Nietypowy jad

Z pozoru niepozorne rybki z rodzaju ślizgowatych (Meiacanthus) to grupa około 30 gatunków, które żyją w płytkich wodach Morza Czerwonego, Oceanu Indyjskiego i Pacyfiku. Ze względu na niewielkie rozmiary i atrakcyjne barwy, często można je spotkać w morskich akwariach. Ale te urocze rybki mają unikalną cechę, którą podkreśla ich angielska nazwa zwyczajowa „Fangblenny”. Wystające z dolnej szczęki długie i ostre jak igły kły to licencjonowane zęby jadowe. Ten wynalazek przydarzył się także u głębinowych dziwacznych węgorzy Monognathus, oraz u węży. Ślizgowate, zębate rybki odżywiają się mniejszymi bądź większymi bezkręgowcami, a rola jadowych zębów jest znów zaskakująca. O ile większość stosowanych w przyrodzie jadów służy do sparaliżowania ofiary, bądź wywołania potwornego bólu u pechowego drapieżnika, bohaterowie dzisiejszej notki produkują jad, który działa przeciwbólowo i uspokajająco. Bardzo uspokajająco. Jad ślizgowatych zawiera bowiem substancje opioidowe. Drastycznie obniża ciśnienie krwi i sprawia, że ukąszona istota traci na chwilę wszelką wolę, odruchy, a być może i przytomność. Bez wątpienia jest to uczucie skrajnie nieprzyjemne, bowiem raz ukąszeni napastnicy unikają bliższych kontaktów z naszymi ślizgowatymi. O to właśnie chodzi, bowiem system zbudowany z kłów i gruczołów jadowych u tych ryb ma zastosowanie obronne. Z tego wynalazku korzystają krewni rodzaju Meiacanthus, którzy upodobniwszy się do swoich jadowitych pobratymców zyskują bezpieczeństwo wynikające ze złej sławy tego jadu. A kły – jak stwierdzono w niedawno opublikowanej pracy – są u ślizgowatych znacznie starsze niż jad i oryginalnie służą do podskubywania ryb w rafowych SPA. Ślizgowate trudniące się tym procederem upodobniły swój wygląd do wargatków, czyli znanych nam ryb- czyścicieli. Strach pomyśleć, co byłoby, gdyby Meiacanthus wpadły na pomysł zakładania fałszywych SPA i poddawały anestezji swoje ofiary…

 

Obrazek w nagłówku przedstawia bohatera notki.

Jeśli chcesz wiedzieć więcej:

N. R. Casewell i inni; The Evolution of Fangs, Venom, and Mimicry Systems in Blenny Fishes; Current Biology (2017)

Weź mi tu poświeć

W morskiej głębi, poniżej 130 metrów, jest zbyt mało światła by mogły żyć rośliny, jednak absolutne ciemności występują znacznie głębiej, dopiero 800m pod powierzchnią. W strefie półmroku żyje mnóstwo ryb, które zajmują się grą w chowanego – a jest to gra na śmierć i życie. Jako że w toni oceanu nie bardzo jest za czym się schować, wystarczy by drapieżnik spoglądał w górę i wypatrywał cienia potencjalnej ofiary. Właśnie dlatego ryby zamieszkujące tę strefę mają oczy skierowane nie do przodu czy na boki, ale w górę. Najsławniejszym ich przykładem jest Macropinna microstoma, u której pod galaretowatą kopułą na głowie kryje się para ogromnych oczu, powszechnie branych za mózg. Z kolei to co skłonni jesteśmy brać za oczy, to dołki nosowe.

Macropinna microstoma by MBARI
Macropinna microstoma © Monterey Bay Aquarium Research Institute; dostęp: Fishbase.org

Jak w takich okolicznościach nie stać się czyimś posiłkiem? Wiele gatunków ryb formuje ławice, ale te które nie najlepiej czują się w tłumie, często maskują się światłem. Powszechnym sposobem jest luminescencja. Przy niewielkim nakładzie energetycznym dolna strona ciała mieszkańców batialu świeci łagodnym turkusowym światłem emitowanym przez symbiotyczne bakterie. Jeżeli tylko uda się zgrać jego intensywność z jasnością tła, istota staje się praktycznie niewidzialna.

glow hatchet fish przeźreń
Przedstawiciel topornikowatych Sternoptchinae i jego świecący brzuch. Dzień ryby te spędzają na głębokości 600m, w nocy podpływają wyżej i żywią się planktonem. Zdjęcie z domeny publicznej. Dostęp: extrememarine.org.uk

Innym sposobem luminescencji jest fluorescencja. W odróżnieniu od bioluminescencji fluorescencja nie wymaga stałego nakładu energii ani nawiązywania współpracy ze świecącymi bakteriami, gdyż jest to taki sposób świecenia, który wykorzystuje docierające światło. Spotykamy się z tym zjawiskiem w zegarkach, świetlówkach i w miejscach gdzie lampy UV wydobywają niewidzialne w zwykłym świetle wzory w salach zabaw dla dzieci czy dla dorosłych. Światło określonej barwy – to istotne! – padające na cząsteczkę fluoroscencyjną wzbudza jej molekuły do świecenia światłem o nieco dłuższej fali a zjawisko trwa dopóki światło dociera do cząsteczki. Sposób jest bardzo powszechny w przyrodzie, od roślin przez papugi i pajęczaki po krewetki i jamochłony. Ryby żyjące w jasnym środowisku, upiększają się wytwarzając w skórze fluoroscencyjne białka, które nadają im jaskrawych odcieni zieleni czy czerwieni.

journal.pone.fluoroscencja
Przykłady fosforyzujących ryb. Zdjęcie pochodzi z publikacji Sparks i inni; 2014. Szczegółowy opis tutaj.

Bohater dzisiejszego odcinka wykorzystuje ten trick do polowania. Chlorophthalmus, co można przetłumaczyć jako zielonook, wyposażony jest w barwnik fluorescencyjny, który ulega wzbudzeniu wobec turkusowego światła pochodzącego z luminescencji maskującej potencjalne ofiary. Największa koncentracja tego barwnika jest w soczewkach wielkich oczu tych ryb, które w obecności światła pochodzącego z bioluminescencji dosłownie rozjarzają się zielonym światłem, jednocześnie wykrywając cel, doświetlając pole ataku i ogłupiając ofiarę. Chlorophthalmus zarówno w ciemności jak i przy naturalnym oświetleniu docierającym z powierzchni oceanu nie fluoryzuje w ogóle, chociaż spodnia strona ciała tych ryb może być wyposażona w luminesceencyjny narząd świetlny dający mu ochronę przed drapieżnikami – z wyłączeniem pobratymców. Ryby te występują w ciepłych i umiarkowanych morzach całego świata na głębokości od 50 do 1000 metrów. Przeważnie mierzą około 20cm, a maksymalnie do 40cm. Rodzaj ten obejmuje 17 opisanych gatunków, które poławiane są lokalnie w niewielkich ilościach.

465px-Shortnose_greeneye_Chlorophthalmus_agassizi
Na zdjęciu Chlorophthalmus w świetle naturalnym i oświetlony światłem luminescencyjnym, wzbudzającym fluorescencję. Źródło: NOAA Photo Library, dostęp: wikimedia

Ryby głębinowe, takie jak znana wam żabnica, używają luminescencji w innym celu. Ich narządy świetlne, będące siedliskami świecących bakterii stanowią wabiki dla potencjalnych ofiar.

W rybactwie funkcjonuje termin „bycatch”, po naszemu „przyłów”. Określa on ryby złowione przypadkiem, nie będące celem połowu. Podczas zbierania materiałów do tej notki przytrafił mi się zabawny przyłów dotyczący luminescencyjnych ryb. Niektóre gatunki mają narząd świetlny położony tylko wokół odbytu. Te rybki odwracają znaczenie porzekadła „ciemno jak w …” 😉

Narządy świetlne zasiedlone przez symbiotyczne bakterie często występują wewnątrz ciała, w jelitach lub gardzieli. Uważa się, że wypuszczenie chmury święcącego płynu z takich narządów dezorientuje napastnika i pozwala uciec potencjalnej ofierze podobnie (tylko na odwrót) jak wyrzut substancji atramentowej przez kałamarnice.

Tomasz Kijewski

Jeśli chcesz wiedzieć więcej:

Anastasopoulou A. i Kapiris K.: Feeding ecology of the shortnose greeneye Chlorophthalmus agassizi Bonaparte, 1840 (Pisces: Chlorophthalmidae) in the eastern Ionian Sea (eastern Mediterranean); Journal of Applied Ichtiology; 2008

Dunlap P.V. i Ast J.C.: Genomic and phylogenetic characterization of luminous bacteria symbiotic with the deep-sea fish Chlorophthalmus albatrossis (Aulopiformes: Chlorophthalmidae); Applied and Environmental Microbiology; 2005

Priede I.G.: Deep-Sea Fishes Biology, Diversity, Ecology and Fisheries; Cambridge University Press 2017 (dostęp: books.google.pl)

Sparks J.S. i inni: The Covert World of Fish Biofluorescence: A Phylogenetically Widespread and Phenotypically Variable Phenomenon; PLOS One 2014

Sweeney A.: A Fish-eye View; oceanexplorer.noaa.gov 2004

Obrazek w nagłówku: kadr z filmu „Gdzie jest Nemo” © Pixar oraz Walt Disney Pictures; dostęp: http://bioluminescenctprcoesses.weebly.com

Martwe strefy w Bałtyku.

Osoby zainteresowane czystością środowiska są ostatnio wręcz bombardowane alarmistycznymi informacjami na temat ilości plastiku, pestycydów, nawozów i innych skażeń chemicznych w morzach. Wiele w tym prawdy i z pewnością na blogu pojawią się kolejne notki dotyczące tych zagrożeń. Wśród tych hiobowych wieści mogliście trafić też na doniesienia o ogłoszonych przez NASA „strefach śmierci” w Bałtyku. Istotnie, NASA opublikowała takie mapy. Ponad 7 lat temu.

Czym są martwe strefy? To obszary, w których zalega woda pozbawiona tlenu i przez to nienadająca się do życia. Powstają one wszędzie tam, gdzie nadmiernej produkcji biomasy towarzyszy słaba wymiana wody. Innymi słowy, zakwity wód, czyli gwałtowny rozwój sinic i innego planktonu, który w pewnym momencie przechodzi kolaps i masowo umiera, opadając na dno. Rozkładaniu materii organicznej towarzyszy takie zapotrzebowanie na tlen, że kończy się on w wodzie – im jest cieplejsza – tym szybciej. Deficyt tlenu to jedno, ale dalsze procesy gnilne uwalniają do wody duże ilości siarkowodoru i taka toksyczna mieszanka zalega przy dnie latami, do kiedy nie zostanie rozproszona przez napływ świeżej wody.

Bałtyk jest morzem, które charakteryzuje bardzo słaba wymiana wody z wszechoceanem. Cieśniny Duńskie nie przepuszczają dostatecznych ilości wody, by występowały tutaj pływy, słabe prądy napędzane są siłą Coriolisa i zachodnimi wiatrami, a nikłe parowanie i całkiem obfity napływ wody z rzek sprzyjają niskiemu zasoleniu. Te wszystkie czynniki sprawiają, że we wszelkich zagłębieniach dna gromadzi się woda o większej gęstości, czyli zasolona, gdzie kiśnie ta pozbawiona tlenu, a bogata w siarkowodór organiczna zupa. Czy zatem nie ma ratunku dla Bałtyku? Na szczęście jest i właśnie dlatego dane z 2010 roku są lekko nieświeże.

Bałtyk jest zasilany od czasu do czasu ogromnymi ilościami świeżej słonej wody z Morza Północnego. Jednak żeby doszło do takiego wlewu, muszą zaistnieć bardzo szczególne warunki atmosferyczne: nad Morzem Północnym stać musi wyż, a tuż obok, nad południową Szwecją i Bałtykiem – niż. Różnica ciśnień i towarzyszący jej silny północny wiatr w rejonie Cieśnin Duńskich są w stanie zlikwidować martwe strefy, bo zasolona woda, jako bardziej gęsta płynie po dnie i wlewa się we wszelkie głębiny. Jaka jest objętość tych wlewów? Małe dostarczają około 100km3, a takie naprawdę duże – nawet 300km3 wody. Problem w tym, że w pierwszej połowie XXw wlewy zdarzały się 5 – 7 razy na dekadę, w latach 1960 – 1984 co 3 – 4 lata, a kolejne wlewy miały miejsce w 1993 i 2003 roku. Dopiero rok 2014, a więc cztery lata po opublikowaniu raportu NASA, okazał się szczęśliwym dla Bałtyku. W grudniu łaskawy sztorm spowodował najsilniejszy od 1951 roku wlew 198km3 słonej i natlenionej wody. Kolejny wlew w listopadzie 2015 był znacznie skromniejszy – 76km3 wody, ale z całą pewnością ucieszył ryby. Wiele bałtyckich gatunków z dorszem na czele wymaga słonej i świeżej wody do tarła, bo tylko w takich warunkach może rozwinąć się ikra.

Gdzie w tym wszystkim kryje się wpływ człowieka? Występowanie zakwitów glonów jest zjawiskiem naturalnym, które zdarza się zarówno w morzach jak i oceanach, jednak nadużywanie nawozów i spływ materii organicznej do morza, spowodowany np wylesieniem i nieodpowiedzialną regulacją rzek, bardzo mocno sprzyjają nadmiernemu rozwojowi glonów. Z kolei zmiana cyrkulacji powietrza i układów barycznych jest skutkiem globalnych zmian klimatu, z którymi również mamy coś do czynienia. Wydaje się, że gdziekolwiek obserwujemy przyrodę, zmiany o jakich się dowiadujemy, w taki czy inny sposób obracają się przeciwko nam.

AlgalBlooms_Envisat_earth esa int
Zakwit alg w Bałtyku w roku 2005 obserwowany przez satelitę ENVISAT. Zdjęcie ze strony organizacji Earth Watching https://earth.esa.int

Nie zrozumcie mnie źle, nie neguję zagrożeń dla środowiska (i gospodarki) Bałtyku, związanych z zakwitami i strefami beztlenowymi. Chciałbym tylko wszystkich wyczulić, że oprócz newsów i fake newsów, są także odgrzewane kotlety i zawsze warto poszukiwać źródeł. Ta notka miała być o czymś innym, ze strefami śmierci jako wzmianką tylko, ale „nieświeży kotlet” sprawił, że znowu zdryfowałem. Co się odwlecze to nie uciecze.

Tomasz Kijewski

EDIT
Tytułem uzupełnienia, bo treść notki może stwarzać pewne niejasności:
Nie chciałem powiedzieć, ze martwe strefy w Bałtyku znikają się i pojawiają; one tam są i mają silne tendencje do rozszerzania się. Nawet gdyby obfite wlewy oceanicznej wody miały miejsce co dwa lata jak niegdyś bywało, strefy beztlenowe będą się odradzać szczególnie po każdym sezonie letnim, gdy w Bałtyku dochodzi do zakwitów. Zwiększanie intensywności zakwitów wobec wzrostu temperatur i eutrofizacji morza oraz spadek intensywności wlewów źle wróżą temu niezwykłemu morzu.  Poniżej zdjęcie satelitarne Zatoki Fińskiej z 18 lipca 2018.

T.K.

Tearthobservatory.nasa.gov

 

Jeśli chcesz wiedzieć więcej:

Waldemar Walczowski i inni: Zjawisko słonych wlewów z Morza północnego do Bałtyku; IOPAN 2015

Raport Morskiego Instytutu Rybackiego na temat wlewu z 2015 roku

 

Szokująca ryba

W gdyńskim akwarium można natrafić na ekspozycję z węgorzami elektrycznymi, gdzie umieszczone w wodzie elektrody pozwalają słuchać przez głośnik trzasków odpowiadających impulsom emitowanym przez te ryby. Ilustruje to nie tylko samo zjawisko, ale także znaczenie tej umiejętności dla ryby.

Ale nim zagłębimy się w korzyści wynikające z bycia elektryczną rybą, przyjrzyjmy się samemu zjawisku. Pole elektryczne towarzyszy wszystkim zwierzętom, ponieważ taki właśnie jest charakter impulsów przewodzonych przez układ nerwowy, a konstrukcja mięśni warunkuje ich pracę pod wpływem prądu. Elektryczność działająca w zwierzętach nie jest dokładnie tym samym, co elektryczność w naszych domach, głównie dlatego że neurony nie tyle przewodzą prąd, co wytwarzają go na całej długości swych wypustek, wpuszczając bądź wypychając jony sodu i potasu przez błonę komórkową (depolaryzacja i polaryzacja błony). Podobnie każdy skurcz mięśnia jest napędzany nagłą zmianą polaryzacji błony komórkowej, czemu towarzyszy powstawanie prądu. I chociaż dla pojedynczych włókien nerwowych czy mięśniowych proces ten wytwarza prąd o napięciu rzędu tysięcznych części Volta, to suma aktywności nawet niewielkiego zwierzęcia wytwarza wokół niego pole elektryczne, które może zostać zauważone przez odpowiednio czułe narzędzie (lub narząd), choć bywa to przydatne jedynie w środowisku wodnym z uwagi na izolacyjne właściwości powietrza. Liczne gatunki ryb doprowadziły tę wrażliwość do perfekcji, o czym możecie poczytać tutaj.

Znalazło się przynajmniej sześciu praprzodków, u których w ciągu ostatnich 100 mln lat doszło do niezależnego powstania narządów przeznaczonych specjalnie do wytwarzania pola elektrycznego. Obecnie nauka zna blisko 350 gatunków ryb słodkowodnych i morskich, które zasługują na miano ryb elektrycznych. Jak one to robią? Okazuje się, że chociaż doszły do tego na kilka sposobów, ich narządy elektryczne mają bardzo zbliżoną budowę. Są to mianowicie zmodyfikowane i mocno unerwione mięśnie ulokowane tuż pod skórą. Najpewniej niektóre ryby  wyposażone w moc elektrocepcji odkryły ewolucyjną okazję odczytywania zaburzeń własnego pola elektrycznego. Taka możliwość wydaje się bardzo przydatna w wodach o słabej przejrzystości, w których zarówno żywe jak i nieożywione obiekty zmieniają przebieg linii pola. Przy okazji można powiadomić innych przedstawicieli własnego gatunku o swojej obecności oraz kondycji. Orientacja w przestrzeni, wyszukiwanie zdobyczy i komunikacja międzyosobnicza – taka jest właśnie rola większości narządów elektrycznych ryb. Wystarczy tylko produkować impulsy w dogodnym dla siebie rytmie. Rekordzistą jest spotykana w akwariach ryba duch Apteronotus albifrons, który wysyła impulsy z częstością 2000 na sekundę. Przypomnę – mówimy o skurczach mięśni. Szaleńczy trzepot kolibrów to maksymalnie 90 uderzeń na sekundę*.

Apteronotus albifrons blickwinkel alamy stock photo
Ryba duch Apteronotus albifrons blickwinkel / alamy stock photo.

Drobne wyładowania elektryczne, choćby nawet pomagały tworzyć obraz otoczenia w wysokiej rozdzielczości i nadawać miłosne trele, nie mogły wystarczyć ewolucji. Przecież jak już się namierzy zdobycz, to można uniemożliwić jej ucieczkę porażając nieco większym prądem. A skoro jest taka moc, to znakomicie nada się do obrony. I chociaż większość ryb elektrycznych jest niskonapięciowa, rozbudowywanie baterii narządów elektrycznych doprowadziło do osiągnięcia w nielicznych gatunkach spektakularnych wartości rzędu 600Vi 1A. Są i takie ryby elektryczne, które robią wystarczające wrażenie na ludziach napięciem rzędu kilkudziesięciu Volt. A potrafią być wredne, zabijając nawet duże przypadkiem przechodzące przez płyciznę zwierzęta. Ba, jak pokazuje poniższy film, są w stanie wychynąć z wody by poczęstować kogoś solidnym kopem. Szczęśliwie w europejskich wodach takie niespodzianki nie czyhają.

Film pochodzi z publikacji Catania K.C. PNAS 2016. Autor przytacza tam historię opisaną przez Alexandra von Humboldta, który widziałw Amazonii połów węgorzy elektrycznych. Rybacy przepędzili przez sadzawkę z rybami stado koni i mułów, by ryby uległy „rozladowaniu”.

 

* Tylko jętki swoimi skrzydełkami pracują z prędkością 2200 uderzeń na sekundę. Brzęczenie komara towarzyszy 600 uderzeniom.

Zdjęcie w nagłówku przedstawia węgorza elektrycznego z Amazonii © rava51 flickr CC by SA 2.0

Tomasz Kijewski

Jeśli chcesz wiedzieć więcej:

Catania K.C. Leaping eels electrify threats, supporting Humboldt’s account of a battle with horses PNAS 2016

Gallant J.R.  i inni: Genomic basis for the convergent evolution of electric organs; Science 2014

Nelson M.E. Electric fish; Current biology 2001

Thompson A. i inni: Rapid evolution of a voltage-gated sodium channel gene in a lineage of electric fish leads to a persistent sodium current; PLOS biology 2018

Shifman A.R. i Lewis J.E.: The complexity of high-frequency electric fields degrades electrosensory inputs: implications for the jamming avoidance response in weakly electric fish.; Journal of the Royal Society Interface 2018