Oceanele Când algele devin arme otrăvitoare - spectrul științei
Oceane: Când algele devin arme otrăvitoare
Se așteaptă o mulțime de riscuri atunci când se lansează o expediție aventuroasă în ape necunoscute. Dar scoici mortale? Navigatorul britanic George Vancouver era puțin probabil să fi avut această amenințare pe radar când a explorat coasta Columbia Britanică în 1793. Cu toate acestea, o masă aparent inofensivă de fructe de mare ar trebui să coste viața unui membru al echipajului său. Aparent, bărbatul a contractat o otrăvire fatală pe care profesioniștii din domeniul medical o cunosc acum ca „otrăvire paralitică a midiei și a crabului”. Este declanșat de un grup de toxine nervoase extrem de eficiente, „toxinele paralitice pentru crustacee” (PST). Cea mai cunoscută dintre acestea este saxitoxina, din care mai puțin de un miligram poate ucide un adult.
Potrivit rapoartelor de la Vancouver, canadienii nativi par să fi cunoscut acest pericol chiar și atunci. Când covoarele strălucitoare de alge pluteau în mare noaptea, mâncărurile cu midii erau considerate tabu de către localnici. Și aceasta a fost o măsură de precauție perfect rezonabilă. Deoarece aceste covoare pot fi dezvoltări în masă ale protozoarelor din genul Alexandrium. Acestea produc saxitoxina, care se acumulează apoi în lanțul alimentar.
Midiile, de exemplu, pot filtra milioane de organisme unicelulare și încărcătura lor periculoasă din apă într-o singură oră în timpul unei astfel de înfloriri algale. De regulă, nu mor din cauza toxinelor, dar le depun adesea în corpul lor în concentrații mari. Și apoi devine periculos pentru fanii fructelor de mare. În fiecare an, în întreaga lume, aproape 2.000 de persoane sunt otrăvite atunci când consumă midii sau pești contaminați, aproximativ 15% din aceste cazuri sunt fatale - iar numărul cazurilor neraportate este probabil mare. O astfel de masă poate avea, de asemenea, consecințe fatale pentru pești și păsări marine, broaște țestoase și mamifere marine. Ca să nu mai vorbim de daunele economice aduse pescuitului și acvaculturii. Oamenii de știință ar dori, așadar, să înțeleagă mai bine modul în care apar astfel de evoluții în masă, periculoase pentru oameni și animale. Dar biologia florilor otrăvitoare este încă plină de mistere.
Otravuri împotriva vegetarienilor
Experții cunosc în prezent aproximativ 100 de tipuri de alge care pot produce compuși toxici. Aceasta înseamnă că otrăvitorii sunt o mică minoritate dintre cele peste 10.000 de specii de alge cunoscute în oceanele lumii. Mulți membri ai acestui club exclusiv aparțin, precum genul Alexandrium, grupului de dinoflagelați sau „flagelanți blindați”. Cu toate acestea, unele alge roșii și diatomee au, de asemenea, substanțe periculoase în gama lor. Otravurile diferiților producători provoacă simptome diferite în funcție de tip și doză. Spectrul variază de la indigestie și pierderea memoriei la insuficiența cardiacă și insuficiența respiratorie.
Dar ce anume determină organismele unicelulare să dobândească un astfel de arsenal de substanțe periculoase? De mult timp se știe că anumite circumstanțe externe favorizează toxicitatea. De exemplu, este crucial ce nutrienți conține apa. Când dinoflagelații se înmulțesc, ei construiesc azot și fosfor în componentele lor celulare într-un raport de 16 la 1. Deoarece există o abundență de azot în multe locuri, organismele unicelulare vor rămâne fără fosfor în timp. Algele încetează apoi să se reproducă. Cu toate acestea, metabolismul dvs. funcționează în continuare la viteză maximă și transformă excesul de azot în diferiți compuși - inclusiv saxitoxina, care conține 30% azot, dar nu are fosfor. Dacă există o lipsă de fosfor, de exemplu, specia Alexandrium tamarense își mărește de multe ori producția de otravă.
Cu toate acestea, pentru o lungă perioadă de timp, nimeni nu a putut explica cu adevărat pentru ce sunt aceste substanțe. La prima vedere, acestea nu par a fi arme defensive deosebit de eficiente atunci când midiile pot filtra mase de alge otrăvitoare din apă fără să facă rău. Dar există și alți dușmani. Copepodele minuscule, de exemplu, nu sunt doar mâncători avizi de alge, ci sunt și unul dintre cele mai comune organisme ale zooplanctonului marin - sunt adversari serioși împotriva cărora este necesară o strategie eficientă de apărare. Este adevărat că unele specii ale acestor mini-crabi par să nu fie impresionate de saxitoxină și co. Cu alții, totuși, otrăvurile au arătat efecte în diferite studii. Animalele afectate au suferit de apetit scăzut, fertilitate redusă sau tulburări de dezvoltare, de exemplu, iar unele chiar au murit. Și mai multe specii de vegetarieni vorace par să evite algele toxice atunci când au alternative netoxice. Deci, otrăvitorii mai bine apărați se pot reproduce mai bine, uneori chiar în masă.
Urme de poveste în apă
Cu toate acestea, amenințarea reprezentată de crustaceii flămânzi nu este întotdeauna aceeași. La urma urmei, acest zooplancton se dezvoltă în cicluri și, de asemenea, rămâne adesea la diferite adâncimi ale apei în timpul zilei. Prin urmare, în anumite momente ale zilei și ale anului, mult mai mulți dușmani se ascund după alge gustoase decât în altele. Ar fi bine dacă potențialele victime ar putea reacționa la pericolul real în loc să irosească în mod constant energie cu arme defensive scumpe.
De fapt, Erik Selander de la Universitatea din Göteborg din Suedia și colegii săi atestă otrăvitorii mării un grad uimitor de flexibilitate: atunci când sunt prezente copepode, de exemplu, dinoflagelații din Alexandrium minutum produc de până la două ori și jumătate mai mult venin decât de obicei. algele toxice își pot crește producția energic dacă este necesar. Dar cum observați de fapt când este necesar? Cercetătorii suedezi au găsit un răspuns la această întrebare în ultimul lor studiu. Potrivit acestui fapt, dinoflagelații sunt spioni vicleni care își pot spiona adversarii foarte eficient. Deoarece, la fel ca majoritatea organismelor planctonice, acestea nu au organe vizuale foarte dezvoltate, trebuie să se bazeze pe simțul lor chimic. Și se pare că reacționează la substanțele pe care dușmanii lor le eliberează în apă.
Cercetătorii au descoperit opt astfel de trădători chimici, pe care i-au botezat „copepodamide” după numele latin al copepodelor. Acestea sunt molecule mici formate din acid organic taurină și diverși acizi grași. Compuși similari erau cunoscuți anterior numai de la animale unicelulare, bureți de mare și arici de mare. Nimeni nu știe la ce au nevoie copepodele. Acestea pot juca un rol în digestie.
Pentru Alexandrium minutum, în orice caz, aceste substanțe sunt un semnal de pericol fatal: în experimentele cercetătorilor suedezi, organismele unicelulare au răspuns chiar la cele mai mici cantități din apă cu o producție de otrăvuri crescută de până la 20 de ori. Deoarece fiecare tip de cancer secretă un cocktail ușor diferit de copepodamide, aceștia își pot distinge chiar oponenții. În timp ce unele specii au declanșat doar o reacție slabă în testele de laborator, altele au condus micii otrăvitori la performanțe maxime.
Dar asta se poate simți de fapt în mare? Pentru a afla, oamenii de știință au studiat apariția crustaceelor și excrețiile lor în Skagerrak. În această parte a Mării Nordului, în special la sfârșitul toamnei, există un număr mare de copepode numite Calanus finmarchicus, care este cel mai comun reprezentant al rudelor sale. Potrivit cercetătorilor, această populație singură ar trebui să secrete suficiente substanțe mesagere revelatoare pentru a dubla toxicitatea algelor.
Pistole pentru fiecare ocazie
Astfel de efecte ar putea duce, prin urmare, la apariția mai frecventă a înfloririi algelor, care sunt problematice pentru oameni, animale și economie. Mai ales că aparent crabii nu sunt singurii dușmani pe care producătorii de otrăvuri unicelulare îi iau de pe picioare. De exemplu, o echipă condusă de Hans Dam de la Universitatea din Connecticut din SUA a testat recent cum reacționează Alexandrium fundyense la diferiți dușmani. Acest notoriu dinoflagelat, de exemplu în largul coastei de nord-est a SUA, și-a făcut în mod repetat un nume cu dezvoltări de masă la scară largă și a devenit astfel un coșmar pentru crescătorii de midii de acolo. În laborator, cercetătorii l-au confruntat nu numai cu copepode, ci și cu diverse midii și stropi de mare, care aparțin tunicaților. În plus, ciliații și dinozaurii prădători au fost adversarii cu o singură celulă la început.
În acest experiment, toate celulele multicelulare investigate au indus algele să stimuleze producția de toxine paralitice din midii. Acest efect a fost deosebit de puternic atunci când dinoflagelații se ocupau cu stropi de mare. Au reacționat la ele în medie de două ori și jumătate la fel de puternic decât la toate celelalte grupuri de animale examinate. Și asta ar putea avea consecințe fatale, în special în SUA, se tem cercetătorii. În New England, de exemplu, există numeroase habitate de coastă în care stropi de mare domină viața de jos. Și tocmai acolo apar din nou și din nou evoluții în masă ale dinoflagelaților, care ar putea reacționa în mod deosebit otrăvitor la acest cartier.
Moluștele precum midiile albastre și ghețarii de nisip testați în experiment nu declanșează reacții violente, dar au totuși un efect clar măsurabil. Și ei pot crește producția de toxine și astfel pot acumula cantități din ce în ce mai mari de toxine în propriul lor corp. Drept urmare, nu numai că pot deveni un pericol de moarte pentru consumatorii lor, dar, la un moment dat, vor fi și ei înșiși răniți. Dacă filtrează apoi din ce în ce mai puține alge din apă, floarea otrăvitoare poate lua dimensiuni și mai mari - un cerc vicios.
La prima vedere, însă, consumatorii de alge unicelulare par să ofere o licărire de speranță. Acestea nu au declanșat un răspuns crescut al otrăvii în cadrul experimentelor - probabil pentru că nu au un sistem nervos pe care toxinele ar putea ataca. Dinoflagelații și ciliații prădători ar putea, prin urmare, să conțină florile otrăvitoare, mai degrabă decât să le facă și mai periculoase, concluzionează cercetătorii. Cu toate acestea, algele perfide par să fi găsit o armă și împotriva acestor adversari. Oamenii de știință au observat de mai multe ori că organismele unicelulare mor atunci când mănâncă specii de Alexandrium - indiferent dacă produc sau nu toxine paralizate pentru midii. Hans Dam și colegii săi au investigat, de asemenea, ce se află în spatele acestui lucru. Conform acestui fapt, Alexandrium tamarense produce, de asemenea, așa-numitele specii reactive de oxigen, pe lângă neurotoxinele sale cunoscute. Aceste substanțe agresive distrug pereții celulari ai prădătorilor unicelulari și astfel îi condamnă la moarte.
Algele în creștere
În acest fel, micii otrăvitori creează cele mai bune condiții pentru a se înmulți la scară masivă. Și ar putea fi bine că omul le-a făcut viața și mai ușoară în ultima vreme. Florile toxice de alge nu sunt nimic nou. Nu numai oamenii lui George Vancouver au avut experiențe dureroase cu acesta, astfel de fenomene sunt cunoscute și în Europa de mai bine de 100 de ani. Dar există indicii că bântuie acum mai multe regiuni marine din întreaga lume cu o frecvență crescândă.
De exemplu, pentru apele de coastă chineze, cercetătorii marini care lucrează cu Douding Lu de la Laboratorul pentru ecosisteme marine și biogeochimie din Hangzhou au înregistrat o creștere masivă a acestor evenimente încă din anii 1970. Autoritățile de acolo înregistrează acum aproximativ 60 de flori otrăvitoare pe an, inclusiv cele foarte mari, care se întind pe mai mult de 1000 de kilometri pătrați. Și mai ales în ultimele două decenii, biologii marini din China au găsit mai multe specii de alge otrăvitoare decât oricând. Potrivit cercetătorilor, există mai mulți factori în spatele acestei dezvoltări. Una dintre ele este poluarea crescândă cu nutrienți a apelor de coastă din agricultură și canalizare. La gura râului Yangtze, concentrația de nitrați s-a triplat în decurs de 40 de ani. Și există o serie de specii de alge otrăvitoare care pot beneficia de o astfel de creștere a îngrășămintelor. În plus, o serie de noi otrăvitori au pătruns în apele Chinei în apa de balast a navelor.
Efecte similare sunt discutate pentru multe alte regiuni marine. Este posibil ca progresele tehnologiei de măsurare și creșterea acvaculturii toxice să fi atras pur și simplu mai multă atenție asupra înfloririlor toxice de alge. Majoritatea experților consideră că este foarte probabil ca oamenii să promoveze aceste evenimente. Pe lângă supra-fertilizarea mării, schimbările climatice ar putea juca și un rol. În Atlanticul de Nord și Marea Nordului și Mării Baltice, există dovezi că creșterea temperaturii apei a dus la o creștere a dinoflagelatelor și că aceste organisme apar acolo la începutul anului.
Cu toate acestea, până acum au existat o lipsă de observații pe termen lung pentru a evalua mai bine astfel de posibile tendințe și consecințele acestora. Și privirea în viitor este și mai dificilă. Mai ales că nu numai creșterea temperaturilor, ci și numeroase efecte indirecte ale schimbărilor climatice ar putea duce la creșterea mai multor alge, cum ar fi modificări ale stratificării și condițiilor de curgere în apă. Sau precipitații mai abundente, care, în unele regiuni, ar putea determina umflarea râurilor și astfel pot spăla mai mulți nutrienți în mare. În orice caz, merită să fii cu ochii pe otrăvitorii oceanelor - mai ales acum: la peste 200 de ani de la prima victimă documentată a otrăvirii fatale a midiei.