Haptofity – glony mało znane, ale bardzo ważne

W zakresie glonów bazy danych notują kilkadziesiąt tysięcy potwierdzonych gatunków (liczba ta może być różna w zależności od definicji tych organizmów), a więc kilkakrotnie więcej niż roślin naczyniowych. Jednak nasza wiedza o tej grupie organizmów jest nadal dalece niepełna. W ostatnich latach opinia publiczna poznała szerzej jeden gatunek reprezentujący haptofity – Prymnesium parvum, a środowisko naukowe kolejny – Braarudosphaera bigelowii. Pierwszy to tzw. złota alga, której toksyczny zakwit spowodował katastrofę ekologiczną Odry latem 2022 r. Drugi to pierwszy organizm eukariotyczny, u którego endosymbiotyczna bakteria wiążąca azot atmosferyczny jest tak zintegrowana z komórką, że uznano ją za nowy rodzaj organellum komórkowego – nitroplast.

Mało znane haptofity

Oba gatunki należą do haptofitów – mikroskopijnych glonów. Grupa ta jest słabo znana nawet hydrobiologom i botanikom. W polskich podręcznikach poświęca się im bardzo mało miejsca lub w ogóle pomija. Bardziej popularne są wśród oceanologów i paleontologów. Główna grupa haptofitów, kokolitofory, to glony mogące w czasie zakwitów dominować w oceanicznym fitoplanktonie, a ich skorupki – kokolity – są nie tylko ważnymi skamieniałościami, ale nierzadko głównym składnikiem pokładów kredy.

Oceaniczne kokolitofory wytwarzają pokłady węglanu wapnia

Zakwity konkretnego kokolitoforowego haptofita – Gephyrocapsa huxleyi – są tak obfite, że jest on wymieniany jako jeden z najliczniejszych gatunków występujących na Ziemi. Sprzyja temu jego szeroka tolerancja ekologiczna, przez co występuje od stref zwrotnikowych po podbiegunowe w Atlantyku, Pacyfiku i ich morzach. W literaturze częściej spotyka się go pod nazwą Emiliania huxleyi (pierwszy raz zaś opisano go jako Pontosphaera huxleyi w 1902 r. z morza w okolicach Syrakuz).

Kokolity tego gatunku są przezroczyste, ale w większym zagęszczeniu, odbijając światło słoneczne, przybierają kolor biały. Są widoczne na zdjęciach satelitarnych, na pierwszy rzut oka przypominając zasłaniające ocean chmury. Szczególne wrażenie robią zakwity w pobliżu Wysp Brytyjskich, dorównując im rozmiarem. Chrysochromulina z kolei jest znana z zakwitów o złocistej barwie, od czego zresztą wzięła nazwę.

Zakwity różnych gatunków kokolitoforów odpowiadają, według szacunków, za połowę współczesnej produkcji oceanicznych pokładów węglanu wapnia, konkurując głównie z innymi mikroskopijnymi organizmami – otwornicami. W porównaniu z nimi haptofity wydają się lepiej znosić zakwaszenie wody, więc ich rola rośnie. Wytwarzanie wapiennych skorupek pochłania dwutlenek węgla, ale rozkład jonów wodorowęglanowych może mieszać w bilansie. Zakwit zacienia toń wody, a jego mleczna biel odbija światło słoneczne, co łącznie ochładza ocean, ale i zmniejsza fotosyntezę pozostałych glonów – niżej z powodu zacienienia, wyżej z powodu fotoinhibicji (wbrew pozorom, więcej światła w wodzie nie zawsze sprzyja fotosyntezie).

Z powodu obfitości występowania haptofity mają istotny wkład w globalną fotosyntezę, w której oceaniczny fitoplankton odgrywa jedną z głównych ról. Są też ważnym źródłem aerozoli siarkowych, kluczowych dla procesu tworzenia chmur nad oceanami. Ostatnio odkryty nitroplast wskazuje na ich nieznaną dotąd rolę w obiegu azotu i użyźnianiu oceanu.

Jak maleńkie haptofity mogą wywołać katastrofę ekologiczną?

Przykład Prymnesium parvum wskazuje, że w specyficznych warunkach haptofity mogą spowodować katastrofę ekologiczną. Co prawda większość ich gatunków nie wytwarza toksyn, ale wystarczy zakwit jednego, aby wywołać pomór tysięcy zwierząt. Oprócz Prymnesium parvum takie zdolności przypisuje się przynajmniej niektórym innym gatunkom tego oraz siostrzanego rodzaju Chrysochromulina. Początkowo masowe śnięcie ryb obserwowano w ograniczonym środowisku stawów hodowlanych, ale od kilkudziesięciu lat notuje się powracające katastrofy w rzekach Stanów Zjednoczonych, Anglii i w innych miejscach na świecie.

Z jedną z takich katastrof w Grecji wiąże się też śmierć ptaków, choć biorąc pod uwagę inne obserwacje, to mało prawdopodobny czynnik (toksyny Prymnesium, czyli prymnezyny, w jakiś sposób muszą pokonać bariery ciała i najłatwiej proces ten zachodzi w skrzelach). Toksyny haptofitów to bardzo złożone związki organiczne, a odkryte w tym roku enzymy służące do ich syntezy to największe, znane obecnie białka wytwarzane w naturze.

Katastrofy te rzadko zachodzą w naturalnym siedlisku Prymnesium, które – jak prawie wszystkie haptofity – preferuje wody morskie (choć niekoniecznie o dużym zasoleniu), ewentualnie słonawe jeziora przybrzeżne. Pierwszych obserwacji Prymnesium parvum dokonano w stawie na angielskiej wysepce Wight i w Zatoce Gdańskiej. Na niektórych takich stanowiskach przez kilkadziesiąt lat nie pojawiają się żadne problemy. Do uwalniania toksyn dochodzi zwykle w zbiornikach śródlądowych, w których woda słodka miesza się z zasoloną, np. na skutek zanieczyszczenia.

Seria podobnych katastrof występowała od 1989 r. w fiordach Morza Norweskiego, gdzie do słonej wody morskiej dostają się wody roztopowe. Wysuwane są przypuszczenia, że podobną przyczynę miał pomór ryb w cieśninach duńskich niedługo przed odkryciem tego gatunku. Szacuje się, że takie zjawiska mogą powtarzać się od dwustu milionów lat.

Niejasna taksonomia haptofitów

Rosnąca świadomość środowiskowej i gospodarczej roli haptofitów sprawia, że z biologicznej ciekawostki stają się obiektem coraz intensywniejszych badań. Znane od XIX w. przez wiele lat zaliczane były do grupy złotowiciowców. Dziś wiadomo, że ocena pokrewieństwa oparta na podobieństwie chloroplastów i powiązanej z nią fizjologii fotosyntezy cukrów jest złudna, ponieważ te na drodze kolejnych symbioz mogą mieć podobną historię u różnych gospodarzy. Zarówno złotowiciowce, jak i haptofity mają chloroplasty pochodzące od dawnych krasnorostów.

W systemach taksonomicznych wciąż wyróżniających królestwa włączane są do chromistów. Tworzą jednak odrębną grupę – typ Haptophyta lub Haptista. Większość taksonomów typ ten łączy z kryptomonadami (Cryptophyta/Cryptista) i ewentualnie słonecznicami (Heliozoa) w podkrólestwo Hacrobia. Złotowiciowce leżą w równoległym podkrólestwie Harosa (Stramenopile-Alveoloata-Rhizaria), a więc są bliżej spokrewnione z okrzemkami czy brunatnicami, a nawet z orzęskami czy grzybopodobnymi lęgniowcami, niż z haptofitami.

Haptofity dzielą się na dwie główne grupy (klasy): Pavlovophyceae i Coccolitophyceae (Prymnesiophyceae). Czasem zalicza się do nich też trzecią – Centrohelea, do których należy tylko jeden rodzaj: Meringosphaera (zaliczany zwykle do słonecznic). Jest też pewna grupa gatunków, które znane są tylko ze skamieniałości kokolitów i nie sposób stwierdzić ich bliższego pokrewieństwa ze współczesnymi gatunkami. Ciekawym przypadkiem jest kolejna klasa Rappephyceae. W 2011 r. w ramach analiz DNA pozyskanego z oceanu odkryto geny należące do nieznanych dotąd glonów. Dopiero dziesięć lat później wskazano organizm będący ich źródłem – Pavlomulina ranunculiformis – i uznano, że to specyficzny haptofit.

Haptonema – cecha diagnostyczna haptofitów

Wszyscy przedstawiciele haptofitów mają komórki pokryte płytkami, ale w każdej klasie mają one inną budowę i pochodzenie. Najmasywniejsze są płytki u Coccolitophyceae. Nazwa klasy sugeruje, że wszyscy jej przedstawiciele mają skorupki zbudowane z wapiennych kokolitów, ale nie jest to prawda. Przykładem są Prymnesium i Chrysochromulina, których pancerzyki są organiczne. Nazwa haptofity pochodzi od wyrostka haptonemy. Początkowo wydawało się, że jest to trzecia wić, ale rozwój mikroskopii w połowie XX w. wykazał, że to odmienna struktura.

Zwykle jest krótsza od wici i nie służy do poruszania się, a do przyczepiania do różnych struktur, także potencjalnych ofiar, jako że wiele haptofitów może nie tylko przeprowadzać fotosyntezę, ale też odżywiać się heterotroficznie. Można zauważyć, że nazwa haptofity jest – choć rzadko – stosowana w hydrobotanice na oznaczenie roślin wodnych przyczepionych do podłoża. Czasem haptonema jest ledwo widoczna, a u niektórych, w tym u najlepiej przebadanego gatunku, Gephyrocapsa huxleyi, w ogóle niezauważalna.

Obecnie wyróżnia się prawie dwa tysiące gatunków haptofitów. Dla porównania – brunatnic jest nieco więcej, bruzdnic dwa razy więcej, okrzemek dziesięć razy więcej, ale do klasycznych złotowiciowców obecnie zalicza się niespełna półtora tysiąca. Liczby te zmieniają się dynamicznie. Jednym z powodów jest odkrywanie, że klasyfikowane do różnych kategorii organizmy są tak naprawdę różnymi pokoleniami tego samego gatunku.

Częsta jest sytuacja, że jedno pokolenie ma kokolity, a następne jest ich pozbawione. Tak było w przypadku Braarudosphaera bigelowii, która jest kokolitoforem o kształcie kryształu, a kolejne pokolenie jest gruszkowatym wiciowcem z delikatnymi organicznymi płytkami i dawniej było opisywane jako Chrysochromulina parkeae. Również Prymnesium parvum do niedawna miało swojego bliźniaka – Prymnesium patelliferum. Jak widać, haptofity to grupa glonów, w której nie brakuje wyjątków od reguły i która zasługuje na więcej miejsca w podręcznikach niż dotychczas.

Zdj. główne: Agnieszka Kolada