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

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