Život jako stavebnice

Přestože organismy svými těly umějí vyrábět takřka bezbřehé množství různých molekul, které potřebují (a snad i těch, které nepotřebují), musí k tomu mít základní stavební „kostky“, tedy chemické prvky, které vyrábět neumějí. Organismy sestávají z více než jednoho prvku a prvky přitom přijímají, ukládají a zase se jich zbavují v poměrech, které jsou řízeny různými faktory.

Jakkoli jsou tato tvrzení jednoduchá až prostinká, chováním poměrů prvků v živých systémech lze v ekologii vysvětlit překvapivě dost věcí na základě minima předpokladů. Přístup nebo myšlenkový rámec, který tento způsob redukce používá, se dostal do povědomí jako ekologická stechiometrie (pro objasnění některých pojmů viz slovníček) v ucelené podobě díky knize Ecological Stoichiometry autorů Roberta W. Sternera a Jamese J. Elsera, vydané r. 2001. Podívejme se nejprve na několik příkladů demonstrujících stechiometrický způsob uvažování a posléze na to, v čem může být užitečný.

Rostliny, mšice a mravenci

První příklad je velmi známý. Mšice získávají potravu tím, že narazí potrubí (floém), kterým rostliny transportují cukry (produkty fotosyntézy) z fotosynteticky aktivních orgánů do těch ostatních, zejména do kořenů. Jde o vynikající zdroj energie v podobě cukrů, ale jako potrava má malou chybičku – kromě cukrů v něm totiž takřka nic jiného není. Mšice přitom pro svůj růst – podobně jako jiné heterotrofní organismy – potřebuje nejen zdroj energie, ale i dusík (N), fosfor (P) a další prvky. Všechny tyto potřebné složky se sice v oné rostlinné šťávě vyskytují, jenomže v naprosto mizivých koncentracích. Mšice tento problém řeší z našeho pohledu dost nepřístojným způsobem: vypijí tolik šťávy, aby z ní získaly dostatek oněch vzácnějších prvků, a přebytečný sirup nechají odkapávat ze zadečku. Mšice jsou příkladem organismu, jenž využívá jeden zdroj potravy, na který je specializovaný, a tato potrava je zároveň stechiometricky extrémně nevyvážená.

Oproti tomu mravenci využívají široké množství zdrojů, z nichž některé jsou poměrně bohaté i na N a P. Jejich životní styl je však na druhou stranu energeticky náročný (vysoká spotřeba C). Díky tomu mohl vzniknout onen vztah protektora (mravence) a nevolníka (mšice), který Ferda Mravenec interpretoval jako ranou domestikaci. Mravenci využívají energetických přebytků ze stechiometricky nevyvážené potravy mšic a mšice na oplátku mohou těžit z bezpečnostních záruk, které jim mravenci poskytují.

Všimněte si prosím stechiometrické stránky vztahu! Máme tu hned tři trofické úrovně: primární produkci rostliny, která se vyznačuje vysokým poměrem C vůči ostatním dvěma makroživinám, jež se často objevují jako živiny limitující, tedy N a P. Můžeme říci, že rostlina má vysoký podíl C : N a C : P a ten se ještě zvýší, když do toho započítáme i C v jejích podpůrných strukturách (celulóza, dřevo), které jsou na ostatní živiny extrémně chudé. Z těla rostliny získává potravu konzument (mšice), který má ale ve srovnání s rostlinami velmi odlišný podíl C : N : P, mizivé nároky na podpůrné struktury (jejichž hlavní součástí bude navíc chitin, tedy polymer obsahující nemalý díl N) a nízký poměr C : N a C : P. Jde tedy o silně nevyvážený stechiometrický vztah s výše popsanými dopady na stravování.

Nakonec mravenec, který je – ve srovnání s rostlinným poměrem C : N : P – od mšice z tohoto pohledu skoro nerozeznatelný, využívá i jiné, vyváženější zdroje potravy (třeba když s kolegy rozporcuje housenku). Má ale mnohem vyšší energetické požadavky, které šťáva z mšic svým vysokým podílem C výborně splňuje. Recykluje tedy zdroj využívaný mšicí. Termínem recyklace zde přitom míníme zužitkování té části potravy, kterou organismus nevyužije ani strukturně, ani energeticky a vrací ji do prostředí. K tématu recyklace se ještě vrátíme později na příkladu zooplanktonu.