Choroba Minamata

Dwudziestego pierwszego kwietnia 1956 roku, do szpitala w Minamata w Japonii trafiła pięcioletnia dziewczynka z drgawkami i zaburzeniami chodzenia. W kolejnych dniach pojawiły się dzieci i dorośli z podobnymi objawami. Nikt nie był w stanie określić przyczyny tych zaburzeń. Ludzie zaczęli umierać.

Dwudziestego pierwszego kwietnia 1956 roku, do szpitala w Minamata w Japonii trafiła pięcioletnia dziewczynka z drgawkami i zaburzeniami chodzenia. W kolejnych dniach pojawiły się dzieci i dorośli z podobnymi objawami. Nikt nie był w stanie określić przyczyny tych zaburzeń. Ludzie zaczęli umierać.

Zespół naukowców wezwany na miejsce odkrył, że przypadłość ta dotknęła także koty, oraz morskie ptaki, co skierowało uwagę na ryby, wspólne źródło pokarmu dla wszystkich istot dotkniętych tajemniczą chorobą nazwaną Minamata disease. Podejrzenie padło na zanieczyszczenie wody, jednak dopiero w 1962 roku znalazł się winowajca – rtęć.

Rtęć jest pierwiastkiem, który naturalnie występuje w przyrodzie. Uwalniana jest w procesach wulkanicznych zarówno do atmosfery jak i bezpośrednio do wody np. z kominów hydrotermalnych i gejzerów. Ze względu na swoją lotność przenosi się na znaczne odległości z prądami powietrznymi, a rozpuszczalność jej związków w wodzie skutkuje powszechnością w oceanach. Naturalny poziom emisji rzędu 5 tys. ton uzupełniany jest 2 tys. ton uwalnianymi co roku do środowiska dzięki działalności człowieka, głównie za sprawą przemysłu wydobywczego i procesów oczyszczania metali. Może wydawać się uspakajające, że wydobycie złota i metali nieżelaznych odbywa się tak daleko od nas, bo toksyczny metal ulega solidnemu rozproszeniu. Jednak blisko 700 ton rtęci rocznie uwalnianych jest w wyniku spalania węgla, rafinacji ropy oraz produkcji cementu.

Wdychanie metalicznej rtęci lub jej tlenków nie należy do najzdrowszych, lecz problem narasta gdy rtęć wraz z deszczem trafi na ziemię, gdzie wchłonie ją np. sałata, lub spłynie wraz z wodą do oceanów.

Stopień szkodliwości rtęci zależy od formy chemicznej w jakiej występuje. Najbardziej szkodliwym, a zarazem najlepiej przyswajalnym związkiem rtęci jest metylortęć. Poziom toksyczności dla osoby dorosłej (70kg) określa się na 5 miligramów (mg); dawka śmiertelna wynosi od 150 do 300 mg.* Metylortęć jest usuwana przez wątrobę z żółcią i odkłada się we włosach, a półokres jej trwania** w organizmie wynosi 70 dni. Na nieszczęście metylortęć powstaje z innych form rtęci w procesach metabolicznych mikroorganizmów, które zasiedlają wody i glebę. W ten sposób dostaje się do łańcucha troficznego i powoli gromadzi się w ciałach kolejnych zjadaczy. W tym miejscu nie zaszkodzi wprowadzić dwa terminy: bioakumulacja – to zjawisko gromadzenia się określonych substancji w organizmach, oraz biomagnifikacja – gromadzenie się tych substancji na kolejnych ogniwach łańcucha pokarmowego.

Minamata biomagnifikacja BBC co uk Karimi R 2012.
Ilustracja zjawiska biomagnifikacji metylortęci. Dane z pracy Karimi i inni 2012; ilustracja pochodzi z serwisu BBC

Średni poziom rtęci w morzach i oceanach wynosi 0,3 nanograma (ng)/kg (0,3g na 1000 ton) i waha się od 0,5ng/kg w Morzu Śródziemnym (okresowo u wybrzeży Chin jest 1,9ng/kg!) do 0,16ng/kg w Oceanie Arktycznym. Jednak biomagnifikacja sprawia, że stężenie rtęci w mięsie ryb może być nawet milion razy wyższe niż w wodzie, a 95 – 100% rtęci w rybach występuje pod postacią metylortęci. Najbardziej niebezpieczne jest mięso drapieżników ze szczytu łańcucha pokarmowego, takich jak tuńczyki, rekiny i mieczniki, ale wiele innych drapieżnych gatunków może zawierać wysoki poziom rtęci.

Europejski Urząd ds. Bezpieczeństwa Żywności (EFSA) zatwierdził bezpieczny poziom spożycia metylortęci w ilości 1,6 mikrograma (μg) na 1 kg masy ciała w ciągu tygodnia, z zastrzeżeniem, że takie spożycie nie powinno utrzymywać się przez dłuższy czas (chodzi o termin „tymczasowe tolerowane tygodniowe pobranie”). Średnia zawartość rtęci w jadalnych częściach produktów rybołówstwa nie może przekraczać 500 μg/kg świeżej masy. Określono odstępstwo od tej reguły dla ryb takich jak np. miecznik, halibut, szczupak, grenadier, rekin, tuńczyk i miętus, które mogą legalnie zawierać dwukrotnie większą koncentrację rtęci.

Odnosząc to do poziomu toksyczności – ktoś kto zje 5kg miecznika w ciągu 10 tygodni ma kilka procent szans na odczuwanie mrowienia ze względu na to że metylortęć wpływa na układ nerwowy, ale kilogram takiej ryby zjadany tygodniowo przez kilka miesięcy, będzie stanowić poważne ryzyko dla zdrowia.

Wróćmy teraz do Japonii i lat 50 ubiegłego wieku.

Czytaj dalej „Choroba Minamata”

Młody odkrywca

Nauka obywatelska to badania naukowe, w których wolontariusze współpracują z badaczami zawodowymi, a także forma edukacji naukowej, forma współpracy w badaniach naukowych oraz ruch społeczny. Czasami okazuje się bardzo spontaniczny, jak w tym przypadku.

Pewien dziesięcioletni chłopiec w 2014 roku podczas wycieczki zwiedzał siedemnastowieczny klasztor La Candelaria w centralnej Kolumbii. Nie wiadomo jak bardzo zafascynował go zabytek sakralny, ale patrząc pod nogi chłopiec zwrócił baczną uwagę na jeden z kamieni posadzki. Na wygładzonej powierzchni widniał kształt skamieniałej ryby. Rio Santiago Dolmetsch, bo tak się ten chłopiec nazywa, sfotografował skamieniałość i po powrocie do domu pokazał zdjęcie w lokalnym muzeum paleontologicznym. Pracownicy muzeum nie byli w stanie sklasyfikować znaleziska, więc skontaktowali się z uniwersytetem w Bogocie. Wizja lokalna w klasztorze wywołała u nich ekscytację i w niedługim czasie, z poszanowaniem zabytkowego budynku, wydobyto ten fragment posadzki i rozpoczęto badania, do których zaproszono paleontologów z Panamy i Kanady do wspólnego rozwiązani tej zagadki. Okazało się, że znaleziona skamieniałość charakteryzuje się zestawem niezwykłych cech, które nadają jej wyjątkowy status. Identyfikacja nieodległego kamieniołomu pozwoliła na datowanie znaleziska na 90 mln lat, a wnikliwe badania doprowadziły do opisania nowego gatunku Candelarhynchus padillai, pierwszego jak dotąd przedstawiciela Skrzelokształtnych w Ameryce południowej. A Rio Santiago Dolmetsch doczekał się podziękowań w publikacji naukowej.

 

skamieniałość Candelarhynchus padillai
Skamieniałość Candelarhynchus padillai znaleziona przez chłopca. Zdjęcie pochodzi z publikacji w Journal of Systematic Palaeontology. © O. Vernygora

Tomasz Kijewski

Źródło:

Vernygora O. i inni: A new Cretaceous dercetid fish (Neoteleostei:

Aulopiformes) from the Turonian of Colombia; Journal of Systematic Palaeontology, 2017

https://phys.org/news/2018-02-ten-year-old-boy-paleontologists-ancient-fish.html

W nagłówku zdjęcie rekonstrukcji okazu. © O. Vernygora

Wyjście z wody

Jeśli pytać o przełomowe osiągnięcia ewolucji, można spodziewać się licznych odpowiedzi wskazujących na wyjście kręgowców na ląd. Rzecz jasna trudno ustalić gradację w grupie przełomów takich jak fotosynteza, tkanki czy oko, ale skoro jesteśmy lądowymi kręgowcami, a blog jest o rybach, to notka na ten temat wydaje się całkiem na miejscu w dniu urodzin Darwina.

Parcie na ląd jest ogromne. Nawet dziś, gdy wszystkie tereny lądowe są zasiedlone przez kręgowce, możemy doliczyć się 130 gatunków ryb, które nie najgorzej radzą sobie poza wodą; od węgorza i poskoczka mułowego, przez sumy i babki wspinające się po skałach,  po znanego Wam strumieniaka i łaźca, który migruje przez Indonezję na piechotę. Tylko na podstawie systematyki można wysnuć wniosek, że radzenie sobie na lądzie stało się ewolucyjną strategią co najmniej 33 razy, bo w tylu rodzinach obserwuje się dziś ryby wychodzące na ląd.

Stan obecnej wiedzy jest taki, że wszystkie lądowe kręgowce pochodzą od jednej grupy ryb mięśniopłetwych (dawniej: trzonopłetwych), na co wskazuje specyficzna budowa ich płetw. To im zawdzięczamy, uda, łokcie, pięty oraz pięciopalczaste dłonie i stopy. Swoją drogą, ta uparta pięciopalczastość stanowiła bardzo ciekawe zagadnienie dla biologów. Bo patrząc na wyjątki czteropalczaste, trój-, czy jednopalczaste – zawsze odkrywano, że powstaje pięć zawiązków i część z nich ulega redukcji. Podobnie szósty palec u pandy i niektórych żab nie rozwija się jak szanujący się zawiązek palca, tylko jest zmodyfikowaną częścią nadgarstka, a w jego rozwoju gra inna orkiestra genowa niż w przypadku palców właściwych. Z kolei dodatkowe palce, które przytrafiają się praktycznie każdemu gatunkowi czworonogów, w tym ludziom, stanowią patologiczne i często niekompletne powielenie podstawowego motywu rozwoju kończyny. Swoją drogą, fakt że liczba palców jest taka a nie inna stanowi przykład ewolucyjnego przypadku, bowiem pośród ryb kostnoszkieletowych, obserwuje się wielką różnorodność planów budowy płetw. Równie dobrze mogliśmy wszyscy mieć po 3 lub 8 palców*. Ale przyjrzyjmy się jeszcze tym pierwszym krokom, jakie nasz rybi przodek postawił na lądzie. Na pewno zdarzały się też skoki z odbijaniem się ogonem od podłoża, jakie mogliście zobaczyć w wykonaniu strumieniaka, ale kluczową okazała się motoryka wykorzystująca nowatorską budowę płetw.

fins2 eastern universiter of kentucky
Porównanie płetwy piersiowej okonia, ryby dwudysznej i wymarłej ryby mięśniopłetwej. Materiały edukacyjne Eastern Kentucky University

Umiejętność kroczenia ma czterech kończynach wydaje nam się oczywista, ale oprócz kości i mięśni wymaga specyficznego okablowania i schematu impulsów nerwowych pozwalających na stosowne ruchy. W ubiegłym tygodniu w czasopiśmie Cell ukazała się publikacja opisująca funkcjonowanie systemu nerwowego Leucoraja erinacea ryby z rodziny płaszczek, u których obserwuje się ruchy ciała przywodzące na myśl kroczenie.

Raja erinacea Jeff Rotman naturepl com
Leucoraja erinacea © Jeff Rotman

Okazało się, że architektura układu nerwowego tych ryb, jak również genowa orkiestra zawiadująca jej powstawanie, są jednakowe u tych chrzęstnoszkieletowych ryb i naziemnych kręgowców, w tym ludzi. Ostatni wspólny przodek tych chrzęstnoszkieletowych ryb i czworonogów żył około 420mln lat temu, co oznacza, że ten model ruchu czekał na swoją wielką chwilę przynajmniej 20 mln lat.

Raja erinacea
Sekwencja z oryginalnej publikacji w Cell; © Jung, Baek, Dasen et al.

Ewolucja działa inaczej niż ludzkie wyobrażenie o projekcie. Każdy żywy organizm jest składanką rozmaitych wynalazków, które powstały przy okazjach nie mających zbyt wiele wspólnego z produktem finalnym. Szkliwo zębowe powstało jako substancja utwardzająca łuski jakieś 100mln lat przed „wielkim krokiem” ryb trzonopłetwych. Bywa i tak, że pewne zaszłości wydają się absurdalne, jak nerw błędny, który u ryb odgrywa rolę w regulacji rytmu serca i motoryki oddechowej. Jego prawa gałąź** przechodzi pod tętnicą podobojczykową, a lewa pod aortą – i wracają do szyi, gdzie obsługują górną część gardła. Dzięki tej pętli u żyrafy długość tego nerwu wynosi ponad 4 metry.

Czy Darwin, nie mający pojęcia o naturze dziedziczenia i złożoności procesów rozwojowych, przeczuwał jaką piękną układankę opisał w dziele swojego życia?

Tomasz Kijewski

* Było blisko, bo jedne z pierwszych czworonogów, Acanthostega miały po osiem palców.

** Chodzi o nerw krtaniowy wsteczny, który jest odgałęzieniem nerwu błędnego.

 

Źródełka:

Hinchliffe J.R: Evolutionary developmental biology of the tetrapod limb; Development; 1994

Jung H. i inni: The Ancient Origins of Neural Substrates for Land Walking; Cell 2018

King H.M. i inni: Behavioral evidence for the evolution of walking and bounding before terrestriality in sarcopterygian fishes; Proceedings of National Academy of Sciences of the United States of America; 2011

Niedźwiedzki G. i inni: Tetrapod trackways from the early Middle Devonian period of Poland; Nature 2010

Ord T.J. i Cooke G.M.:  Repeated evolution of amphibious behavior in fish and its implications for the colonization of novel environments; Evolution 2016

Qu Q. i inni: New genomic and fossil data illuminate the origin of enamel; nature 2015

Comparative Vertebraye Anatomy; lecture notes; Eastern Kentucky University – materiały edukacyjne.

Zdjęcie w nagłówku przedstawia popularną naklejkę i pochodzi z domeny publicznej.

Pierwszy poważny drapieżnik w historii ryb.

Nie chcielibyście go spotkać.

Ta ryba opancerzona kostnymi płytami mierzyła nawet 10 metrów długości i osiągała wagę do 4 ton. Prawdziwy król dewońskich oceanów. A szczątki Dunkleosteusów znajduje się na terytorium Polski. Funkcję zębów pełniły u nich ostre krawędzie szczęk.

Zapraszam do obejrzenia filmu.

 

 

 

Ilustracja w nagłówku – Antionio Hose Manzanedo.

Ostrzeżenie dla wszystkich mieszkańców Gamagori

Japonia to kraj bardzo dokładnie zorganizowany. Trudno się temu dziwić wobec faktu, że 127 milionów osób żyje w zagęszczeniu przekraczającym miejscami 1000 osób na km2. Jednym z przejawów tego porządku jest rozbudowany i niezwykle sprawny system alertów powiadamiających ludność o zagrożeniach zarówno przez TV, SMS jak i sieć megafonów rozmieszczonych w miastach. I taki właśnie system niedawno ogłosił specjalny alert mieszkańcom miasta Gamagori w centralnej Jjaponii. Zorientowano się bowiem, że w miejscowym supermarkecie sprzedano pięć porcji ryby, z której nie usunięto wątroby. A nie byle jaka to ryba. Alert dotyczył jednego z 20 gatunków rozdymki (rodzaj Takifugu), których wątroby, jądra i jajniki zawierają tetrodotoksynę. A ten związek jest znacznie bardziej toksyczny od cyjanku potasu, nie ulega zniszczeniu przez gotowanie i nie ma nań antidotum. Do zatrucia wystarczy drobny błąd osoby oprawiającej rybę, jak to właśnie stało się w Gamagori. Tetrodotoksyna  jest neurotoksyczna i poraża mięśnie szkieletowe w stopniu praktycznie uniemożliwiającym oddychanie przy pełnej przytomności, prowadząc do zgonu w ciągu 24 godzin. Jeżeli dawka nie jest zabójcza, ofiara wraca do zdrowia w ciągu 72 godzin, chociaż bez wspomagania respiracji w czasie zatrucia może dojść do trwałych i poważnych zmian w mózgu na tle niedotlenienia. Zatrucie tetrodotoksyną uważane jest za jeden z zabiegów Voodoo i źródło legendy o zombie. Wydaje się to prawdopodobne, gdyż osoba zatruta łatwo mogła uchodzić za zmarłą i jako taka zostać nawet pochowana, a po ustaniu działania toksyny powstać z grobu nie będąc przy tym dość sprawną neurologicznie, by np. chodzić, mówić lub rozpoznać bliskich*. Co prawda, owiane najgorszą sławą rozdymki są rybami azjatyckimi, ale tetrodotoksyna spotykana jest na całym świecie w morskich bezkręgowcach, bakteriach, a także w niektórych salamandrach, traszkach i żabach i to właśnie płazy wytwarzają ją samodzielnie w celach obronnych. Liczne eksperymenty wskazują na to, że ryby i bezkręgowce morskie stają się toksyczne dzięki bakteriom zasiedlającym ich ciała. Akwaryjna hodowla rozdymek prowadzi do rozwoju osobników wolnych od trucizny.

Żeby uchronić się przed zatruciem tetrodotoksyną wystarczy unikać potraw z rozdymek, ośmiornic, ślimaków, rozgwiazd, krabów i robaków morskich, oraz lądowych płazińców** ropuch, traszek i salamandr. I pozostać czujnym na komunikaty alarmowe.

W Gamagori szybko odnalazły się trzy z pięciu toksycznych porcji fugu. Dwóch porcji nie oddano, ale też nie odnotowano zatruć.

Fugu1
Fugu wzburzona. Zdjęcie ze strony jpinfo.com

* W naukowych rozważaniach na temat zombie konkurentem dla tetrodotoksyny jest L-atropina, występująca w roślinach psiankowatych jak wilcza jagoda albo bieluń.

** Rozsławiony ostatnio przez Internet robak Bipalium z głową przypominającą kotwicę (na pewno widzieliście) również zawiera tetrodotoksynę.

 

Tomasz Kijewski

 

Źródełka:

japantimes.co.jp

Vaishali Bane i inni: Tetrodotoxin: Chemistry, toxicity, source, distribution and detection; Toxins 2014

Biotechnologia.pl

Medicalxpress.com

Wikipedia

Crazy Nauka

 

Zdjęcie rozdymki w nagłówku ©Mila Zinkowa; ze strony podcastjournal.net