Niewinni truciciele, czyli komu i dlaczego szkodzą glony

Nie ma zgody co do tego, gdzie jest granica, od której zmiana koloru wody zasługuje na miano zakwitu. Ocena dokonywana jest wzrokowo. Jednak gdyby to był tylko problem estetyczny, inspekcja sanitarna nie zamykałaby kąpielisk. Niestety, zakwitom powodowanym przez sinice może towarzyszyć uwalnianie do wody toksyn.

Nie wszystkie z ponad pięciu tysięcy gatunków sinic je wytwarzają. Lista do tego zdolnych – podobnie jak samych toksyn – jest jednak długa. Dodatkowy kłopot w tym, że nawet w obrębie tradycyjnie wyróżnianych gatunków jedne szczepy są producentami trucizn, a inne nie. Coraz częściej, aby stwierdzić, do której tych grup należy stwierdzony szczep, trzeba szukać w jego DNA genów za to odpowiedzialnych. A to wciąż wymaga zaawansowanej pracy laboratoryjnej. Inspekcja sanitarna wydaje więc decyzję o zamknięciu kąpieliska po samym stwierdzeniu dominacji sinic w zakwicie. Dmucha na zimne bez analiz.

Katastrofa ekologiczna Odry sprzed roku uświadomiła jednak, że mogą nas spotykać inne tego typu problemy. Wówczas bowiem na naszą wodną scenę z przytupem wkroczyła złota alga – Prymnesium parvum. Przyćmiła wszystkie dotychczasowe zakwity sinic, które do tej pory w Polsce prawie nie powodowały ofiar wśród zwierząt.

Złota alga: niechciany gość na dłużej

Już w 1939 r. (dwa lata po pierwszych opisach tego gatunku wykonanych przez Nellie Carter i nieco później przez Adama Bursę) stwierdzono, że w duńskich stawach z zakwitem powodowanym przez Prymnesium parvum giną ryby. Zaczęto więc podejrzewać, że może on odpowiadać za wcześniejsze ich pomory w zachodnim Bałtyku. Nie minęło dziesięć lat, a P. parvum stwierdzono w stawach w brytyjskiej wówczas Palestynie, gdzie również powodowało śnięcia ryb. Przez następne dziesięciolecia ten gatunek figurował w specjalistycznych podręcznikach botaniki czy fykologii jako sztandarowy przykład glonu eukariotycznego (a więc innego niż będące bakteriami sinice) wykazującego toksyczność dla ryb. Było jednak traktowane jako ciekawostka. Nieliczni naukowcy prowadzili nad nim badania i odkryli np., że jest zabójczy dla zwierząt oddychających skrzelami, a nie płucami oraz że toksyny są uwalniane pod wpływem nagłej zmiany zasolenia wody. I nawet kiedy z różnych stron świata zaczęły spływać doniesienia o kolejnych zatruciach, nadal mało kto się nimi przejął – może tylko właściciele stawów czy zarządcy wodnych terenów chronionych, ale i tak tylko tych, których działanie P. parvum dotknęło bezpośrednio. A w latach 60. była to wschodnia Wlk. Brytania, w połowie lat 80. Teksas. Z czasem lista miejsc zaczęła rosnąć w coraz szybszym tempie, obejmując norweskie fiordy, Australię, Japonię, Cypr. Prymnesium parvum odkryto też w naturalnych siedliskach, np. w słonawym jeziorze w Chorwacji, gdzie żyje od lat i nie wywołuje żadnych problemów.

Dopiero w połowie lat 90. wyizolowano toksynę złotej algi, którą nazwano prymnezyną. Nie jest to jedna substancja, a wiele, różniących się nieznacznie. Dokładna budowa odmian nie zawsze jest znana – określa się ją w przybliżeniu. Dziś prymnezyny dzieli się na trzy główne typy. Powodują one rozpad błon komórkowych (szczególnie wrażliwe są na nie czerwone krwinki). Gdy już dostaną się do komórek, są bardzo toksyczne, na szczęście zwykle jest to trudne. Wyjątkiem są komórki skrzeli, które pod ich wpływem całkowicie się rozpadają.

Prymnesium parvum jest gatunkiem umiarkowanie ciepłolubnym. W Polsce jego zakwity wiąże się z upałami, ale w Teksasie występują głównie zimą. Mapa rozmieszczenia również obejmuje głównie strefę klimatu umiarkowanego i śródziemnomorskiego. Pierwsze opisy pochodzą ze słonawych jeziorek i niezbyt słonego Bałtyku i właśnie to jest optymalne miejsce – wysłodzone morze lub zasolone wody śródlądowe. Woda stojąca jest lepszym siedliskiem, ale w razie zakwitu rzeki też się nadają. Doświadczenia z Teksasu i Wlk. Brytanii wskazują, że jeśli złota alga gdzieś się pojawia, może pozostać na długo.

Bruzdnica: czerwona plaga

Mimo że jednym z centrów występowania toksycznych zakwitów Prymnesium parvum są Stany Zjednoczone, tamtejsza społeczność, także naukowa, jest dużo bardziej skupiona na innym zjawisku: czerwonym przypływie (red tide). Dotyczy on głównie wód oceanicznych i powodują go glony o czerwonej barwie. Jest to tak powszechne, że Zatokę Kalifornijską nazwano Morzem Cynobrowym. Japońskie źródła pierwszy opis czerwonego zakwitu umiejscawiają w VIII w., a pierwszą jego ofiarę wśród ludzi w 1234 r. Może się tu nasunąć skojarzenie z biblijną plagą, w której wody Nilu miały się zamienić w coś o wyglądzie krwi, co było śmierdzące i trujące (te cechy do krwi mniej pasują), tak, że jedyną opcją pozostała woda studzienna.

Czerwone, rdzawe, brązowe czy wręcz czarne glony tworzące ten typ zakwitu to głównie bruzdnice (dinofity) One – podobnie jak haptopfity, do których należy Prymnesium parvum – nie są zbyt blisko spokrewnione z roślinami. Obie te grupy znane są z miksotrofii, czyli dostosowywania sposobu odżywiania do warunków. Są zdolne zarówno do fotosyntezy, jak rośliny czy sinice, jak i cudzożywności, czyli odżywiania na sposób zwierzęcy czy grzybowy. W tym kontekście zatrucie zwierząt może być nie tylko skutkiem ubocznym – co wydaje się dość przekonującą hipotezą w przypadku sinic – ale wręcz rodzajem polowania na większą od siebie zdobycz.

Czerwony przypływ mogą wywołać różne gatunki, szacuje się, że jest ich ponad trzysta. Specjaliści wyróżniają czerwony przypływ typu florydzkiego powodowany przez Karenia brevis. Od kanadyjskiej zatoki Fundy wziął nazwę inny gatunek – Alexandrium fundyense, a czerwone przypływy w innych regionach powodują inne gatunki z rodzaju Alexandrium.

W Japonii z kolei są to głównie przedstawiciele rodzaju Heterocapsa, ale też Karenia mikimotoi. Tam jednak czerwony przypływ tworzą nie tylko bruzdnice, ale jeszcze inna grupa – rafidofity, a wśród nich głównie przedstawiciele rodzajów Chattonella i Heterosigma. Jeżeli czerwony przypływ potraktować szeroko, obejmuje również zakwity nocoświetlika (Noctiluca), czyli rodzaju bruzdnicy znanego z bioluminescencji. Niektóre potrafią być też toksyczne dla ryb. Dramatyzmu może dodać fakt, że takie zakwity mogą pojawić się tuż po przejściu tajfunu.

Tylko około co piąty czerwony zakwit w Japonii okazuje się toksyczny. Za to o ile w jednym z dawniejszych dzieł opisującym tysiąc lat historii tego kraju odnotowano ich szesnaście, o tyle w pierwszej połowie XX w. taka sama liczba przypadaao na dekadę. Aw latach 70. zanieczyszczenie wód osiągnęło taki stan, że w ciągu roku opisywano ponad dwieście przypadków czerwonego zakwitu. W kraju, dla którego akwakultura jest jednym z filarów gospodarki, to poważny problem. Zakwity przedstawicieli tych samych rodzajów z kolei są problemem dla turystyki w obrębie Mórz Czarnego i Śródziemnego, z Adriatykiem. Tu wywoływane są również przez rodzaj Prorocentrum.

Bruzdnice występują również w Bałtyku. Bardzo rzadko da się nawet zauważyć świecenie nocoświetlków. W połowie lat 90. duży zakwit w rejonie Wysp Alandzkich dało Kryptoperidinium triquetrum. Wydaje się jednak, że jak na razie nie powodują tu toksycznych zakwitów, pozostawiając tę rolę sinicom. Potencjalnie są tu jednak gatunki do tego zdolne. Wśród nich jest Durinskia dybowskii (nazwa upamiętnia prekursora światowej hydrobiologii, Benedykta Dybowskiego, a nadała ją Jadwiga Wołoszyńska, jedna z najważniejszych badaczek bruzdnic pierwszej połowy XX w.). Ten sam gatunek opisywany był jako Glenodinium balticum, co wskazuje, że lekkie zasolenie mu niestraszne.

Potencjał tego gatunku nie jest jedynie hipotetyczny. W czerwcu i lipcu 2012 r. we Wrocławskim Węźle Wodnym zauważono setki śniętych ryb. Wojewódzki Inspektorat Ochrony Środowiska stwierdził niską zawartość tlenu, więc uznano, że winna jest przyducha. Biolożki z tego inspektoratu zauważyły jednak nietypowy zakwit. Czołowy polski specjalista od bruzdnic, Paweł Owsianny potwierdził, że zakwit początkowo był wywołany przez sinicę Aphanizomenon flos-aquae, która jest stałym mieszkańcem Odry, ale później dominację przejęła właśnie Durinskia dybowskii. Czy kiedyś uderzy ona w skali takiej jak Prymnesium parvum albo jej oceaniczni krewniacy?

Zatrucia: walka o zasoby

Wiele gatunków bruzdnic wytwarza saksytoksyny. Przypadki bezpośredniego zatrucia wodą z zakwitem u ludzi są rzadkie. Większość opisów dotyczy zwierząt gospodarczych, ale także dzikich (np. nietoperzy czy słoni), co pozwala na włożenie między bajki tez o instynktownym wybieraniu przez nie zdrowej wody. Ludzkie obrzydzenie wobec tej zakwitniętej okazuje się lepszą strategią. Rzecz w tym, że glony są zjadane przez krewetki czy małże, one są zjadane przez większe bezkręgowce lub ryby. Od zakwitu może minąć wiele czasu, ale toksyny nie znikają, tylko kumulują się w ciałach kolejnych ogniw łańcucha pokarmowego, na którego końcu może być człowiek nieświadomy zagrożenia.

Saksytoksyny są neurotoksynami, uszkadzają układ nerwowy. Ostre zatrucie może sparaliżować mięśnie, łącznie z odpowiedzialnymi za oddychanie. W rejonie Pacyfiku opisano choroby nazwane PSP (paralytic shellfish poisoning) i NSP (neurotoxic shellfish poisoning) – paralitycznym i neurotoksycznym zatruciem skorupiakami (choć dużo częściej ich wektorem są mięczaki niż skorupiaki).

Do PSP i NSP można dodać ASP (amnesic shellfish poisoning). W tym przypadku toksyna przejęta przez małże – kwas domoikowy – nie jest wytwarzana ani przez sinice, ani bruzdnice, a jeszcze inną grupę glonów: okrzemki, spokrewnione z rafidofitami. Są one jedną z najliczniej reprezentowanych grup fitoplanktonu morskiego, licznie występują w wodach śródlądowych i często dają zakwity, ale obecnie wydaje się, że toksyczne są jedynie te wywoływane przez rodzaj Pseudo-nitzschia. Zakwity okrzemkowe nie są tak spektakularnie barwne jak sinicowe czy bruzdnicowe i mogą być wzięte za brązową zawiesinę nieorganiczną.

Zatrucia kwasem domoikowym występują głównie w Ameryce Północnej. Dotykają nie tylko ludzi, ale też ptaki i foki. W Kalifornii oszołomione foki wychodzą na ląd. Duży zakwit zanotowano w 1998 r. i wówczas niektóre zwierzęta udało się przewieźć do azylu, gdzie je wyposażono w nadajniki telemetryczne. Planowano wykorzystać to do badania ich migracji, ale okazało się, że mimo poprawy stanu, zatrute osobniki miały problem z orientacją. Podobne zatrucie miało miejsce w 2021 r. u wybrzeży południowej Afryki. Od tego czasu tamtejsze foki zaczęły atakować ludzi, co też jest tłumaczone zmianami neurologicznymi.

Pseudo-nitzschia występuje w Bałtyku, zwłaszcza jego zachodniej części, ale jak na razie nie stwierdzono tu ani zatrucia fok, ani ludzi. Biorąc jednak pod uwagę, że objawy mogą przypominać demencję neurodegeneracyjną, nie można tego całkowicie wykluczyć.

Przyczyny toksyczności zakwitów nie są jasne. Egocentrycznie może nam się wydawać, że glony z jakichś względów chcą nam zaszkodzić. W przypadku gatunków miksotroficznych może to być jakiś motyw, ale w przypadku sinic wydaje się, że zjawisko to jest znane od miliardów lat, na długo przed pojawieniem się pierwszych zwierząt. Bardziej przekonująca hipoteza wskazuje na walkę o zasoby między samymi glonami. Bruzdnice prawdopodobnie przejęły geny kodujące saksytoksyny od sinic. Japoński przykład lawinowego przyrostu zakwitów, a potem jego wyhamowania w ciągu XX w. pokazuje, że sprzyja im wzrost żyzności wynikający z zanieczyszczenia (eutrofizacja). Mogą wystąpić nawet pod lodem, ale z reguły, im cieplej, tym są bardziej prawdopodobne. Wreszcie, od zawsze występowały w wodach stojących, ale uregulowane rzeki stały się dla nich kolejnym siedliskiem.