Velký bratr v rybím světě

Světové populace ryb utrpěly lidským přičiněním značné škody. Neudržitelný rybolov způsobil kolaps nejedné rybí populace v oceánech. Ve sladkovodních systémech jsou ryby ovlivněny změnami přirozeného prostředí, zejména technickými úpravami, jako je narovnávání koryt a fragmentací prostředí, způsobenou stavbou vodních děl, jako jsou přehrady a jezy, ale také znečištěním vod (např. nedávno Bečva) nebo rybožravými predátory. Rostoucí množství lidských zásahů s negativními dopady volá po šetrnějším zacházení s vodními ekosystémy.

text: Michaela Holubová, Petr Blabolil, Martin Čech, Jiří Peterka a Mojmír Vašek

Díky vlastnostem vodního prostředí bylo přímé sledování lidské aktivity dlouho nemožné. Většina poznatků byla získávána zejména odlovnými metodami zahrnujícími především různé typy sítí. Tyto invazivní metody však vždy znamenají fyzickou manipulaci s rybami, která může vést k jejich poranění. Využitím některých typů sítí může dojít i k významnému poškození samotného vodního prostředí, a tak nejsou vhodné pro sledování chráněných území či ohrožených druhů. Tyto důvody vedly k aktuálnímu rozvoji šetrných metod monitoringu.

Hlavně bezkontaktně

První pokusy o bezzásahové sledování ryb byly prováděny zejména prostřednictvím akustických metod, tedy pomocí sonarů. Tento přístup vyžaduje finančně nákladné technické vybavení a má své limity, především povětšinou nerozezná druhy pozorovaných ryb. Převrat nastal s rozvojem vizuálních metod, které představovaly přímá pozorování potápěči. Tato technika je ale fyzicky náročná, časově omezená (rychlost spotřeby vzduchu v láhvi je ovlivněna hloubkou ponoru, kondicí potápěče i vydanou fyzickou aktivitou při ponoru) a závislá na dovednostech a zkušenostech pozorovatele. Její výsledky tedy mohou být výrazně ovlivněny lidským faktorem.

S technickým rozvojem kamerových systémů se otevřela příležitost, která představuje poměrně levný, standardizovaný způsob sběru velkého množství dat a zároveň nepředstavuje hrozbu pro ryby ani pro jejich prostředí. Náš výzkum probíhal v letech 2005, 2012 a 2014 a jako studijní lokalitu jsme si vybrali údolní nádrž Římov, která je nejprozkoumanější přehradou v České republice a stav rybí obsádky je pravidelně monitorován již několik desítek let. Zaměřili jsme se na otázku, zda je možné vizuální metodou plně nahradit tradiční metody a získat stejně kvalitní výsledky. Dalším předmětem studie bylo posoudit, jaké nové informace o ekologii i chování sladkovodních ryb, s důrazem na hejnové chování, nám může metoda přinést.

Velké množství dat s minimálním úsilím

Použití podvodní kamery umožňuje oproti tradičním metodám nejen získat informace o druzích vyskytujících se v ekosystému, ale navíc i náhled do vzájemných interakcí mezi jedinci téhož i rozdílných druhů a o jejich chování v přirozeném prostředí. Kamera je velmi příhodná i pro pozorování chráněných, vzácných i nebezpečných druhů. S přídavným osvětlením ji můžeme použít také na nepřístupných místech, jako jsou velké hloubky či podvodní jeskyně. To vše bez zranění či ohrožení života sledovaných organizmů a jejich pozorovatelů. Můžeme nerušeně sbírat data i po dlouhé časové úseky a bez nutného dohledu, neboť většina dnes dostupných systémů dokáže pracovat v automatickém módu.

Rozvoj používání kamer nastal primárně v mořském prostředí, zejména vlivem velmi dobré průhlednosti vody, což je u tohoto způsobu sledování zcela klíčový faktor. Nicméně úspěšně se používají i ve sladkovodním prostředí, jako jsou jezera a přehrady. Přehradní nádrže jsou mladé, člověkem vytvořené ekosystémy. Jejich rybí obyvatelé jsou prvořadě přizpůsobeni říčnímu prostředí a většina druhů tedy využívá spíše přítokové oblasti a příbřežní zóny, kde jsou schopny obstarat si potravu. Pouze omezený počet rybích druhů je schopen přizpůsobit se prostředí volné vody a jeho potravní nabídce, kterou pro většinu druhů představuje zooplankton (planktonní korýši, především perloočky rodu Daphnia).

Nám se pomocí kamery instalované v prostředí volné vody podařilo v nádrži Římov zaznamenat celkově devět rybích druhů, z nichž čtyři druhy tvořily hejna, a to hlavně cejn velký (Abramis brama), který je i nejhojnějším druhem vyskytujícím se na volné vodě studované nádrže, dále pak plotice obecná (Rutilus rutilus), ouklej obecná (Alburnus alburnus) a okoun říční (Perca fluviatilis). Dalšími méně často pozorovanými druhy byly dravci, a to bolen dravý (Leuciscus aspius), štika obecná (Esox lucius), candát obecný (Sander lucioperca), sumec velký (Silurus glanis) a také kapr obecný (Cyprinus carpio). Je zřejmé, že při hledání vhodné potravy či při přesunech mezi stanovišti využívají tohoto netypického prostředí i druhy jako kapr.

Hra na schovávanou

Podvodní svět jezer a přehrad není na oko lákavý tak jako mořské prostředí, zejména pokud je reprezentováno nezničenými korálovými útesy. Částečně proto byl také v minulosti opomíjen. Hlavním důvodem nezájmu o toto prostředí z hlediska rybího společenstva však byla zejména hospodářská nevýznamnost. Stejně jako v oceánech tvoří ryby v jezerech a přehradách hejna, nicméně o formování hejn ve sladkovodním prostředí a faktorech, které jsou za to zodpovědné, se toho ví jen velmi málo. Díky vyšší rozmanitosti prostředí jezer a celkově nižší početnosti ryb jsou hejna tvořena menším množstvím jedinců, než je tomu v mořském prostředí. Hejna slouží zejména jako ochrana před predátory.

V rozmanitém vodním prostředí s rozvinutou příbřežní vegetací se zpravidla ryby neuchylují k tvorbě hejn, neboť hlavní zdroje potravy jsou v okolí úkrytů. V systémech, u kterých chybí rozvinutá příbřežní zóna, jsou ryby nucené uchýlit se k hledání potravy na volné vodě. Tady přichází potřeba chránit se před predátory. Nepřítomnost úkrytů způsobuje nutnost hledání ochrany právě ukrytím se mezi svými druhy (teorie „sobeckého stáda“).

Rybožraví predátoři jsou ve sladkovodním prostředí zpravidla nasyceni jedinou kořistí, a tak s každým dalším členem hejna významně klesá pravděpodobnost, že se jedinec stane obětí útoku. Navíc podle teorie „mnoha očí“ jsou také velká hejna schopná zaznamenat přítomnost predátora mnohem dříve než hejna malá nebo samotní jedinci a připravit se tak na případný útok.

Vodní prostředí je také jediné, ve kterém spatření predátora není nutně následováno úprkem. Šíření informací, ať vizuálních či chemických, je ve vodě závislé na množství činitelů (viditelnost, proudy, stav sytosti predátora atd.), a tak ne každé setkání musí znamenat hrozbu. Ryby dokáží tvořit synchronní formace a obratně se predátorovi vyhnout. Dobře patrné je to u obrovských hejn mořských ryb, které únikovými manévry tvoří mnohdy velmi poutavou podívanou.

Jak již bylo zmíněno, velkou roli při tvorbě hejn hraje průhlednost vody, která souvisí s nápadností pro možného predátora. V systémech s velkou úživností (např. údolní nádrž Římov), kde je zpravidla viditelnost zhoršena přítomností řas a sinic a dalších organických i anorganických částic, můžeme pozorovat „méněhlavá“ hejna. Naopak v oligotrofních, tedy méně úživných systémech, (např. nádrž Nýrsko, jezera Most a Milada) pozorujeme menší počet hejn složených z vyššího počtu jedinců, čímž se minimalizuje šance potkat predátora.

Ryba k rybě sedá?

Aby byla antipredační funkce skutečně efektivní, je zapotřebí maximální podobnost příslušníků hejna, aby bylo složeno z jedinců stejného druhu, ale i velikosti těla. Tím se ryby snaží predátora „zmást“, protože ve skupině stejných ryb je těžké vybrat si právě jednu kořist. Optická nesourodost mezi členy činí zranitelnějším celé hejno. Menší jedinci zpravidla za hejnem zaostávají, tím narušují jeho strukturu. Na druhou stranu takoví jedinci hejno opouští jako první, neboť jim zároveň hrozí největší nebezpečí.

Složení hejn z příslušníků stejného druhu se potvrdilo také při našem výzkumu. Méně často jsme pozorovali hejna složená z více druhů. I tady však platí, že různé druhy tvořící společně hejno jsou si velmi podobné jak vzhledově, tak ekologicky (přijímají stejnou potravu). Zdá se, že méně častý druh (v našem případě se jednalo o plotici) se občas přidružuje k hojnému druhu (v našem případě cejn), aby získal ochranu před predátorem (Holubová a kol. 2020 – Journal of Fish Biology).

Pozorováním změn ve složení hejn lze snadno zaznamenat negativní vlivy mořského rybolovu na lokálních populacích. V oblastech, kde se dříve vyskytovala obrovská jednodruhová hejna, jsou po přelovení k nalezení menší smíšená hejna, což svědčí o nedostatku příslušníků stejného druhu.

Samotná velikost druhu ovlivňuje zranitelnost vůči predátorům a tím i míru nutnosti tvořit hejna. Druhy menší, které jsou častou potravou predátorů, tvoří hejna ve vyšší míře. Jedná se například o ouklej a plotici. Druhy, které dorůstají větších velikostí nebo mají vysoké tělo (například cejn velký), případně druhy s pevnými strukturami (jako okoun) jsou predátorem vyhledávány zřídka nebo jen během krátkého úseku časné fáze života a tvoří hejna méně, díky menší nutnosti ochrany.

Jedna ryba hejno nedělá

Plůdek a nedospělí jedinci tvoří i ve sladkých vodách větší agregace než dospělí jedinci, kteří jsou omezení na počet jedinců s podobnou velikostí. Pokud je v systému příliš málo ryb, hejna se netvoří nebo jsou velmi malá a jedinci jsou spíše rozptýlení. S nárůstem počtu ryb v prostředí dochází ke snížení podílu ryb, které se vyskytují samostatně či v párech (hejno je definováno jako skupina tří a více ryb), naopak roste podíl ryb v hejnech.

Větší hejna začnou vznikat až po dosažení tzv. „kritické hodnoty“, tedy určitého počtu jedinců v ekosystému; dalo by se říci „přeplnění“ ekosystému. Po dosažení tohoto počtu se z převážně rozptýlených ryb začnou utvářet hejna. Jsme tak první, kdo tento jev popsal ve sladkovodním ekosystému, doposud byl znám výhradně u populací mořských ryb (Holubová a kol. 2019 – PeerJ).

Tvořením hejn se jedinci činí vzácnějšími, čímž také snižují možnost potkání s predátorem. Pro samotného jednotlivce může mít takové setkání fatální následky. Pro druh jako takový je také nevýhodné být v ekosystému příliš často k potkání. Dravé druhy pak mají tendenci si tento druh kořisti zafixovat jako potravu a záměrně ho preferovat před druhy jinými. Na druhou stranu velká hejna představují pro jiné predátory lákavý zdroj potravy, za kterým se stahují, takřka jako vosy na med.

Zejména tedy v mořském prostředí může být jedno hejno napadeno více druhy predátorů v jeden okamžik (např. kolektivní lov delfínů, žraloků a terejů). V moři navíc existují predátoři, kteří jsou schopni lapit více jedinců najednou (např. velcí kytovci). Souhrou těchto faktorů mohou být během několik okamžiků zdecimována i tisícihlavá hejna ryb. Tento proces se zřejmě vyvinul jako regulace sloužící proti přemnožení jednoho druhu a udržení rovnováhy v ekosystému.

Zneužití sociálního chování

Skutečnost, že ryby tvoří obrovská hejna, není využívána jenom jejich přirozenými predátory, ale i člověkem. Mořský rybolov, který přerostl v nekontrolované drancování obrovských mas ryb, svým rozsahem narušuje populace, čímž pozměňuje vazby mezi predátorem a kořistí, které mohou mít dopad na celý ekosystém. Odebírání největších jedinců například způsobuje, že se v populaci rozmnožují pouze menší kusy, a tak vzniká geneticky odlišná populace velikostně menších ryb, které také produkují menší množství jiker než jedinci větší. Pro rybolov je to nevýhodným důsledkem, který dovedl začátkem 90. let minulého století ke kolapsu například populace tresky při kanadském pobřeží a populace v Severním moři jsou také na pokraji zhroucení.

Ve sladkovodních ekosystémech nemá v současnosti komerční rybolov významný podíl. Sportovní rybářství může mít na druhou stranu na systém negativní dopad, zejména pak lov dravých druhů ryb. Predátoři se obecně v přírodě vyskytují v menších počtech a snižování jejich počtů může vést k dominovému efektu, který popřípadě skončí přemnožením druhů stojících níže v potravním řetězci. V mořském prostředí se následky podepisují na celé plejádě druhů vyskytujících se v ekosystému. Například při absenci žraloků na korálových útesech dochází k nárůstu počtu větších rybožravých ryb, jako jsou kanicové, kteří nepřiměřeně redukují populace malých býložravých ryb. Následkem toho jsou koráli potlačeni růstem řas.

V prostředí jezer a přehrad může dojít k nechtěnému nárůstu početnosti bílé ryby a zhoršení kvality vody. Návrat k původnímu stavu, který je žádoucí pro lidské potřeby, představuje zdlouhavé a technicky i finančně náročné procesy.

Ve správný čas na správném místě

Jak již bylo zmíněno, pro použití vizuálních metod je velmi důležitá průhlednost vody, která u vodních těles našeho podnebí může během roku kolísat. Přesto i ekosystémy s nižší průhledností mohou být sledovány kamerou. Přehrady mírného klimatického pásu prochází cyklem událostí, které způsobují, že přibližně po dobu jednoho měsíce (cca přelom května a června) dochází k takzvanému období „clear water“, tedy období čisté vody. Toto období se vyznačuje velkou průhledností (v nádrži Římov například až 5 m), způsobené především nízkou biomasou zelených řas zásluhou filtrační aktivity zooplanktonu.

Díky rostoucím teplotám vzduchu dochází k ohřívání horní vrstvy vody, což u hlubších nádrží napomáhá k vytvoření teplotní stratifikace (teplejší voda má menší hustotu, proto zůstává v horní vrstvě vodního sloupce, zatímco chladnější voda s vyšší hustotou se drží v nižších vrstvách vodního sloupce). Toho využívají hlavní druhy ryb našich přehrad, které horní hladinovou vrstvu okupují prakticky celé období letní stratifikace.

Využití kombinace těchto podmínek je tedy klíčové pro úspěšnou aplikaci kamerových metod i v podmínkách vyšší úživnosti. Pro sledování ryb volné vody se nám velmi osvědčilo umístění kamery nad termoklinu (skočnou vrstvu teplotní stratifikace) se 45° nakloněním objektivu k hladině. Světlo přicházející z hladiny při tomto nastavení krásně vykresluje siluety proplouvajících ryb a zároveň je maximalizován sledovaný objem volné vody.

Když dva dělají totéž

Během našeho výzkumu jsme se zaměřili také na otázku, zda je možné tradiční monitoring plně nahradit vizuální metodou. Používání sítí pro monitoring může narušit populace citlivých druhů, přestože celkové množství odlovených ryb může být pro ekosystém zanedbatelné. Ač je sběr videozáznamů, včetně jejich zpracování, časově náročným procesem, výsledky ukázaly, že kamera na volné vodě zjistila stejný poměr v druhovém zastoupení ryb jako aktivní síťová metoda zvaná košelkový nevod (standardní metoda lovu ryb ve volné vodě zejména v mořském prostředí).

Kamera navíc zachytila v tomto prostředí několik vzácně se vyskytujících druhů a stejnou početnost ryb jako při hydroakustickém pozorování, tedy prostřednictvím vědeckého echolotu (Holubová a kol. 2019 – Ecological Indicators). Při správném použití kamery jsme tedy schopní zajistit srovnatelné výsledky jako tradičními metodami. Ideální se tak zdá být kombinace neinvazivní hydroakustické metody a kamery.

Nastane boom kamerových metod?

V dnešním světě si kamerové metody velmi rychle dobývají místo mezi předními monitorovacími metodami. Využívají se hojně v mořském prostředí, například pro monitoring korálových útesů, neboť jsou velmi vhodné pro neinvazivní sledování vzácných či plachých druhů živočichů či chráněných oblastí. V plném proudu je jak vývoj automatizovaných systémů schopných rozpoznat jednotlivé druhy, tak stereokamer sloužících pro určení velikosti. Kamery také často nejsou závislé na zdroji elektrické energie ze sítě či neustálé výměně baterií, ale mohou být poháněny solárním zdrojem a tak dlouhodobě sbírat data bez nutnosti lidského zásahu. V blízké budoucnosti a ve vhodných podmínkách by tedy mohly tyto systémy nahradit destruktivní metody monitoringu.

(Poděkování: Studie byla podpořena Akademií věd ČR v rámci programu Strategie AV 21, Záchrana a obnova krajiny (https://www.sav21bc.cz/zok/))

(Autoři RNDr. Michaela Holubová, Ph.D., RNDr. Petr Blabolil, Ph.D., doc. RNDr. Martin Čech, Ph.D., RNDr. Jiří Peterka, Ph.D. a Mgr. Mojmír Vašek, Ph.D. působí v Hydrobiologickém ústavu Biologického centra AV ČR, v.v.i.)