Deus ex machina

Propagula: minimalna liczba osobników danego gatunku, która umożliwia skolonizowanie wyspy. [wikipedia]

Reklamy

Tytuł dzisiejszej notki może i jest trochę na wyrost, chociaż opisywane zjawisko, choć traktowane z pobłażliwością, stanowi dogodne wyjaśnienie przypadków kolonizacji nowych akwenów przez ryby. Nie ma problemu gdy są to zbiorniki mające choćby w przeszłości kontakt siecią cieków wodnych. Jednak szacuje się, że spośród 300 miliardów zbiorników wodnych na świecie, 99% ma powierzchnię poniżej 100m2 i nie są połączone z innymi wodami, stanowiąc odpowiedniki odizolowanych wysp na oceanie. Większość z nich to zbiorniki okresowe, w których co roku dochodzi do likwidacji większości lub wszystkich wodnych gatunków.

Przyznać trzeba, że obecność wielu gatunków ryb oraz innych wodnych istot w odizolowanych jeziorach jest trudna do wytłumaczenia. Owszem, część z nich jest w stanie przewędrować po lądzie jak czyni to łaziec, ale są one w mniejszości. Szczególnie trudne do wyjaśnienia są przypadki gatunków pochodzących z odległych rejonów, jak to ma miejsce z gołomianką w Bajkale.

Idea przypadkowego transferu jaj bądź larw ryb przez ptactwo wodne ma tradycję sięgającą XIXw. gdy czołowi przyrodnicy epoki Darwin, Wallalce i Lyell niemal jednocześnie zaproponowali taki mechanizm. Hipoteza wydaje się rzetelna: ikra jest otoczona substancją, która ma chronić lęg przed drapieżnikami, mikroorganizmami i wysychaniem. I jest to substancja lepka, więc istnieje sposobność by przylepiała się do ptaków czy innych ziemno-wodnych zwierząt, przez które jest przenoszona na znaczne niekiedy dystanse. Do dziś jest to jedyne dostępne wyjaśnienie faktu, że znajduje się ryby w około 70% jeziorek które powinny być niezasiedlone. Oczywiście nie należy pomijać możliwego wpływu ludzi, którzy świadomie lub nieświadomie przyczyniają się do rozprzestrzeniania rozmaitych gatunków nawet na duże odległości, ale istnieje wiele danych wskazujących na to, że migracje rozmaitych ryb odbyły się bez udziału człowieka.

Jest tylko jeden problem z transferem ikry drogą powietrzną, i tym problemem zajęli się nie tylko ichtiolodzy i ornitolodzy, ale też filozofowie nauki. O ile bowiem ten sposób wydaje się jedynym logicznym wyjaśnieniem dystrybucji licznych gatunków, do niedawna nie został zaobserwowany ani nie przeprowadzano eksperymentów na ten temat. Pozostaje więc swoistym deus ex machina w sytuacjach nie dających się wyjaśnić innymi mechanizmami.

Zostawmy filozofów w ich zadumaniu i przyjrzyjmy się rybom. Naukowcy opisują co najmniej kilkadziesiąt gatunków, których dystrybucja wskazuje na przemieszczanie się drogą powietrzną. Oto Horadandia atukorali, niewielka rybka, która jeszcze kilkadziesiąt lat temu znana była jako endemit ze Sri Lanki. Preferuje mniej zasolone bagna mangrowe, kanały i pola ryżowe. W ostatnich dziesięcioleciach zaobserwowano występowanie tej ryby w odizolowanych jeziorkach pośród równin południowych Indii.

Horadandia atukorali Zdjęcie z serwisu seriouslyfish

Inne gatunki z Indii, Puntius vittatus i Aplocheilus blocki, podczas pory monsunów pojawiają się w okresowych jeziorkach, ale tylko w takich, które odwiedzane są przez liczne gatunki ptactwa.

Zdjęcie pochodzi z serwisu myfish.org

Afrykańska pielęgnica (Tilapia) Alcolapia grahami pojawiła się w ciągu kilkudziesięciu lat w nowych odizolowanych siedliskach za sprawą pelikanów, które karmią młode rybami złapanymi w oddalonych od gniazd rejonach. Zaobserwowano – i to jest pierwszy dowód obserwacyjny dla tego zjawiska – że niektórym ze złapanych ryb udaje się umknąć z worków pelikanów podczas karmienia.

Alcolapia grahami Zdjęcie pochodzi z serwisu Fishbase

Drugi dowód na udział ptaków w dystrybucji gatunków ryb został opisany w tegorocznym artykule, który ukazał się w czasopiśmie Ecology. I przyznać należy, że jest to mechanizm dość ekstremalny. Rzecz dotyczy ryb z rzędu karpieńcokształtnych z rodziny strumieniakowatych. Kilku przedstawicieli tej grupy mieliście okazję już poznać we wcześniejszych notkach. Bohaterami dzisiejszej notki są Austrolebias minuano i Cynopoecilus fulgens z Ameryki południowej i jak przystało na strumieniaki – są ekstremistami. Nie tyle chodzi o to że ptaki takie jak łabędzie przenoszą ich ikrę z miejsca na miejsce, ale o sposób w jaki są transportowane.

Cynopoecilus fulgens Zdjęcie pochodzi z serwisu palo-alto.ca.us

Na ślad fenomenu natrafili ekolodzy, którzy zajmowali się badaniem udziału zwierząt w rozsiewaniu roślin. Z przyjemnością wyobrażam sobie ekscytację jakiej doświadczyli gdy grudki jakie znaleźli w ekskrementach łabędzi okazały się ikrą ryb. Niezwłocznie przeprowadzili serię eksperymentów karmiąc ptaki odmierzonymi porcjami ikry, by odebrać ją z drugiego końca łabędzi i sprawdzić żywotność. Eksperyment wykazał, że ikra wyżej wymienionych gatunków strumieniaków jest w stanie przeżyć podróż przez trakt trawienny łabędzia, gdyż skromny jeden procent podanych ptakom ziaren ikry przeszedł pomyślnie rozwój, co w oczywisty sposób pozwala tym rybom na rozprzestrzenianie się drogą gastryczno – powietrzną. Co za niesamowite istoty!

Tomasz Kijewski

Zdjęcie w nagłówku: Austrolebias minuano pochodzi z serwisu fishbase.

Ryby z tej rodziny opisane są w notkach:

Zagrzebka – Najszybciej dojrzewający kręgowiec

Kryptolebias samolub i kosmita

Cyprinodon diabolis ryba z piekła rodem

Jeśli chcesz wiedzieć więcej:

P.E. Hirsh i inni: Colonizing Islands of water on dry land—on the passive dispersal of fish eggs by birds; Fish and Fisheries 2018 

J.A. Downing i inni: The global abundance and size distribution of lakes, ponds, and impoundments; Limnology and Oceanography 2006

K.C. Gopi, C. Radhakrishnan: Waterbird-mediated chance-dispersal of fishes: a natural process affecting range of distribution and biogeography of fishes; Rec. zool. Surv. India 2007

M. Coverdale i I. Parker: Pelicans transporting fish between Rift Valley Lakes; Scopus 2011

C. Reynolds i inni: The role of waterbirds in the dispersal of aquatic alien and invasive species; Diversity and Distributions 2015

G.G. Silva i inni: Killifish eggs can disperse via gut passage through waterfowl; 2019

Ciguatera

Tydzień temu pisałem o zakwitach sinic i ich skutkach, dzisiaj dalej będę straszył.

Szóstego sierpnia 2010 roku szesnastoletnia kobieta i jej matka zgłosiły się na oddział ratunkowy z biegunką, oszołomieniem i mrowieniem po zjedzeniu barakudy kupionej na targu rybnym w Queens, Nowy York. Kilka godzin później czterech dodatkowych członków rodziny (trzech mężczyzn i jedna kobieta), którzy jedli tę samą rybę, zgłosiło mrowienie w kończynach. Lekarze szybko zaczęli podejrzewać rybę, której próbki niezwłocznie posłano do analiz, gdzie stwierdzono obecność ciguatoksyn. Służby sanitarne nakazały wycofać barrakudę z handlu. Mimo to w ciągu kolejnego miesiąca zarejestrowano jeszcze siedem przypadków powiązanych z dwoma źródłami ryb tego gatunku, a w kolejnych miesiącach aż do lipca 2011 – 28 przypadków związanych ze spożyciem barrakudy bądź groupera. Liczba tych zachorowań przewyższyła nieznacznie liczbę podobnych przypadków zarejestrowanych w ciągu poprzedniej dekady.

Barrakuda podczas posiłku. Zdjęcie pochodzi w Wikipedii, źródłem jest NOAA

Szacunkowo 50 tys. osób rocznie* na całym świecie ulega zatruciu ciguatoksynami (to grupa co najmniej pięciu związków wielopierścieniowych), które można spotkać w mięsie nawet 400 gatunków ryb, takich jak lucjan, granik, barrakuda, ale też łososie i makrele. Co prawda większość zatruć ma miejsce w Azji, Australii i na Karaibach, ale też na Wyspach Kanaryjskich czy w Hiszpanii nie są czymś wyjątkowym. Jednak zmiany morskich ekosystemów i globalizacja rynku stwarzają okoliczności do zatrucia potencjalnie w dowolnym miejscu świata. W Europie zagrożone są głównie rejony południowozachodnie, w szczególności Makaronezja (Znaliście tę nazwę? Dla mnie to zaskoczenie.) Także w Niemczech obserwuje się od kilkunastu do dwudziestu zatruć rocznie.

Makrela. Zdjęcie pochodzi z Wikipedii, autorem jest Hans Hillewaert

Epidemiologia zatruć ciguatoksynami jest dosyć trudna, gdyż nie każda z podejrzanych ryb (a właściwie znakomita ich mniejszość) nosi w sobie niebezpieczny ładunek. Słusznie domyślacie się, że ryby stają się toksyczne dzięki akumulacji toksyn w łańcuchu pokarmowym. Winowajcą okazują się mikroskopijne organizmy, skądinąd całkiem ładne – bruzdnice z rodzaju Gambierdiscus. Te glony zwykły grać pozytywną rolę w morskich ekosystemach, jako pierwotni producenci materii oraz tlenu. Jednak w zmieniających się warunkach ich populacje przechodzą eksplozyjny rozwój, tworząc tzw. czerwone zakwity lub opanowując martwe rafy koralowe. Nadmiar tych organizmów w diecie drobnych roślinożerców skutkuje zwiększaniem się stężenia toksyn na każdym z ogniw łańcucha pokarmowego w procesie biomagnifikacji.

Bruzdnica, która jest sprawcą zamieszania.

Profilaktyka tych zatruć sprowadza się do monitorowania łowisk pod kątem występowania zakwitów, a w wydaniu konsumenckim – na unikaniu zjadania dużych (starych) ryb drapieżnych. Sztuki ważące mniej niż 3kg nie zdążyły na ogół zgromadzić toksyny w ilości zagrażającej zdrowiu. Mieszkańcy Nowej Kaledonii i Vanuatu jedzą ryby aż zaczną pojawiać się symptomy, a wtedy na jakiś czas zmieniają dietę. 

Czerwone zakwity bruzdnic pojawiają się w wodach ciepłych. © Flickr User AJC1

* Szacuje się, że raportowane bądź poprawnie zdiagnozowane jest nawet mniej niż 20% zatruć, szczególnie gdy miały one łagodny przebieg.

Tomasz Kijewski

Na zdjęciu w nagłówku grouper Itajara goliat, który jest jednym z wektorów zatrucia u ludzi. Zdjęcie pochodzi z Wikipedii, ryba z Georgia Aquarium, a autorem jest Diliff

Jeśli chcesz wiedzieć więcej:

  • Dickey R.W. i Plakas S.M.; Ciguatera: A public health perspective; Toxicon 2009
  • P. Estavez i inni: Emerging Marine Biotoxins in Seafood from European Coasts: Incidence and Analytical Challenges; Foods 2019
  • I. Bravo i inni: Ciguatera-Causing Dinoflagellate Gambierdiscus spp. (Dinophyceae) in a Subtropical Region of North Atlantic Ocean (Canary Islands): Morphological Characterization and Biogeography.; Toxins (Basel) 2019
  • Radke E.G. i inni; Epidemiology of Ciguatera in Florida; The American Journal of Tropical Medicine and Hygiene 2015
  • Warto też przeszukać serwis Medscape. To rzetelne i przyjazne dla laika źródło wiedzy medycznej.

Sinozielona zupa

Nastał sezon zakwitów sinic. Na plażach pojawiły się czerwone flagi, a obraz jaki prezentuje Zatoka Gdańska zniechęca do kąpieli jeszcze bardziej niż komunikaty w mediach. Sinozielona zupa mlaszcząca o plażę zamiast szumieć przyzwoicie, jest przesycona jednokomórkowymi istotami, które należą do najstarszych organizmów na naszej planecie. Sinice to jeden z tych rodów, które okazały się tak skuteczne, że nie potrzebowały radykalnych przemian. No może z wyjątkiem jednej z gałęzi tego rodu, która zasiedlając inne komórki stała się podstawą funkcjonowania całego królestwa roślin jako chloroplasty.

Wykres podobieństw genetycznych w królestwie bakterii obrazuje podobieństwa między mikrobami a organellami organizmów ekuariotycznych (mitochondriami i chloroplastami). Z tych relacji wynika, że rośliny i zwierzęta są owocami symbiozy trzech różnych rodzajów mikroorganizmów.
Rycina pochodzi ze strony berkeley.edu

To sinice są odpowiedzialne za masowe i nieodwracalne zatrucie atmosfery tlenem 2,5 mld lat temu, przez to że ewolucja obdarzyła je mocą fotosyntezy. Wszystkie inne istoty musiały się do tego przystosować, ukryć w miejscach do których tlen nie ma dostępu, lub zginąć.


Przyznać należy, że współczesne zakwity sinic są także naszą zasługą. Co prawda masowe zakwity pojawiały się w morzach i wodach lądowych od najdawniejszych czasów, jednak czynnikiem ograniczającym rozwój tych alg był dostęp do fosforu. Tak się nieszczęśliwie składa, że Bałtyk będąc morzem chłodnym i niemal zamkniętym pośród pól i miast, otrzymuje spore ilości tego pierwiastka głównie dzięki spłukiwaniu nawozów z pól. Zaskakujące jednak może wydać się, że najbardziej zasobnym źródłem fosforu są osady, które uwalniają związki fosforu wprost do wody dzięki działalności tektonicznej, czyli unoszenia się północnego Bałtyku w tempie do 9mm rocznie*. Wykorzystaniu tych zasobów sprzyja metaboliczny system najpowszechniejszej z bałtyckich sinic Nodularia spumigena, który pozwala na pozyskiwanie fosforu z niemal każdych związków tego pierwiastka.

Bardziej subtelnym czynnikiem jest równowaga ekosystemu. Udowodniono bowiem, że niedostatek dużych drapieżnych ryb tak wpływa na skład gatunków, że z większą łatwością dochodzi do zakwitów niż w rejonach, gdzie tych drapieżników jest dostatek.

Zatem gdy struktura ekosystemu jest zaburzona, występuje nadmiar substancji odżywczych, temperatura wody dość wysoka a stan morza nie wywołuje gwałtownego mieszania, dochodzi do masowego mnożenia sinic i lokalnego załamania ekosystemu. Ogromne zagęszczenie sinic może powodować śmierć zwierząt nawet przez oklejenie skrzeli. Nadmiar biomasy prędzej czy później obumiera i zaczyna się rozkładać pochłaniając ogromne ilości tlenu, co stanowi największy czynnik zniszczenia towarzyszącego zakwitom.

Jak dotąd brzmi to dość nieapetycznie, ale sinice nie poprzestają na tym. Produkują bowiem substancje będące toksynami. Większość z nich ma działanie podrażniające, od wysypki, pęcherzy, problemów gastrycznych po nieswoiste zapalenie płuc. Część z nich jest hepatotoksyczna, doprowadzając do potencjalnie niebezpiecznych defektów wątroby, inne porażają pracę nerek, jeszcze inne utrudniają działanie systemów przeciwoksydacyjnych, prowadząc do zaburzeń na tym tle w całym organizmie, a niektóre mają działanie neurotoksyczne i mogą doprowadzić do porażenia mięśni. Uwagę przyciąga neurotoksyczna Anatoksyna, która jest nazywana skrótowcem VFDF od słów Very Fast Death Factor.

Rzecz jasna, nie wszystkie toksyny produkowane są przez każdy rodzaj sinic, ani nie wszystkie występują w Bałtyku. Nieczęsto też w obszarach dotkniętych zakwitem panuje takie ich stężenie, żeby zabić wszystko co żyje, ale bez wątpienia pojawienie się zakwitu nie sprzyja równowadze ekologicznej. No i, żeby wreszcie wspomnieć o rybach – toksyny akumulują się w zwierzętach. Oznacza to istotne zagrożenie wędrujące łańcuchem pokarmowym od filtratorów takich jak małże czy drobnych skorupiaków, przez mniejsze i większe ryby aż do naszych posiłków. Nie należy rzecz jasna spodziewać się ostrych zatruć u osób zjadających umiarkowane ilości ryb z obszarów dotkniętych zakwitem, ale nie powinny dziwić sensacje trawienne, czy pogorszenie stanu zdrowia u osób osłabionych. I oczywiście to zagrożenie utrzymuje się przez kilka tygodni po ustaniu zakwitu.

Fotografia przedstawia bałtyckie sinice: Nodularia spumigena (N.s.), Anabena (Anab.), Aphanizomenon flos-aquae (Aph. f-a). Zdjęcie pochodzi z publikacji H. Mazur-Marzec, M. Pliński: Do toxic cyanobacteria blooms pose a threat to the Baltic ecosystem?; Oceanologia 2009.Fotografia przedstawia bałtyckie sinice: Nodularia spumigena (N.s.), Anabena (Anab.), Aphanizomenon flos-aquae (Aph. f-a).

Bałtyckie zakwity są wywoływane głównie przez Nodularia spumigena, która produkuje nodularynę (NOD). Jest to substancja toksyczna dla wątroby, prowadząca także do powstawania nowotworów tego narządu u ryb regularnie doświadczających zakwitów. Toksyczność NOD jest silna: LD50 wynosi 50µg/kg masy ciała (podczas gdy LD50 cyjanków oscyluje wokół 4000µg/kg m.c.). Na szczęście koncentracje w środowisku są umiarkowane, osiągając 139µg/kg w małżach i 500µg/kg w wątrobie fląder, zaś w mięsie tych samych ryb zawartość NOD wynosi około 1µg/kg. Mówiąc w skrócie – trzeba zjeść możliwie szybko około 7kg wątroby dobrze przytrutych fląder by zaryzykować stan krytyczny.

Oprócz N. spumigena w bałtyckich zakwitach występuje Anabena wytwarzająca wspomnianą anatoksynę VFDF (LD50 250µg/kg), która w wodzie osiąga stężenie rzędu 1,5µg/l. Szczęśliwie nie stwierdza się akumulacji tej toksyny w zwierzętach, prawdopodobnie przez szybkie jej metabolizowanie. Co nie znaczy, że inne neurotoksyny Anabena nie ulegają bioakumulacji i biomagnifikacji. Trzecia z niebezpiecznych bałtyckich sinic to Aphanizomenon flos-aquae, która dokłada do koktajlu anatoksynę, cylindrospermopsynę , mikrocystinę, saxitoksynę i substancje paraliżujące mięśnie małży. O ile ich koncentracja nie stwarza bezpośredniego zagrożenia zdrowia człowieka, to nie należy wierzyć, że jest obojętna.

Podsumowując krótko, ostrzeżenia o zagrożeniu dla zdrowia należy przyjmować z powagą, ale tez bez paniki. Większość ludzi nie dozna żadnych poważnych sensacji jeżeli wejdą do zakwitu lub zjedzą rybę złowioną w takim miejscu, jednak rozsądek podpowiada by tego nie robić.

Tomasz Kijewski

* Proces podnoszenia się Skandynawii wraz z dnem Bałtyku związany jest ze zniknięciem lodu po ostatnim zlodowaceniu. Na tym obszarze lądolód miał grubość dochodzącą do trzech kilometrów i swoją masą wcisnął część płyty euroazjatyckiej w dół.

Zdjęcie w nagłówku: © Tom Archer. Źródło: brittanica.com

Jeśli chcesz wiedzieć więcej:

  • https://www.britannica.com/story/harmful-algal-blooms
  • toxnet.nlm.nih.gov
  • B. Sotton i inni: Nodularin and cylindrospermopsin: a review of their effects on fish; Reviews in Fish Biology and Fisheries 2014
  • Guidelines for safe recreational water environments VOLUME 1 COASTAL AND FRESH WATERS; WHO Geneva 2003
  • H. Mazur-Marzec i inni: Accumulation of nodularin in sediments, mussels, and fish from the Gulf of Gdańsk, southern Baltic Sea.; Environmental Toxicology. 2007
  • H. Mazur-Marzec, M. Pliński: Do toxic cyanobacteria blooms pose a threat to the Baltic ecosystem?; Oceanologia 2009.
  • H. Mazur-Marzec i inni: Nodularia spumigena Peptides—Accumulation and Effect on Aquatic Invertebrates; Toxins 2015
  • M. Karjalainen i inni: Ecosystem consequences of cyanobacteria in the northern Baltic Sea. Ambio 2007
  • E. Chernova i inni: First observation of microcystin- and anatoxin-a-producing cyanobacteria in the easternmost part of the Gulf of Finland (the Baltic Sea)
  • M. Karjalainen i inni: Uptake and accumulation of dissolved, radiolabeled nodularin in Baltic Sea zooplankton. Environmental Toxicology. 2003
  • B.K. Eriksson i inni: Declines in predatory fish promote bloom-forming macroalgae; Ecological Applications 2009
  • J. Bolałek i inni: Fosfor w środowisku Bałtyku; Materiały konferencyjne Bałtyk 2015; Sopot
  • J.E. Teikari i inni: Strains of the toxic and bloom-forming Nodularia spumigena (cyanobacteria) can degrade methylphosphonate and release methane; Nature 2018
  • M.A. Al-Sammak i inni: Co-occurrence of the Cyanotoxins BMAA, DABA and Anatoxin-a in Nebraska Reservoirs, Fish, and Aquatic Plants; Toxins (Basel) 2014
  • B.W. Ibelings , K.E. Havens: Cyanobacterial toxins: a qualitative meta–analysis of concentrations, dosage and effects in freshwater, estuarine and marine biota. In: Hudnell H.K. (eds) Cyanobacterial Harmful Algal Blooms: State of the Science and Research Needs. Advances in Experimental Medicine and Biology, 2008
  • K. Halinen i inni: Direct Evidence for Production of Microcystins by Anabaena Strains from the Baltic Sea; Applied and Environmental Microbiology; 2007
  • I. Stewart i inni: First Report of a Toxic Nodularia spumigena (Nostocales/ Cyanobacteria) Bloom in Sub-Tropical Australia. II. Bioaccumulation of Nodularin in Isolated Populations of Mullet (Mugilidae); International Journal of Environmental Research and Public Health 2012

Ewolucyjny fuks

Atractosteus spatula jest największym przedstawicielem niewielkiego rzędu ryb niszczukokształtnych, obejmującego kilka gatunków występujących w słodkich wodach obu Ameryk. Jako ryba dorastająca do 4 metrów, jest atrakcyjnym celem połowów sportowych i bywa dostępny na rynku spożywczym, jak również – ze względu na swą unikalną urodę – w komercyjnych akwariach. Bez wątpienia wzbudza respekt, chociaż nie zanotowano ataków na ludzi; to wodne ssaki, ptaki, żółwie, ryby i kraby powinny strzec się niszczuki krokodylej.

Przedstawiciel niszczukowatych w ofercie sklepu zoologicznego tropicalfish.indonesia

Te ryby reprezentują jedną z najstarszych rodzin ryb drapieżnych Lepisosteidae, które pozostały praktycznie niezmienione od około 150 mln lat. Status żywej skamieniałości zawdzięczają cechom charakterystycznym dla ryb mezozoiku, szczególnie kostnym łuskom okrytym szkliwem, nieprzypadkowo podobnym do naszego szkliwa zębowego. Budowa tej skóry stała się inspiracją do produkcji rękawic roboczych odpornych na przekłucia.

Inną archaiczną cechą niszczukowatych jest budowa pęcherza pławnego dająca asumpt do twierdzenia, że pierwotną funkcją ewolucyjną tego uchyłka układu pokarmowego była wymiana gazowa. Podobnie jak jeszcze starsze żywe skamieniałości – ryby dwudyszne, niszczuki posiłkują się powietrzem znad powierzchni wody, gdy panuje przyducha. U ryb, które w późniejszych czasach zdominowały środowisko, pęcherz pławny służy do regulowania wyporności, względnie jako rezonator dźwięków odbieranych lub wydawanych. Nawet jeśli posiłkują się powietrzem atmosferycznym, ryby „nowoczesne” maja do tego inne narządy niż pęcherz pławny.

Jednak w  historii ewolucyjnej kręgowców pęcherz pławny utrzymał swoją pierwotną funkcję, gdyż płuca pochodzą właśnie od niego. Oznacza to, że linia ewolucyjna łączy nas z rybami w głębiach ich drzewa rodowego. Potencjał kręgowców lądowych, można by rzec, dojrzewał od samego początku historii kręgowców i żadna „nowoczesna” ryba nie jest naszym przodkiem.

Wykres przedstawia relacje filogenetyczne, czyli stopień pokrewieństwa między różnymi kręgowcami. Ryby trzonopłetwe są bliżej spokrewnione z kręgowcami lądowymi niż z resztą ryb

Inne ciekawe właściwości niszczukowatych mogą ale wcale nie muszą pochodzić z poprzedniej ery. Niszczukom wystarcza, że niezawodnie sprzyjają przetrwaniu tych ryb. Odkryto mianowicie, że ich ikra jest toksyczna. Nie jest to odosobniony przypadek, bowiem tego typu obronę stosują liczne gatunki z tuzina rodzin ryb  kostnoszkieletowych. Jakże to skuteczne – sprawić, by amator jaj rozchorował się lub zginął po zjedzeniu ich.

Kiedy już z uratowanej ikry wyklują się młode niszczuki, na głowach larw można wypatrzeć okrągłe przyssawki, dzięki którym młode nie pałętają się by wpaść w czyjąś paszczę. I szybko rosną. W ciągu jednego sezonu z małej nieporadnej larwy wyrasta drapieżnik o długości 45cm. Największa z niszczuk, niszczuka krokodyla osiąga maksymalnie do 4 metrów i blisko 150kg. Kawał ryby, przyznacie, nawet jeżeli spora część jej długości to paszcza o kształcie jednoznacznie kojarzącym się z krokodylami. Ciekawostka sama w sobie, ale konwergencja ewolucyjna, czyli niezależne powstawanie łudząco podobnych cech to temat na inną opowieść.

Prędkość przyrostu nizczuki krokodylej w pierwszych dniach od wyklucia (DAH).

Istnienie takich zakonserwowanych ewolucyjnie zwierząt i roślin nasuwa pytania o mechanizmy pozwalające im trwać w niemal niezmienionej formie przez miliony pokoleń, podczas gdy świat wokół nich aż wrzał od ewolucyjnych przemian i wynalazków.

Wyjaśnienie tej kwestii może dla wielu okazać się rozczarowujące. Przede wszystkim nie ma mowy o gatunkach, które pozostały niezmienione przez miliony lat. To są gałęzie na drzewie życia, rody, innymi słowy – wyższe taksony, które zachowały pewne zestawy pradawnych cech. Żadną miarą nie należy ich posądzać o zaprzestanie ewolucji, bo nieustannie podlegają selekcji naturalnej. Te formy życia są konserwatywne dlatego, że ich genetyczna konstytucja nie dopuściła do spontanicznych i radykalnych zmian budowy, a środowisko nie stwarzało kuszących sposobności do takich rekonstrukcji. Warto mieć też na uwadze, że owe „skamieniałości” reprezentują grupy wymarłych istot o znaczne wyższej różnorodności, a niektóre z nich – jak chrzęstnoszkieletowe – nadal tą różnorodnością się cieszą.

Wygląda więc na to, że niszczuki, łodziki czy miłorzęby zwyczajnie miały szczęście być pominięte zarówno przez wielkie wymierania, jak i nowe trendy w ewolucji i tylko ludzka optyka nadaje im szczególny charakter.

Tomasz Kijewski

Zdjęcie w nagłówku pochodzi ze strony skulldigimorph org

Jeśli chcesz wiedzieć więcej:

T.A. Burns i inni: Gar Ichthyootoxin: Its Effect on Crayfish, with Notes on Bluegill Sunfish; The Southwestern Naturalist 1981

M.Q. Chandler i inni: Finite element modeling of multilayered structures of fish scales; Journal of the mechanical behavior of biomedical materials 2014

Roberto Martini, Francois Barthelat. Stretch-and-release fabrication, testing and optimization of a flexible ceramic armor inspired from fish scales. Bioinspiration & Biomimetics, 2016

M.K. Hecht, Evolutionary Biology, Tom 15 Springer Science & Business Media, 2013

R.P. Mendoza i inni: Morphophysiological studies on alligator gar (Atractosteus spatula) larval development as a basis for their culture and repopulation of their natural habitats; Reviews in Fish Biology and Fisheries 2002

D. M. Parichy: The gar is a fish… is a bird… is a mammal?; Nature Genetics 2016

Proch i pył

Od kilku lat coraz częściej spotykamy się z informacjami na temat zanieczyszczenia Ziemi plastikiem i działaniami zmierzającymi do redukcji tego problemu. O likwidacji nikt przy zdrowych zmysłach nie śmie mówić, bo skala problemu przerasta wszelkie możliwości. W końcu żyjemy w erze plastiku. W ciągu roku na świecie produkuje się ponad 300 milionów ton tworzyw sztucznych, z czego ponad połowa nie ulega ani recyklingowi, ani składowaniu, ani nawet spaleniu. Do środowiska trafia rocznie mniej więcej tyle plastiku ile pozyskujemy owoców morza. Kiepska to wymiana.

Światowa produkcja plastiku. Wykres pochodzi z książki Marine Anthropogenic Litter; źródło pierwotne: plasticseurope.org

Miliony ton plastiku, jakie „zniknęły” w środowisku, zalegają w różnych zakamarkach kontynentów, lub spływają do mórz i oceanów. Tam część z nich zostaje pogrzebana w warstwach osadów morskich i w przyszłych epokach stanowić będą intrygującą warstwę geologiczną.

Przykłady znalezisk na dnie mórz i oceanów. Wszystkie pokazane śmieci znaleziono na głębokości poniżej 1000m. Ilustracja pochodzi z książki Marine Anthropogenic Litter

Jednak niemała część tych śmieci trafia do łańcucha pokarmowego, czemu sprzyja powolne ich rozdrobnienie. Można by uwierzyć, że im są drobniejsze – tym mniej szkodliwe się stają. Nic bardziej mylnego. Drobiny mikroplastiku wielkości od milimetrów do mikrometrów (1mm = 1000μm) stwarzają znane zagrożenia dla zdrowia poprzez przebywanie w układach pokarmowych. Zatykają je, uwalniają substancje szkodliwe dla zdrowia i ulegają biomagnifikacji w łańcuchach pokarmowych.

Larwa okonia najedzona drobinami polistyrenu. © Oona Lonstedt

Niedawno klasa drobniejszych zanieczyszczeń zyskała formalną odrębność i stała się przedmiotem zainteresowania nauki: nanoplastik. Są to drobiny tworzyw sztucznych o wymiarach nie przekraczających kilku mikrometrów, niektórzy uznają za nanoplastik drobiny, których przynajmniej jeden wymiar jest poniżej 100 nanometrów (0,1μm). Jest to wielkość pozostająca poza granicą rozdzielczości tradycyjnej mikroskopii optycznej. Drobiny mniejsze niż 0,5 mikrometra można oglądać przez mikroskop skaningowy, konfokalny lub elektronowy.

Nanoplastiki dzieli się na pierwotne, czyli takie które zostały wyprodukowane w tej granulacji jako składniki farb wodorozcieńczalnych, klejów, powłok, elektroniki, produktów kosmetycznych, systemów dostarczania leków bądź diagnostyki medycznej itp. Druga kategoria to nanoplastiki wtórne, które powstały z większych odpadów w wyniku działania sił mechanicznych, promieniowania słonecznego i rozmaitych reakcji chemicznych, a także działalności zwierząt np. kryla. Nanoplastiki dostają się do wód w sposób niepohamowany ze ściekami komunalnymi także z naszych pralek które uwalniają je z polarów, mikrofibrowych ręczników i wszelkich tkanin zawierających syntetyczne włókna. Żadna oczyszczalnia nie jest w stanie usunąć ich ze ścieków. Także powietrze nie jest wolne od nanoplastiku. Nowoczesne odkurzacze z filtrami HEPA zatrzymują ponad 99% zanieczyszczeń, ale tylko takich, które przekraczają 0,3μm, zaś drobiny mniejsze niż 0,02μm (20nm) przelatują przez nie bez problemu.

Trudność z odfiltrowaniem nanoplastików znajduje także odzwierciedlenie w identyfikacji tego rodzaju zanieczyszczeń przez naukowców. Liczne zespoły angażują najbardziej zaawansowane metody by określić poziom tego rodzaju zanieczyszczeń w wodach. Nie dotarłem jednak do żadnych opracowań opisujących koncentrację nanoplastików w środowisku wodnym. O efektywnych sposobach usuwania nanoplastików ze strumienia ścieków nikt chyba nie marzy. Jedyne osiągalne metody to potwornie energochłonna destylacja ścieków i odwrotna osmoza.

Dlaczego ten rodzaj zanieczyszczeń tak niepokoi naukowców?

Oprócz własnych szkodliwych substancji chemicznych, tworzywa sztuczne mają pewną specjalną właściwość. Jest to spore powinowactwo do związków niepolarnych, czyli trudno rozpuszczających się w wodzie. To powinowactwo sprawia, że tego rodzaju substancje bardzo chętnie osiadają na powierzchni plastików, a łatwo pojąć że gram tworzywa w granulacji nano ma astronomicznie większą powierzchnię niż, dajmy na to klocek lego o tej samej masie. Tak się przy tym składa, że liczne związki niepolarne uwalniane do środowiska są toksyczne. W tej grupie są zarówno komponenty ropy naftowej jak i liczne pestycydy, herbicydy oraz cała gama innych zanieczyszczeń o działaniu biologicznym. Niepolarne cząstki mają jeszcze jedną moc: z wielką łatwością przywierają, a nawet przenikają przez błony komórkowe, co w najprostszych słowach oznacza, że cząsteczka nanoplastiku wraz z całym ładunkiem zgromadzonym na jej powierzchni jest w stanie wniknąć do żywej komórki. I urządzić tam jesień antropocenu.

Diagram pokazuje przykłady niebezpiecznych związków chemicznych towarzyszących drobinom plastików. Podzielono je na trzy kategorie: składników tworzyw – czerwone kwadraty, produktów ubocznych ich produkcji – żółte kwadraty oraz substancji ulegających adhezji (przyłączeniu) do drobin – czarne kwadraty. Ilustracja pochodzi z książki Marine Anthropogenic Litter

Zjawisko przenikania nanoplastików do komórek udokumentowano w eksperymencie ryżanką japońską (Oryzias latipes) której ikrę i dorosłe ryby wystawiono na obecność nanoplastików znakowanych substancją fluorescencyjną. Zarówno ikra, jak i dorosłe osobniki wchłaniały nanocząsteczki polistyrenu i lokowały je w swoich strukturach komórkowych.

Ikra ryżanki japońskiej w świetle wzbudzającym fluorescencję. A – ikra inkubowana w wodzie wolnej od znakowanych nanoplastików, B – ikra inkubowana w wodzie ze znakowanymi nanoplastikami. Zdjęcie pochodzi z publikacji Distribution of Nanoparticles in the See-through Medaka (Oryzias latipes)Ikra ryżanki japońskiej w świetle wzbudzającym fluorescencję. A – ikra inkubowana w wodzie wolnej od znakowanych nanoplastików, B – ikra inkubowana w wodzie ze znakowanymi nanoplastikami. Zdjęcie pochodzi z publikacji Distribution of Nanoparticles in the See-through Medaka (Oryzias latipes)

W innym eksperymencie jednokomórkowe glony hodowano w obecności nanocząstek polistyrenu o granulacji 27 i 25nm. Te glony posłużyły jako karma dla rozwielitek, którymi z kolei karmiono karasie przez dwa miesiące. W wyniku tego eksperymentu zaobserwowano nie tylko obecność nanoplastiku we krwi ryb, ich mięśniach i mózgach, ale także zmiany zachowania wyrażone słabszą aktywnością i osłabieniem relacji społecznych.

Jak wspomniałem wyżej, nie są znane rzeczywiste poziomy zanieczyszczenia nanoplastikiem rzek, jezior i mórz. Wiemy tylko, że jego istnienie jest nieuniknione. Nieznany jest także ładunek dodatkowych substancji przenoszonych na tych cząstkach, choć w laboratoriach udowodniono, że mają one niebezpieczny potencjał. Nie wiemy zatem w jakim stopniu eksperymenty oparte na czystych drobinach polistyrenu, odzwierciedlają rzeczywiste zagrożenia dla przyrody, choć istnieją niezbite dowody, że w nanoplastik w naturze przenika do krwi, mięśni i tkanki nerwowej zwierząt wodnych. Wiemy też, że niemała część plastików które trafiły do środowiska, będzie ulegać coraz większemu rozdrobnieniu, aż w ciągu dziesiątek czy setek lat dołączą do puli nanośmieci pośród których żyjemy.

Tomasz Kijewski

Zdjęcie w naglówku przedstawia fragment plaży w Rzucewie z naturalnym depozytem glonów i grupą mikroplastiku. Żadna z drobin nie została poruszona w celu skomponowania zdjęcia. © Tomasz Kijewski

Jeśli chcesz wiedzieć więcej:

Shosaku Kashiwada: Distribution of Nanoparticles in the See-through Medaka (Oryzias latipes); Environmental Health Perspectives 2006

Karin Mattsson i inni: Altered Behavior, Physiology, and Metabolism in Fish Exposed to Polystyrene Nanoparticles; Environmental Science & Technology 2015

Laure Mamy i inni: Prediction of the Fate of Organic Compounds in the Environment From Their Molecular Properties: A Review; Critical Reviews in Environmental Science and Technology 2015

Edytorial: Nanoplastic should be better understood; Nature Nanotechnology 2019

Ruud J.B.Peters i inni: Detection of nanoparticles in Dutch surface waters; Science of The Total Environment; 2018

Melanie Bergmann i inni: Marine Anthropogenic Litter; Springer Open 2015

O mądrości wyboru

Światowy Dzień Oceanów jest okazją do zmiany nawyków przy sklepowych ladach i w restauracjach.

Doroczne wydarzenie jakim jest światowy dzień mórz i oceanów ma przypomnieć wszystkim, że ogromny wpływ na funkcjonowanie biosfery ma kondycja wszechoceanu. Także gospodarka, a w szczególności rynek spożywczy w znacznej części zależą od morza, osiągając wartość rzędu 150 miliardów dolarów w 2017 roku przy stałym kilkuprocentowym wzroście. W 2016 roku globalna wielkość produkcji spożywczej w sektorze rybackim wyniosła 151 milionów ton (w tę ilość wlicza się wszystkie pozyskane istoty wodne – morskie i śródlądowe, hodowlane i dzikie, z pominięciem ssaków, gadów oraz roślin)<fao.org>. Kolejnych 20 milionów ton pozyskano do produkcji pasz i oleju, a ponad 28mln ton stanowi przyłów*, czyli organizmy złowione w sposób niezamierzony i martwe wyrzucane za burtę. Dla porównania, w tym samym roku wyprodukowano 118mln ton wieprzowiny, 115mln ton drobiu, 69mln ton wołowiny i 14mln ton baraniny. <statista.com>

Źródło: Wikimedia

Jednocześnie szacuje się, że 33,1% stad poławianych ryb jest przełowionych, co oznacza, że dalsza ich eksploatacja z dotychczasowym rozmachem doprowadzi do zaniku tych stad, tak jak miało to miejsce w kanadzie w latach 90 ubiegłego wieku, gdy doszło praktycznie podczas jednego sezonu do załamania populacji tego gatunku, w wyniku czego ponad 35 000 ludzi straciło źródło utrzymania. Wobec braku tego drapieżnika ekosystem zmienił się w takim stopniu, ze dorsz w północno-zachodnim Atlantyku dopiero po blisko 30 latach zaczął odtwarzać swoją populację pod ścisłym nadzorem organizacji środowiskowych.

© Philippe Rekacewicz, Emmanuelle Bournay, UNEP/GRID-Arendal http://www.grida.no/resources/6067

Jak wspomniano, blisko 1/3 stad jest przełowionych, ale kolejnych 59,9% balansuje na cienkiej granicy między przełowieniem, a zrównoważoną eksploatacją, co prostym rachunkiem prowadzi do wniosku, że możemy być (póki co) spokojni o kondycję 7% światowych zasobów ryb. Co za ulga, gdyby tylko prócz przełowienia nie było innych zagrożeń takich jak zanieczyszczenie środowiska, zakwaszenie wody, czy wzrost temperatury.
Nie chcę wzbudzać paniki, ani siać defetyzmu, bo istnieją sposoby byśmy podejmując codzienne wybory wzięli udział w próbie ratowania tych ważnych zasobów. Zakładam, że o środowisko dbacie redukując ślad węglowy, sortując śmieci i unikając zbędnych jednorazowych produktów z plastiku. Pora na kolejny krok. Podczas zakupów zwracajcie uwagę na oznakowania produktów rybnych, wyszukując symbolu MSC.

Marine Stewardship Council jest międzynarodową organizacją pozarządową zrzeszającą rybaków, producentów i dystrybutorów ryb i owoców morza. Ci ludzie działając w porozumieniu z naukowcami promują zrównoważoną eksploatację zasobów morza nawet, a szczególnie tam, gdzie lokalne przepisy nie przystają do rzeczywistych zagrożeń. Firmy zrzeszone w MSC minimalizują szkody dla środowiska poprzez baczenie na stan eksploatowanych stad, podlegają regularnym audytom technologicznym, ekologicznym oraz etycznym (pracownicy tez muszą mieć odpowiednie warunki pracy) i wzajemnie pilnują przestrzegania norm dających im przywilej znakowania swoich produktów niebieskim logo MSC. Wybierając w sklepach i restauracjach produkty z takim logo możecie wywierać presję na światowy rynek owoców morza, by zwiększać ilość produktów pozyskanych z jak najmniejszym zagrożeniem zasobów i pozwolić by kolejne pokolenia miały szansę także z nich korzystać.

Źródła informacji które posłużyły do napisania ten notki ukryte są za linkami w tekście.

Bezpośrednią inspiracją były warsztaty, które odbyły sie podczas Międzynarodowych Targów Przetwórstwa i Produktów Rybnych POLFISH, które odwiedził zespół redakcyjny Ryby na Piątek.

Agnieszka Kijewska i Tomasz Kijewski

*Dane na temat wielkości przyłowu są bardzo przybliżone, ponieważ znaczna część światowego rybołówstwa nie rejestruje ilości złapanych w ten sposób zwierząt. Niektórzy zaliczają do przyłowu ofiary porzuconych zniszczonych sieci.

Zdjęcie w nagłówku: © REUTERS Pascal Rossignol