Každý druhý nádech máte z oceánu, ne z lesa
Za částí kyslíku, který právě dýcháte, stojí jediná drobná sinice – tak malá, že ji věda objevila teprve v 80. letech, a přesto nejpočetnější fotosyntetizující organismus na Zemi.
#kyslík#oceán#mikrobiologie#fotosyntéza#věda
Nadechněte se. Ta sinice se prozradila čirou náhodou – díky přístroji, který vědci používali ke zkoumání úplně jiného, tehdy už známého mikroba.
Neviditelný prales pod hladinou
„Přibližně polovina kyslíku na Zemi pochází z oceánu," píše NOAA na svých stránkách o oceánu. Podobné číslo, „více než polovina", potvrzuje i Oceánografický institut ve Woods Hole (WHOI) v Massachusetts, jedna z předních amerických oceánografických výzkumných institucí – podle ní tuhle práci odvádí hlavně svrchních 200 metrů vody. Většinu produkce mají na svědomí takzvané planktonní organismy: drobné rostliny, řasy a některé bakterie, které se nechávají unášet proudem v osvětlené vrstvě oceánu. Nejde tedy o chaluhy ani mořskou trávu, ale o něco, co pouhým okem vůbec nevidíme.
Sinice ve dvou verzích
Mezi nimi vyniká jeden druh sinice jménem Prochlorococcus. Podle NOAA je to nejmenší fotosyntetizující organismus na Zemi, podle citace ke Crafoordově ceně (jedno z nejprestižnějších ocenění v biologii) zároveň nejpočetnější. Jedna buňka měří podle databáze BioNumbers Harvardovy lékařské školy 0,5 až 0,7 mikrometru, v průměru 0,6 mikrometru – podle MIT je to zhruba setina šířky lidského vlasu. Do jediné kapky mořské vody se jich podle WHOI vejde asi 20 000. Sama objevitelka, bioložka Sallie Chisholmová z MIT, ve svém vzpomínkovém textu uvádí asi 100 milionů buněk v litru mořské vody. Čísla se u různých autorů liší – hustota se mění podle místa, hloubky i ročního období.
Podle stejného textu tým brzy zjistil, že Prochlorococcus není jen jeden typ buňky. První kultura pocházela z hloubky 120 metrů v Sargasovém moři, další pak z povrchu Středozemního moře – a ukázalo se, že jde o dvě různé odrůdy. Jedna snáší silné sluneční světlo u hladiny, druhá přežije jen v šeru hlubších vrstev. Právě díky tomuhle rozdělení na „ekotypy" dokáže Prochlorococcus obsadit celou osvětlenou vrstvu oceánu, od hladiny až po hloubky, kam ještě proniká slabé světlo.
Objev, který přišel omylem
Do počátku 70. let vědci předpokládali, že veškerý mořský fytoplankton měří 5 až 100 mikrometrů – tedy tolik, kolik šlo rozeznat pod běžným mikroskopem. Pak se ukázalo, že voda je plná ještě menších buněk, kolem 1 mikrometru, a to desetkrát početnějších – dostaly jméno Synechococcus. O necelou dekádu později se výzkumníkům ve Woods Hole dostal do rukou nový přístroj: průtokový cytometr, laser, který postupně prosvěcuje jednotlivé buňky unášené vodou a měří, jaké světlo vyzařují. Biolog Robert Olson z Woods Hole si na přístroji jako první všiml slabých signálů, které nepatřily oranžovému Synechococcu, ale nějakým dosud neznámým buňkám – tým je zprvu považoval za elektronický šum. Ukázalo se, že jde o skutečné buňky, menší a početnější než Synechococcus. Šlo přitom o tytéž buňky, které někdo vyfotil už o deset let dřív a zařadil je mezi obyčejné sinice typu Synechococcus – tehdy si jich ale nikdo pořádně nevšiml. Tým vedený Chisholmovou nový organismus popsal v roce 1988 ve vědeckém časopise Nature; jméno mu dal až o čtyři roky později. Sama Chisholmová o tom později napsala: „nevěděli jsme, že existují, ještě před pár desítkami let."
Jméno Prochlorococcus mělo podle vlastních slov Chisholmové znamenat zhruba „malí kulatí předchůdci chloroplastů" (chloroplast je součástka rostlinné buňky, která v ní obstarává fotosyntézu). Chisholmová totiž zprvu doufala, že objevila chybějící článek mezi bakteriemi a buňkami rostlin. Genetická analýza ale tuhle naději nepotvrdila: nejbližším příbuzným Prochlorococcus je obyčejná sinice Synechococcus, žádný „živoucí fosilní" mezistupeň. Jméno jim ale i tak zůstalo.
💡 Zajímavost: Lidský genom má zhruba 20 000 genů. Kmen Prochlorococcus MED4 – buňka, která podle bioložky Sallie Chisholmové „pomocí slunečního světla rozkládá vodu na vodík a kyslík" – vystačí podle sekvenování jeho genomu s 1 716 geny: v roce 2003, kdy genom osekvenovali, šlo o nejúspornější genom, jaký byl u samostatně žijícího fotosyntetizujícího organismu na Zemi znám.
Souboj s deštným pralesem
V tom, kolik kyslíku na planetě tahle jediná sinice doopravdy vyrobí, si zdroje neshodnou. NOAA uvádí, že Prochlorococcus vyrábí až 20 procent kyslíku na celé Zemi, tedy víc, než kolik dodají všechny tropické deštné pralesy na souši dohromady. WHOI mluví jen o 5 až 10 procentech. Přesně změřit podíl jediného mikroba na celosvětové fotosyntéze je totiž mimořádně těžké: různé týmy k odhadu používají různou metodu.
Srovnání s pralesy má ale ještě jeden háček. Podle National Geographic a Oxfordské univerzity totiž dospělý deštný prales vrátí do ovzduší jen zlomek kyslíku, který vyrobí – většinu spotřebují samotné stromy na dýchání a mikroby při rozkladu spadaného listí. Čistý přínos zralého pralesa ke kyslíku v atmosféře je tak podle vědců blízký nule.
Stejný háček ale platí i pro oceán. Sama NOAA připomíná, že kolik kyslíku vyrobí mořský fytoplankton, zhruba tolik ho zase spotřebuje samotný mořský život dýcháním a rozkladem odumřelých těl a zbytků. Navíc většina kyslíku, který denně dýchají suchozemští živočichové včetně lidí, pochází z atmosféry nastřádané za stovky milionů let – ne z toho, co se vyrobí právě dnes. Přezdívka „plíce planety" tak doopravdy nesedí ani pralesu, ani oceánu. I s touhle výhradou ale platí, že oceán podle NOAA vyrábí zhruba polovinu kyslíku na Zemi – a Prochlorococcus na tom má citelný podíl.
Prochlorococcus přitom není nedotknutelný. Podle studie týmu Washingtonské univerzity a MIT, kterou v září 2025 zveřejnil časopis Nature Microbiology, je tempo dělení jeho buněk nejvyšší ve vodě zhruba mezi 19 a 29 stupni Celsia – to je pro organismus teplotní optimum. Nad 30 stupni se propadne na třetinu tempa, jaké mají buňky v devatenáctistupňové vodě. Podle klimatických scénářů na příštích 75 let by takové oteplení mohlo produkci Prochlorococcus v tropických vodách snížit o 17 až 51 procent, celosvětově pak o 10 až 37 procent, podle míry oteplení. Organismus, který dodává významnou část kyslíku vznikajícího na Zemi, tak sám závisí na tom, jak rychle se moře ohřívají.
Ilustrační foto: Iain / Unsplash
Ověřeno z:
- NOAA — Ocean Facts, „Does the ocean produce oxygen?“ (ověřeno 2026)
- WHOI (Woods Hole Oceanographic Institution) — Ocean Facts o produkci kyslíku
- Sallie Chisholmová — vzpomínkový text „Unveiling Prochlorococcus“, Microbes and Evolution (ASM Press, 2012)
- Rocap et al. — sekvenování genomu Prochlorococcus MED4, Nature (2003)
- University of Washington / MIT — studie o vlivu oteplování oceánu, Nature Microbiology (září 2025)
