Bakterie oczyszczają wody połowowe z substancji toksycznych
Międzynarodowy zespół naukowców odkrył, że siarkowodór, który jest toksyczny dla wielu form życia, w tym dla ryb ważnych pod względem gospodarczym, jest często usuwany dzięki rozkwitom bakterii utleniających siarczki w głębokich warstwach wody, skutecznie ukrywając duże połacie wody pozbawionej tlenu przed obecnymi systemami monitorującymi. Opublikowane w internetowym czasopiśmie Nature odkrycie ma znaczący wpływ na zarządzanie zanieczyszczeniami rolniczymi w wodach przybrzeżnych. "Wody przybrzeżne zapewniają 90% globalnych połowów i są przez to ważnym magazynem żywności dla naszej planety" - wyjaśniają autorzy. Kiedy substancje odżywcze takie jak azot czy fosfor (tj. nawozy sztuczne) dostają się do wody, poziom tlenu zostaje poważnie zredukowany. Proces ten, zwany eutrofizacją, prowadzi również do szybkiego wzrostu poziomu trującego siarkowodoru, co pociąga za sobą katastrofalne następstwa dla przybrzeżnych ekosystemów. Spływy rolnicze nie są jedynym powodem eutrofizacji: azot atmosferyczny, którego poziom się zwiększa z powodu działalności człowieka, przenika zazwyczaj do otwartego oceanu, stanowiąc ponad jedną trzecią objętości nieprzetworzonego azotu dostającego się do oceanów. Bez względu na przyczyny, prowadzi to do skażenia toksycznego i śmierci ryb i skorupiaków, obniżając wydajność połowów i zagrażając bioróżnorodności. Zespół pod kierownictwem dr Marcela Kuypersa z Instytutu Mikrobiologii Morskiej im. Maxa Plancka w Niemczech badał system Benguela w afrykańskich wodach szelfowych, u wybrzeżu Namibii, aby zbadać zakres i rozwój przypadku skażenia siarkowodorem. Naukowcy pobrali próbki na różnej głębokości z dużego obszaru i odkryli, że toksyczny składnik wystąpił na 7.000 kilometrów kwadratowych, mimo iż wody powierzchniowe wydawały się być w dobrej kondycji. Monitorowali ten przypadek przez jakiś czas, odkrywając, że siarczki znikają na pewnych głębokościach, a w niektórych miejscach opadają głębiej w strefę suboksyczną, w której prawie brak tlenu. "Ten, jak się wydaje, biotop siarczkowy w strefie suboksycznej zdecydowanie sugeruje, że siarczki zostały utlenione w słupie wody anaerobowo" - czytamy w raporcie. Specjaliści ds. środowiska wykorzystują model "słupa wody", aby poznać charakter różnych warstw wody - na przykład organizmy żyjące na dnie morskim (bentosy) uzależnione od określonego poziomu pH, ciśnienia i zasolenia, a nie od średniej tych wartości między dnem a powierzchnią wody. Naukowcy dowodzą, że ze względu na fakt, iż przy braku tlenu najlepiej na utleniacza siarczków nadaje się azotan oraz ze względu na nakładanie się warstwy azotanu i siarczku w strefie suboksycznej na głębokości około 90 metrów, musi tam zachodzić znacząca interakcja. Zaobserwowali podobne stężenia amonu i siarczku w wodzie przydennej, z tym że amon zniknął (lub został utleniony anaerobowo) tuż nad siarczkiem. "Oczywiście został utleniony anaerobowo - bez udziału tlenu" - wyjaśnił Torben Stührmann z Instytutu Mikrobiologii Morskiej im. Maxa Plancka. "Wiele bakterii nie potrzebuje tlenu do oddychania i w zamian może wykorzystywać azotan. W rzeczy samej, odkryliśmy warstwę wody zawierającą jednocześnie siarkowodór i azotan." Wykazano ostatnio, że bakterie z grupy anammox (utleniające anaerobowo amon) są odpowiedzialne za masową utratę azotu w tej warstwie wody. Wyposażeni w tę wiedzę naukowcy badali próbki, by sprawdzić czy bakterie w jakiś sposób metabolizują siarkowodór. Przeprowadzili zakrojone na szeroka skalę analizy chemiczne i genetyczne i odkryli, że dwa różne typy bakterii biorą udział w utlenianiu chemolitotroficznym siarczku za pomocą azotanu. Litotrofy są naturalnymi przetwórcami siarki i azotu, natomiast chemolitotofy są bakteriami wód głębinowych, które żyją w innych organizmach i mogły ewoluować z pewnego typu cyjanobakterii. Proteobakterie odkryte w toku prowadzonych badań powiązane są w rzeczywistości z Candidatus Ruthia magnifica, bakterią zamieszkującą kominy i omułki żyjące w wyciekach. Poprzez utlenianie siarkowodoru w morzu, bakterie w rzeczywistości stworzyły strefę buforową między bogatymi w tlen wodami powierzchniowymi, a głębszymi wodami toksycznymi. Naukowcy zaangażowani w ostatnie badania wykazali, że bakterie oczyściły powierzchnię trzy razy większą od powierzchni Luksemburga. To pierwsza do tej pory prezentacja detoksykacji wód o dużej zawartości siarczków przez bakterie na tak dużą skalę. Waga odkrycia jest znacząca: monitoring mórz pod względem przypadków skażenia toksycznego polega na technologii, która penetruje jedynie wody powierzchniowe. Jeżeli bakterie przeprowadzają porządki po zdarzeniach eutroficznych w głębszych warstwach wody, zasięg tych zdarzeń staje się bardzo trudny do dokładnego monitorowania. "To bardzo pozytywny i jednocześnie niepokojący aspekt naszego odkrycia gigantycznego bakteryjnego rozkwitania w celu usunięcia siarkowodoru" - powiedział dr Kuypers. "Siarkowodór jest toksyczny dla wyższych form życia i nawet w niskich stężeniach powoduje śmierć ze skutkiem natychmiastowym ryb, ostryg, krewetek i homarów. Dobrą wiadomością jest fakt, że odkryta grupa bakterii wydaje się wchłaniać siarkowodór zanim dotrze on do wód powierzchniowych, gdzie żyją ryby. Niemniej niepokoi fakt, że obszar wielkości Morza Irlandzkiego czy Morza Wattowego pozostawał pod wpływem przydennych wód siarczkowych, a nie zostało to wykryte ani na zdjęciach satelitarnych ani przez stacje monitorujące znajdujące się bliżej wybrzeża." Bieżące szacunki wskazują, że niedotlenienie wód szelfowych znacznie wzrośnie w nadchodzących dekadach w następstwie eutrofizacji spowodowanej działalnością człowieka oraz z powodu globalnego ocieplenia. Jednakże, według dr Gaute Lavik z Instytutu Mikrobiologii Morskiej im. Maxa Plancka: "fakt, że możemy powiązać wody siarczkowe z pewnymi warunkami środowiskowymi może stworzyć możliwość przewidywania tych zdarzeń w przyszłości".
Kraje
Austria, Niemcy, Namibia, Szwecja
