Żyrafa lepsza od świni? Fakty i mity o komunikacji organizmów ziemskich

W 2014 r. umarła żyrafa imieniem Marius. Podzieliła los ok. 10 tys. innych przedstawicieli swojego gatunku, którzy również stracili życie w tym samym roku. Z danych Giraffe Conservation Foundation wynika, że średnia śmiertelność tych zwierząt na wolności wynosi ok. 60 proc., gdy są młode, i spada do ok. 8 proc. w drugim roku życia. Szansa na doczekanie sędziwego wieku jest znacznie większa w zoo, gdzie stan zdrowia, dieta i kondycja podopiecznych są skrupulatnie monitorowane. Niekiedy populacje żyjące w niewoli radzą sobie tak dobrze, że ich lokalna liczebność staje się wręcz za wysoka. I wtedy zaczynają się problemy.

Między żyrafą a świnią

Zbyt duże stłoczenie żyraf na wybiegu może prowadzić do nadmiernej agresji, a także wiąże się ze stresem i z pogorszeniem jakości ich życia. Ciasno nie może być nie tylko w środowisku życia zwierząt, ale też w ich genach. Podmioty należące do Europejskiego Stowarzyszenia Ogrodów Zoologicznych i Akwariów (EAZA) uczestniczą w Europejskim Programie Hodowlanym, w ramach którego zarządza się populacjami i ich pulą genetyczną. Do rozrodu dopuszcza się tylko te osobniki, które poprawiają różnorodność DNA. Gdyby utrzymywać w stadach zwierzęta zbyt genetycznie do siebie podobne, mogłoby to zaszkodzić przyszłym pokoleniom. A gdyby zaszła potrzeba odtworzenia dzikich populacji lub zasilenia ich genami pochodzącymi z hodowli, niska różnorodność byłaby dużą przeszkodą.

Geny wspomnianego na początku Mariusa nie wnosiły wartości do puli genetycznej, dlatego władze kopenhaskiego zoo, gdzie zwierzę rezydowało, zdecydowały się na jego eutanazję. Po uśmierceniu żyrafy wykonano publiczną sekcję ciała, a następnie podzielono je na porcje i przekazano lwom, dla których jest to naturalny element diety. Zabicie Mariusa wywołało wówczas ogromne kontrowersje. Sprawą zainteresowały się media na całym świecie, komentowali ją specjaliści. Przed ogrodem zoologicznym odbywały się protesty. Jeden z ich uczestników wołał (pod adresem lwów): „Dlaczego nie mogą po prostu jeść świń jak my wszyscy?!”.

Rzeczywiście, z danych Organizacji Narodów Zjednoczonych ds. Wyżywienia i Rolnictwa (FAO) wynika, że ludzie zabijają rocznie ok. 1,5 mld przedstawicieli trzody chlewnej. To oznacza, że na każdą umierającą żyrafę przypada ok. 150 tys. ginących świń. Jest to o tyle interesujące, że oba gatunki są dość blisko spokrewnione – należą do rzędu parzystokopytnych. Jednak świnie, choć cechują się wyższą od żyraf inteligencją, są łatwiejsze w hodowli, szybciej się rozmnażają i są bardziej wytrzymałe. Dlatego to one zostały udomowione przez naszych przodków.

Dla większości ludzi te dwie sprawy – żyrafia i świńska – nie są w żaden sposób powiązane. A jednak wątki intensywnej hodowli i chronionych gatunków są ze sobą splecione. Wyżywienie ogromnej liczby zwierząt gospodarskich wymaga rozległych obszarów rolniczych. To z kolei prowadzi do wylesiania, utraty siedlisk, fragmentacji ekosystemów. Nie mówiąc o tym, że intensywna hodowla generuje tony odpadów i gazów cieplarnianych, co przyczynia się do destabilizacji klimatu całej planety.

To właśnie takie powiązania, czasem ściślejsze, a kiedy indziej zupełnie luźne, stały się prawdziwym tematem filmu Maxa Kestnera „Życie i inne problemy”. Duński dokumentalista rozpoczyna swoje rozważania od śmierci Mariusa. Czy była uzasadniona? Kończy zaś na wniosku, że w życiu na Ziemi nie sposób rozróżnić, gdzie zaczyna się jeden element, a kończy drugi. Wniosku wartym pogłębionej dyskusji.

Między organizmami

Nawet „nieistniejące” zwierzęta tworzą sieci zależności i mogą wysyłać komunikaty. Świetnym przykładem jest Park Narodowy Gorongosa w Mozambiku, który przed laty był jednym z najbogatszych ekosystemów Afryki. Jednak po latach wojny domowej (1976–92), chaosu politycznego i kłusownictwa jego biocenoza została przerzedzona i wytrącona z równowagi. Ofiarami nielegalnych polowań były przede wszystkim duże zwierzęta: słonie, bawoły, zebry, a także drapieżniki (lamparty i likaony). Strata szczytowych łowców skutkowała przekształceniem ekosystemu. Antylopy i inne wołowate (zwłaszcza buszboki subsaharyjskie), które wcześniej bytowały przede wszystkim na obszarach zadrzewionych, gdzie łatwo o kryjówkę i ucieczkę, zaczęły intensywnie żerować na otwartych terenach, doprowadzając do degradacji bezdrzewnych równin. Rodzime rośliny wrażliwe na zgryzanie, takie jak Bergia mossambicensis, nie radziły sobie z tak intensywnym wypasem. Z kolei inne, inwazyjne, np. Mimosa pigra, zaczęły się tam rozprzestrzeniać, ponieważ lepiej znosiły wyjałowione warunki.

Wszystko zaczęło się zmieniać w 2008 r., kiedy uruchomiono projekt intensywnej odbudowy ekosystemu. Pierwszym krokiem było wykorzystanie tzw. krajobrazu strachu. Chodzi o to, że drapieżniki wysyłają do potencjalnych ofiar komunikaty i wpływają na ich zachowanie samą swoją obecnością. Zwierzęta narażone na atak odsuwają się z terenów łowieckich innych osobników. Często prowadzi to do złożonych zależności, ponieważ poszczególne krajobrazy strachu nakładają się na siebie i działa tu zasada „wróg mojego wroga to mój przyjaciel”. Dlatego bywa tak, że niektóre gatunki uciekają pod parasol ochronny drapieżnika wyższego rzędu, ponieważ boi się go drapieżnik niższego rzędu. To tzw. efekt schronienia w cieniu. Korzystają z niego np. zające, które chętnie bytują na terenach łowieckich wilków, ponieważ tam występuje mniej lisów – ich głównych wrogów. Istnieje oczywiście ryzyko, że to te większe psowate upolują zająca, ale jest ono mniejsze niż śmierć w paszczy lisa.

W Mozambiku te sieci zależności są jeszcze gęstsze i bardziej skomplikowane niż w Europie. Dlatego inicjatorzy projektu przywrócenia równowagi w tym bogatym ekosystemie wiedzieli, że nie mogą sobie pozwolić na błędy – zbyt pochopne działania mogłyby odnieść skutek odwrotny do zamierzonego. Naukowcy – z Princeton University, Nelson Mandela University i z samego Parku Narodowego Gorongosa – postanowili więc najpierw posłużyć się sygnałami „fantomowych” drapieżników.

Odtwarzali dźwięki wydawane przez lamparty, a także rozmieszczali próbki zapachowe pobrane od tych kotowatych. Skutek był natychmiastowy. W ciągu 48 godz. nawet najbardziej ekspansywni roślinożercy cofnęli się na obszary zadrzewione. Wkrótce do rezerwatu wprowadzono kilkanaście likaonów z RPA. Potem zainicjowano program rozrodu tych zwierząt. W 2019 r. liczebność drapieżników była na terenie parku na tyle duża, że lokalna roślinność zyskała szansę na regenerację, a ekosystem wrócił do równowagi.

Czytaj też: Skąd się wzięło życie na Ziemi? Badacze teorie mają dwie. Ekscytujące i sprzeczne

Między bakteriami

Złożone zależności między organizmami są możliwe dzięki biokomunikacji, czyli interakcji, w której bierze udział nadawca, odbiorca i wymieniane przez nich sygnały. Przy czym jest tu ona definiowana inaczej niż komunikacja w rozumieniu językoznawczym, a badacze tych zjawisk od lat się spierają, jak nazywać poszczególne składowe transferu informacji biologicznej. Część naukowców traktuje pojęcia „znak” (sign) i „sygnał” (signal) jak synonimy, np. Stephen Abedon, mikrobiolog i ekolog ewolucyjny z Ohio State University, autor wydanego w 2020 r. opracowania dotyczącego biokomunikacji wirusów. Inni badacze, choćby z holenderskiego Vrije Universiteit, są natomiast zdania, że w kontekście przekazywania informacji biologicznej można mówić jedynie o „sygnałach” lub „wskazówkach” (clue), ale nie o „znakach”.

Te spory o definicje pojęć są istotne, jeśli chce się poprawnie i precyzyjnie opisywać zjawiska biokomunikacyjne. Na przykład wiele bakterii wytwarza tzw. autoinduktory. Są to związki chemiczne wysyłane w przestrzeń, które oznaczają: „jestem”. Mikroorganizmy ślą te sygnały, ale też nieustannie „nasłuchują”, czy obok nich ktoś inny wyemitował podobną wiadomość. Kiedy bakteria znajduje się w jakimś środowisku w pojedynkę, „wie”, że jest sama, ponieważ nie wyczuwa obok siebie cudzych autoinduktorów.

Samotny mikrob wykazuje tzw. indywidualny behawior, czyli samodzielnie „decyduje” o tym, jak żyć, czy się poruszać, z jakich genów korzystać, czy się rozmnażać itp. Jednak w sąsiedztwie innych bakterii przełączy się na behawior grupowy. Ten proces percepcji tłumu określa się jako wyczuwanie kworum (quorum sensing). To właśnie on inicjuje powstawanie tzw. biofilmów – np. tych, które tworzą płytkę nazębną (a w postaci zmineralizowanej – kamień nazębny). Zabiegi higienizacyjne w gabinetach dentystycznych mają nie tylko rozbić społeczność mikroorganizmów, ale też przerwać sygnalizację pomiędzy nimi.

Między fagami

Wiedza na temat biokomunikacji między mikroorganizmami jest w nauce bardzo świeża i wciąż dynamicznie się rozwija. Pierwsze dowody na istnienie bakteryjnego kworum dostarczono 50 lat temu na Harvard University, ale dopiero badania prowadzone na przełomie XX i XXI w. w Princeton pozwoliły w pełni zrozumieć istotę i powszechność tego zjawiska.

W 2017 r. w Weizmann Institute of Science odkryto przejawy złożonej biokomunikacji na poziomie wirusów, a dokładniej – bakteriofagów, czyli patogenów, które infekują komórki bakteryjne. Badacze z tego izraelskiego ośrodka naukowego odkryli, że kiedy fag infekuje swojego gospodarza, wysyła do otoczenia krótkie peptydy sygnałowe. Cząsteczki te gromadzą się w środowisku i informują okoliczne wirusy o liczbie dotychczasowych infekcji. Na podstawie stężenia molekuł sygnałowych fagi „decydują”, jaką obrać strategię. Jeśli zakażeń było niewiele (nieduże stężenie), patogeny inicjują cykl lityczny, czyli namnażają się w bakterii, doprowadzają do jej śmierci i rozrywają jej powłoki, wydobywając się na zewnątrz. Jeśli natomiast liczba zakażeń w danym środowisku była duża, to fagi uruchamiają cykl lizogeniczny, czyli wnikają do bakterii, ale pozostają w nich w stanie uśpienia.

Takie rozwiązanie oznacza, że fagi dochodzą wspólnie do „kompromisu”. Gdyby każdy wirus działał niezależnie, nie zważając na sygnały wysyłane przez pozostałe patogeny, inwazja na gospodarzy przebiegłaby zbyt gwałtownie, doprowadziłaby do szybkiego zniszczenia ich populacji i pozbawiła fagi żywicieli. Bardziej się opłaca wspólnie kontrolować dynamikę infekcji i pozwolić bakteriom odbudować kolonię, by móc ją potem ponownie zakażać. Ta peptydowa komunikacja została po raz pierwszy opisana w 2017 r. na łamach „Nature”, a autorzy pracy nadali temu procesowi miano arbitrium (osąd, wybór, decyzja).

Między komórkami

Biokomunikacja zachodzi też między komórkami tego samego ustroju. Bez złożonych systemów sygnalizacyjnych niemożliwe byłoby wykształcenie nowego organizmu, ponieważ o tym, w jaką tkankę ma się przekształcić dana komórka zarodkowa, decydują chemiczne „nawoływania” jej sąsiadek. Procesy immunologiczne też nie mogłyby zachodzić sprawnie, gdyby białe krwinki nie przekazywały sobie precyzyjnych danych dotyczących „rysopisu” patogenu czy zalecanego sposobu walki z nim.

Łączność może zachodzić nawet pomiędzy odległymi tkankami organizmu. W kwietniu w „Science Immunology” wykazano, że informacje na temat uszkodzenia skóry mogą być przekazywane aż do jelit i tam wywoływać reakcję zapalną. Zdaniem autorów badania to „nawoływanie” jednej tkanki przez drugą może częściowo odpowiadać za to, że osoby z zapalnymi chorobami skóry, np. z atopią, mają podwyższone ryzyko alergii pokarmowych.

Ta naturalna skłonność życia do nawiązywania interakcji i komunikowania swoich stanów jest wykorzystywana przez niektóre zespoły badawcze do tworzenia innowacyjnych rozwiązań sygnalizacyjnych. W tym roku na MIT zmodyfikowano bakterie, by działały jak sensory i zarazem nadajniki informujące o wykryciu wybranej substancji chemicznej. Mikroorganizmy te potrafią emitować sygnały świetlne. Dodane do gleby mogłyby monitorować poziom azotu czy fosforu, a następnie przesyłać informacje na temat ich stężenia do kamer hiperspektralnych na dronach latających nad polami uprawnymi. Takie zmodyfikowane mikroorganizmy mogłyby również wysyłać komunikaty dotyczące skażeń (np. arsenem) lub zagrożeń minowych (potrafią wykrywać nitrozwiązki) – uważają autorzy projektu.

Między faktem a fikcją

Łatwo zachłysnąć się koncepcją życia jako jednego wielkiego systemu komunikacyjnego. Trzeba jednak pamiętać, że jest tu równie wiele zjawisk do odkrycia, co mitów do obalenia. Na początku XXI w. przeprowadzono kilka badań sieci mikoryzowych, czyli symbiotycznych systemów łączących grzyby i korzenie roślin. Analizy wykazywały, że drzewa wykorzystują sieci do przesyłania informacji, ostrzegania przed patogenami czy „dokarmiania” swoich „dzieci” – pobliskich siewek. Pojawiły się doniesienia o „internecie drzew” (Wood Wide Web). Zaczęto dywagować, czy okala całą Ziemię i służy za globalny komunikator, słup ogłoszeń, a nawet plac targowy.

Dopiero ostatnio zaczęły się pojawiać krytyczne opracowania, z których wynika, że większość tych rewelacji nie ma nic wspólnego z faktycznymi odkryciami. To raczej wynik nadinterpretacji pierwotnych danych pomiarowych wplecionych w długi łańcuch nieprecyzyjnych informacji. Badania z 2023 r. skłaniały ku wnioskowi, że „drzewo matka” prawdopodobnie nie podaje swoim siewkom „posiłków” przez mikoryzę. Jest raczej tak, że te substancje, które występują u niej w nadmiarze i przeciekną z jej tkanek do gleby, mogą zostać potem wychwycone przez inne rośliny. Nie udało się też odtworzyć w warunkach naturalnych najbardziej spektakularnych wyników dotyczących „internetu drzew”. Co nie oznacza, że sieci mikoryzowe są mało ważne. Przeciwnie, stanowią kluczowy element wielu ekosystemów. Ale ich działanie raczej nie przypomina wizji z „Avatara”.

I tu wracamy do Maxa Kestnera. W swoim filmie zainspirowanym śmiercią kopenhaskiej żyrafy snuje opowieść o przeróżnych aspektach życia i sieciach wzajemnych połączeń. A im dłużej prowadzi swoje filozoficzne śledztwo, im więcej rozmów z naukowcami przeprowadza, tym mniej jest usatysfakcjonowany odpowiedziami. Dopytuje na przykład, czy wyjście zwierząt na ląd dowodzi, że miały one jakieś aspiracje. Takie podejście zakłada, że ewolucja ma jakiś cel, że niektóre formy istnienia są lepsze, a inne – gorsze. Tymczasem ewolucja nie wartościuje organizmów w ten sposób. Robi to natomiast człowiek, np. ceniąc wyżej życie żyrafy niż świni.