W zimnej wodzie i śniegu glony nie próżnują

W marcu 2023 r. Główny Inspektorat Ochrony Środowiska wydał komunikat o zakwicie Kanału Kędzierzyńskiego. Od razu uspokoił, dodając, że choć wpadający w barwę złotawą, wywołany został nie przez złote algi, jak w Odrze, a przez okrzemki. Pojawiły się głosy zdziwienia, bo marzec nie kojarzy się z porą zakwitów. Ponadto, zakwity kojarzą się z wodami stojącymi. Kanał wprawdzie może zatrzymywać przepływ wody na jakiś czas, ale generalnie jest elementem wód płynących.

Zdziwienia nie wyrażali natomiast hydrobiolodzy – marcowe zakwity nie są bardzo częste, ale gdy już są, to można się w nich spodziewać właśnie okrzemek. Są jedną z najbardziej rozpowszechnionych grup glonów zarówno w wodach słodkich, jak i oceanicznych. W sprzyjających warunkach mogą prawie całkiem wyprzeć inne gatunki.

W jeziorach szybko zużywają całą dostępną krzemionkę i ich populacja się załamuje, robiąc miejsce zielenicom czy sinicom. I tak pozostaje do czasu, gdy jesienne mieszanie wód podniesie ich pancerzyki z dna, ułatwiając uwolnienie zawartgo w nich ditlenku krzemu i kolejny zakwit. W rzekach mieszanie następuje ciągle i sezonowa sukcesja fitoplanktonu ma dużo mniej przewidywalny przebieg niż w zbiornikach wody stojącej.

Pół prawdy o preferencjach sinic

Zakwity wód powodowane przez okrzemki (puryści zwracają uwagę, że glony nie mają kwiatów i nie zakwitają, więc można co mówić o glonowym zakwicie wody) nie wzbudzają większego zainteresowania. Nie są spektakularnie zielone ani krwistoczerwone, a żółtobrązowe, więc mogą być wzięte za ziemistą zawiesinę. Miewają wyraźny zapach, ale określany jest jako rybi, więc jego źródło może pozostać nierozpoznane. Bardzo rzadko są toksyczne (jak do tej pory na wytwarzaniu toksyn przyłapano tylko niektóre gatunki oceaniczne).

Dużo więcej zainteresowania budzą zakwity sinicowe. Każdy szanujący się – lub choćby tylko dbający o kliknięcia portal – latem umieszcza związane z nimi ostrzeżenia. Interesują bowiem nie tylko fykologów, ale też hydrozoologów, bo sinice nitkowate mają istotny wpływ na skład zooplanktonu, a ten na dalsze poziomy łańcucha pokarmowego. Jednak większość ludzi frapuje to, że taki zakwit jest podstawą do zamykania kąpielisk. Co prawda w Polsce chyba nigdy jeszcze nie stwierdzono śmiertelnego zatrucia człowieka toksynami sinicowymi, ale w dłuższej perspektywie mogą one uszkadzać wątrobę lub układ nerwowy. W lżejszej formie może skończyć się na świądzie i wypryskach.

Artykuły o zakwitach sinicowych z reguły zawierają też informację, że ich liczba zwiększa się wraz z globalnym ociepleniem. To prawda, sinice lepiej niż zielenice, okrzemki czy nawet złote algi znoszą wysokie temperatury i można się spodziewać ich zakwitów w najcieplejszych okresach. W fykologii przyjęło się zakładać, że sinicom sprzyjają temperatury powyżej 20 st. C, a o ryzyku zakwitów można mówić od progu 15 st. C. Ten poziom jest umowną górną granicą optimum termicznego glonów psychrofilnych, czyli zimnolubnych.

To jednak tylko pół prawdy. Wysoka temperatura sprzyja zakwitom sinicowym, ale niska wcale im nie zapobiega. Skoro wyróżnia się psychrofile, to oznacza, że jest jakaś grupa, która w tej temperaturze czuje się najlepiej. Nie są to zaś warunki tak ekstremalne, żeby walka z nimi pochłaniała olbrzymią energię i psychrofile mogą się mnożyć, a ich populacja osiągać duże zagęszczenie. Poniżej 15 st. C mogą więc wystąpić zakwity, tylko nazywa się je zimnowodnymi.

Próg ten może wydawać się arbitralny. Gdy woda ma 15 st. C, nie zachęca przeciętnego człowieka do kąpieli, ale jednak nie są to warunki ekstremalne. Są jednak gatunki sinic, dla których te okolice temperatury są – np. przetrwalniki (akinety) gatunków z rodzaju Nodularia nie wybudzają się z anabiozy poniżej 16 st. C. Znana z Bałtyku Nodularia spumigena najlepiej się czuje w temperaturze powyżej 20 st. C, a jej główny konkurent Aphanizomenon flos-aquae równie dobrze funkcjonuje już powyżej 15 st. C (tak naprawdę nie tylko lepiej znosi wodę chłodniejszą, ale też cieplejszą, powyżej 25 st. C).

Te drobne różnice decydują o tym, który gatunek wywołuje zakwit Zatoki Gdańskiej. Do połowy lat 90. ubiegłego wieku częściej był to Aphanizomenon flos-aquae, a od tego czasu – Nodularia spumigena. W przypadku tego akwenu jest to szczep wytwarzający nodularynę, toksynę uszkadzającą wątrobę. Niewielka zmiana klimatu, trafiając na krytyczny punkt, spowodowała zauważalny przeskok ekologiczny i zmianę charakteru zakwitów.

To wciąż jednak zakwity w temperaturze typowej dla sinic. Tego typu niuanse mogą przejawiać się różnie w różnych akwenach, bo nie tylko gatunki, ale też szczepy sinic miewają odmienne wymagania. Większość laboratoryjnych analiz ekofizjologicznych wykonywana jest na szczepach pobranych latem, a więc prawdopodobnie bardziej ciepłolubnych niż te, które pobrano by zimą. Preferencje termiczne mogą zmieniać się także w zależności od dostępności biogenów i światła. Przy pełnym nasłonecznieniu Aphanizomenon flos-aquae fotosyntetyzuje tym intensywniej, im jest cieplej – przynajmniej w zakresie 2–30 st. C, ale przy zacienieniu jest odwrotnie.

Cała prawda o preferencjach trzęsidłowców

W związku z tym gatunki takie jak Aphanizomenon flos-aquae ciężko wtłoczyć w ramy opatrzone etykietami „zimnolubny” czy „ciepłolubny”. Raczej jest i taki, i taki, czyli „zimnoznośny”. Takich gatunków jest więcej. Wiele z nich należy do rzędu trzęsidłowców i tworzy krótkie trychomy. Badacze sinic czasem rezerwują nazwę „nić” (filament) dla kolonii otoczonych pochwą, podczas gdy kolonie jej pozbawione to „trychomy”.

Trzęsidłowce mają więc formalnie nie nici, a trychomy, ale powszechnie obie formy określa się jako kolonie nitkowate, a w pozostałych gałęziach fykologii i bakteriologii mówi się po prostu o niciach. Zimnoznośne nitkowate trzęsidłowce należą do tak pospolitych rodzajów, jak Aphanizomenon i Dolichospermum, ale w wiedeńskim starorzeczu Dunaju zakwit w temperaturze bliskiej zera wywołał kiedyś Raphidiopsis raciborskii, gatunek inwazyjnej, toksycznej sinicy kojarzonej raczej z warunkami tropikalnymi. Nitkowate sinice inne niż trzęsidłowce, takie jak Planktothrix, Limnothrix czy Pseudanabaena też są do tego zdolne, choć nieco rzadziej.

Tworzenie nici (z pochwami czy bez) nie jest jednak wymogiem dla powstawania zimnych zakwitów. Sinice kokalne, czyli w przybliżeniu kuliste, też mogą to czynić, choć notuje się to rzadziej. Zdarza się to przedstawicielom rodzaju Microcystis, jednego z najpowszechniejszych w wodach słodkich. W antarktycznym jeziorze Otero zakwit dał kiedyś także Synechococcus, rodzaj pikoplanktonowych sinic znanych raczej z zakwitów oceanu. W jeziorze tym jednak występują też inne sinice, a zwykle dominują zielenice z rodzaju Chlamydomonas (zawłotnia), który jest znany m.in. z zakwitów śniegu. Jest to jezioro z wodą powstającą z roztapiających się lodowców i nie jest słone, ale za to bardzo żyzne, z powodu obecności odchodów pingwinów.

Zimnoznośne sinice mogą namnożyć się do poziomu zakwitu w sytuacji, gdy inne glony, nawet zimnolubne, znajdują się w jeszcze gorszej sytuacji. W chłodnych wodach wśród zwierząt planktonowych dominują widłonogi, które wyjadają konkurujące z sinicami glony. Z kolei pasożytujące na sinicach grzyby skoczkowce zmniejszają presję w niższej temperaturze. Podobnie jest z niektórymi wirusami.

Niepodważalne prawdy o temperaturze

W lutym 2023 r. w piśmie „Limnology and Oceanography Letters” ukazał się artykuł podsumowujący wiedzę na temat zimnych sinicowych zakwitów jezior. Jego autorzy wyróżnili ich trzy typy:

• zimnowodne zakwity zapoczątkowane w chłodnym epilimnionie,
• zimnowodne zakwity zapoczątkowane w metalimnionie,
• zimnowodne zakwity zapoczątkowane w ciepłej wodzie.

W jeziorach o głębokości uniemożliwiającej pełne mieszanie wód latem i zimą różne ich warstwy mają różną temperaturę. Przy dnie gromadzi się woda o największej gęstości, a więc mająca temperaturę 4 st. C. Latem woda nad nią jest cieplejsza, zimą – zimniejsza. Gradient temperatury nie jest jednak liniowy, tylko w pewnej warstwie następuje nagły przeskok. Warstwa bliżej dna to hipolimnion, bliżej powierzchni to epilimnion, a warstwa przeskoku – metalimnion. Zakwity z reguły wymagają stosunkowo dużej ilości światła, więc dotyczą głównie epilimnionu.

Zimnowodne zakwity zapoczątkowane w chłodnej wodzie powierzchniowej (epilimnionie) najczęściej pojawiają się jesienią, gdy temperatura całego słupa wody wyrównuje się, co ułatwia jego mieszanie. Wtedy substancje odżywcze z żyznych wód przydennych przedostają się w pobliże powierzchni i umożliwiają namnożenie się sinic, a więc zakwit wody. Zakwitom takim sprzyja zwłaszcza zatrzymanie mieszania wód, np. gdy od wiatru odcina je pokrywa lodowa. Wiosną takie zakwity też mogą się zdarzyć, ale wzrost ruchu wody i jej mieszanie się wraz z nagrzewaniem przeszkadza w tym. W takiej sytuacji fale mogą znieść sinice z różnych miejsc w jedno, co ostatecznie również skutkuje zakwitem.

Ze względu na zmianę gęstości wody w metalimnionie zwalnia opad zawiesiny, przez co zagęszcza się ona w tej warstwie. Dotyczy to także komórek glonów i strefa ta nazywana bywa głęboką warstwą chlorofilu (deep chlorophyll level). Gdy następuje nagłe podniesienie tej warstwy – na skutek wyrównywania się temperatury jesienią i wiosną lub w wyniku silnego wiatru latem, lub bezlodową zimą – to zgrupowanie glonów trafia do epilimnionu i może zapoczątkować zakwit.

Ostatni typ zimnowodnych zakwitów to po prostu zakwity, które powstały w warunkach typowych, czyli wodzie ciepłej, ale ponieważ dają je gatunki zimnoznośne, nie zanikają po obniżeniu jej temperatury. To może zaskakiwać tych, którzy oczekują, że nadchodzący chłód zakończy problem zakwitu.

Generalna zasada, że zakwitom sprzyja wysoka temperatura, nie jest podważana. Nie oznacza to jednak, że jest ona warunkiem niezbędnym. Globalne ocieplenie może nie tylko zwiększać częstość typowych zakwitów ciepłowodnych, ale też mniej typowych zimnowodnych. Krótsze i cieplejsze zimy to cieńsza i krócej obsypana śniegiem pokrywa lodowa, a więc więcej światła dla zimnolubnych i zimnoznośnych gatunków.