Vedoucí: prof. RNDr. Petr Pyšek, CSc.

Lidé ׀ Grantové projekty ׀ Publikace ׀ Web

Výzkumná témata

• Faktory určující úspěšnost naturalizace a rozšíření nepůvodních druhů
• Role vlastností druhů v rostlinných invazích
• Invazivnost rostliných druhů a invazibilita rostlinných společenstev
• Klasifikace dopadů invazních rostlin a živočichů
• Globální databáze naturalizovaných nepůvodních rostlin (GloNAF)
• Případové studie invazních druhů

Vybrané výsledky z posledních let 

1/ Malý genom podporuje naturalizaci nepůvodních rostlin, ale je nevýhodou při invazním šíření

Testování vlivu velikosti genomu a úrovní ploidie na naturalizaci a invazi rostlin pomocí přibližně 11 000 druhů ukázalo, že velký genom omezuje naturalizaci, ale podporuje invazi. Malý genom je výhodou během naturalizace, protože s ním jsou spojeny vlastnosti usnadňující adaptaci na místní podmínky; vlastnosti podmíněné velkým holoploidním genomem, kde se projevuje i ploidie, jsou výhodné pro dálkové šíření a kompetici s ostatními druhy.

• Pyšek P., Lučanová M., Dawson W., Essl F., Kreft H., Leitch I., Lenzner B.., Meyerson L. A., Pergl J., van Kleunen M., Weigelt P., Winter M. & Guo W.-Y. 2023: Small genome size and variation in ploidy levels support the naturalization of vascular plants but constrain their invasive spread. New Phytologist 239, 2389 – 2403. doi:10.1111/NPH.19135

Úspěšnost naturalizace nepůvodních rostlin klesá s velikostí jejich genomu (b), pro úspěšnou invazi (c) je však malý genom nevýhodný a pravděpodobnost invaze se zvyšuje s rostoucí velikostí genomu

 

2/ Hypotéza evoluční nerovnováhy a rostlinné invaze

Lidé přemisťují rostlinné druhy a poskytují jim příležitost ke zdomácnění mimo oblast jejich původního rozšíření. Druhy pocházející z různých oblastí jsou však mezi světovou naturalizovanou flórou zastoupeny do různé míry. Hypotéza evoluční nerovnováhy předpokládá, že rozdíly ve fitness druhů z jednotlivých biogeografických oblastí určují jejich úspěšnost poté, co jsou přemístěny jinam a setkají se tam s místní biotou. Analýza rozšíření původních a nepůvodních druhů pro téměř celou globální flóru ukázala, že úspěšné nepůvodní druhy pocházet z velkých území s vysokou biodiverzitou, kde rostou ve velkých populacích a v průběhu evoluce interagovaly s mnoha rozmanitými kompetitory a nepřáteli. Podobné  charakteristiky oblastí původního rozšíření mají také rostliny, které lidé vybírají pro pěstování a ekonomické využití. Kromě ovlivňování vnitřních potenciálů druhů jako invazních druhů proto navrhujeme, že Evoluční nerovnováha tak nejen ovlivňuje vrozený potenciál invazních druhů, ale formuje též vztahy rostlin s lidmi a ovlivňuje, které druhy jsou přemisťovány mimo svoje původní areály.

Spolupracující subjekty: Durham University, UK; University of Vienna, Austria; University of Göttingen, Germany; University of Konstanz, Germany; i-Div, Germany

 

• Fristoe T. S., Bleilevens J., Kinlock N. L., Yang Q., Zhang Z., Dawson W., Essl F., Kreft H., Pergl J., Pyšek P., Weigelt P., Dufour-Dror J.-M., Sennikov A. N., Wasowicz P., Westergaard K. B. & van Kleunen M. 2023: Evolutionary imbalance, climate and human history jointly shape the global biogeography of alien plants. Nature Ecology and Evolution 7, 1633 – 1644. doi:1038/s41559-023-02172-z

 

Globální úspěšnost naturalizace druhů pocházejících z různých kontinentů.

 

3/ Nepůvodní druhy zvyšují proměnlivost změn druhového složení

Invaze nepůvodních druhů jsou spojeny se změnami biodiverzity, otevřenou otázkou ale zůstává, nakolik jsou tyto procesy vyvolány změnami ve složení invadovaných společenstev. Jedním z možných mechanismů je, že se společenstva s nepůvodními druhy mění v čase rychleji než společenstva, v nichž se nevyskytují. V databázi BioTIME jsme porovnali oba typy společenstev a vyjádřili, jak se podobnost jejich druhového složení mění v čase, mezi po sobě jdoucími záznamy na trvalých plochách. Zjistili jsme, že i když jsou nepůvodní druhy přítomné relativně vzácně, jejich přítomnost je spojena se zvýšenou rychlostí změn. Vysoká proměnlivost druhového složení je tak významným mechanismem změn biodiverzity a naše výsledky ukazují, že nepůvodní druhy hrají důležitou roli.

Spolupracující subjekt: University of St Anfdrews, UK

• Kortz A. R., Moyes F., Pivello V. R., Pyšek P., Dornelas M., Visconti P. & Magurran A. E. 2023: Elevated compositional change in plant assemblages linked to invasion. Proceedings of the Royal Society B-Biological Sciences 290, 1 – 6. doi:1098/rspb.2022.2450

Nepodobnost v čase mezi společenstvy obsahujícím nepůvodní druhy a společenstev bez nich, vyjádřená pro různá období sledování.

 

4/ Katalog nepůvodní flóry České republiky

Třetí vydání Katalogu nepůvodních rostlin České republiky, které navazuje na vydání z let 2002 a 2012, bylo aktualizován o nové údaje shromážděné v posledním desetiletí, byl též přehodnocen statut některých taxonů na základě nových taxonomických a ekologických poznatků. Katalog zahrnuje 1576 nepůvodních taxonů, z nichž 1084 je přechodně zavlečených, 417 naturalizovaných a 75 invazních.  Oproti vydání z roku 2012 došlo k nárůstu o 122 taxonů. Příspěvek nepůvodních taxonů ke květeně ČR činí 37,8 %, pokud jsou zohledněny všechny taxony bez ohledu na stádium invaze, nebo 16,2 %, uvažujeme-li pouze naturalizované, které jsou trvalou součástí květeny. Nejvíce nepůvodních rostlin pochází z oblasti Středomoří (618 taxonů, tj. 31,5 % z celkového počtu), ostatních částí Evropy (380 taxonů, 19,4 %), ostatních částí Asie (290 taxonů, 14,1 %) a Severní Ameriky (262 taxonů, 13,4 %). Mapy založené na kumulativním výskytu nepůvodních druhů za posledních 50 let, vyjádřeném jako podíl na flóře příslušného kvadrantu mapovacího pole, ukazují, že nepůvodní druhy jsou relativně častější v nížinách a v městských aglomeracích. V evropském srovnání je Česká republika v současné době středně invadovanou zemí.

• Pyšek P., Sádlo J., Chrtek J. Jr., Chytrý M., Kaplan Z., Pergl J., Pokorná A., Axmanová I., Čuda J., Doležal J., Dřevojan P., Hejda M., Kočár P., Kortz A., Lososová Z., Lustyk P., Skálová H., Štajerová K., Večeřa M., Vítková M., Wild J. & Danihelka J. (2022) Catalogue of alien plants of the Czech Republic (3rd edition): species richness, status, distributions, habitats, regional invasion levels, introduction pathways and impacts. Preslia 94: 477–577, doi: 10.23855/preslia.2022.447

   

Místa se zvýšenou koncentrací (červeně) a nízkým výskytem (modře) nepůvodních druhů.

 

5/ Faktory určující druhovou bohatost vegetace jihoafrické savany

Studovali jsme faktory, které ovlivňují druhovou bohatost rostlin v jihoafrické savaně. V modelovém území Krugerova národního parku jsme zaznamenali složení rostlinných společenstev na stanovištích lišících se dostupností vody, intenzitou disturbancí zvířaty a horninovým podložím. Předpokládali jsme, že velcí býložravci budou využívat stanoviště u sezónních řek méně intenzivně než stanoviště v okolí vytrvalých řek, kde je voda dostupná po celý rok, včetně období sucha. Na plochách s granitovým podložím se vyskytovalo více druhů bylin a keřů než na plochách na bazaltech. Suchá savana vzdálená od zdrojů vody je druhově chudší než sezónní i trvalé řeky. Stanoviště podél sezónních řek hostila nejvyšší počet druhů keřů, což je v souladu s předpokladem nejvyšší druhové bohatosti při nižší intenzitě disturbancí a stresu z nedostatku vody. Analýza lokálních poměrů na úrovni vegetačních ploch byla doplněna zhodnocením vlivu velkoplošných makroekologických faktorů souvisejících s klimatem, produktivitou vegetace, charakterem dominantní vegetace a krajinnými prvky. Jediným významným faktorem byla teplota; oblasti s nejvyššími teplotami vykazují nižší druhovou bohatost.

• Hejda M., Čuda J., Pyšková K., Zambatis G., Foxcroft L. C., MacFadyen S., Storch D., Tropek R. & Pyšek P. (2022) Water availability, bedrock, disturbance by herbivores, and climate determine plant diversity in South-African savanna. Scientific Reports 12: 338, doi: 10.1038/s41598-021-02870-3

Habitaty studované v Krugerově národním parku. (A) trvalá řeka, (B) sezónní řeka, (C) suchá savana. (D-F) Sloni jsou hlavním disturbančním činitelem.

 

6/ Naturalizované flóry v sobě nesou dědictví evropského kolonialismu

Přemísťování rostlinných druhů člověkem po celém světě se urychlilo s nástupem evropského kolonialismu. Evropské mocnosti byly zodpovědné za záměrný i náhodný transport, introdukci a zdomácnění nepůvodních druhů na územích, která ovládaly. Tyto aktivity zanechaly trvalou stopu v globálním rozšíření nepůvodních rostlin. Konkrétně jsme zkoumali, jak čtyři evropská impéria (britské, španělské, portugalské a nizozemské) předurčila složení současných nepůvodních flór po celém světě. Zjistili jsme, že nepůvodní květeny oblastí, které byly kdysi obsazeny stejným impériem, jsou si podobnější, a že floristická podobnost mezi oblastmi obsazenými stejným impériem se zvyšuje s dobou, po kterou byl region obsazen. Práce ukazuje, že stopy evropská koloniální historie jsou v nepůvodních florách po celém světě stále patrné.

• Lenzner B., Latombe G., Schertler A., Seebens H., Yang Q., Winter M., Weigelt P., van Kleunen M., Pyšek P., Pergl J., Kreft H., Dawson W., Dullinger S. & Essl F. (2022) Naturalized alien floras still carry the legacy of European colonialism. Nature Ecology and Evolution 6: 1723–1732, doi: 10.1038/s41559-022-01865-1

Nárůst v počtu kolonií evropských impérií v čase (levý panel) a vztah mezi současným počtem naturalizovaných druhů v kolonii a dobou kolonizace (vpravo).

 

7/ Vytrvávající semenná banka přispívá k invazím nepůvodních rostlin

Narůstající globalizace usnadňuje zavlékání rostlin mimo oblast jejich původního rozšíření. Zásadní podmínkou prevence potenciálně škodlivých introdukcí je poznat, co je příčinou úspěšného zdomácnění a šíření nepůvodních rostlin v novém areálu. Zkoumali jsme, jaký je vztah mezi globální úspěšností naturalizace a invaze, typem a denzitou půdní semenné banky a vybranými druhovými vlastnostmi (hmotnost semen, dormance semen a životní forma rostliny) 2350 krytosemenných rostlin. Úspěšnost naturalizace a invaze byla silně spojena s vytvářením vytrvávající semenné banky, vliv hustoty semenv půdě a dalšími vlastností byl mnohem slabší. Naše výsledky ukazují, že perzistence semenné banky je velmi dobrým prediktorem úspěšné naturalizace a invaze. Znalost schopnosti semen přetrvávat v půdě tak může přispět k identifikaci potenciálně invazních rostlin a zohlednit tuto skutečnost při úvahách o jejich introdukci.

• Gioria M., Carta A., Baskin C. C., Dawson W., Essl F., Kreft H., Pergl J., van Kleunen M., Weigelt P., Winter M. & Pyšek P. 2021: Persistent soil seed banks promote naturalisation and invasiveness in flowering plants. Ecology Letters 24, 1655 – 1667. doi:10.1111/ele.13783

Schopnost naturalizace rostlin a její globální rozsah ve vztahu k vlastnostem semenné banky.

 

8/ Srovnání vlivu původních a invazních dominantních druhů na diverzitu rostlinných společenstev

Je známo, že invazní rostliny snižují druhovou diverzitu původních společenstev, probíhá však také debata o tom, zda podobný vliv mají i původní rostliny, které tvoří dominanty rostlinných společenstev. Abychom na tuto otázku odpověděli, porovnali jsme invazní dominantní druhy rostlinných společenstev ve střední Evropě s dominantami původními. Jako první jsme ukázali, že jak původní, tak invazní dominanty mohou snižovat diverzitu vegetace. Celkem 17 dominantních druhů (devět původních a osm invazních) statisticky významně snížovalo druhovou bohatost společenstev; nejsilnější negativní vliv jsme zaznamenali u Reynoutria ×bohemica, Calamagrostis epigejos, Phalaris arundinacea a Urtica dioica. Pro zastavení poklesu biodiverzity je třeba přijmout opatření zaměřená na zmírnění dopadů nejen invazních, ale i původních dominant, které se šíří v současné krajině; toho lze nejlépe dosáhnout podporou tradičního hospodaření a využívání krajiny.

• Hejda M., Sádlo J., Kutlvašr J., Petřík P., Vítková M., Vojík M., Pyšek P. & Pergl J. 2021: Impact of invasive and native dominants on species richness and diversity of plant communities. Preslia 93, 181 – 201. doi:10.23855/preslia.2021.181

Srovnání dopadu původních a inazních dominant na druhovou diverzitu rostlinných společenstev. Délka sloupce odpovídá míře redukce diverzity v přítomnosti dominanty.

 

9/ Závislost rostlinných invazí na zeměpisné šířce

Na základě údajů o rozšíření původních a naturalizovaných rostlin v 801 regionech celého světa jsme porovnali míru invaze (vyjádřenou jako podíl nepůvodních naturalizovaných rostlin na celkové flóře oblasti) na kontinentech a ostrovech severní a jižní polokoule. Míra invaze klesá s rostoucí zeměpisnou šířkou, ale ostrovy a pevniny se v tomto ohledu liší. Na ostrovech je míra invaze konzistentně nižší ve vyšších zeměpisných šířkách, zatímco na pevnině vztah nejlépe popisuje unimodální závislost. Míra invaze na ostrovech je výrazně vyšší než v pevninských oblastech. Výsledky umožnily identifikovat zeměpisné šířky s invazními ohnisky, kde je naléhavě nutný management, i mnoho oblastí, kde je v současnoti míra invaze nízká, ale vzhledem k vysokému ochranářskému potenciálu by měla být prioritou prevence budoucích invazí.

• Guo Q., Cade B. S., Dawson W., Essl F., Kreft H., Pergl J., van Kleunen M., Weigelt P., Winter M. & Pyšek P. 2021: Latitudinal patterns of alien plant invasions. Journal of Biogeography 48, 253 – 262. doi:10.1111/jbi.13943

Globální závislost míry invazí jednotlivých regionů na zeměpisné šířce.

 

10/ Fylogenetická příbuznost rostlin ovlivňuje jejich schopnot vytvářet půdní semennou banku

Pomocí globální databáze semenných bank (GloSSBank), která obsahuje údaje pro 2350 krytosemenných rostlin, jsme zkoumali, nakolik jsou délka přežívání semenné banky v půdě a její hustota určovány fylogenetickou příbuzností. Zjistili jsme významný fylogenetický signál, což dokazuje, že schopnost vytvářet vytrvávající semennou banku se neobjevuje ve fylogenezi náhodně. Schopnost přetrvávat v půdě je sice fylogeneticky korelována s produkcí dormantních a malých semen, ale hmotnost semen a dormance jsou samy o sobě špatnými prediktory přežívání semen v půdě. Je zajímavé, že proměnné odrážející vliv habitatu (hlavně míra narušení a pokryvnost vegetace), významně ovlivňují schopnost krytosemenných rostlin vytvářet trvalou semennou banku, ale klima takový vliv nemá. Jako první jsme v této studii ukázali, že fylogenetická příbuznost je důležitá pro pochopení funkce semenných bank a jejich vzniku, i toho jak souvisí s vlastnostmi rostlin, klimatem a charakterem biotopu. Tato zjištění poskytují důležité poznatky o chování rostlin v neprediktabilním prostředí a o tom, jaký vliv na rostlinné populace může mít globální změna.

• Gioria M., Pyšek P., Baskin C. C. & Carta A. (2020) Phylogenetic relatedness mediates persistence and density of soil seed banks. Journal of Ecology 108: 2121–2131 (doi: 10.1111/1365-2745.13437)

 

11/ Socioekonomické aspekty biologických invazí: které rostliny pěstujeme a jak je vybíráme?

Sledovali jsme, jak ekonomické využívání semenných rostlin ovlivňuje pravděpodobnost naturalizace druhu v území mimo oblast jeho původní výskytu, kam jej přenesli lidé. Zjistili jsme, že pravděpodobnost naturalizace užitkových rostlin (které mají pro člověka ekonomickou hodnotou) je 18krát vyšší, než u rostlin bez ekonomického využití. Nejúspěšnější jsou v tomto ohledu rostliny pěstované jako krmivo pro zvířata a rostliny s environmentálním využitím (např. okrasné). Platí také, pravděpodobnost naturalizace vzrůstá s počtem různých způsobů využití. Mezi užitkovými rostlinami jsou nadměrně zastoupeny taxony ze severní polokoule a nejsnáze v nových územích zdomácňují užitkové rostliny z Asie (van Kleunen et al. 2020). Které rostliny a zvířata člověk vybírá pro kultivaci a chov, však částečně závisí na charismatu jednotlivých druhů, které je definováno jako soubor vlastností a jejich vnímání člověkem, jež ovlivňují postoje a chování lidí k dotyčnému druhu. Ukazujeme, že charisma může ovlivnit všechny fáze invazního procesu, od introdukce až po managementová opatření, protože se odráží ve veřejném mínění a přispívá k sociálním konfliktům souvisejícím s invazemi (Jaric et al. 2020).

• van Kleunen M., Xu X., Yang Q., Maurel N., Zhang Z., Dawson W., Essl F., Kreft H., Pergl J., Pyšek P., Weigelt P., Moser D., Lenzner B. & Fristoe T. (2020): Economic use of plants is key to unravelling their naturalization success. – Nature Communications 11: 3201
• Jarić I., Courchamp F., Correia R. A., Crowley S. L., Essl F., Fischer A., González-Moreno P., Kalinkat G., Lambin X., Lenzner B., Meinard Y., Mill A., Musseau C., Novoa A., Pergl J., Pyšek P., Pyšková K., Robertson P., von Schmalensee M., Shackleton R. T., Stefansson R. A., Štajerová K., Veríssimo D. & Jeschke J. M. (2020): The role of species charisma in biological invasions. – Frontiers in Ecology and the Environment 18: 345–353 (doi: 10.1002/fee.2195)

 

Obchod s rostlinami je jedním z hnacích motorem invazí. Foto M. Vilà

 

12/ Mykorhizní houby a ostatní symbionti ovlivňují rozšíření rostlin a jejich invazní potenciál

Ukázali jsme, že spojení rostlin s mykorhizními houbami je pro ně výhodné z hlediska invaze, ale funguje odlišně na ostrovech a na pevnině. Mezi původními rostlinami na ostrovech je méně mykorhizních než na pevnině, ale naturalizované flóry na ostrovech vykazují více mykorhizních asociací než na pevnině. Pravděpodobnost, že mykorhizní rostlina úspěšně zdomácní je vyšší než pro nemykorhizní, nejvýhodnější strategií je fakultativní mykorhiza, která umožňuje na rozdíl od obligátní větší flexibilitu. Význam mykorhiz pro globální biogeografii rostlin a jejich vliv na invaze není plně nedoceněn.

• 1. Delavaux C. S., Weigelt P., Dawson W., Duchicela J., Ess F., van Kleunen M., König C., Pergl J., Pyšek P., Stein A., Winter M., Schultz P., Kreft H. & Bever J. D. Mycorrhizal fungi influence global plant geography. Nature Ecology and Evolution 2019, 3: 424–429.
• 2. Pyšek P., Guo W.-Y., Štajerová K., Moora M., Bueno C. G., Dawson W., Essl F., Gerz M., Kreft H., Pergl J., van Kleunen M., Weigelt P., Winter M. & Zobel M. Facultative mycorrhizal associations promote plant naturalization worldwide. Ecosphere 2019, 10: e02937.
• 3. Warrington S., Ellis A., Novoa A., Wandrag E. M., Hulme P. E., Duncan R. P., Valentine A. & Le Roux J. J. Cointroductions of Australian acacias and their rhizobial mutualists in the Southern Hemisphere. Journal of Biogeography 2019, 46: 1519–1531.

 

13/ Změny druhové bohatosti v Antropocénu: od globálních databází k teoretickým konceptům

První globální analýza vlivu biogeografických faktorů, environmentálních proměmných prostředí a socioekonomických faktorů na bohatost naturalizovaných a invazivních nepůvodních rostlin ukázala, že socioekonomické faktory jsou důležitější pro vysvětlení počtu invazních rostlin důležitější než jako prediktor počtu naturalizovaných (1). Analýza byla založena na letos zveřejněné databázi Global Naturalized Alien Flora (GloNAF), obsahující rozšíření 13 939 naturalizovaných taxonů v 1029 regionech světa (2). Zpracovali jsme také globální soupisy dvou funkčních skupin, nepůvodních kapradin (3) a naturalizovaných trav (4). Další analýza odhalila, že Severní a Jižní Amerika čelí odlišné hrozbě, pokud jde o ohrožení biodiverzity rostlinnými invazemi, a to z důvodu rozdílné historie a současné dynamiky invazí. V Severní Americe mají naturalizované druhy na původní flóře kontinentu mnohem vyší podíl (6,9% vs 1,4%) (5). Zpracovali jsme také teoretický koncept založený na tom, že je důležité rozlišovat druhy, které se šíří v důsledku člověkem způsobených změn prostředí, aniž by byly přímo zavlékány. Pro tyto taxony navrhujeme termín ‘neonative’ (6).

• 1. Essl F., Dawson W., Kreft H., Pergl J., Pyšek P., van Kleunen M., Weigelt P. et al. (2019) Drivers of the relative richness of naturalized and invasive plant species on the Earth. AoB Plants 11: plz051.
• 2. van Kleunen M., Pyšek P., Dawson W., Essl F., Kreft H., Pergl J., Weigelt P. et al. (2019) The Global Naturalized Alien Flora (GloNAF) database. – Ecology 100: e02542.
• 3. Jones E. J., Kraaij T., Fritz H. & Moodley D. 2019. A global assessment of terrestrial alien ferns (Polypodiophyta): species’ traits as drivers of naturalisation and invasion. Biological Invasions 21:861-873.
• 4. Canavan S., Meyerson L. A., Packer J. G., Pyšek P., Maurel N., Lozano V., Richardson D. M., Brundu G., Canavan K., Cicatelli A., Čuda J., Dawson W., Essl F., Guarino F., Guo W-Y, van Kleunen M., Kreft H., Lambertini C., Pergl J., Skálová H., Soreng R. J., Visser V., Vorontsova M. S., Weigelt P., Winter M. & Wilson J. R. U. 2019. Tall-statured grasses: a useful functional group for invasion science. Biological Invasions 21: 37-58.
• 5. Pyšek P., Dawson W., Essl F., Kreft H., Pergl J., Seebens H., van Kleunen M., Weigelt P. & Winter M. (2019): Contrasting patterns of naturalized plant richness in Americas: numbers are higher in the North but expected to rise sharply in the South. Global Ecology and Biogeography 28: 779–783.
• 6. Essl F., Dullinger S., Genovesi P., Hulme P. E., Jeschke J., Katsanevakis S., Kühn I., Lenzner B., Pauchard A., Pyšek P., Rabitsch W., Richardson D. M., Seebens H., van Kleunen M., van der Putten W., Vilà M. & Bacher S. (2019) A conceptual framework for range-expanding species that track human-induced environmental change. BioScience 69: 908–919

Dynamika introdukcí nepůvodních rostlin do Severní a Jižní Ameriky, vyjádřená jako kumulativní počet (a), a počet později naturalizovaných druhů zavlečených v příslušném roce.