Sześć punktów

Dowody wskazują na to, że obecnie stoimy w obliczu szóstego masowego wymierania Ziemi, a wskaźniki wymierania rosną z dnia na dzień. W oceanach żyje wiele unikalnych organizmów, w tym największy – płetwal błękitny oraz nieprzeliczone rzesze fitoplanktonu produkującego połowę tlenu atmosferycznego. Ocean jest ekosystemem pełnym żywych i kolorowych istot funkcjonujących w sieci złożonych zależności. Stanowi źródło utrzymania i pożywienia dla  miliardów ludzi oraz ważny czynnik kształtujący klimat. Jest jednak również wykorzystywany jako największe wysypisko śmieci, a połów ryb i innych organizmów morskich odbywa się w ogromnym tempie. Musimy zdawać sobie sprawę, że nie posiadamy pełnej wiedzy na temat złożoności oceanicznych ekosystemów i niejednokrotnie byliśmy i będziemy zaskakiwani niepożądanymi efektami naszych działań.

Oto sześć największych problemów, przed którymi obecnie stoją ryby w naszych oceanach.



1. Przełowienie

Bez względu na to, czy chodzi o przemysł spożywczy, czy akwarystyczny, przełowienie stanowi poważne zagrożenie dla ryb w Oceanie. Przełowienie zagraża nie tylko konkretnym gatunkom, ale ma również bezpośredni wpływ na inne gatunki w sieci pokarmowej. Tak stało się z dorszem w latach 90 ubiegłego wieku przy wschodnich wybrzeżach Kanady. Do dziś nie udało się w pełni przywrócić populacji tego gatunku. Niektóre metody połowu, takie jak trałowanie denne, same w sobie są destrukcyjne poprzez niszczenie siedlisk. Osobnym i ogromnym problemem jest przyłów, którego wielkość szacuje się w skali globalnej na blisko 27 milionów ton ryb – zabijanych przypadkiem i wyrzucanych za burtę. Na to nakłada się kłusownictwo w obszarach lub okresach chronionych. Do walki z tym procederem zaangażowano między innymi albatrosy, które wyposażone są w plecaki z GPS i czujnikami sygnałów radarowych. Jeżeli w miejscu gdzie połowy są zakazane wykryje się taki sygnał, do akcji wkraczają służby mundurowe.

Wielkość połowów dorsza w Nowej Funlandii © Philippe Rekacewicz, Emmanuelle Bournay, UNEP/GRID-Arendal  http://www.grida.no/resources/6067

2. Zakwaszenie oceanu

Ocean pochłania do jednej trzeciej CO2, który emitujemy na całym świecie. W ciągu ostatnich 200 lat stężenie dwutlenku węgla znacznie wzrosło i w tym czasie pH wód powierzchniowych oceanu spadło o 0,1 pH. Może to brzmieć skromnie, ale w rzeczywistości odpowiada to 30% wzrostowi kwasowości. Powoduje to, że jony węglanowe są mniej obfite, a są one niezbędnym budulcem muszli morskich i szkieletów planktonu oraz  koralowców. Załamanie produkcji pierwotnej realizowanej przez fitoplankton może mieć katastrofalne skutki dla całej biosfery. Proces ten ma również bezpośredni wpływ na ryby poprzez wpływ na ich zmysły.

3. Ghost Fishing

Zjawisko dla którego nie znalazłem polskiej nazwy ma miejsce, gdy stary sprzęt połowowy zostanie zgubiony lub wyrzucony i nadal łapie ryby i inne istoty morskie. Dryfujące sieci mogą wywołać łańcuch obrażeń lub śmierci, gdy zaplączą się w nie mniejsze zwierzęta, a większe drapieżniki będą próbowały je zjeść. Sugestie dotyczące zapobiegania „ghost fishing” obejmują akcje oczyszczania wód, sprzęt ulegający biodegradacji, a także programy zachęcające rybaków do recyklingu narzędzi lub programy skupu używanego sprzętu.

4. Plastik

Każdego roku do oceanu trafia od 1,15 do 2,41 miliona ton plastiku. Great Pacific Garbage Patch, wyspa śmieci na Oceanie Spokojnym zajmuje powierzchnię trzy razy większą od Francji. Zwierzęta zaplątują się i dławią tymi odpadami, plastik dusi i niszczy koralowce i gąbki. Polimery zawierają niebezpieczne substancje takie jak BPA, a dodatkowo akumulują związki niepolarne, w tym także zanieczyszczenia chemiczne występujące w środowisku w niegroźnych stężeniach. Ulegając ciągłemu rozkładowi, w wyniku czego powstają mikroplastiki, wprowadzają te substancje do łańcucha pokarmowego, w tym do gatunków, które ludzie lubią łapać i jeść.

5. Nieodpowiedzialna hodowla ryb

Ponieważ coraz więcej ludzi zamieszkuje Ziemię, zapotrzebowanie na żywność jest większe, a jedną z odpowiedzi jest jak najszybsze wyhodowanie jak największej liczby ryb. Hodowle często polegają w dużej mierze na lekach i są źródłem nadmiernych składników odżywczych z resztek sztucznego pokarmu dla ryb i odchodów. Może to mieć destrukcyjny wpływ na naturalne siedliska morskie poprzez eutrofizację. Osobnym niebezpieczeństwem jest przypadkowe uwolnienie ryb hodowlanych, które niszczą rodzime stada i przenoszą choroby.

Hodowla łososi w Norwegii. Zdjecie z dmomeny publicznej Wikimedia; © Brataffe

6. Niszczenie siedlisk

W ciągu ostatniego stulecia średnia temperatura wód powierzchniowych wzrosła o około 0,1 stopnia Celsjusza. Chociaż może to nie brzmieć dobitnie, sytuacja przyczyniła się do bielenia koralowców. Jest to zjawisko, w którym koralowce poddane stresowi cieplnemu wydalają symbiotyczne glony. Glony te są niezbędne do utrzymania koralowców przy życiu, a ich utrata obniża odporność raf koralowych i prowadzi do ich obumierania wraz z całym ekosystemem od bakterii po rekiny. Inne rzeczy przyczyniające się do niszczenia siedlisk to zagospodarowanie wybrzeży, zanieczyszczenie (na przykład spływ ścieków, nawozów lub wycieki ropy), wycinanie lasów namorzynowych w celu hodowli krewetek oraz trałowanie głębinowe. Wraz ze wzrostem niszczenia siedlisk ubywa miejsc do życia dla ryb, co prowadzi do załamania się ekosystemów. Dlatego organizacje międzynarodowe i poszczególne kraje otaczają ścisłą ochroną wybrane obszary oceanu.

Mapa oceanicznych obszarów chronionych

Co możesz zrobić?

Chociaż możesz czuć się całkiem nieswojo po usłyszeniu o wielu różnych zagrożeniach, jakie łowią na naszej powierzchni oceanu, istnieje wiele pozytywnych zmian, które są wprowadzane przez rządy na całym świecie. Na niektórych obszarach wprowadzono zakazy połowów, na przykład na Hawajach, które obecnie proponują wprowadzenie zakazu połowów wszystkich ryb akwariowych. ONZ wspiera i nadzoruje tworzenie kolejnych obszarów chronionych przed ludzką działalnością.
 Zmiany, które możesz wprowadzić indywidualnie, obejmują:

Zmniejsz ślad węglowy

Ogranicz zużycia plastiku

Dbaj by ryby które jesz były pozyskiwane w sposób etyczny i zrównoważony

Nie ignoruj ani nie powiększaj zaśmiecenia plaż.

Kupuj tylko ryby akwariowe wyhodowane w niewoli

Głosuj na polityków dostrzegających problemy ekologiczne

Wspieraj organizacje ochrony przyrody, które pracują nad ocaleniem naszych oceanów

Tomasz Kijewski

Źródło:

Artykuł powstał na podstawie notki, która ukazała się w lipcu na blogu  Marine Conservation Institute z Seattle.

Zdjęcie w nagłówku pochodzi z artykułu w The eecologist

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

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

Kwass

Czy raje mogą skostnieć? Oraz dlaczego niektórym rybom nic się nie chce.

Podczas ubiegłotygodniowego pikniku naukowego w Warszawie licznym odwiedzającym nasze stoisko opowiadałem o złożonych mechanizmach i skutkach ocieplenia klimatu. Jest niezwykle budującym doświadczanie intensywnego zainteresowania z jakim ludzie podchodzą do nauki i znakomicie wynagradza to wydłużony czas pracy. Podczas takich rozmów opowieść meandruje po różnych obszarach wiedzy, od fizyki atmosfery po genetykę i nie sposób nawet w kilkunastu podejściach poruszyć wszystkich istotnych wątków łączących się z tym jednym tylko tematem. Ale na szczęście jest słowo pisane i dziś zamierzam skorzystać z tej sposobności opowiadając o niespodziewanych efektach nadmiernej ilości CO2. I o rybach oczywiście.

Wzrost temperatury, jaki obserwujemy na świecie nie jest jedynym skutkiem zwiększania ilości CO2 na Ziemi. Nadmiarowe ciepło niesione przez prądy oceaniczne zmienia przebieg cyrkulacji mas powietrza, która w strefie (dotychczas) umiarkowanej występuje jako prądy strumieniowe. Te ogromne i bardzo silne wiatry hulające 8 – 11 km nad naszymi głowami kształtują pogodę tworząc kręte ścieżki wzdłuż których podążają wyże i niże. Przebieg prądu strumieniowego ciska arktycznym powietrzem w kraje północnej Afryki, przynosi saharyjski pył do Polski, jest odpowiedzialny za długotrwałe susze i wpływa na częstotliwość wlewów słonej wody do Bałtyku, o czym pisałem tutaj.

Wejdźmy jednak do wody by przekonać się, jakie jeszcze skutki wynikają z nadmiaru CO2. Ten gaz rozpuszczony w wodzie wchodzi z nią w reakcję, tworząc kwas węglowy, H2CO3. Co prawda woda oceaniczna ma właściwości buforujące, ale jak każdy bufor ma swoją pojemność, a ocean pochłania każdej doby 22 miliony ton CO2 A taka zmiana warunków chemicznych jest bardzo kłopotliwa dla tych organizmów, które wykorzystują związki wapnia do budowy ciał. Dotyczy to praktycznie wszystkich istot morskich, ale szczególnie uciążliwe jest dla planktonu budującego wapienne pancerzyki i w tej sytuacji zaczynają dominować organizmy znacznie drobniejsze, które na zakwaszenie są bardziej odporne. A jeśli są drobne, to ich ciała nie opadają na dno tak skutecznie jak ciała np. otwornic, więc ocean traci zdolność trwałego pochłaniania CO2 i deponowania węgla w osadach. Przy tym, rzecz jasna zmienia się dostępność pokarmu u podstawy łańcucha pokarmowego. O tych i innych złożonych mechanizmach uruchamianych przez dwutlenek węgla w oceanie możecie przeczytać zaglądając do serwisu Naukaoklimacie.pl, a tymczasem przejdźmy do ryb.

Można spodziewać się, że zwiększenie koncentracji dwutlenku węgla w środowisku wpływa na procesy biologiczne związane z wymianą gazową i oddychaniem. Takie efekty są obserwowane, chociaż ich natężenie nie jest wysokie. Większe jest zagrożenie dla ikry i larw, które pod wieloma względami są dużo bardziej wrażliwe niż dorosłe osobniki. Ikra ryb z gatunku Menidia beryllina obumiera jeśli znajdzie się w wodzie o zawartości CO2  na poziomie 780µatm, (400 – 600µatm to poziom przeciętny w oceanie). Larwy dorsza atlantyckiego także sobie źle radzą, chociaż dorsz ze wschodniego Bałtyku jest odporniejszy, a larwy śledzi radzą sobie wręcz świetnie. Dwutlenek węgla wpływa na procesy mineralizacji szkieletu ryb i to w sposób odmienny niżbyście się spodziewali. Oddziałując zarówno na drodze deregulacji wydzielania neurotransmiterów jak i bezpośrednio poprzez stężenia, sprzyja nadmiernemu odkładaniu hydroksyapatytów, w skrajnych warunkach doprowadzając do skoliozy, kifozy czy neoplazji oraz przerostu otolitów będących kluczowym narządem zmysłu równowagi i rejestracji ruchu ryb. Procesy nadmiernej mineralizacji zaobserwowano także u płaszczek, które należą do ryb chrzęstnoszkieletowych. Dla nich może stać się to poważnym problemem, jeśli nie zdążą wyewoluować mechanizmów kompensacyjnych. Natomiast wzmocnienie mineralizacji szczęk byłoby dla nich atutem.

Larwy ryb o zdeformowanych szkieletach.
Copyright: Matt Wilson/Jay Clark/NOAA NMFS AFSC

Samo przebywanie w eksperymentalnych akwariach z podniesionym stężeniem CO2 pozwala zaobserwować u ryb objawy stresu. Liczne badane gatunki wykazują odmienne zachowania pod wpływem nadmiaru CO2 niż w naturalnych warunkach: jedne chowają się w cieniu, inne uciekają ku światłu, narybek garnie się do drapieżników, gatunki samotnicze mają skłonności do towarzystwa a ławice rozpraszają się. Równie niepokojącym efektem jest zaobserwowane u kilku gatunków upośledzenie zmysłu węchu. Larwy znanych wam garbikowatych tracą orientację nie mogąc rozpoznać zapachu dogodnej do zasiedlenia rafy, ryby z gatunku Acanthopagrus schlegelii przetrzymywane w akwariach o zwiększonej zawartości CO2 zdawały się nie reagować na zapachowe ślady potencjalnych ofiar. Badaczom wydało się, że ryby te leniwie błąkają się po zbiorniku i interesują pokarmem właściwie dopiero gdy na niego wpadną. Udowodniono przy tym, że nie jest to efekt braku apetytu ani przysłowiowego swędzenia w nosie, jakie znamy wąchając wodę gazowaną. Zaburzenia te wynikają ze zmiany poziomu ekspresji genów kodujących białka zaangażowane w odbiór i przesyłanie sygnałów z narządu węchu. Jakby dla równowagi, ryby które muszą chronić się przed drapieżnikami, robią to w sposób niezborny, niemrawo zbierając się do ucieczki lub formując ławice łatwiejsze do rozproszenia. Także te zachowania daje się opisać w kategoriach zmian poziomu neurotransmiterów, czyli sygnałowych cząsteczek aktywujących lub hamujących aktywność określonych obwodów nerwowych. I żeby nie było wątpliwości, są to takie same neurotransmitery oraz geny, jakie występują i u ludzi. W literaturze naukowej znaleźć można powiązania między zakwaszeniem oceanu a niemal każdym aspektem życia ryb. Niektóre gatunki stają się gorszymi rodzicami, inne mniej starają się przy rozmnażaniu lub odpuszczają sobie wędrówki na tarło czy w poszukiwaniu źródeł pokarmu.

Zaznaczyć przy tym należy, że eksperymenty laboratoryjne dotyczące fizjologii czy ekspresji genów prowadzi się porównując zachowanie ryb przebywających w wodzie o parametrach zbliżonych do aktualnych warunków w oceanie z rybami aklimatyzowanymi przy znacząco, nawet kilkukrotnie podniesionym stężeniu dwutlenku węgla. Jednak i w naturalnym środowisku poczyniono obserwacje zmian zachowania ryb, które wyraźnie pokazują, że dla licznych gatunków zrobiło się za duszno. Możemy mieć nadzieję, że ryby przez pokolenia będą stopniowo przystosowywać się do zmieniających się warunków, co nie powinno likwidować niepokoju związanego z przyszłością środowiska, jakie znamy.

Tomasz Kijewski

W nagłówku zdjęcie rentgenowskie dwóch płaszczek uwidacznia miejsca gdzie mogą one skostnieć. © Jun An-Chen

Jeśli chcesz wiedzieć więcej:

A.J. Esbaugh Physiological implications of ocean acidification for marine fish: emerging patterns and new insights; Journal of Comparative Physiology B 2018

T.J. Hamilton i inni: CO2-induced ocean acidification increases anxiety in Rockfish via alteration of GABAA receptor functioning; Proceedings of Royal Society B 2014

Rong Jiahuan i inni: Ocean Acidification Impairs Foraging Behavior by Interfering With Olfactory Neural Signal Transduction in Black Sea Bream, Acanthopagrus schlegelii; Frontiers in physiology, 2018

C. Cattano i inni: Behavioural responses of fish groups exposed to a predatory threat under elevated CO2; Marine Environmental Research 2019

T.P. Hurst i inni:  Elevated CO2 alters behavior, growth, and lipid composition of Pacific cod larvae; Marine Environmental Research 2019

I.L. Cripps i inni: Ocean Acidification Affects Prey Detection by a Predatory Reef Fish; PLoS ONE 2011

M. Briffa i inni: High CO2 and marine animal behaviour: Potential mechanisms and ecological consequences; Marine Pollution Bulletin 2012

I. Nagelkerken i inni: Animal behaviour shapes the ecological effects of ocean acidification and warming: moving from individual to community-level responses; Global Change Biology 2016

V. Di Santo: Ocean acidification and warming affect skeletal mineralization in a marine fish; Proceedings of Royal Society B 2019.

Plastic is not fantastic

Rocznie na świecie produkuje się 315 mln ton tworzyw sztucznych, z czego 9% poddawane jest recyklingowi, 12% ulega spaleniu 40% trafia na wysypiska śmieci, a reszta do środowiska, czyli prędzej czy później do oceanu. W przypowierzchniowej warstwie oceanów dryfują setki milionów ton plastiku. Od sieci rybackich i gumowych kaczuszek przez skrzynki, foliowe torebki aż po mikrogranulki z kosmetyków oraz mikrowłókna z legginsów i ściereczek. A docierają wszędzie, nie tylko tworząc tzw. siódmy kontynent – matę ze śmieci o powierzchni 3,4mln km2 pośrodku północnego Pacyfiku, gdzie powstał swoisty plastikowy ekosystem. Przykrywają liczne plaże, opadają na dno Rowu Mariańskiego, są dosłownie wszędzie. Obliczono, że przy takim gospodarowaniu tworzywami, ich masa w oceanach przekroczy masę ryb już w roku 2050.

plastic megafauna
Zdjęcie pochodzi z bloga Microplastics & Megafauna

Niestety ich wpływ na środowisko nie sprowadza się jedynie do względów estetycznych. Zaplątywanie się zwierząt także jest marginalnym, chociaż bardzo medialnym problemem. Te śmieci ulegają powolnemu rozpadowi na coraz drobniejsze elementy. A ledwie widoczny gołym okiem kawałek plastiku, często porośnięty glonami, prawie na pewno zostanie połknięty przez jakąś morską istotę*. Już sama obecność kawałków plastiku w przewodzie pokarmowym sprzyja niedożywieniu, problemom gastrycznym i stanom zapalnym, ale to nie wszystko. Połknięte plastiki zamiast wartości odżywczych uwalniają substancje, których żywa istota ani się spodziewa, ani sobie życzy. Takimi substancjami są na przykład bisfenole (BPA, BPS, BPF).

plastic_Oona Lonnstedt
Larwa okonia nażarta drobnymi kuleczkami polistyrenu. Fotografia pochodzi z publikacji Lönnstedt O.M., Eklöv P.: Environmentally relevant concentrations of microplastic particles influence larval fish ecology; Science 2016. Tej pracy poświęciłem dwa lata temu dwie notki, które niebawem przypomnę w edycji wordpress.

Bisfenole zawierają wykonane z twardego plastiku kubki, talerze, rękawy do pieczenia, folia spożywcza, torebki z ryżem lub kaszą, sklepowe paragony itd. Puszki z żywnością pokryte są wewnątrz żywicą epoksydową, która również zawiera bisfenole. Substancje te są uwalniane podczas podgrzewania, mechanicznych obciążeń lub mycia detergentami. Trwałe cząsteczki bisfenoli są szeroko rozpowszechnione w środowisku i łatwo wchłaniają się zarówno drogą pokarmową, jak i przez skórę. Kumulują się w wątrobie, mięśniach i przede wszystkim w tkance tłuszczowej, więc zjadane mięso ryb patroszonych wcale nie musi być od nich wolne, choć owoce morza nie są głównym źródłem tych substancji w ludzkiej diecie. A związki te sprzyjają występowaniu nowotworów i chorób serca, wpływają na obniżenie płodności i stymulują powstawanie tkanki tłuszczowej.

Wpływ bisfenoli na zdrowie odbywa się poprzez zaburzenie procesu regulującego działanie genów. Liczne cząsteczki chemiczne w komórkach wpływają na to, które geny będą włączane, a które wyłączane. W naturalnych warunkach te systemy regulacji sprawiają, że wszystkie istotne procesy przebiegają w równowadze, właściwym miejscu i czasie. Tymczasem substancje takie jak bisfenole, naśladując cząsteczki regulatorowe wprowadzają bałagan zarówno w czasie rozwoju zarodkowego, jak i w dorosłych organizmach.

Jednym z takich działań jest powstrzymywanie sygnałów hamujących powstawanie tkanki tłuszczowej, która dzięki temu rozrasta się**. Ten proces prowadzi do chorób metabolicznych nękających społeczeństwa na całym świecie. W badaniach na rybach udowodniono, że z ikry jednorazowo wystawionej na działanie bisfenoli wylęgają się osobniki o obniżonej płodności i zmienionym metabolizmie cholesterolu, a efekt ten utrzymuje się przez całe ich życie, a nawet u ich potomstwa. U larw ryb zaobserwowano także zmiany ekspresji genów zaangażowanych w rozwój układu nerwowego, a w szczególności systemu dopaminy i serotoniny. U podstaw tych zjawisk leży trwałe oznakowanie określonych genów, przez co ich ekspresja ulega zmianie i zmienia się także metabolizm oraz procesy różnicowania komórek zarodkowych. W podobny sposób, poprzez zmianę ekspresji genów, bisfenole wpływają na gospodarkę hormonalną, chociaż głównym trybem ich oddziaływania jest naśladownictwo żeńskich hormonów płciowych. W ten sposób bisfenole zaburzają procesy związane z płodnością zarówno u ryb, bezkręgowców jak i ludzi.

Na pocieszenie warto dodać, że opracowano technologie oczyszczania oceanów z tych śmieci. Są to pływające autonomiczne pojemniki z sitami, które patrolują okolicę, a po napełnieniu dostarczają ładunek do równie autonomicznych barek. Powstał też projekt przetwarzania tych śmieci w olej napędowy jeszcze na statku. Jednak wydajność jednej takiej przetwórni pozwoliłaby oczyścić oceany w ciągu, bagatela, 50 tysięcy lat. O ile nie przybędą nowe śmieci.

Dobra, nie wyszło mi z tym pocieszeniem.

* Pewnie wcale nie chcieliście dowiedzieć się, że małże, krewetki czy anchois, zjadane przez ludzi wraz z wnętrznościami, dostarczają minimalnych lecz niepożądanych porcji tworzyw sztucznych.

** Nie chodzi jedynie o „nadymanie się” komórek tłuszczowych, ale o zwiększanie ich liczby, co jest zjawiskiem bardziej niepożądanym, gdyż każda, nawet zdrowa, komórka tłuszczowa wysyła sygnały chemiczne nakręcające spiralę otyłości.

Tomasz Kijewski

Zdjęcie w nagłówku zostało nagrodzone w konkursie Wildlife Photographer of the Year Muzeum Historii Naturalnej w Londynie. Autorem jest Justin Hofman.

Jeśli chcesz wiedzieć więcej:

Boucher J.G. i inni: Bisphenol A and Bisphenol S Induce Distinct Transcriptional Profiles in Differentiating Human Primary Preadipocytes; PLOS One 2016

Foley C.J. i inni: A meta-analysis of the effects of exposure to microplastics on fish and aquatic invertebrates; Science of The Total Environment 2018

Gertz J. i inni: Genistein and bisphenol A exposure cause estrogen receptor 1 to bind thousands of sites in a cell type-specific manner; Genome Research 2012

Herrero Ó. i inni: The BPA-substitute bisphenol S alters the transcription of genes related to endocrine stress response and biotransformation pathways in the aquatic midge Chironomus riparius (Diptera, Chironomidae); PLOS One 2018.

Jin SooChoi i inni: Toxicological effects of irregularly shaped and spherical microplastics in a marine teleost, the sheepshead minnow (Cyprinodon variegatus); Marine Pollution Bulletin 2018.

Karami A. i inni: Microplastics in eviscerated flesh and excised organs of dried fish; Scientific reports 2017.

Zhang-Hong Ke i inni: Bisphenol A Exposure May Induce Hepatic Lipid Accumulation via Reprogramming the DNA Methylation Patterns of Genes Involved in Lipid Metabolism; Scientific Reports 2016.