Óceánok Amikor az algák mérgező fegyverekké válnak - a tudomány spektruma
Óceánok: Amikor az algák mérgező fegyverekké válnak
Az ember sok kockázatra számít, ha kalandos expedícióba kezd ismeretlen vizekbe. De halálos kagyló? George Vancouver brit navigátornak valószínűleg nem volt ilyen veszélye a radarján, amikor 1793-ban felfedezte Brit Kolumbia partjait. Mégis egy ártalmatlannak tűnő tenger gyümölcseinek az életébe kell kerülnie a személyzet egyik tagjának. Nyilvánvaló, hogy a férfi végzetes mérgezést kapott, amelyet az orvosi szakemberek ma "paralitikus kagyló- és rákmérgezésként" ismernek. Kiválóan hatékony idegmérgek, a "paralitikus kagylómérgek" (PST) váltják ki. A legismertebb ezek közül a szaxitoxin, amelynek kevesebb, mint egy milligrammja képes megölni egy felnőttet.
Vancouver beszámolói szerint a kanadai bennszülöttek úgy tűnik, már akkor is ismerték ezt a veszélyt. Amikor éjjel fényes algaszőnyegek úsztak a tengerben, a kagylóételeket a helyi lakosok tabunak tekintették. És ez teljesen ésszerű óvintézkedés volt. Mivel ezek a szőnyegek az Alexandrium nemzetség protozoonjainak tömeges fejlesztései lehetnek. Ezek előállítják a szaxitoxint, amely aztán felhalmozódik az élelmiszerláncban.
A kagylók például egy ilyen sejtes virágzás során egyetlen óra alatt több millió egysejtű szervezetet és veszélyes rakományukat tudják kiszűrni a vízből. Rendszerint nem halnak meg a méreganyagoktól, de gyakran nagy koncentrációban rakják le őket a testükbe. És akkor veszélyes lesz a tenger gyümölcseinek rajongói számára. Évente a világon csaknem 2000 embert mérgeznek, amikor szennyezett kagylót vagy halat fogyasztanak, ezeknek az eseteknek körülbelül 15 százaléka végzetes - és a be nem jelentett esetek száma valószínűleg magas. Egy ilyen étkezés halálos következményekkel járhat a halakra és a tengeri madarakra, a teknősökre és a tengeri emlősökre is. Nem is beszélve a halászat és az akvakultúra gazdasági kárairól. A tudósok ezért szeretnék jobban megérteni, hogy miként alakulnak ki az emberekre és állatokra veszélyes ilyen tömeges fejlemények. De a mérgező virágok biológiája még mindig tele van rejtélyekkel.
Mérgek a vegetáriánusok ellen
A szakértők jelenleg körülbelül 100 algatípusról tudnak, amelyek mérgező vegyületeket képesek előállítani. Ez azt jelenti, hogy a mérgezők egy apró kisebbség a világ óceánjain található több mint 10 000 algafaj között. Ennek az exkluzív klubnak számos tagja, mint az Alexandrium nemzetség, a dinoflagellátusok vagy a "páncélozott lobogók" csoportjába tartozik. Néhány vörösalgában és kovafélékben azonban veszélyes anyagok is találhatók. A különböző gyártók mérgei a típustól és az adagtól függően különböző tüneteket okoznak. A spektrum az emésztési zavaroktól és a memória elvesztésétől a szívelégtelenségig és a légzési elégtelenségig terjed.
De mi készteti az egysejtű organizmusokat a veszélyes anyagok ilyen arzenáljának megszerzésére? Régóta ismert, hogy bizonyos külső körülmények elősegítik a toxicitást. Például kulcsfontosságú, hogy a víz mely tápanyagokat tartalmaz. Amikor a dinoflagellátok szaporodnak, nitrogén és foszfor épül sejtkomponenseikbe 16: 1 arányban. Mivel sok helyen rengeteg nitrogén van, az egysejtű szervezetek idővel ritkák. Az algák ezután abbahagyják a szaporodást. Az anyagcseréd azonban továbbra is teljes sebességgel működik, és a felesleges nitrogént különféle vegyületekké alakítja - beleértve a szaxitoxint is, amely 30% nitrogént tartalmaz, de foszfort nem tartalmaz. Ha például hiányzik a foszfor, az Alexandrium tamarense faj sokszorosára növeli méregtermelését.
Hosszú ideig azonban senki sem tudta igazán megmagyarázni, mire jóak ezek az anyagok. Első ránézésre nem tűnnek különösebben hatékony védekező fegyvernek, amikor a kagyló mérgező algák tömegét ártalmatlanul kiszűrheti a vízből. De vannak más ellenségek is. Az apró copepodák például nemcsak lelkes algamegedők, hanem a tengeri zooplankton leggyakoribb organizmusai közé is tartoznak - komoly ellenfelek, amelyek ellen hatékony védelmi stratégiára van szükség. Igaz, hogy ezeknek a mini rákoknak egyes fajaira a Saxitoxin and Co. aligha hat ki. Mások számára azonban a mérgek különféle vizsgálatokban mutattak hatást. Az érintett állatok például csökkent étvágyban, csökkent termékenységi vagy fejlődési rendellenességekben szenvedtek, és néhányan el is pusztultak. Úgy tűnik, hogy a falánk vegetáriánusok több típusa kerüli a mérgező algákat, ha nem mérgező alternatíváik vannak. Tehát a jobban védekező mérgezők jobban szaporodhatnak, néha tömegesen is.
Az árulkodó nyomai a vízben
Az éhes rákfélék által jelentett fenyegetés azonban nem mindig ugyanaz. Végül is ez a zooplankton ciklusokban fejlődik, és napközben gyakran különböző vízmélységekben is megmarad. Ennek eredményeként a nap és az év bizonyos szakaszaiban sokkal több ellenség leselkedik ízletes algákra, mint másokban. Jó lenne, ha a potenciális áldozatok reagálnának a tényleges veszélyre, ahelyett, hogy folyamatosan energiát pazarolnának drága védelmi fegyverekre.
Valójában Erik Selander a svéd Göteborgi Egyetemről és munkatársai elképesztő mértékű rugalmasságot tanúsítanak a tengerek mérgezőiről: Ha például kopepodák vannak jelen, akkor az Alexandrium minutum dinoflagellátumai a szokásosnál két és félszer több mérget produkálnak. És sokan mások is a mérgező algák szükség esetén erőteljesen növelhetik termelésüket. De valójában hogyan veszi észre, amikor erre szükség van? A svéd kutatók erre a kérdésre is választ találtak legújabb tanulmányukban. Eszerint a dinoflagellátusok ravasz kémek, akik nagyon hatékonyan tudják kikémlelni ellenfeleiket. Mivel a legtöbb plankton organizmushoz hasonlóan nem is rendelkeznek fejlett látószervekkel, ezért kémiai érzékeikre kell támaszkodniuk. És nyilvánvalóan olyan anyagokra reagál, amelyeket ellenségeik a vízbe engednek.
A kutatók nyolc ilyen kémiai árulót fedeztek fel, amelyeket "kopepodamidoknak" neveztek a kopepodák latin neve után. Ezek kismolekulák, amelyek szerves sav-taurinból és különféle zsírsavakból állnak. Hasonló vegyületeket korábban csak egysejtű állatokból, tengeri szivacsokból és tengeri sünökből ismertek. Senki sem tudja, mire van szüksége a copepodoknak. Szerepet játszhatnak az emésztésben.
Az Alexandrium minutum szempontjából ezek az anyagok mindenesetre végzetes veszélyt jeleznek: A svéd kutatók kísérleteiben a víz legkisebb mennyiségét is elismerték az egysejtű szervezetek, akár 20-szoros méregtermeléssel. Mivel az egyes ráktípusok kissé eltérő kopepodamid-koktélt választanak ki, még az ellenfeleiket is megkülönböztethetik. Míg egyes fajok csak gyenge reakciót váltottak ki a laboratóriumi tesztekben, mások csúcsteljesítményre késztették a kis mérgezőket.
De vajon érezheti-e magát a tengerben? Ennek megismerése érdekében a tudósok a rákfélék előfordulását és azok kiválasztódását tanulmányozták a Skagerrakban. Az Északi-tenger ezen részén, különösen késő ősszel, óriási számban vannak a Calanus finmarchicus nevű copepodák, amelyek rokonai leggyakoribb tagjai. A kutatók szerint önmagában ennek a populációnak kell annyi árulkodó hírvivő anyagot kiválasztania, hogy megduplázza az algák toxicitását.
Fegyverek minden alkalomra
Ezek a hatások az algák virágzásának gyakoribb előfordulásához vezethetnek, amelyek problémát jelentenek az emberek, az állatok és a gazdaság számára. Különösen, mivel a rákok nyilvánvalóan nem az egyetlen ellenség, akit az egysejtű méreggyártók a lábujjukra kapnak. Például egy csapat, amelyet Hans Dam vezetett az amerikai Connecticuti Egyetemről, nemrégiben tesztelte, hogyan reagál az Alexandrium fundyense a különféle ellenségekre. Ez a hírhedt dinoflagellát, például az USA északkeleti partjainál, többször is nagyarányú tömeges fejlesztésekkel szerzett magának hírnevet, és így rémálommá vált az ottani kagylótermelők számára. A laboratóriumban a kutatók nemcsak lábasfélékkel, hanem különféle kagylókkal és tengeri fröccsökkel is szembesítették, amelyek a zsákállatokhoz tartoznak. Ezen túlmenően a ciliák és a ragadozó dinoflagellátok egysejtű ellenfelek voltak az elején.
Ebben a kísérletben az összes vizsgált többsejtű sejt indukálta az algákat, hogy stimulálják a paralitikus kagyló toxinok termelését. Ez a hatás különösen akkor volt erős, amikor a dinoflagellátumok tengeri spriccelésekkel foglalkoztak. Átlagosan két és félszer olyan erősen reagáltak rájuk, mint az összes többi vizsgált állatcsoportra. Ennek pedig végzetes következményei lehetnek, különösen az Egyesült Államokban - tartanak a kutatók. Új-Anglia mellett például számos tengerparti élőhely található, ahol a tengeri foltok uralják a fenék életét. És pontosan ott fordul elő újra és újra a dinoflagellátumok tömeges fejlődése, amely különösen mérgezően reagálhat erre a környékre.
A kísérletben tesztelt puhatestűek, mint például a kék kagylók és a homok gleccserek, nem egészen erőszakos reakciókat váltanak ki, de mégis egyértelműen mérhető hatásuk van. Ők is növelhetik a toxintermelést, és ezáltal egyre nagyobb mennyiségű toxint felhalmozhatnak saját testükben. Ennek eredményeként nemcsak halálos veszélyt jelenthetnek fogyasztóikra, de egy bizonyos ponton maguk is károsak lehetnek. Ha ezután egyre kevesebb algát szűrnek le a vízből, a mérgező virág még nagyobb méreteket ölthet - ördögi kör.
Első pillantásra úgy tűnik, hogy az egysejtű algaevők reményt sugároznak. Ezek nem váltottak ki fokozott mérgezési reakciót a kísérletekben - feltehetően azért, mert nincs idegrendszerük, amelyre a méreganyagok támadhatnak. A ragadozó dinoflagellátumok és a cilianák tehát inkább a mérgező virágokat tartalmazhatják, mintsem még veszélyesebbé tehetnék őket - vonják le a kutatók. Úgy tűnik azonban, hogy az áruló algák fegyvert találtak ezekkel az ellenfelekkel szemben is. A tudósok többször megfigyelték, hogy az egysejtű organizmusok elpusztulnak, amikor elfogyasztják az Alexandrium fajokat - függetlenül attól, hogy paralitikus kagyló toxinokat termelnek-e vagy sem. Hans Dam és munkatársai is megvizsgálták, mi áll ennek hátterében. Eszerint az Alexandrium tamarense ismert neurotoxinjai mellett úgynevezett reaktív oxigénfajtákat is termel. Ezek az agresszív anyagok elpusztítják az egysejtű ragadozók sejtfalait, és így halálra ítélik őket.
Algák emelkednek
Ily módon a kis mérgezők megteremtik a legjobb feltételeket a tömeges szaporodáshoz. És könnyen lehet, hogy az ember az utóbbi időben még könnyebbé tette az életüket. A mérgező algavirágzás nem újdonság. Nemcsak George Vancouver emberei tapasztaltak fájdalmas tapasztalatokat róla, Európában is több mint 100 éve ismertek ilyen jelenségek. De vannak arra utaló jelek, hogy a világ számos tengeri régióját egyre gyakrabban kísértik.
Például a kínai tengerparti vizek esetében Douding Lu-val a hangzhoui tengeri ökoszisztéma- és biogeokémiai laboratóriumban dolgozó tengeri kutatók az 1970-es évek óta jelentősen megnövelték ezeket az eseményeket. Az ottani hatóságok jelenleg évente mintegy 60 mérgező virágzást regisztrálnak, köztük nagyon nagyokat, amelyek több mint 1000 négyzetkilométeren terülnek el. És különösen az elmúlt két évtizedben Kínában a tengerbiológusok minden eddiginél több mérgező algafajt találtak. A kutatók szerint ennek a fejlődésnek számos tényező áll. Az egyik a part menti vizek növekvő tápanyagszennyezése a mezőgazdaságból és a szennyvízből. A Jangce torkolatánál a nitrátkoncentráció 40 év alatt megháromszorozódott. És számos mérgező algafaj élhet az ilyen műtrágya-hullámokkal. Ezenkívül számos új mérgező került a kínai vizekre a hajók ballasztvizében.
Hasonló hatásokat vitatnak sok más tengeri régió esetében is. Könnyen lehet, hogy a méréstechnika fejlődése és a mérgező akvakultúra növekedése egyszerűen jobban felhívta a figyelmet a mérgező algavirágzásokra. A legtöbb szakértő úgy véli, hogy nagyon valószínű, hogy az emberek valóban népszerűsítik ezeket az eseményeket. A tengerek túlzott megtermékenyítése mellett az éghajlatváltozás is szerepet játszhat. Az Atlanti-óceán északi részén, valamint az Északi és a Balti-tengeren bizonyíték van arra, hogy a növekvő vízhőmérséklet a dinoflagellátusok számának növekedéséhez vezetett, és ezek az élőlények az év elején megjelennek ott.
Eddig azonban hiányoztak a hosszú távú megfigyelések az ilyen lehetséges trendek és következményeik jobb felmérésére. A jövőbe nézés pedig még nehezebb. Különösen azért, mert nemcsak az emelkedő hőmérséklet, hanem az éghajlatváltozás számos közvetett hatása is nagyobb alganövekedéshez vezethet, mint például a rétegződés és a víz áramlási viszonyainak megváltozása. Vagy nagyobb esőzések, amelyek egyes régiókban a folyók duzzadását okozhatják, és így több tápanyagot moshatnak a tengerbe. Mindenesetre érdemes figyelni az óceánok mérgezőire - különösen most: több mint 200 évvel a halálos kagylómérgezés első dokumentált áldozata után.