejde. Mohu nicméně velmi odpovědně stvrdit rozsah jeho inspirujícího vlivu v oblastech daleko za oborovými hranicemi jeho
vlastního působení. Nejen pro připomínání, jak snadno se mohou obecniny a obrazy světa, produkované speciálními vědami,
stát pouhými ideologickými deklaracemi, rezignujeme-li na niterné pochopení
vstupních rámců intelektuálního diskursu
(a nevyřčených předpokladů novověkých
věd), ale třeba i pro to, jak dokázal obskurní peripetie formální logiky či strukturní analýzy ukazovat jako strhující akty
všeobecně srozumitelného intelektuálního
dobrodružství a smysluplné zábavy. Nebo
lehkostí zdánlivě zcela samozřejmé amalgamace jedinečné imaginace a ultimátní důvěry ve smysl věcí s ryze praktickými postupy intelektuální explorace. Ty
ozřejmuje třeba následujícím výrokem:
Máme-li si všimnout nějakého jevu, musí být
tento jev vyčleněn z běžných souvislostí, které
jej zakrývají a činí pro nás neviditelným. Neboť každý způsob vidění je současně způsobem
nevidění. A tomuto vyčlenění, této proměně
pohledu se říká ozvláštnění. Mimochodem: je
to opak nyní módního zviditelnění, jež chce
učinit viditelnými jevy, které za vidění nestojí,
Jiří Fiala: Výška
šířka hloubka čas
Vybrané meditace
filosofické
Malovaný kraj
Břeclav a O.P.S.,
Praha 2013, 224
stran
Prof. RNDr. Ivan Horáček,
CSc., (*1952) vystudoval
Přírodovědeckou fakultu
Univerzity Karlovy v Praze.
Na katedře zoologie této
fakulty vedl oddělení
zoologie obratlovců. Zabývá
se systematikou, evolucí
a ekologií savců, zejména
netopýrů, paleoekologií
čtvrtohor a filosofickými
přesahy přírodovědných
témat.
http://www.vesmir.cz | Vesmír 92, listopad 2013
643
Kresby na této straně
© Vladimír Renčín.
a jehož skutečným cílem je zabránit vidění toho,
co by se vidět mělo.
Pro porevoluční obnovu myšlenkového ukotvení českého intelektuálního života byl ozvláštňující potenciál Fialova
působení jedním z klíčových faktorů. Jiří
Fia­la patřil k výlučným osobnostem, pro
něž průběžné spojování neslučitelného
a ozvláštňování samozřejmého netušenými souvislostmi bylo přirozenou součástí
a možná i nejvlastnějším smyslem pobývání ve světě. Byl zosobněním vzdělance, jehož inspirativní působení daleko přesahuje rozměr přítomnosti.
Jiří Fiala zemřel nečekaně 23. 11. 2012.
Jeho brilantní průhledy napříč zdánlivě
disparátními doménami pobývání ve světě, cit pro souvislosti, neprodyšně překryté nánosy závazných pravd a čítankových
moudrostí, poznání s humorným nadhledem průběžně – pro poznání samé – vydobývaná žitým hledáním skutečné povahy
věcí zůstanou ve vzpomínkách pamětníků hodně dlouho. Bohužel z větší části jen
tam – asi 200 publikovaných textů, které napsal či editoval, je z jeho myšlenkového odkazu jen malým zlomkem. V každém případě přinejmenším jeho poselství
o vzdělání jako – řečeno jeho slovy – vědo-
644
Vesmír 92, listopad 2013 | http://www.vesmir.cz
mí souvislostí, schopnosti rozumět, tj. vytvářet
kontexty, v nichž to, čemu chceme porozumět,
dává smysl, však z důvodů, o nichž jsme hovořili, zapomenout nesmíme.
Nyní, zdá se, stojíme znovu na prahu doby, která už opět ví skoro všechno, doby,
kdy tázání po povaze jsoucího zdánlivě
opět nachází své místo ve vědeckosti společensky jednajícího lidstva. Pohříchu praxe dnešní vědy, designované možnostmi
nejnovějších instrumentálních šotků, mění prvotní entuziasmus a zvídavost svých
pretendentů stále závazněji na dovednosti
v získávání finančních prostředků k obživě
stále nenasytnějších šotků a excesivní produkci publikací, jejichž životnost je fatálně
vymezována dalšími vlnami instrumentálních inovací.
Ve stále se zrychlujícím koloběhu falsifikovatelných hypotéz praktické vědotechniky není již pro pochybování, údiv a nacházení sebe sama na substrátu poznávaného
příliš místa. Gejzíry patřičně zviditelňovaných výpovědí o povaze věcí (a v posledku
i společenské dění dnešního světa) provází pak stále očividněji nezbytný souputník
neprůstřelné správnosti spočetných obrazů jsoucího – bezvýchodná nuda.
V soukolí pokroku opět cosi skřípe. Možná je to i tím, že z našich sebestředných
reprezentací světa se jaksi vytratil nezjevný rozměr lidského pobývání ve světě vymezovaný, řečeno slovy filosofa, údivem
nad hvězdným nebem nad hlavou a mravním zákonem ve mně. Rozměr, který nad
sférou každodenních spočetností vytyčuje prostor ozvláštňující naše počínání izomorfismem smyslu; prostor, jehož topologii jasnozřivé průhledy, provázející životní
cestu Jiřího Fialy, ozřejmovaly s nebývalou
názorností.
Cena Nadace Dagmar a Václava Havlových VIZE 97, v jejíž radě Jiří Fiala mimochodem od počátku působil, je jednou
z mála institucí, která jsoucnost zmíněného prostoru s naléhavou důrazností připomíná. Souvislosti, v nichž tuto skutečnost
zmiňuji, její význam velmi podtrhují.
To, že se toto ocenění dostává dnes právě
Jiřímu Fialovi, je pak bezpochyby více než
šťastným rozhodnutím.
Ö
matematika
Jiří Fiala
Co nelze zkonstruovat?
Tato třetí část příběhu (viz Vesmír 90, 462, 2011/7; 90, 524, 2011/9) bude sice nejtěžší, ale také nejkrásnější a nejpřekvapivější. Půjde v ní o přesné vymezení toho, co
se dá zkonstruovat a co se nedá zkonstruovat pomocí pravítka a etalonu. Stejně jako
v částech předcházejících zde nepůjde ani o skládání papíru, ani o konstrukce pomocí pravítka a etalonu; to snad lze pokládat za „zábavnou geometrii“ (a jistě ještě
s dodatkem: jak pro koho), praktický smysl to ale nemá žádný. Ale buďme opatrnější: praktický smysl či „užitečnost“ závisí přece na tom, do jakých rukou se to dostane.
Celý tento příběh zde vyprávím proto, aby se ukázalo, jakými zvláštními obraty se
vyvíjí matematika (a věda) vůbec. Ukázat se to může jen na něčem velmi konkrétním, ale o toto něco zde nakonec vůbec nejde.
Nuže pokročme už kousek dál v našem příběhu. Descartes provedl první
velký obrat, tj. revoluci, v matematice
od dob antické vědy. Součástí této revoluce byla algebraizace geometrie: Descartes začal počítat s úsečkami jakožto veličinami. Geometrické problémy
pak mají vždy tvar: dány jsou nějaké
úsečky (Descartes je označí malými
písmeny ze začátku abecedy: a, b, c,…)
a máme najít nějaké úsečky neznámé (ty Descartes označí malými písmeny z konce abecedy: x, y, z). Udělá
se to tak, že se najde dostatečný počet vztahů (poměrů) mezi známými
a neznámými úsečkami, s těmito vztahy se pak počítá algebraicky tak dlouho, až se dostanou algebraické rovnice
pro neznámé veličiny a řešení těchto
rovnic je pak řešením dané geometrické úlohy. Podívejme se na něco jednoduchého, co se nám ještě bude hodit:
Máme dány úsečky a a b a máme najít
úsečku x = ab. Z podobnosti trojúhelníků dostaneme a : x = x : b, a tedy
x2 = ab. Zde nám k řešení úlohy stačilo pravítko a kružítko.
x
a
b
Složitější úlohy mohou vést k rovnicím vyšších stupňů a otázka zní: Jaké prostředky potřebujeme pro (geo­
metrické) řešení dané rovnice? Ve
většině případů nebude stačit pravítko a kružítko; tyto nástroje totiž do-
káží vyřešit jen kvadratické rovnice
a rovnice, které se na rovnice kvadratické dají převést (rozložit). Můžeme však použít nějaká složitější geometrická zařízení. Řešení takových
rovnic jsou průsečíky algebraických
křivek, tj. křivek, které jsou popsány
polynomy (například v souřadnicích
x a y). A takové křivky se dají nakreslit pomocí kloubových mechanismů,
o nichž jsem psal v minulém příběhu.
Všimněme si ještě koeficientů, které se vyskytují v našich polynomech:
jsou to opět polynomy v daných úsečkách a, b,… s racionálními koeficienty.
Připustíme-li konstrukce pouze
po­mo­cí pravítka a etalonu, můžeme
úsečky sečítat, odečítat, násobit, dělit a dále můžeme pro dané úsečky
a a b zkonstruovat úsečku a2 + b2
(k tomu stačí úsečky jen přenášet
a v posledním případě udělat z úseček a a b odvěsny pravoúhlého trojúhelníku – jeho přepona pak bude
právě ona odmocnina).
Teď to otočíme a položíme naši
hlavní otázku: Jaké konstrukce lze
těmito prostředky provádět a jaké
ne? Tuto otázku jsme ale už převedli
na otázku algebraickou.
Začneme jednou danou úsečkou,
kterou prohlásíme za úsečku jednotkovou. Zvolíme dvě souřadnicové
osy, přeneseme na ně tuto jednotkovou úsečku a začneme zjišťovat, jaké body můžeme vypočítat pomocí
zmíněných operací: sečítání, odečítání, násobení, dělení a odmocňování součtu dvou druhých mocnin. Jde
tedy o to, co můžeme dostat z čísla
1 postupným sečítáním, odečítáním,
násobením, dělením – zatím je to
jasné: to jsou přece zlomky, tedy racionální čísla. My ale můžeme počí-
3
tat a2 + b2 , kde a, b jsou už vypočtená racionální čísla, výsledek přidat
a zase sečítat, dělit, odmocňovat atd.
A tak donekonečna.
Řekněme to teď jinak: množina
těch bodů, které můžeme vypočítat
(tedy zkonstruovat pomocí pravítka
a etalonu), sestává z těch bodů, jejichž souřadnice patří do nej­
menší
množiny, která obsahuje 1 a je uzavřená vůči sečítání, odečítání, násobení,
dělení a výpočtu druhé odmocniny
součtu dvou čtverců. Uzavřeností se
zde rozumí, že obsahuje-li tato množina čísla a a b, pak obsahuje i a + b,
a – b, ab, a/b, a2 + b2 . Poznamenejme zde ještě, že tam patří například
i a2 + b2 + c2 , protože tato odmocnina se rovná
2
a2 + ( b2 + c2 ) .
Takto vypočteme (a tedy zkonstruujeme) nekonečně mnoho bodů
roviny, zdaleka ne ovšem všechny.
Množství všech vypočtených bodů je spočetné (tj. je jich stejně jako
přirozených čísel 1, 2, 3…), zatímco všech bodů v rovině je nespočetně
mnoho. Přesto je tato prořídlá rovina
zajímavá. Teď se ale ocitneme v dalším – tentokrát velkém příběhu.
V roce 1899 vyšlo poprvé „paradigmatické“ dílo Davida Hilberta Zákla­
dy geometrie. Paradigmatické bylo
proto, že se stalo vzorem (paradigmatem) dokonalých axiomatických
systémů a pozvedlo matematiku na
novou a vyšší úroveň dokonalosti.
Hilbert pojal geometrii jako formální systém, v němž jsou pojmy jako
„bod“ nebo „přímka“ vymezeny implicitně, tj. definovány vztahy, které
musí splňovat. Nemá pak smysl klást
otázky, jako „co je to bod?“. Pozdější terminologií řečeno to byl čisDoc. RNDr. Jiří Fiala (*1939–2012) vystudoval
Přírodovědeckou fakultu MU v Brně. Zabýval se filozofií matematiky a logiky. Přednášel analytickou filosofii
a epistemologii na Západočeské univerzitě. Vydal tři čítanky textů analytických filosofů. Kromě jiných textů
přeložil řadu knih, například Karl Popper: Logika vědeckého bádání, Paul K. Feyerabend: Rozprava proti metodě, B. Mandelbrot: Fraktály, René Descartes: Regulae ad
directionem ingenii – Pravidla pro vedení rozumu.
http://www.vesmir.cz | Vesmír 92, listopad 2013
645
tě strukturalistický přístup: nezajímáme se o prvky samotné, nýbrž jen
o vztahy mezi nimi. Tento „strukturalistický“ přístup je přítomen už
u Eukleida; přihlouplé definice bodu
a přímky byly do Eukleidových Základů dodány později nějakým „metodikem“. Jako důkaz může postačit
to, že Eukleidés tyto definice nikde
nepoužil a ani nepotřeboval.
Pro formální systémy či struktury
můžeme ovšem konstruovat modely,
a tak jim dodat „tělo“. V nejznámějším
modelu elementární geometrie (v rovině) je bodem dvojice reálných čísel
(„souřadnic“ tohoto bodu), přímky
jsou reprezentovány lineárními rovnicemi atd. Všechny axiomy jsou splněny, a tak tento model může posloužit i jako důkaz bezespornosti daného
axiomatického formálního systému
(za předpokladu bezespornosti systému reálných čísel – dnes bychom řekli atd. do nekonečna). Existují však
i méně obvyklé, „nestandardní“ modely elementární geo­
metrie v rovině. Například tento, který vychází
z obyčejné roviny, z níž vyjmeme jeden bod O. Body pak budou všechny zbývající body roviny, přímkami
však budou kružnice, které procházejí (odstraněným) bodem O. Všechny
axiomy jsou splněny; chcete-li, zkuste si rozmyslet, jak v tomto modelu
vypadá rovnoběžka k dané přímce
procházející bodem mimo ni, nebo
si nakreslete trojúhelník (bude sestávat z oblouků tří přímek-kružnic)
a přesvědčte se, že součet úhlů je roven dvěma pravým.
Neřekli jsme si ale zatím vůbec,
jak Hilbertovy axiomy vypadaly,
a ani to neuděláme, protože to k pochopení tohoto příběhu nepotřebujeme. Bude nám stačit to, že jsou
rozděleny do pěti skupin: první se
týká incidencí (bod leží na přímce,
dvě přímky se protínají v bodě atd.),
druhá uspořádání (daný bod leží
mezi jinými danými body atd.), třetí
kongruence čili shody (kdy jsou dvě
úsečky nebo dva úhly shodné), čtvrtá skupina obsahuje axiom o rovnoběžkách (bodem mimo danou
přímku lze vést jedinou rovnoběžku).
Pátá skupina sestává ze dvou axiomů (nazývaných axiomy spojitosti):
jedním je archimedovský axiom, který
zaručuje možnost měření, a druhým
je axiom, který má povahu zcela odlišnou od axiomů předcházejících –
požaduje, aby to, co bude splňovat
všechny předcházející axiomy, bylo „úplné“ v tom smyslu, že se to už
nedá rozšířit na něco bohatšího. Teprve tento trochu podivný ­
axiom
zaručuje, že bodů v rovině bude
„dostatek“, dokonce, že jich bude
„akorát tolik, kolik jich má být“.
646
A teď možná překvapení: ta „řídká“ geometrie, v níž body jsou jen to,
co se dá získat sečítáním, odečítáním, násobením, dělením a odmocňováním součtu čtverců (tedy to, co
se dá udělat obyčejným skládáním
papíru nebo pravítkem a etalonem),
splňuje všechny Hilbertovy axiomy
s výjimkou posledního (úplnosti).
Hilbert tak v Základech dokázal, že
poslední axiom je nezávislý na ostatních axiomech, tedy že z nich nemůže být odvozen. Udělal to proto tak,
že zkonstruoval model, v němž platí
všechny axiomy kromě axiomu posledního.
Stále však nemáme pořádnou odpověď na výchozí otázku: co lze
a co nelze zkonstruovat pravítkem
a etalonem. Co je to za čísla, která dostaneme uvedenými algebraickými operacemi? Jak se liší od těch
čísel, která lze zkonstruovat pravítkem a kružítkem – a liší se vůbec?
To, co lze zkonstruovat pravítkem
a kružítkem, se dostane podobně:
základními algebraickými operacemi a ne­omezeným odmocňováním:
výpočtem druhých odmocnin i z jiných výrazů než jen součtu čtverců, například a2 – b2 . To totiž pak
dovolí řešení kvadratických rovnic, což stačí k výpočtu průsečíků
přímky a kružnic nebo dvou kružnic (nic složitějšího při konstrukcích pravítkem a kružítkem nepotřebujeme).
Takže: co je to za čísla? Odpověď
na tuto otázku dal rovněž David
Hilbert v citované knize. Rozhodně jsou to čísla algebraická, tj. jsou to
kořeny algebraických rovnic s racionálními koeficienty. Nyní začne náš
příběh stoupat stále strměji do vysokých pater matematiky, a abychom
jej vůbec dokázali sledovat, budu jej
muset vyprávět ve zjednodušené podobě, bez pořádných definic a samozřejmě bez důkazů. Přesto si myslím,
že se vyplatí jej sledovat, protože
vypovídá o tom, jak nepředvídatelnými cestami se vyvíjí matematika
a věda vůbec.
Zpočátku bude stoupání ještě poměrně mírné. Dané algebraické číslo
je tedy kořenem nějakého polynomu
s racionálními koeficienty. Takových
polynomů je ovšem nekonečně mnoho. Zvolíme ten, který je nejjednodušší, minimální, tj. takový, který
už nelze rozložit na polynomy jednodušší (říká se mu „ireducibilní“).
Tento polynom má ovšem ještě další
kořeny (zvané konjugované). Pokud
jsou všechny tyto kořeny reálné, nazývá se výchozí algebraické číslo totálně reálné. Dá se dokázat, že pokud
jsou (algebraická) čísla a, b totálně
reál­ná, jsou totálně reálná i čísla a + b,
Vesmír 92, listopad 2013 | http://www.vesmir.cz
a – b, ab, a/b, a2 + b2 . Racionální
čísla jsou samozřejmě totálně reálná (pro racionální číslo r je odpovídající ireducibilní rovnice prostě
x – r = 0).
Všechna čísla, která můžeme zkon­
struovat (pravítkem a ­
etalonem),
jsou tedy totálně reálná. To Hilber­
tovi stačí k tomu, aby předvedl příklad konstrukce, kterou lze uskuteč­
nit pravítkem a kružítkem, niko­li ale
pravítkem a etalonem: Sestrojit trojúhelník, když je dána přepona c a jedna odvěsna a. Jde tedy o výpočet
(konstrukci) b = c2 – a2 . Pravít­kem
a kružítkem se udělá snadno (viz obrázek výše s polokružnicí). Pravítkem a etalonem to nejde. Například
(Hilbert) když c = 1, a = | 2 | – 1, pak
b = 12 – (| 2 | – 1)2 =
2| 2 | – 2 .
b není totálně reálné číslo. Lze se
o tom přesvědčit tak, že nalezneme nejjednodušší rovnici (s racio­
nál­
ními koeficienty!), kterou ­
toto
číslo splňuje x4 + 4x2 – 4 = 0, ­takže
x2 = –2 ± 2| 2 | a dva kořeny jsou
imaginární (protože na pravé straně
může být záporné číslo).
Geometrická úloha začíná tím, že
jsou dány nějaké úsečky a máme
zkonstruovat nějakou jinou úsečku,
která je funkcí těchto úseček. Dané úsečky můžeme pokládat za parametry geometrické úlohy a řešení
úlohy je pak funkcí těchto parametrů. Řekneme teď jinými slovy to,
k čemu jsme dospěli: Jestliže tato
funkce f(a,b,…) se dostane z parametrů a, b,… sečítáním, odečítáním, násobením, dělením a odmocňováním
a jestliže tato funkce pro všechny
reál­né hodnoty parametrů dá totálně reálné číslo, pak se při jejím výpočtu mohou provádět odmocniny
jen ze součtu čtverců dvou čísel.
Kritérium toho, zda lze či nelze
nějakou konstrukci uskutečnit pomocí pravítka a etalonu, bude tedy
spočívat v tom, zda dokážeme dosáhnout toho, abychom při odmocňování odmocňovali vždy výraz sestávající ze součtu čtverců. To by
šlo, pokud bychom uměli dokázat
následující tvrzení. Pro jeho formulaci potřebujeme ještě připomenout,
že racionální funkcí parametrů (proměnných) a, b,… (s racionálními koeficienty) se rozumí výraz, který se
dostane sečítáním, odečítáním, násobením a dělením parametrů; každá taková funkce je tedy podílem
polynomů parametrů s racionálními
koeficienty. A potřebné tvrzení zní
takto:
Každou racionální funkci parametrů
s racionálními koeficienty, jež pro všechny reálné hodnoty parametrů nabývá
nezáporných hodnot, lze vyjádřit ve tvaru součtu čtverců racionálních funkcí
parametrů s racionálními koeficienty.
Můžeme tušit, že důkaz této věty
nebude nic jednoduchého. Její dávný
předchůdce, který pochází od Fermata a který říká, že každé přirozené číslo lze vyjádřit jako součet (nejvýše čtyř) čtverců přirozených čísel:
2 = 12 + 12, 3 = 12 + 12 + 12, 4 = 12 + 12 + 12 + 12,
5 = 22 + 12, 6 = 22 + 12 + 12, 7 = 22 + 12 + 12 + 12
atd., si musel na důkaz počkat dlouho; velkému Eulerovi se to nepodařilo, až Lagrangeovi v roce 1840.
A opravdu. Hilbertovi se podařilo dokázat složitě tuto větu jen pro
případ jednoho parametru. O něco
později (1903) tento důkaz zjednodušil Edmund Landau (slovo zjednodušil bychom měli dát do uvozovek, protože jeho důkaz má dvanáct
stránek spletitých úvah a výpočtů).
Když se v srpnu roku 1900 konal
v Paříži památný druhý mezinárodní kongres matematiků, vystoupil
na něm David Hilbert s přednáškou,
začínající poněkud patetickými slovy: „Kdo by si nepřál poodhalit roušku, za níž se skrývá budoucnost, aby
uviděl pokrok naší vědy a tajemství jejího rozvoje v budoucích staletích?“ Pak
ve své přednášce o budoucích problémech matematiky podal seznam
23 problémů, jejichž řešení by mohlo ovlivnit vývoj matematiky v nadcházejícím století. Pro přednášku
jich vybral jen deset, všechny pak
­otiskl v témže roce německy a později francouzsky v aktech tohoto
kongresu. Nemýlil se, šlo o zcela
mimořádnou událost, která neměla
obdoby ani v minulosti, ale dodnes
ani – jak se ukázalo – v budoucnosti (i když se mnozí pokoušeli sestavovat různé seznamy problémů). Ne
všechny Hilbertovy problémy byly formulovány ostře, některé spíše
připomínaly programy, takže odpověď na otázku, jak to vypadá po sto
letech, není zcela jednoznačná, ale
obecně se soudí, že za vůbec nevyřešené lze pokládat už jen tři problémy (6, 8 a 16).
Problém, o němž jsme hovořili, dostal číslo 17 a dočkal se řešení poměrně brzy – po necelých třiceti letech.
Jeho řešení znamenalo podstatný
pokrok v moderní („abstraktní“)
algeb­ře a její první všeobecné uznání. Řešení přišlo v roce 1927 od Emila Artina (1898–1962), který krátce
předtím společně s Otto Schreierem
(1901–1929) rozvinul teorii formálně
reálných těles. „Těleso“ je jednou ze
základních struktur algebry. Český
název je prostým překladem německého termínu „Körper“ a je třeba mu
rozumět v tom smyslu, v němž se vyskytuje ve spojeních jako „hudeb-
ní těleso“ čili jako „korpus“, tj. jako
soubor. Podobně je tomu i s dalšími názvy algebraických struktur:
okruh, grupa: jsou to (nepříliš vynalézavá) označení různých struktur, tedy souborů (množin) s nějakými operacemi. Těleso je množina,
na níž jsou definovány operace sečítání, odečítání, násobení a dělení,
splňující přirozené požadavky, vyjádřené jako axiomy. S tělesy jsme
se už setkali: racionální čísla, reálná
čísla nebo čísla komplexní s obyčejným sečítáním atd. jsou tělesa, právě
tak i to, co jsme dostali výše z racionálních čísel opakovaným sečítáním,
odečítáním, násobením, dělením
a odmocňováním součtu čtverců.
Tato tělesa jsou navíc uspořádaná, tj.
je tam definován vztah „být menší
než“, který rovněž splňuje obvyklé
požadavky. Tělesem je také množina racionálních funkcí s racionálními koeficienty.
Artinovi a Schreirovi se podařilo
touto abstrakcí vyjasnit Hilbertův
problém a objevit to, na čem skutečně záleží, natolik, že Artin pak mohl
podat úplné řešení. Takové postupy se v matematice občas vyskytují:
místo původní úlohy se vyřeší zdánlivě mnohem obtížnější obecná úloha – a ukáže se, že snadněji než úloha původní.
V tělese komplexních čísel platí
i2 = –1. Taková tělesa je třeba vyloučit: formálně reálným tělesem se nazývá těleso, v němž nemůže být součet
čtverců jeho prvků roven –1, nebo jinak řečeno: je-li součet čtverců nějakých prvků nulový, musí být tyto
prvky nulové. Artin pak dokázal toto tvrzení: součty čtverců ve formálně
reálném tělese jsou přesně ty prvky, které jsou při všech uspořádáních tohoto
tělesa kladné (jsou „totálně kladné“).
Odtud pak už Artin mohl odvodit
Hilbertovu domněnku: Máme dáno
formálně reálně těleso, které připouští
jen jedno uspořádání (a toto uspořádání
je archimedovské). Pak každá racionální
funkce f(x1, x2, …xn), která nenabývá
záporných hodnot pro žádné hodnoty
z tělesa, je součet čtverců v racionálních
funkcích proměnných x1, x2, …xn.
Snad to bylo možné aspoň „globálně“ sledovat; přesnější formulace
by byly neúnosně složité a zde zcela zbytečné. K pořádnému výkladu
je nezbytné se obrátit k lepším učebnicím algebry (například ke klasické
americké učebnici S. Langa).
Vypadá to, že zde by náš příběh
mohl skončit. Není tomu ale tak.
Arti­nův důkaz je totiž důkaz „existenční“: dokázána je jen existence takových funkcí, součtem jejichž čtverců je daná funkce. Není podán ani
náznak, jak by se takové funkce daly
najít. Pro jistotu dvě kratičká objasnění. První se týká pojmu existenčního důkazu a pomohu si jednoduchým příkladem: Budeme-li mít 999
krabiček a budeme-li vědět, že je
v nich tisíc kuliček, pak víme, že existuje aspoň jedna krabička, v níž jsou
přinejmenším dvě kuličky. Důkaz je
prostý: kdyby v každé krabičce byla
jen jedna kulička, tisící by nám zbyla.
Tento existenční důkaz ale nepodává
vůbec žádnou informaci o tom, v které krabičce jsou aspoň dvě kuličky.
Musíme je prohledat (a budeme na to
v průměru potřebovat otevřít zhruba
500 krabiček); víme jen, že hledání
nebude marné. A druhé objasnění se
týká toho, k čemu by nám to v našem
případě mohlo být dobré; kdyby ten
důkaz byl konstruktivní, tj. byl návodem na nalezení potřebných funkcí, pak by bylo možné naprogramovat počítač tak, aby za nás řešil úlohy
geometrie pravítka a etalonu. Nesmíte se ale moc ptát, k čemu by nám to
nakonec bylo dobré. V tomto případě
třeba k ničemu, ale někde by mohly
číhat problémy užitečné, které by se
mohly vyřešit podobně.
Nuže na odpověď na tuto poslední
otázku se muselo počkat dalších třicet let a přišla z oblasti, v níž by to asi
nebyl čekal ani velký Hilbert. V roce
1955 zveřejnil jeden z významných
logiků minulého století Abraham
Robinson výsledky týkající se zhruba řečeno metamatematiky algebry.
Na ně o dva roky později navázal
Georg Kreisel, další významný logik a přítel Kurta Gödela, a popsal
explicitní metodu konstrukce hledaných funkcí (součet jejichž čtverců
je pak roven zadané funkci). Když
se s tím Artin seznámil, podotkl prý,
že by přece jen dal přednost čistému existenčnímu důkazu před kon100
strukcí vyžadující 22 kroků.
Co se dělo pak, nevím, nevím ani,
zda se něco dalšího dělo. Můj odhad
je, že Kreiselův algoritmus je beznadějně složitý. Nikoli ovšem ve smyslu nějaké spletitosti, nýbrž proto, že
vyžaduje příliš mnoho kroků na to,
aby vůbec dal i na nejrychlejších počítačích nějaké výsledky za rozumnou dobu. A odhadoval bych, že někdo už dokázal (nebo dokáže), že
v principu žádný rychlejší algoritmus neexistuje. Ale také třeba, že
existují nějaké rozumné algoritmy,
které nevyřeší všechny námi zkoumané geometrické problémy, avšak
všechny „rozumné“ (či „generické“)
ano – ovšem s tím, že musíme rezignovat na nějaké formální kritérium
rozumnosti problému.
Můžeme my vlastně vůbec říci
o nějakém problému, že byl s definitivní platností vyřešen?
Ö
http://www.vesmir.cz | Vesmír 92, listopad 2013
647
nad knihou
Jitka Klimešová
Stopy ve sněhu
Přírůstky do polárníkovy knihovničky IV.
Motto:
Čteš krásnou literaturu?
Vrtím hlavou.
Ale to o hodně přicházíš. Spisovatelé vidí, kam
spějeme, dřív než vědci.
(z recenzované knihy)
Peter HØeg: Cit
slečny Smilly pro
sníh
Argo, Praha 1997
a 2008, překlad
Robert Novotný
Kresba
© Jitka Klimešová.
648
Proč upozorňovat v časopise zaměřeném na
popularizaci vědy na beletrii? Z toho důvodu, že hrdinové vyprávění, o kterém chci
psát, jsou vědci a hlavní zápletka takřka detektivního příběhu se rozvíjí kolem vědeckého poznání a hlavně jeho motivace a důsledků. Dále pak jde o knihu, která vzbudila
velký čtenářský zájem, stala se záhy bestsellerem a byla zfilmována,1 takže se dá očekávat, že se čtenáři s názorem autora ztotožnili
(i když... viz níže).
Román se odehrává v zimní Kodani a na
moři v blízkosti Grónska a skvěle vytváří
chladivou atmosféru. Neměl by tedy chybět
v knihovničce žádného polárníka. Hlavní hrdinkou je glacioložka Smilla, která je po mamince Gróňanka. Po smrti matky se ve svých
deseti letech ocitne u otce v Dánsku, a reprezentuje tak generaci Gróňanů, kteří byli vychováváni v internátních školách a ztratili kontakt s tradičním způsobem života.
V důsledku toho stojí na rozhraní dvou kultur a nepatří do žádné z nich. Neztotožňuje se s úsilím západní přírodovědy o poznání
světa, protože pozoruje důsledky aplikova-
Vesmír 92, listopad 2013 | http://www.vesmir.cz
ných vědeckých projektů na svou domovinu
– drancování nerostného bohatství od kryolitu po ropu. A neztotožňuje se ani s dánskou
politickou korektností a snahou nezaplést
se do žádných problémů. Na druhou stranu
má ráda luxus, nosí kožešinové kloboučky
a kalhoty podšité hedvábím.
Malý kamarád hlavní hrdinky, inuitský
chlapec Izaiáš Christiansen (jméno určitě
nebylo vybráno náhodou), spadne ze střechy domu a zabije se. Smilla však vysvětlení
policie, že jde o nešťastnou náhodu, nevěří.
Protože ví, že se chlapec bál výšek, a protože
ji zaujmou nezvyklé otisky jeho bot ve sněhu na střeše, začíná své vlastní vyšetřování
případu. Kromě toho, že je až bláznivě odvážná při získávání informací z různých archivů a od různých osob, zásobuje čtenáře
spoustou postřehů o ledu a sněhu (ale třeba
i o rychlosti chladnutí mrtvol), které si nezadají s poučnými popisy Julesa Verna (nebo
spíš Dana Browna?). Vyprávění je také protkáno vzpomínkami na dětství v Grónsku,
problematický vztah s otcem, vědecké výpravy a internátní školy. Příběh pěkně graduje
a přesouvá se z prostředí velkoměsta na palubu tajemné lodi Kronos (jméno opět určitě
symbolické), plující z neznámých pohnutek
za neznámým cílem.
Záhadu nakonec slečna Smilla vyřeší.
Chlapec se účastnil se svým otcem výpravy
kryolitické společnosti k malému ostrůvku
na západním pobřeží Grónska, při níž měl
být tajně rozřezán a odvezen zvláštní meteorit, který, ač není radioaktivní, vyzařuje teplo a rozpouští okolní ledovec. Tato tajná výprava za získáním meteoritu končí úmrtím
členů posádky a musí být předčasně ukončena. Zároveň se zjistí, že v jezírku pod ledovcem kolem meteoritu číhá smrtící parazitický červ, který je zodpovědný za jejich
smrt. Jediný, kdo nákaze odolal, je právě
malý chlapec.
Mysteriózní rozuzlení obohacuje naučné
statě o sněhu a ledu o problematiku meteoritů a parazitických hlístic. Zatímco teplo meteoritu je prostě jen záhadou, na smrtícím
parazitu si dal autor opravdu záležet. Nazval
jej Dracunculus borealis a zkombinoval v něm
vlastnost skutečně existujících parazitů – vlasovce medinského (Dracunculus medinensis)
a jiných hlístic čeledi Anisakidae. Vlasovci
se podobá vzhledem a životním cyklem, jiným hlísticím čeledi Anisakidae zase geografickým rozšířením, možností infikovat kytov-
ce a smrtelnými komplikacemi, které mohou
nastat při nákaze člověka.2
Slečna Smilla se při vyvrcholení příběhu
nachází na lodi, která má meteorit tajně vyzvednout a přivézt do civilizace. Vědec, který
ji organizuje, se neohlíží na možné zavlečení
smrtící nákazy do obydlených krajin. Slečna
Smilla se svým přítelem však jeho plány překazí. Podle hodnocení fanoušků je slabinou
knihy právě závěr, pro některé je nevýrazný,
jiným nedává smysl.
Zajímavé je, že autor (na rozdíl od většiny čtenářů publikujících svá hodnocení na
webu) nepovažuje své dílo za detektivku
ani thriller. Pečlivě vystavěný příběh má tedy určitě nejen roviny detektivní zápletky či
sci-fi záhady, katarze vztahu Dánů a Gróňanů nebo role ženy vědkyně v moderní společnosti (atd.) – obsahuje také poselství
o deziluzi ze současného pokroku na základě využití vědeckých poznatků. Nemohu se
ubránit pocitu, že autor je znechucen západní civilizací, která v zájmu poznání, aplikace vědeckých výsledků v praxi a s vidinou
velkých zisků (ať se jedná o profesury, peníze či Nobelovy ceny) nehledí na důsledky, které to přináší lidstvu. Dokonce bych
si dovolovala spekulovat o tom, že teplým
meteoritem, který má být osvobozen ze svého severského útočiště, je myšleno globální
oteplování a parazitický červ že má symbolizovat nástroj velkého vymírání, které po
tomto nezodpovědném činu bude následovat (jak je ostatně v textu naznačeno). Kniha sice byla napsána už v roce 1992, kdy globální oteplování nebylo velkým politickým
tématem, ale spisovatelé vědí, kam spějeme,
dřív než vědci, že ano.
Ö
1) Film s názvem „Stopy ve
sněhu“ (koprodukce Dánsko,
Německo, Švédsko), režie Bille
August, byl uveden ve stejném
roce jako český překlad knihy
(1997). Budete-li si chtít ověřit
mé spekulace o významu
knihy, zhlédnutí filmu vám to
pravděpodobně neumožní – liší
se od své literární předlohy
v řadě zdánlivě nepodstatných
maličkostí, které by samy o sobě
vydaly na malou studii o tom, jak
média pracují s předlohou (ať už
se jedná o realitu či fikci).
2) Za zapůjčení knihy a rozbor
povahy smrtícího červa děkuji
svým kolegům polárníkům Olegu
Ditrichovi a Tomáši Timlovi.
Konec totalitní říše
V dnešní době intenzivně studujeme příklady
civilizačních kolapsů a někdy i regenerací, ale
neméně důležitá je otázka resiliencí* – jak to,
že vyčerpané Německo dokázalo i přes intenzivní bombardování a příliv uprchlíků z východních zemí zásobovat skoro do posledních dní války své obyvatelstvo a že několik
dní před koncem války ještě někde vycházely noviny a byla proplácena mzda? Proč se
Němci už dávno nevzdali?
Renomovaný britský historik Ian Kershaw v obsáhlé a velice zajímavé studii nalézá hned několik odpovědí. Německý národ
šel do války nejenom díky fascinaci Hitlerem
a touze odčinit prohru v první světové válce, ale i s nadějí na obrovskou válečnou kořist. Mnoho Němců si bylo vědomo krutých
zločinů spáchaných v Polsku a Rusku a celkem oprávněně se báli odplaty. Z politického hlediska neexistovala alternativa. Atentát na Hitlera posílil represivní aparát do té
míry, že ještě několik dní či dokonce hodin
před obsazením Spojenci byli Němci, kteří
se chtěli vzdát, fyzicky likvidováni. Svou roli sehrálo i to, že vojáci ze setrvačnosti plnili
rozkazy až do samého konce.
Kershaw analyzuje postoje prostých lidí
i velitelů wehrmachtu a ukazuje, že i mezi generály byla na počátku roku 1945 jen hrstka
lidí, která dokázala jasně vidět situaci celého Německa a ne jen svůj úsek fronty. Opti­
mismus byl povinný a mnoho lidí věřilo, že
zásadní obrat prostě musí přijít, že Němci zastaví ofenzivu a postupně vyhrají bitvu o Evropu. Neúprosnost situace si uvědomoval
jen málokdo. Názornou ukázkou úplné ztrá-
Václav Cílek
Ian Kershaw:
Konec. Německo
1944–45
Jota, Praha 2013, 616
stran, z anglického
originálu „The End“
(Penguin Books,
2012) přeložil
M. Nový
ty smyslu pro realitu byla partajní směrnice
vydaná NSDAP v saském Freibergu dva dny
před Hitlerovou sebevraždou, ve které stálo, že „nyní, když se podařilo stabilizovat situaci, musíme se opět naplno ponořit do stranické práce...“
Hitlerova sebevražda pro mnoho Němců,
kteří Hitlera roky adorovali, představovala
radikální obrat. Stal se ztělesněním zla a nezdaru. Většina Němců začala trpět ztrátou
paměti a považovala se za oběť režimu. Není možné v několika řádcích shrnout mnohasetstránkovou monografii, ale je možné
na ni upozornit jako na neobvyklou, čtivou
studii konce jedné velké totalitní říše, která hlavně díky dobře uspořádané represivní organizaci překvapivě pomalu podlehla rozkladu, což ji v posledním zbytečném
roce války stálo zničení mnoha měst, skoro
milionové ztráty vojáků a statisíce mrtvých
civilistů.
Ö
*) Pozn. red.: Resilience znamená
pružnost nebo ohebnost;
v environmentálních vědách se
jí rozumí schopnost systému
fungovat v široké škále podmínek;
v psychologii schopnost jedince
odolávat stresu; v technice
schopnost vrátit se do původního
tvaru po odeznění rušivého
faktoru.
http://www.vesmir.cz | Vesmír 92, listopad 2013
649
výtvarné umění
Lada Hubatová-Vacková
„Vlast líbezná“:
rozporný půvab národní mytologie Karla Plicky
Pokud máme v krátkých dějinách československé kultury (1918–1992) hledat mýtotvornou reprezentaci země
a jejího národa Čechů a Slováků, pak
je třeba připomenout fotografický
opus Karla Plicky. Snad každá rodina dosud má v knihovně opakovaně
vydávaná Plickova fotografická alba
Prahy nebo Československa (se zlatým versálkovým písmem vyraženým
na plátěném hřbetu knihy). Plickovy
snímky postupně utvářely fotografickou topografii země a přikrášlenou vizuální identitu krajiny a jejích
obyvatel od dvacátých let do konce
let osmdesátých. Plicka protínal historické ideologie a každá z nich jeho
poetické snímky ke své reprezentaci
využila. Předválečné vydání Plickových fotografií Slovenska komentoval krajinský prezident na Slovensku
Josef Országh – představitel masarykovské státní správy na Slovensku,
po roce 1948 Plickovy slovenské fotografie slovem doprovodil komunistický poslanec Laco Novomeský a silně levicový a prosovětský básník Ján
Poničan (ten Plicku viděl jako „bohatýra, který osvobozuje zakletou
krásu země, krásu přírody a jejích lidí“). V době protektorátu vyšla v ro-
650
ce 1944 Plickova první pragensie (srv.
Prag im Lichtbild, Volk und Reich
Verlag Prag – rovněž se zlatými kapitálkami na plátěném hřbetu) a autorovi patetického úvodu Antonu
Zanklovi tato „fotografická apotheosa Prahy“ sloužila k prezentaci čtvrtého největšího města Říše (po Berlínu, Vídni a Hamburku). Plickovy
fotografie byly napříč časem nazývány „velkolepým eposem“, „poetickou
fotodokumentací krajiny“, fotografickým „Pantheonem Čechů a Slováků“.
František Kožík v roce 1979 k Plickovu souboru „Vlast líbezná“ napsal,
že fotograf svými obrazy „psal věštbu mohutnou jako árie Smetanovy“.
Plickovo monumentální fotografické dílo s sebou dodnes nese polemickou povahu národního umění (Plicka dostal oficiální titul národního
umělce v roce 1968). Jeho krajinářské fotografie „naší vlasti“ jsou snové,
melancholické, poetické. Jeho veduty měst a krajin nejsou reálné, syrové;
nemají dokumentární kvalitu. Autor
v nich zachycoval „skutečnost“, která byla už v okamžiku spouště minulá, mimočasová a bájně estetizovaná.
Českou krajinu reprezentuje prales
Boubín s tlejícími větvemi v mlžném
oparu jako alegorie plynoucího času,
Slovensko pak Děvín s meandrem
kolosálního Dunaje, s pohyblivým
perspektivním úběžníkem a dramaticky podsvícenou oblohou. Plickovy
krajinářské strategie byly přímočaré,
útočily na city a kolektivní paměť, byly vedeny snahou po hledání kořenů.
Vyhnout se tak patosu nebylo možné.
Dnes už se skoro zapomíná, že
Plicka nebyl jen geniální fotograf,
ale také hudebník, etnomuzikolog,
folklorista a zakladatel slovenské filmografie. Narodil se v roce 1894 ve
Vídni, věnoval se hudbě a jako nadaný mladík se stal členem pěveckého vídeňského sboru. V letech
1909–1916 studoval nejdříve učitelský ústav v Hradci Králové a poté
houslovou školu v Berlíně a Praze.
Po studiu v roce 1916 se vrátil do Vídně, kde byl dva roky členem orchestru. Po založení samostatného Československa se přesunul do Prahy, kde
Vesmír 92, listopad 2013 | http://www.vesmir.cz
si jej Václav Talich zvolil za asistenta;
později se stal samostatným dirigentem Pražského filharmonického sboru. V roce 1924 odešel do Bratislavy
studovat na Komenského univerzitu
národopis a hudební vědu. Etnografické zájmy a spolupráce s vlastenecky orientovanou Maticí slovenskou
ho dovedly ke studiu lidových tradic slovenského lidu. Tento svůj etnomuzikologický záběr soustředěný
na studium folklórních písní a tanců později rozšířil i o oblast Čech
a Moravy. K fotografii se Plicka dostal v první fázi jako etnograf, a navazoval tak na dokumentární národopisné snímky svých kolegů z Čech
a Moravy – Jana Kouly, Josefa Klvani nebo Josefa Šímy staršího. Obrazy prostého selského lidu v jednoduše zdobených krojích na pozadí
krajinných scenérií výrazně formovaly idealizovanou identitu tvořivého
a pracovitého národa, který se Plickovou fotografickou optikou přibližoval ideálu Tolstého Poljanovců, ale
i rozšířené masarykovské etice, blízké křesťanskému socialismu. Plickovy snímky slovenského venkovského lidu byly prodchnuté idealismem
vlasteneckých milovníků lidového
„svérázu“. Oživený zájem o folklorismus v padesátých letech a ideologizace lidovosti (coby reformované masové kultury) Plickovým vlastenecky
míněným poetickým snímkům ubližovala a posouvala je do roviny programové heroizace pracujícího dělnického lidu. Pitoresknost Plickova
venkova a folkloristickou optiku, kterou zaznamenával společnou práci,
obřady a zvyky venkovanů před válkou, bylo v padesátých letech možné
nahlížet také jako umění, v němž se
ukázkově snoubí socialistický obsah
kolektivismu s národní formou.
Hluboké vnitřní kontroverze ve
vnímání lidové kultury v době před
válkou a po válce popisuje ve svém
románu Žert Milan Kundera. Dřívější křesťanská lidová procesí a rituály
venkovského lidu se proměňují v organizovanou propagandu dožínek,
masopustů a Jízd králů. Se silnou
ironií Kundera v Žertu píše, že „nikdo nikdy neudělal pro lidové umění
tolik jako komunistická vláda“.
Zkusme tuto ideologickou rozporuplnost i u Plickova díla rozlišovat.
Je ale možné jeho snímky vidět v čisté podobě, bez ideologizace?
Text vznikl v rámci programu NAKI (DF12P01OVV041).
Publ. in: Slovensko vo fotografii Karola Plic­
ku, Martin 1953 (Děvče z Gemeru, Dunaj
pod Děvínem, Lán na loukách pod Vyso­
kými Tatrami); Karel Plicka – Vlast líbezná,
Praha 1979 (Boubínský prales – na zadní
straně).
http://www.vesmir.cz | Vesmír 92, listopad 2013
651
Download

v poznání je síla