Σύγκριση κυανοβακτηριακών ανθοφοριών σε τεχνητή έναντι. Φυσικά Υδάτινα Σώματα

Τα κυανοβακτήρια είναι προκαρυωτικοί, αυτότροφοι οργανισμοί που αναπτύσσονται σε μάζα και δημιουργούν άνθηση νερού. Η αύξηση της θερμοκρασίας λόγω της υπερθέρμανσης του πλανήτη και ο ανθρωπογενής ευτροφισμός είναι παράγοντες που θεωρούνται ότι προάγουν τον πολλαπλασιασμό των επιβλαβών φυκών (HABs). Μια δυνητικά επικίνδυνη συνέπεια της άνθησης των κυανοβακτηρίων είναι η παραγωγή τοξινών.

Υπάρχουν διάφοροι τύποι κυανοτοξινών αλλά οι πιο συνηθισμένοι είναι οι μικροκυστίνες. Παράγονται από διάφορα είδη κυανοβακτηρίων π.χ. είδη από το γένος:Anabaena, Microcystis, και Planktothrix . Οι μικροκυστίνες είναι ενδοτοξίνες, που παράγονται στα κύτταρα και απελευθερώνονται στο νερό κατά τη διάρκεια της λύσης των κυττάρων. Στο νερό, οι τοξίνες μπορεί να παραμείνουν για έως και 3 εβδομάδες προκαλώντας βλάβη ακόμα και μετά την εξαφάνιση των κυανοβακτηρίων. Οι μικροκυστίνες βλάπτουν τους ζωντανούς οργανισμούς μεταβάλλοντας τον κυτταρικό μεταβολισμό, ο οποίος τελικά οδηγεί σε νέκρωση ή απόπτωση των κυττάρων. Είναι ηπατοτοξίνες, που επηρεάζουν τα κύτταρα του ήπατος. Μπορεί επίσης να επηρεάσουν τις μεμβράνες των κυττάρων που έχουν ελαττώματα συσσώρευσης.

Οι περαιτέρω συνέπειες της άνθησης των κυανοβακτηρίων είναι η υποξία, η μειωμένη βιοποικιλότητα και η διαταραχή των τροφικών ιστών. Οι τροφικές αλληλεπιδράσεις μπορούν να αλλάξουν μέσω πολλών μηχανισμών, αλλά ο πρώτος είναι ότι τα κυανοβακτήρια είναι κακή πηγή τροφής λόγω του μεγάλου μεγέθους τους, της χαμηλής πεπτικότητας και της έλλειψης πολυακόρεστων λιπαρών οξέων μακράς αλυσίδας (PUFAs). Ωστόσο, ορισμένα είδη ζωοπλαγκτού μπορεί να βόσκουν κυανοβακτήρια, ακόμη και εκείνα που παράγουν τοξίνες. Με αυτόν τον τρόπο οι κυανοτοξίνες μεταφέρονται μέσω της τροφικής αλυσίδας ξεκινώντας από το πρωτοζωοπλαγκτόν και το μεταζωοπλαγκτόν, που είναι οι κύριοι καταναλωτές. Μπορεί επίσης να μεταφερθούν σε υψηλότερα τροφικά επίπεδα καθώς σωματίδια δεσμεύονται έξω από τα κύτταρα του ζωοπλαγκτού. Υπάρχουν ελάχιστες μελέτες για το πώς τα είδη πρωτο- και μεταζωοπλαγκτού αντιδρούν στις τοξίνες που διαλύονται στο νερό.

Η αυξανόμενη αλλαγή και η δημιουργία τεχνητών υδάτινων σωμάτων θα επιταχύνει τον πολλαπλασιασμό των HAB. Επομένως, η παρουσία μικροκυστινών διαλυμένων σε νερά σε υψηλή συγκέντρωση αναμένεται μακροπρόθεσμα. Σε γενικές γραμμές, υποθέσαμε ότι σε τεχνητά ή αλλαγμένα υδάτινα σώματα σε μια εύκρατη ζώνη, όπου διαταράσσονται οι φυσικοί κύκλοι, η επίδραση των διαλυμένων μικροκυστινών στα συγκροτήματα πλαγκτού θα είναι πιο έντονη.

Οι μελέτες μας επικεντρώνονται στα πιο απειλούμενα υδάτινα οικοσυστήματα, τα οποία είναι μικρές δεξαμενές (π.χ. λίμνες oxbow, λίμνες). Τα μικρά υδάτινα σώματα είναι εστίες βιοποικιλότητας και διαφοροποιούν το τοπίο. Μελετήσαμε άνθηση κυανοβακτηρίων, τοξίνες διαλυμένες στο νερό και κοινότητες πλαγκτόν σε δύο μικρές λίμνες του ποταμού Βιστούλα (του μεγαλύτερου ποταμού στην Πολωνία) που λειτουργούν σε φυσικούς κύκλους και δύο τεχνητές λίμνες με μακροχρόνιες ανθίσεις κυανοβακτηρίων.

Η βιομάζα των ειδών που παράγουν μικροκυστίνες (Microcystis spp.) ήταν υψηλότερο σε φυσικά υδάτινα σώματα αλλά σύμφωνα με την πρόβλεψή μας. Υπήρχε μια σημαντικά υψηλότερη συγκέντρωση μικροκυστινών διαλυμένων στο νερό από τεχνητές λίμνες. Επίσης το μήκος των υπολειπόμενων μικροκυστινών που διαλύθηκαν στο νερό ήταν μεγαλύτερο στις τεχνητές λίμνες. Η συγκέντρωση των μικροκυστινών συσχετίστηκε με τις παραμέτρους των συνόλων ζωοπλαγκτού (πλούτος, πυκνότητα και βιομάζα), και των δύο, πρωτοζωοπλαγκτού (Ciliata ) και το μεταζωοπλαγκτόν (Rotifera , Copepoda , Cladocera ).

Ο πλούτος, η πυκνότητα και η βιομάζα των βλεφαρίδων ήταν υψηλότερα σε φυσικά υδάτινα σώματα με χαμηλότερη συγκέντρωση μικροκυστινών, οι οποίες διαλύθηκαν στο νερό για μικρότερο χρονικό διάστημα. Παρόμοιο αλλά όχι το ίδιο βρέθηκε για το μεταζωοπλαγκτόν:ο πλούτος και η πυκνότητα ήταν υψηλότεροι στα φυσικά υδάτινα σώματα, αλλά η βιομάζα ήταν υψηλότερη στα τεχνητά, με υψηλότερη συγκέντρωση διαλυμένων μικροκυστινών. Αυτή η υψηλή βιομάζα οφειλόταν στην παρουσία του Cladocera (Daphnia spp.). Αυτό το εύρημα δεν είναι σαφές επειδή πολλές μελέτες έδειξαν μείωση των ειδών Daphnia κατά τη διάρκεια της άνθησης των κυανοβακτηρίων. Ωστόσο, πρόσφατες αναφορές υποδηλώνουν μείωση του Daphnia πληθυσμός δεν είναι απαραίτητος λόγω της παραγωγής κυανοτοξίνης. Επιπλέον, η βραχυπρόθεσμη έκθεση σε τοξικά κυανοβακτήρια μπορεί να βελτιώσει την φυσική κατάσταση του Daphnia spp. Αυτή η ικανότητα μπορεί να μεταφερθεί και σε απογόνους.

Ελέγχοντας τη δομή του πρωτο- και του μεταζωοπλαγκτού, διαπιστώσαμε ότι τα υδάτινα σώματα χαρακτηρίζονταν από μια συγκεκριμένη δομή πλαγκτονικών ζώων. Τα σύνολα πτερυγίων διαφοροποιήθηκαν στις λίμνες oxbow που λειτουργούσαν σύμφωνα με τους φυσικούς κύκλους στην εύκρατη ζώνη από εκείνο των τεχνητών λιμνών, αλλά αυτές οι διαφορές δεν ήταν σημαντικά σημαντικές. Ωστόσο, βρέθηκαν σημαντικές διαφορές μεταξύ της δομής των συνόλων μεταζωοπλαγκτού σε φυσικά και τεχνητά υδάτινα σώματα. Η δομή των συγκροτημάτων ζωοπλαγκτού έδειξε ομογενοποίηση στις τεχνητές λίμνες όπου υπήρχαν μακροχρόνιες κυανοβακτηριακές ανθίσεις και με υψηλότερη συγκέντρωση μικροκυστινών διαλυμένων στο νερό.

Τα αποτελέσματα των μελετών μας υποδεικνύουν ένα πρόβλημα που θα πρέπει να περιμένουμε να δούμε περισσότερα στο εγγύς μέλλον. Ο αυξανόμενος ευτροφισμός, οι κλιματικές αλλαγές (θέρμανση, συχνότερα και βίαιες πλημμύρες, κύματα καύσωνα) και η αυξανόμενη αλλοίωση των υδάτινων σωμάτων από τον άνθρωπο (μετατροπή, καταστροφή ή δημιουργία νέων υδάτινων σωμάτων) θα προωθήσουν τα φαινόμενα του cyanoHAB. Αυτό μπορεί να προκαλέσει αλλαγές στο τροφικό δίκτυο του νερού ξεκινώντας από την ομογενοποίηση της δομής των ειδών πλαγκτού, που τείνει προς την ομοιομορφία.

Αυτά τα ευρήματα περιγράφονται στο άρθρο με τίτλο Η επίδραση των μικροκυστινών στο πρωτο- και μεταζωοπλαγκτόν είναι πιο εμφανής στα τεχνητά παρά στα φυσικά υδάτινα σώματα, που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Microbial Ecology . Επικεφαλής αυτής της εργασίας ήταν οι Elżbieta Wilk-Woźniak, Joanna Kosiba και Wojciech Krztoń από το Ινστιτούτο Διατήρησης της Φύσης, Πολωνική Ακαδημία Επιστημών, Κρακοβία, Πολωνία.