Tam gdzie rodzinny dom

Obyczaje rozrodcze niektórych gatunków ryb zawierają imperatyw by dać początek kolejnemu pokoleniu dokładnie w miejscu własnego poczęcia, nawet jeśli wymaga to podjęcia długiej wędrówki. Jest to tzw. homing, obyczaj dość powszechny nie tylko u ryb i łatwo pojąć dlaczego taki konserwatywny: Skoro ryba, czy inny zwierz wykluty w konkretnym miejscu dożył dorosłości, to nie ma co szukać nowych rozwiązań. Osobnym wyzwaniem ewolucyjnym jest wrażliwość zmysłów i orientacja w przestrzeni pozwalająca trafić do ujścia tej konkretnej rzeki czy na tę jedyną plażę. Systemy nawigacji na podstawie gwiazd, Słońca czy chemicznej sygnatury akwenów i rzek to obszerny temat, któremu warto poświęcić osobną notkę. Nieważne jakim sposobem, ale wracają liczne ptaki do gniazd, skrzypłocze i żółwie na odwieczne plaże, wracają węgorze do Morza Sargassowego a trocie i łososie do rodzimych rzek. Trwałość tych obyczajów okazała się tak silna, że możliwym stało się odróżnienie  populacji ryb rozmnażających się w poszczególnych rzekach. Odróżnienie rzecz jasna poprzez porównanie odmienności genetycznych. Przy okazji okazało się, że część z tych odmienności jest odpowiedzią na działalność człowieka. Zaskoczeni byli ichtiolodzy gdy okazało się, że dorszyk, Microgadus tomcod, który wraca na tarło do rzeki Hudson, jest odporny na wysoką koncentrację polichlorowanych bifenyli (PCB). Te niebezpieczne dla środowiska substancje uwalniano beztrosko do rzek przez większość ubiegłego wieku, a Hudson był szczególnie skażony dzięki fabrykom General Electric. Okazało się, że 90% pośród tomcodów z Hudsonu ma mutację, dzięki której są one odporne na PCB. Z kolei brytyjscy genetycy z Uniwersytetu Exeter badając troć wędrowną (Salmo trutta trutta) powiązali zróżnicowanie genetyczne tych ryb z  działalnością górniczą w zlewniach rzek w których się rozmnażają. Wpierw rozróżnili dwie grupy – jedną z rzek nad którymi prowadzono wydobycie metali, i drugą nie mającą kontaktu z zanieczyszczeniami górniczymi, takimi jak arsen i inne metale ciężkie. Dalsze analizy zróżnicowania genetycznego pozwoliły na podział pierwszej grupy stosownie do tego, czy nad rzeką metale wydobywano od 1000 lat, czy aktywność górnicza miała miejsce w ciągu ostatnich dwóch wieków. Na szczęście nie należy obawiać się tego, że poprawa jakości wód negatywnie wpłynie na kondycję ryb i równowagę ekologiczną w rzekach.

Cóż, wygląda na to, że dla ryb migrujących nawet skażenie arsenem nie jest tak groźne jak nadmierne połowy oraz grodzenie głównych rzek i regulacja/degradacja siedlisk. Przez taką działalność od kilkudziesięciu lat nie obserwuje się tych ryb w dorzeczu górnej Wisły i Odry. Legalne rybactwo, jak i kłusowanie na tarlakach wpływających masowo do rzek, stanowi nie mniej istotny czynnik odpowiedzialny za załamanie populacji polskich troci, mimo względnie czystych wód. Eksperymenty, czy mówiąc mniej oględnie, rozpaczliwe działania ratunkowe, polegające na wypuszczaniu narybku importowanego z innych rzek zlewni Bałtyku, okazały się umiarkowanie skuteczne, bo choć takie trocie wracają do rzek Pomorza, to bardzo łatwo zapadają na wrzodziejące zapalenie skóry, które mocno ogranicza liczbę osobników przystępujących do tarła. Znów natura przegrywa z człowiekiem.

Na zdjęciu w nagłówku dorosły osobnik troci wędrownej. Dorodne sztuki przekraczają metr długości i 30kg.

Agnieszka Kijewska

Tomasz Kijewski

Pierwotna wersja notki ukazała się w profilu FB „ryba na piątek” w listopadzie 2015

Jeśli chcesz wiedzieć więcej:

Paris JR, King RA, Stevens JR.: Human mining activity across the ages determines the genetic structure of modern brown trout (Salmo trutta L.) populations.; Evolutionary Applications 2015

Yuan Z, Courtenay S, Chambers RC, Wirgin I.: Evidence of spatially extensive resistance to PCBs in an anadromous fish of the Hudson River.; Environmental health Perspectives 2006

http://www.hel.ug.edu.pl/ryby/troc.html

http://www.hel.ug.edu.pl/aktu/2012/UDN_w_ataku.html

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.

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

 

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”