Wodny przegląd publikacji (29)

W badaniach hydrosfery i komponentów środowiska z nią związanych od tematu skutków zmiany klimatu uciec się nie da. Czy to się komuś podoba, czy nie, fakty są takie, że nasz świat zmienia się w tempie dotychczas nienotowanym, co stanowi przyczynek do zadawania sobie wielu pytań i stawiania intrygujących hipotez. Bo zmiana klimatu wpływa na wszystko – sprzyja inwazjom biologicznym, może przebudować glebowy bank nasion w Lesie Atlantyckim, zmienić nasilenie, zasięg i częstotliwość występowania suszy w zachodnich stanach USA i dwukrotnie przyspieszyć podnoszenie się poziomu globalnego oceanu. Powoduje też blaknięcie rafy koralowej, którą można ratować, szczepiąc wodę mikroorganizmami probiotycznymi. Pytanie, czy są one bezpieczne dla organizmów niedocelowych.

Kolejną zmorą naszych wód jest zanieczyszczenie substancjami chemicznymi. Badania nad skutkami ekspozycji danio pręgowanego na mikroplastik polistyrenowy wskazują na powiązanie ekspozycji na te tworzywa z rozwojem zespołu policystycznych jajników. Uważajcie, co pijecie!

1. Effects of temperature and N:P ratio on the invasion success of the cyanobacterium Raphidiopsis raciborskii

Meriggi C., Johnson R.K., Laugen A.T., Drakare S., (2024) Effects of temperature and N:P ratio on the invasion success of the cyanobacterium Raphidiopsis raciborskii. Aquatic Invasions 19(3): 275-286.

Ostatnio pojawia się coraz więcej doniesień o problemach środowiskowych związanych z inwazyjnymi organizmami planktonowymi. Jeśli nie nasza „ulubiona” złota alga, to tropikalna, słodkowodna sinica Raphidiopsis raciborskii. Ten drugi gatunek po raz pierwszy odnotowany został w Europie Środkowej około dwie dekady temu, a obecnie jest stosunkowo szeroko rozpowszechniony i nadal zwiększa swój zasięg geograficzny. Ponieważ tworzy zakwity i wytwarza toksyny, wzrost jego populacji może negatywnie wpłynąć na lokalną bioróżnorodność i usługi ekosystemowe, chociaż jego zachowanie w wodach różnych regionów geograficznych nie jest rozpoznane.

Zespół skandynawskich naukowców przeprowadził eksperyment laboratoryjny, który miał na celu zbadanie konkurencyjności R. raciborskii w interakcji z innymi taksonami fitoplanktonu, występującymi typowo w jeziorach skandynawskich (okrzemki, zielenice i sinice). Ustawienia eksperymentalne obejmowały trzy warunki temperaturowe (17°C; 22°C; 26°C) i trzy warianty warunków pokarmowych (stosunek N:P 8:1; 16:1; 32:1).

W żadnym z testowanych wariantów środowiskowych R. raciborskii nie stał się gatunkiem dominującym, jednak we wszystkich był w stanie namnażać się i utrzymać biomasę, również w stosunkowo chłodnej wodzie (17°C). Temperatura okazała się istotnym czynnikiem kształtującym skład taksonomiczny społeczności fitoplanktonu jezior skandynawskich, przy czym w niskich temperaturach Raphidiopsis raciborskii okazał się bardziej konkurencyjny niż Planktothrix agardhii, ale mniej niż Microcystis aeruginosa. Wyniki badania dowodzą, że R. raciborskii może przetrwać na stosunkowo wysokich szerokościach geograficznych i zadomowić się w takich ekosystemach, jak jeziora skandynawskie.

2. Water restriction alters seed bank traits and ecology in Atlantic Forest seasonal forests under climate change

Borges Diaz P., Horn Kunz S., Macedo Pezzopane J. E. et al., 2024. Water restriction alters seed bank traits and ecology in Atlantic Forest seasonal forests under climate change. Global Change Biology.

Glebowy bank nasion (ang. Soil Seed Bank, SSB) jest jednym z kluczowych mechanizmów zapewniających trwałość ekosystemów leśnych. Wiedza o tym, jak prognozowane zmiany klimatu będą oddziaływać na ten zasadniczy element ekologii jest nadal bardzo ograniczona. Zespół z kilku ośrodków naukowych w Brazylii przeprowadził badania mające na celu ocenę potencjału kiełkowania, atrybutów ekologicznych i wybranych cech funkcjonalnych SSB w sezonowym lesie atlantyckim (ang. Atlantic Forest, port. Mata Atlântica) w różnych scenariuszach klimatycznych (obecny i przyszły RCP8.5) i przy różnych poziomach nawodnienia (bez ograniczeń i z ograniczeniami dostępności wody oceniany w oparciu o indeks WHC, ang. water-holding capacity).

Po 5 miesiącach inkubacji SSB w kontrolowanych warunkach liczba gatunków ekskluzywnych (wyłącznych) wahała się od 24 w obecnym scenariuszu bez ograniczeń w dostępie wody, 22 w obecnym scenariuszu z ograniczeniami w dostępie do wody, 16 w scenariuszu przyszłym bez ograniczeń, do zaledwie 6 w scenariuszu przyszłym z ograniczeniami w dostępie do wody. Wszystkie oceniane atrybuty ekologiczne i cechy funkcjonalne (takie jak powierzchnia liści, produkcja biomasy, zagęszczenie, bogactwo czy różnorodność taksonomiczna) były znacząco obniżone w przyszłej projekcji, szczególnie w wariancie z ograniczeniem dostępu do wody.

Wyniki wskazują, że niedobór wody, szczególnie w przyszłych, cieplejszych scenariuszach, może znacznie zmniejszyć żywotność nasion i zdolność regeneracji lasów. Skutki zmiany klimatu wykazane w badaniu mogą zmienić ogólną strukturę lasów sezonowych w przyszłości, a także skutkować utratą potencjału regeneracji SSB z powodu zmniejszonej żywotności nasion i zwiększonej śmiertelności osobników juwenilnych.

3. Anthropogenic warming has ushered in an era of temperature-dominated droughts in the western United States

Zhuang Y., Fu R., Lisonbee J. et al. (2024).Anthropogenic warming has ushered in an era of temperature-dominated droughts in the western United States. Sci. Adv. 10, eadn9389 (2024).

Jak jesteśmy przy skutkach zmiany klimatu, to oczywiście nie może zabraknąć wątku suszy, która coraz dotkliwiej dotyka wiele obszarów globu, w tym Stany Zjednoczone. Historycznie susza meteorologiczna w zachodnich stanach była spowodowana głównie niedoborami opadów. Jednak analiza danych Narodowej Agencji Oceanicznej i Atmosferycznej (NOAA) o opadach z okresu 1948–2022 r., przeprowadzona przez amerykańskich naukowców z Uniwersytetu w Kalifornii i NOAA, wykazuje, że od około 2000 r. rosnąca temperatura powierzchni ziemi i wynikające z niej wzmożone parowanie (ewapotranspiracja) bardziej przyczyniły się do nasilenia (62 proc.) i zwiększenia zasięgu (66 proc.) suszy w zachodnich Stanach niż deficyt opadów. Wzrost ten jest szczególnie zauważalny w południowej Kalifornii, Nevadzie i regionie Four Corners (czwórstyk stanów Utah, Kolorado, Nowego Meksyku i Arizony).

Na podstawie analizy obserwacji terenowych oraz symulacji modeli klimatycznych autorzy wnioskują, że główną przyczyną zwiększonego nasilenia i zasięgu suszy na badanym obszarze jest wzrost ewapotranspiracji, w większości spowodowany antropogenicznym ociepleniem. Przykładem takiej zmiany czynników jest bezprecedensowa susza w zachodnich Stanach Zjednoczonych w latach 2020–2022, za którą w 61 proc. odpowiadało parowanie, w porównaniu do 39 proc. tłumaczonych deficytem opadów.

Symulacje modeli klimatycznych przewidują, że w scenariuszu rozwoju opartego na paliwach kopalnych (SSP5-8.5) takie susze, jak ta będą się pojawiały nie z dotychczasową częstotliwością, czyli raz na ponad tysiąc lat, ale raz na 60 lat do połowy XXI w. i raz na 6 lat do końca XXI w. Mieszkańcom Zachodnich Stanów życzymy dużo satysfakcji z rozwoju gospodarki opartej na paliwach kopalnych.

4. The rate of global sea level rise doubled during the past three decades

Hamlington B.D., Bellas-Manley A., Willis J.K. et al. The rate of global sea level rise doubled during the past three decades. Commun Earth Environ 5, 601 (2024).

Jak to już kiedyś pisaliśmy – gdy jednych wysusza, innych zalewa. Wzrost globalnego średniego poziomu morza jest jednym z najbardziej jednoznacznych wskaźników zmiany klimatu. A według danych satelitarnych poziom mórz na świecie rośnie dwukrotnie szybciej niż trzy dekady temu. W okresie od 1993 r. (czyli od momentu rozpoczęcia takich pomiarów) do końca 2023 r., jak wykazali Benjamin Hamlington z Jet Propulsion Laboratory NASA w Pasadenie w Kalifornii i jego współpracownicy, globalny średni poziom morza wzrósł o 111 mm, a tempo tego wzrostu zwiększyło się z ok. 2,1 mm/rok do około 4,5 mm/rok.

Zmiany klimatyczne przyspieszają dwa procesy kształtujące ilość wody w morzach i oceanach: topnienie lodu oraz zwiększenie objętości wody na skutek pochłaniania ciepła w wyniku emisji gazów cieplarnianych (rozszerzalność cieplna). Naukowcy przewidują, że jeśli ta trajektoria utrzyma się przez następne trzy dekady, poziom morza wzrośnie o dodatkowe 169 mm na całym świecie.

5. Not only for corals: exploring the uptake of beneficial microorganisms for corals by sponges

Ribeiro B., N. Garritano A., Raimundo I. et al. (2024). Not only for corals: exploring the uptake of beneficial microorganisms for corals by sponges. npj Biofilms Microbiomes 10, 125.

Zjawisko blaknięcia koralowców w wyniku destabilizacji symbiozy z fotosymbiontami na skutek ocieplenia klimatu jest powszechnie znane i dość dobrze zbadane. Jednym ze sposobów wspierania koralowców w walce ze stresorami antropogenicznymi jest odbudowa ich mikrobiomu przy wykorzystaniu tzw. mikroorganizmów korzystnych dla koralowców (ang. beneficial microorganisms for corals, BMC). Ciekawym zagadnieniem jest interakcja BMC i organizmów niedocelowych, na przykład gąbek.

Naukowcy postanowili zbadać, czy gąbki należące do gatunków modelowych, Stylissa carteri i Callyspongia crassa, włączają do swojego biomu bakterie probiotyczne stosowane jako BMC i czy takie inokulacje mogą wpływać na zdrowie gospodarza. Na podstawie czterotygodniowego eksperymentu prowadzonego w trzech wariantach (brak szczepienia BMC, szczepienie raz i szczepienie trzy razy w tygodniu) autorzy stwierdzili, że w przypadku S. carteri szczepy probiotyczne naturalnie zasiedlały mikrobiom w niskich liczebnościach, a po inokulacji BMC liczebność dwóch z nich (BMC-Cobetia i BMC-Pseudoalteromonas) wzrosła. Z kolei w mikrobiomie C. crassa nie stwierdzono naturalnej obecności bakterii związanych z BMC ani nie dowiedziono, że gąbka ta może pozyskiwać te mikroorganizmy po inokulacji. Gąbki były wizualnie zdrowe i pod koniec eksperymentu nadal wydajnie filtrowały wodę.

Wyniki wskazują, że zastosowanie BMC na pobliskich koralowcach może zmienić strukturę mikrobiomu sąsiednich gąbek, potencjalnie na nie wpływając, jednak efekty te nie upośledzają ich funkcji życiowych. Badania te potwierdzają pogląd, że szczepienie koralowców probiotykami ma potencjalnie bardzo ograniczone lub pomijalne negatywne skutki dla kondycji organizmów niedocelowych, co jest ważnym kryterium bezpiecznego stosowania probiotyków w warunkach terenowych.

6. Evaluating the potential of daily intake of polystyrene microplastics via drinking water in inducing PCOS and its ovarian fibrosis progression using female zebrafish

Adhikari M., Biswas Ch., Mazumdar P. et al., (2024). Evaluating the potential of daily intake of polystyrene microplastics via drinking water in inducing PCOS and its ovarian fibrosis progression using female zebrafish. NanoImpact, 34.

Nie jest specjalnie odkrywczym stwierdzenie, że spożywanie wody zanieczyszczonej mikroplastikami na zdrowie nam nie wyjdzie. Mikroplastiki polistyrenowe powszechnie znane są jako substancje chemiczne zaburzające gospodarkę hormonalną i układ rozrodczy. Pomimo licznych raportów dotyczących toksyczności rozrodczej i endokrynologicznej tych cząstek, literatura dotycząca dziennego spożycia mikroplastików polistyrenowych w wodzie pitnej, które sprzyjają zespołowi policystycznych jajników (PCOS) i prowadzą do ich zwłóknienia, jest dość skąpa.

Naukowcy pod kierunkiem prof. K. Pramanicka z Presidency University w Kalkucie eksponowali samice danio pręgowanego na działanie polistyrenowych mikroplastików w wodzie pitnej przez trzy tygodnie i porównali wybrane cechy układu rozrodczego z grupą kontrolną przetrzymywaną w wodzie czystej. U ryb narażonych na działanie mikroplastiku znacznie wzrósł w jajnikach poziom testosteronu, naturalnie produkowanego tam w niewielkich ilościach. W PCOS wywołanym mikroplastikiem, nadmiar testosteronu w jajnikach zakłóca wzrost i rozwój pęcherzyków, utrudniając owulację lub uwalnianie jajeczek.

U eksponowanych ryb obserwowany był również spadek poziomu hormonu folikulotropowego, który odgrywa rolę w rozwoju seksualnym i rozrodczym, wzrosła natomiast masa ciała na skutek odkładania się tłuszczu w jelitach i jajnikach. Cechy te są charakterystyczne dla PCOS, również w przypadku człowieka. Mikroplastiki polistyrenowe odegrały kluczową rolę w indukowaniu PCOS u ryb, ale wyniki dotyczące danio pręgowanego można ekstrapolować na kobiety, co może pomóc w opracowaniu metod leczenia.