Oceány Keď sa z rias stanú jedovaté zbrane - spektrum vedy
Oceány: Keď sa z rias stanú jedovaté zbrane
Pri nástupe na dobrodružnú výpravu do neznámych vôd človek očakáva veľa rizík. Ale smrteľné mušle? Britský navigátor George Vancouver pravdepodobne túto hrozbu na svojom radare nemal, keď v roku 1793 preskúmal pobrežie Britskej Kolumbie. Zdanlivo neškodné jedlo z morských plodov by však malo člena posádky stáť život. Muž podľa všetkého utrpel smrteľnú otravu, ktorú dnes zdravotnícki pracovníci poznajú ako „otravu paralytickými slávkami a krabmi“. Vyvoláva ho skupina vysoko účinných nervových toxínov, „paralytické toxíny mäkkýšov“ (PST). Najznámejší z nich je saxitoxín, ktorého menej ako miligram môže zabiť dospelého človeka.
Podľa správ z Vancouveru sa zdá, že domorodí Kanaďania toto nebezpečenstvo poznali už vtedy. Keď v noci plávali v mori svietiace koberce rias, miestni obyvatelia považovali jedlá z mušlí za tabu. A to bolo úplne rozumné preventívne opatrenie. Pretože tieto koberce môžu byť hromadným vývojom prvokov rodu Alexandrium. Tieto produkujú saxitoxín, ktorý sa potom hromadí v potravinovom reťazci.
Napríklad mušle dokážu počas takého kvitnutia rias odfiltrovať z vody milióny jednobunkových organizmov a ich nebezpečný náklad za jedinú hodinu. Spravidla nezomierajú na toxíny, ale často ich ukladajú do tela vo vysokých koncentráciách. A potom to bude pre fanúšikov morských plodov nebezpečné. Každý rok na celom svete je otrávených takmer 2 000 ľudí konzumáciou kontaminovaných mušlí alebo rýb, asi 15 percent z týchto prípadov je smrteľných - a počet neohlásených prípadov bude pravdepodobne vysoký. Takéto jedlo môže mať fatálne následky aj na ryby a morské vtáky, korytnačky a morské cicavce. Nehovoriac o hospodárskych škodách na rybolove a akvakultúre. Vedci by preto chceli lepšie pochopiť, ako k takémuto hromadnému vývoju nebezpečnému pre ľudí a zvieratá prichádza. Ale biológia jedovatých kvetov je stále plná záhad.
Jedy proti vegetariánom
Odborníci v súčasnosti poznajú asi 100 druhov rias, ktoré môžu produkovať toxické zlúčeniny. To znamená, že otravovatelia sú nepatrnou menšinou medzi viac ako 10 000 známymi druhmi rias vo svetových oceánoch. Mnoho členov tohto exkluzívneho klubu patrí, podobne ako rod Alexandrium, do skupiny dinoflagelátov alebo „obrnených flagelantov“. Niektoré červené riasy a rozsievky však majú vo svojom dosahu aj nebezpečné látky. Jedy rôznych výrobcov spôsobujú rôzne príznaky v závislosti od typu a dávky. Spektrum sa pohybuje od zažívacích ťažkostí a straty pamäti až po zlyhanie srdca a dýchania.
Čo však vlastne vedie jednobunkové bunky k získaniu takého arzenálu nebezpečných látok? Už dlho je známe, že určité vonkajšie okolnosti podporujú toxicitu. Napríklad je rozhodujúce, ktoré živiny obsahuje voda. Keď sa dinoflageláty množia, vytvárajú v bunkových zložkách dusík a fosfor v pomere 16: 1. Pretože na mnohých miestach je dostatok dusíka, jednobunkovým organizmom dôjde v priebehu času nedostatok fosforu. Riasy sa potom prestanú množiť. Váš metabolizmus však stále pracuje na plné obrátky a premieňa prebytočný dusík na rôzne zlúčeniny - vrátane saxitoxínu, ktorý obsahuje 30 percent dusíka, ale žiadny fosfor. Ak je napríklad nedostatok fosforu, druh Alexandrium tamarense mnohonásobne zvyšuje produkciu jedu.
Dlhodobo však nikto nedokázal vysvetliť, na čo sú tieto látky dobré. Na prvý pohľad sa nezdajú byť obzvlášť účinnými obrannými zbraňami, keď mušle dokážu bez ujmy odfiltrovať z vody množstvo jedovatých rias. Existujú však aj ďalší nepriatelia. Napríklad maličké veslonôžky nielenže sú vášnivými požieračmi rias, ale patria tiež k najbežnejším organizmom morského zooplanktónu - sú to vážni protivníci, proti ktorým je potrebná efektívna obranná stratégia. Je pravda, že na niektoré druhy týchto mini krabov sa zdá, že na ne Saxitoxin a spol. U ostatných však otravy preukázali účinky v rôznych štúdiách. Postihnuté zvieratá trpeli napríklad zníženou chuťou do jedla, zníženou plodnosťou alebo vývojovými poruchami, niektoré dokonca uhynuli. A zdá sa, že niekoľko druhov nenásytných vegetariánov sa toxickým riasam vyhýba, keď majú netoxické alternatívy. Takže lepšie bránené otravovače sa môžu lepšie množiť, niekedy aj hromadne.
Výpovedné stopy vo vode
Hrozba, ktorú predstavujú hladní kôrovci, však nie je vždy rovnaká. Tento zooplanktón sa koniec koncov vyvíja v cykloch a tiež sa často počas dňa zdržuje v rôznych vodných hĺbkach. Výsledkom je, že na chutné riasy číha v určitých denných a ročných obdobiach oveľa viac nepriateľov ako u iných. Bolo by dobré, keby potenciálne obete mohli reagovať na skutočné nebezpečenstvo namiesto toho, aby neustále míňali energiu na drahé obranné zbrane.
Erik Selander z univerzity v Göteborgu vo Švédsku a jeho kolegovia osvedčujú otravcov morí ohromujúcou mierou flexibility: Ak sú napríklad copepods, dinoflageláty z druhu Alexandrium minutum produkujú až dvaapolkrát viac jedu ako obvykle. A mnoho ďalších tiež toxické riasy môžu v prípade potreby energicky zvýšiť ich produkciu. Ako si však vlastne všimnete, keď je to nevyhnutné? Švédski vedci našli odpoveď na túto otázku aj vo svojej najnovšej štúdii. Podľa toho sú dinoflageláty prefíkanými špiónmi, ktorí dokážu veľmi efektívne špehovať svojich protivníkov. Pretože ako väčšina organizmov planktónu nemá vysoko vyvinuté zrakové orgány, musí sa spoliehať na ich chemický zmysel. A zjavne reaguje na látky, ktoré ich nepriatelia vypúšťajú do vody.
Vedci objavili osem takýchto chemických zradcov, ktorých pokrstili „copepodamides“ podľa latinského názvu copepods. Jedná sa o malé molekuly zložené z organických kyselín taurínu a rôznych mastných kyselín. Podobné zlúčeniny boli predtým známe iba z jednobunkových zvierat, morských húb a morských ježkov. Nikto nevie, na čo ich kozonôžky potrebujú. Môžu hrať úlohu pri trávení.
Pre Alexandrium minutum sú v každom prípade tieto látky signálom smrteľného nebezpečenstva: V experimentoch švédskych vedcov jednobunkové organizmy dokonca reagovali na najmenšie množstvá vo vode až s 20-násobne zvýšenou tvorbou jedu. Pretože každý typ rakoviny vylučuje mierne odlišný kokteil kopepodamidov, môžu svojich súperov dokonca od seba odlíšiť. Zatiaľ čo niektoré druhy vyvolali pri laboratórnych testoch iba slabú reakciu, iné priviedli malé otravovače k maximálnemu výkonu.
Môže sa to však v mori skutočne cítiť? Vedci zistili, že majú zistiť výskyt kôrovcov a ich vylučovanie v Skagerraku. V tejto časti Severného mora, najmä koncom jesene, sa nachádza obrovské množstvo veslonôžok nazývaných Calanus finmarchicus, ktorý je najbežnejším zástupcom ich príbuzných. Podľa výskumníkov by táto populácia mala sama vylučovať dostatok oznamovacích látok na zdvojnásobenie toxicity rias.
Zbrane pre každú príležitosť
Takéto účinky by mohli viesť k častejšiemu výskytu kvetov rias, ktoré sú problematické pre ľudí, zvieratá a hospodárstvo. Najmä preto, že kraby zjavne nie sú jedinými nepriateľmi, ktorým sa výrobcovia jednobunkových jedov dostávajú do strehu. Napríklad tím vedený Hansom Damom z University of Connecticut v USA nedávno testoval, ako Alexandrium fundyense reaguje na rôznych nepriateľov. Tento notoricky známy dinoflagelát, napríklad pri severovýchodnom pobreží USA, si opakovane získal meno vďaka rozsiahlemu hromadnému rozvoju a stal sa tak nočnou morou tamojších chovateľov mušlí. V laboratóriu ho vedci konfrontovali nielen s kozonôžkami, ale aj s rôznymi mušľami a morskými striekačkami, ktoré patria k plášťovcom. Na začiatku boli jednobunkovými protivníkmi navyše nálevníci a dravé dinosaury.
V tomto experimente všetky skúmané mnohobunkové bunky vyvolali riasy, aby stimulovali produkciu toxínov paralytických mušlí. Tento účinok bol obzvlášť silný, keď dinoflageláty mali do činenia s morskými striekačkami. Reagovali na ne v priemere dvaapolkrát silnejšie ako na všetky ostatné skúmané skupiny zvierat. A to by mohlo mať fatálne následky, najmä v USA, obávajú sa vedci. Napríklad mimo Nového Anglicka existuje veľa pobrežných biotopov, kde dominujú morské striekačky. A práve tam opakovane dochádza k hromadnému vývoju dinoflagelátov, ktoré by na toto okolie mohli obzvlášť jedovato reagovať.
Mäkkýše ako modré mušle a pieskové ľadovce testované v experimente nevyvolávajú celkom prudké reakcie, napriek tomu majú zreteľne merateľný účinok. Aj oni teda môžu zvýšiť produkciu toxínov, a tým hromadiť čoraz väčšie množstvo toxínu v ich vlastnom tele. V dôsledku toho sa môžu stať nielen smrteľným nebezpečenstvom pre svojich spotrebiteľov, ale v určitom okamihu im dôjde aj k ublíženiu. Ak potom odfiltrujú z vody čoraz menej rias, jedovatý kvet môže nadobudnúť ešte väčšie rozmery - začarovaný kruh.
Na prvý pohľad sa však zdá, že jednobunkoví jedáci rias ponúkajú záblesk nádeje. Tie v pokusoch nespustili zvýšenú reakciu na jed - pravdepodobne preto, že nemajú nervový systém, na ktorý by mohli toxíny útočiť. Vedci uzatvárajú, že dravé dinoflageláty a nálevníky by preto skôr mohli obsahovať jedovaté kvety, ako by ich ešte viac zvyšovali nebezpečnosť. Zdá sa však, že zradné riasy našli zbraň aj proti týmto protivníkom. Vedci niekoľkokrát pozorovali, že jednobunkové organizmy zomierajú pri konzumácii druhov Alexandria - bez ohľadu na to, či produkujú paralytické toxíny slávok alebo nie. Hans Dam a jeho kolegovia tiež preskúmali, čo je za tým. Podľa toho Alexandrium tamarense okrem svojich známych neurotoxínov produkuje aj takzvané reaktívne formy kyslíka. Tieto agresívne látky ničia bunkové steny jednobunkových predátorov a tým ich odsúdia na smrť.
Riasy pribúdajú
Týmto spôsobom vytvárajú malé otravovače najlepšie podmienky na množenie v masovom meradle. A pokojne by sa mohlo stať, že im človek v poslednej dobe ešte viac uľahčil život. Kvety toxických rias nie sú žiadnou novinkou. Nielen muži Georgea Vancouvera s tým mali bolestivé skúsenosti, takéto javy sú známe aj v Európe už viac ako 100 rokov. Existujú však náznaky, že v súčasnosti čoraz častejšie prenasledujú niekoľko morských oblastí po celom svete.
Napríklad v prípade čínskych pobrežných vôd zaznamenali morskí vedci spolupracujúci s Douding Lu z Laboratória pre morské ekosystémy a biogeochémiu v Chang-čou od roku 1970 obrovský nárast týchto udalostí. Úrady tam teraz registrujú okolo 60 jedovatých kvetov ročne, vrátane veľmi veľkých, ktoré sa rozprestierajú na viac ako 1 000 štvorcových kilometroch. A najmä v posledných dvoch desaťročiach našli morskí biológovia v Číne viac jedovatých druhov rias ako kedykoľvek predtým. Podľa vedcov je za týmto vývojom niekoľko faktorov. Jedným z nich je zvyšujúce sa znečistenie pobrežných vôd živinami z poľnohospodárstva a splaškov. V ústí rieky Yangtze sa koncentrácia dusičnanov do 40 rokov strojnásobila. A existuje množstvo jedovatých druhov rias, ktoré môžu ťažiť z takého nárastu hnojív. Okrem toho sa do čínskych vôd v balastnej vode lodí dostalo množstvo nových jedov.
Podobné účinky sa diskutujú aj v prípade mnohých ďalších morských oblastí. Je možné, že pokroky v technológii merania a nárast toxických akvakultúr jednoducho upriamili väčšiu pozornosť na kvitnutie toxických rias. Väčšina odborníkov sa domnieva, že je veľmi pravdepodobné, že ľudia skutočne tieto udalosti propagujú. Okrem nadmerného hnojenia morí by mohla hrať úlohu aj zmena podnebia. V severnom Atlantiku a v severnom a baltickom mori existujú dôkazy, že rastúce teploty vody viedli k zvýšeniu obsahu dinoflagelátov a tieto organizmy sa tam vyskytujú začiatkom roka.
Doteraz však chýbali dlhodobé pozorovania, aby sa lepšie vyhodnotili možné trendy a ich dôsledky. A pohľad do budúcnosti je ešte ťažší. Najmä preto, že nielen rastúce teploty, ale aj početné nepriame účinky zmeny podnebia môžu viesť k väčšiemu množeniu rias, ako sú zmeny v stratifikácii a prietokové podmienky vo vode. Alebo výdatnejšie zrážky, ktoré v niektorých regiónoch môžu spôsobiť nafúknutie riek, a teda vyplavenie väčšieho množstva živín do mora. V každom prípade stojí za to sledovať otravy oceánov - najmä teraz: viac ako 200 rokov po prvej zdokumentovanej obeti smrteľnej otravy slávkou.