Výzkum

Výzkumný program

Výzkumný program stanice je zaměřen na dlouhodobý monitoring životního prostředí a multidisciplinární výzkum. Multidisciplinární charakter výzkumného programu je dán jeho zaměřením na komplexní studium jedné z největších deglaciovaných oblastí v Antarktidě (pobřežní antarktická oáza s významným výzkumným potenciálem). Studovány jsou jak její abiotické, tak biotické složky, jejich vzájemné vztahy a fungování celého systému, včetně predikcí jeho dalšího vývoje. Vědecký program zahrnuje obory věd o Zemi (geologie, geomorfologie, paleontologie, geochemie a analytická chemie, klimatologie a hydrologie), řadu biologických disciplín (zejména botaniku, ekologii, ekofyziologii, stresovou fyziologii rostlin, mikrobiologii, parazitologii a půdní biologii) a také technické vědy (např. pokročilé polymery, odolnost vůči UV záření atd.).

Atmosférické vědy

Klima – pracovní skupina pro ledovce

Pracovní skupina Climate – Glacier Working Group je složena z odborníků a studentů, kteří se zajímají o různá výzkumná témata zabývající se polární meteorologií, klimatologií, hydrologií a glaciologií. Naše výzkumné aktivity se zaměřují na modelování a pochopení atmosféry a klimatu v Antarktidě, dopady klimatických změn na vodní toky a jezera a interakci klimatických procesů s ledovcovými systémy. Naše skupina řídí dlouhodobé sledování atmosférických parametrů a klimatických podmínek na ostrově Jamese Rosse a dalších lokalitách v oblasti Antarktického poloostrova. Dále provádíme intenzivní monitoring ledovců, včetně měření hmotnostní bilance, glaciologického a georadarového průzkumu především pevninských končících ledovců. Členové pracovní skupiny úzce spolupracují s předními světovými univerzitami a výzkumnými institucemi zaměřenými na polární klima a ledovce. Přispíváme také do globálních databází o klimatu, ledovcích a životním prostředí: Globální databáze mikroklimatu, Světové datové centrum PANGAEA, Světová služba pro monitorování ledovců, Globální síť pro pozemní ledovce.

Mezi hlavní výzkumná témata patří:
– dlouhodobé sledování klimatických podmínek a atmosférických procesů v oblasti Antarktického poloostrova
– numerické modelování atmosférické cirkulace a procesů v mezní vrstvě, včetně extrémních povětrnostních jevů
– studium proměnlivosti klimatu, klimatických změn a jejich dopadu na antarktické suchozemské ekosystémy.
– numerické modelování a rekonstrukce slunečního UV záření a ozonové vrstvy
– studium povrchové výměny energie, interakce mikroklimatu, půdy a vegetace.
– změny hmotnostní bilance a citlivost pevninských ledovců na nedávné změny klimatu
– studium toků povrchové vody v proglaciálních oblastech a glaciálně-hydrologické dynamiky

Vedoucí vědci:
Kamil Láska
Daniel Nývlt
Jarmila Burianová
Jan Kavan

Studenti:
Klára Čížková
Marek Lahoda
Michael Matějka
Simona Szymszová

Geovědní obory

Geovědní skupina Naše geovědní skupina má široký záběr výzkumných aktivit v oblasti monitoringu permafrostu a aktivních vrstev, periglaciální geomorfologie a paleoklimatologie.

Jednou z nejdůležitějších činností skupiny je dlouhodobé sledování tepelného stavu permafrostu a aktivní vrstvy a studium vlivu atmosférického oteplování na periglaciální prostředí. Přestože pracujeme především na terénních pracovištích na ostrově Jamese Rosse, úzce spolupracujeme s dalšími vědci a naše výsledky tak mají značný přesah do dalších oblastí Antarktického poloostrova. Dále přispíváme do několika globálních databází SoilTemp (Lembrechts et al., 2020), Global Cryosphere Watch a Ground Terrestrial Network – Permafrost.



Mezi hlavní výzkumná témata patří např:
– numerické modelování časoprostorových změn aktivní vrstvy a dynamiky věčně zmrzlé půdy.
– studium paraglaciálních a periglaciálních procesů a jejich dynamiky včetně formování současné krajiny
– měření a analýza fyzikálních a biogeochemických vlastností půdy
– studium minulého a současného stavu a vývoje antarktických jezer
– (paleo)společenstva diatomů, archeí a bakterií a jejich reakce na oteplování klimatu
– porovnání klimatických a environmentálních změn odvozených z jezerních záznamů se záznamy z ledového jádra ledovce James Ross
– chronologie deglaciace a rekonstrukce minulých ledovcových procesů ze sedimentů a tvarů reliéfu
– rozpočet sedimentů a transport materiálu ledovcovými, fluviálními a eolickými procesy

Vedoucí vědci
Filip Hrbáček
Michaela Kňažková
Daniel Nývlt

Studenti:
Jakub Holuša
Lucia Pastíriková
Matěj Roman

Rostliny, ekologie a fyziologie rostlin

Výzkum struktury a funkcí vegetačních složek ostrova Jamese Rosse byl prováděn především v oblasti stresové fyziologie antarktických autotrofů, jejich schopnosti přežívat v antarktickém suchozemském prostředí. Zvláštní pozornost byla věnována reakcím extrémofilních organismů, jako jsou lišejníky, řasy a sinice, na jednotlivé stresory prostředí. Kromě toho jsou reakce polárních řas, sinic, lišejníků a mechů na probíhající klimatické změny, zejména oteplování atmosféry, studovány jak v terénu pomocí speciálních zařízení, tak v laboratorních experimentech (metoda Open top chamber, dlouhodobá měření rozpuštěného kyslíku v maloplošných sladkovodních rybnících) a v laboratorních experimentech. Kromě vlivu globálního oteplování na fotosyntézu a produkci vybraných zástupců antarktické vegetace jsou studovány i základní fyziologické mechanismy aktivované u antarktických autotrofů nízkou a zápornou teplotou, UV-B zářením, vysycháním a fotoinhibicí fotosynteticky aktivním zářením (Laboratoř života v extrémních prostředích). V neposlední řadě jsou vybrané antarktické mikroautotrofy izolované ze vzorků odebraných na ostrově Jamese Rosse (řasy, sinice) kultivovány buď na agarových plotnách (Sbírka autotrofů), nebo na tekutých médiích s cílem optimalizovat jejich růstové protokoly pomocí fotobioreaktorového přístupu a identifikovat hnací faktory jejich růstu.

Hlavní témata zapojená do nejnovějších směrů výzkumu
• Stresová fyziologie antarktických autotrofů
• Primární fotosyntetické procesy u antarktických autotrofů
• Aplikace pokročilých biofyzikálních metod ve fyziologii antarktických rostlin (fluorescence chlorofylu, spektrální odrazivost, měření termostability).
• Taxonomie a ekologie antarktických autotrofů
• Vliv nízkých a mrazových teplot (včetně kryorezistence)
• Sběr autotrofů, jejich kultivace a produkční potenciál (WG4)
• Radiační biologie antarktických autotrofů
• Struktura a funkce biologických krust duše se zvláštním zřetelem k autotrofům
• Mapování vegetace pomocí AUV a analýza indexů spektrální odrazivosti

Fyziologie rostlin má stálé místo v českém antarktickém výzkumném programu. Terénní výzkum probíhá od počátku vědecké činnosti na ostrově Jamese Rosse. V roce 2007 byly na vybraných lokalitách v severní části ostrova vybudovány komory s otevřeným povrchem (OTC) za účelem studia reakce složek vegetačního krytu, zejména mechů a lišejníků, na globální oteplování. Pracovníci laboratoře již více než deset let monitorují tři lokality na ostrově Jamese Rosse na dlouhodobých výzkumných plochách (LTRP). Hlavním směrem výzkumu je hodnocení změn vegetačního krytu na kontrolních plochách a na lokalitách, kde byly zřízeny otevřené horní komory (OTC). Na těchto lokalitách je po dobu jednoho roku sledováno mikroklima. Fyziologické charakteristiky dominantních složek vegetace, jako jsou mechy (Bryum pseudutriquetrum) a lišejníky (Xanthoria elegans, Umbilicaria decussata), jsou sledovány v průběhu letního období v Austrálii pomocí techniky fluorescence chlorofylu založené na metodě saturačních pulzů a hodnocení efektivního kvantového výtěžku primárních fotosyntetických procesů ve fotosystému II. Na dlouhodobých výzkumných plochách je rovněž studován zdravotní stav vegetace a změny jejího druhového složení v čase.

Pomocí celoročních měření mikroklimatických a fyziologických parametrů bylo zjištěno, že míra uměle vyvolaného oteplení pomocí struktury OTC závisí především na charakteru studovaného stanoviště (vegetační oázy, skalnatý povrch stolových hor, předpolí ledovce). Charakter stanoviště je hlavním faktorem ovlivňujícím uměle vyvolané oteplení. Analýza mikroklimatických dat identifikovala několik krátkých období během antarktické zimy, kdy povrchová teplota stoupá nad 0oC. Během těchto období mění mechy a lišejníky svůj stav z klidového do fyziologicky aktivního.

Kromě suchozemské vegetace jsou v rámci dlouhodobých fyziologických projektů průběžně sledována i malá jezera a jejich biologická aktivita. Ve vodním sloupci maloplošných sladkovodních jezírek jsou instalována teplotní čidla (měření po celý rok) a kyslíkové elektrody (instalované během antarktického léta). Bylo zjištěno, že v období a antarktickém létě je voda nasycena kyslíkem v důsledku fotosyntézy sladkovodních mikrořas a sinic. V období blížící se antarktické zimy, kdy povrch rybníků v důsledku poklesu teploty zamrzá, jsou jasně rozlišitelné denní cykly změn koncentrace kyslíku ve vodě, což svědčí o zvýšené spotřebě kyslíku mikroorganismy v rybnících.

Velká pozornost je věnována studiu složek vegetačního krytu ostrova, a to jak z taxonomického hlediska (popis druhů tvořících biodiverzitu řas, sinic a lišejníků), tak postupnému budování sbírky autotrofních organismů pěstovaných na agarových médiích. Nedávno byl pro ostrov Jamese Rosse poprvé popsán výskyt jednobuněčné zelené řasy Macrochloris rubrioleum a byly studovány její základní fyziologické charakteristiky. Podobně bylo nalezeno několik lokalit výskytu Solorina spongiosa, pro Antarktidu mimořádně vzácného druhu lišejníku, který je na lokalitách pravidelně monitorován.

Terestrické ekosystémy ostrova jsou studovány z hlediska popisu strukturně funkčních jednotek tvořících vegetační oázy. Ty jsou sledovány jak tradičním pozemním výzkumem, tak pomocí dronů vybavených speciálními kamerami. Pomocí posledně jmenovaného přístupu byly na dlouhodobých výzkumných plochách rozlišeny mozaikovitě uspořádané plochy. Metodou spektrální odrazivosti jsou pomocí indexů spektrální odrazivosti indikovány nejen druhově specifické složení (například plochy pokryté určitým druhem mechu, lišejníku, kolonií sinic), ale také jejich funkční stav. Ty mohou určit nejen to, zda jsou tyto organismy v optimálním hydratovaném stavu, ale také to, zda jsou ve sledovaném okamžiku fyziologicky aktivní. Na tuto oblast výzkumu navazují doprovodné laboratorní experimenty, které využívají parametry spektrální reflektance k určení odolnosti studovaných antarktických autotrofních organismů vůči stresorům prostředí.

Skupina rostlinných fyziologů z MU Brno je velmi aktivní ve studiu odolnosti antarktických řas, sinic, mechů a lišejníků vůči stresu vysycháním, krátkodobému i dlouhodobému působení chladu a mrazu, nadměrnému ozáření fotosynteticky aktivním zářením a UV záření. Byly identifikovány druhy vykazující extrémní odolnost vůči těmto faktorům. Fyziologové rostlin popsali zapojení různých ochranných fyziologických mechanismů do antistresové reakce pomocí biofyzikálních metod. Mezi nimi je třeba zmínit fluorescenci chlorofylu in vivo, protože představuje jeden z hlavních směrů výzkumu zaměřeného na strukturu a funkci antarktických poikilohydrických autotrofů. V posledním desetiletí byly studovány fotosyntetické parametry několika zástupců (Nostoc commune, Trebouxia sp., Dermatocarpon polyphillizum, Umbilicaria decussata, Usnea antarctica, Usnea aurantiaco-atra, Sanionia uncinata, Bryum pseudotriquetrum, Brachythecium austro-glareosum), zejména jejich odpověď na stresové faktory. V neposlední řadě se vybrané kmeny řas používají v kontrolovaných kultivačních procesech v maloobjemových fotobioreaktorech, aby se vyhodnotily jejich optimální růstové protokoly. K tomuto účelu se používají spojená měření fotosyntetického vývinu kyslíku a parametrů fluorescence chlorofylu.

Vedoucí vědci:
Miloš Barták
Josef Hájek
Peter Váczi
Michaela Bednaříková
Alla Orekhova
Kumud Bandhu Mishra
Kateřina Trnková

Mikrobiologie

Náš mikrobiologický výzkum na ostrově Jamese Rosse se zaměřuje na monitoring, taxonomii a experimentální studium bakterií a mikroskopických hub. Studované mikroorganismy jsou každoročně izolovány buď z různých abiotických zdrojů, nebo z ústní sliznice a trusu antarktických zvířat.

Naše skupina intenzivně studuje bakteriální složku heterotrofních a chladově adaptovaných mikrobů v různých sladkovodních zdrojích včetně říček, potoků, jezer a dočasných jezer. Dále zkoumáme biodiverzitu heterotrofních bakterií kolonizujících anorganické materiály v antarktickém prostředí, jako je permafrost a jeho aktivní vrstva, trvale zastíněné skály, jezerní sedimenty a kryokonity představující jedinečná mikrobiální ohniska. Kromě toho se v rámci našeho výzkumu cíleně zaměřujeme na bakteriální izoláty produkující sloučeniny s antimikrobiálními vlastnostmi, které jsou slibnou alternativou k syntetickým antibiotikům a možným řešením neustále se zvyšující mikrobiální rezistence. Náš mykologický výzkum se zaměřuje především na diverzitu hub obývajících horniny. Kromě činností založených na kultivaci studujeme také mikrobiální společenstva permafrostu a jezerních sedimentů prostřednictvím metagenomiky (s důrazem na domény Bacteria a Archaea v prostředí ostrova Jamese Rosse).



Mezi hlavní výzkumná témata patří:
– biodiverzita bakterií, především psychrotrofních a heterotrofních, izolovaných z abiotických zdrojů.
– taxonomie fotosyntetických mikroorganismů (sinice, diatomie, limnické mikrořasy) izolovaných z antarktického prostředí
– studie mastných kyselin, enzymů a pigmentů přizpůsobených chladu
– “bezpečnost Antarktidy” – dodržování předpisů a opatření k zamezení/minimalizaci zavlečení nepůvodních druhů do Antarktidy a dovozu zoonóz z Antarktidy do Jižní Ameriky.
– studie potenciálních patogenů kolonizujících ústní sliznice vybraných antarktických zvířat (tuleňů, tučňáků, lachtanů sloních, lachtanů a lachtanů).
– studie potenciálu přírodních probiotik ve výkalech mořských živočichů.
– studie diverzity, taxonomie a fyziologie mikroskopických hub kolonizujících porézní horniny

Vedoucí vědci:
Ivo Sedláček
Pavel Švec
Stanislava Králová
Monika Laichmanová
Dana Nováková

Studenti:
Tereza Cahová
Vendula Koublová
Gabriela Suková

Czech Polar Reports

nový člen databáze WoS (od října 2022)

Czech Polar Reports je mezinárodní, multidisciplinární, recenzovaný časopis týkající se polárních věd. Vychází 2× ročně. Vydavatelem časopisu je MUNI Press (Masarykova univerzita, Brno, Česká republika). Časopis se věnuje poskytování původních vědeckých prací pro vědy prováděnév Arktidě a Antarktidě, velehorách a na planetách s polárními analogy. Časopis vychází v elektronické i tištěné podobě. Elektronické články jsou volně ke stažení na webových stránkách časopisu: odkaz: https: //journals.muni.cz/CPR/.

Časopis je indexován v databázích SCOPUS (od roku 2014), Web of Science (2022) a dalších. Podle databáze RESURCHIFY (ref. říjen 2022) je celkové pořadí Czech Polar Reports 19290. Podle SCImago Journal Rank (SJR) je tento časopis zařazen na 0,185. SCImago Journal Rank je ukazatel, který měří vědecký vliv časopisů. Zohledňuje počet citací, které časopis získal, a význam časopisů, z nichž tyto citace pocházejí. SJR funguje jako alternativa k impakt faktoru časopisu (neboli průměrnému počtu citací získaných za poslední 2 roky). Tento časopis má h-index 8. Nejlepší kvartil pro tento časopis je Q3. Impakt skóre (IS) 2020 časopisu Czech Polar Reports je 0,60.


Graf uvedený na https://exaly.com/journal/47973/czech-polar-reports/ ukazuje změny impakt faktoru vypočteného platformou EXALY-platformy časopisu Czech Polar Reports a jeho odpovídající percentil v období 2014-2022. Impakt faktor je definován jako podíl počtu citací článků za dva předcházející roky a počtu článků publikovaných v těchto letech.

Univerzitní kurzy

Ve výstavbě

Databáze

Databáze z oblasti atmosférických věd

Databáze geověd

 

  •  

Mikrobiologické databáze

 

  •  

Rostliny, ekologie a fyziologie rostlin – data