Rozpoczyna się lato i upragnione wakacje. Wielu z nas wyjedzie nad jeziora lub będzie spędzało urlop nad morzem. Ale czy będzie on w 100% udany? Od wielu lat w okresie letnim słyszy się o zamykanych plażach i kąpieliskach nad Morzem Bałtyckim z powodu kwitnących sinic. Ale wyjazd nad jeziora, także nie gwarantuje nam, że będziemy mogli się w nich kąpać do woli. Jeziorne kąpieliska także mogą być zamykane z tego samego powodu.
Czym jest zakwit?
Zakwit to widoczna zmiana zabarwienia wody spowodowana nadmiernym rozwojem sinic lub glonów. Widocznemu zabarwieniu wody może towarzyszyć nieprzyjemny zapach. Zakwity wody tworzone są praktycznie przez wszystkie grupy glonów, chociaż najbardziej niebezpieczne w wodach słodkich są te wywoływane przez sinice, a w wodach słonych przez bruzdnice i rafidofity. W wodach zasolonych natomiast spotyka się zarówno zakwity sinicowe, jak i utworzone przez bruzdnice. Jeśli zakwit utworzony jest przez sinice, na powierzchni wody widoczna zmiana zabarwienia przypomina rozlaną zielono-niebieską farbę olejną lub widoczne są pływające, zielonkawe skupienia sinic (Fot. 1). Wiatr często zwiewa te skupienia w stronę brzegu i zacisznych zatok. A to często miejsca gdzie mogą bawić się dzieci i psy, albo gdzie zwierzęta hodowlane przychodzą żeby napić się wody.
Czym są sinice?
Sinice są fotosyntetyzującymi bakteriami, które używają światła słonecznego jako źródła w czasie przetwarzania CO2 na biomasę. Mają jedną z najdłuższych historii na kuli ziemskiej. Dowody kopalne wskazują, że występowały licznie ponad 2,5 miliarda lat temu, ale mogły pojawić się już 3,5 miliarda lat temu. Uznaje się, że są one organizmami, które pierwsze produkowały tlen i tym samym wywołały jedno z największych zdarzeń na Ziemi – pojawienie się warunków tlenowych. Poza tym, odgrywają kluczową rolę w globalnej produkcji pierwotnej i wiązaniu azotu.
Swoją nazwę zawdzięczają obecności niebieskiego barwnika fikocyjaniny (Fot. 2). Często jednak barwnik ten jest maskowany przez inne barwniki: czerwony (fikoerytryny), zielony (chlorofil a) i żółto-pomarańczowy (karotenoidy). Dzięki obecności tych barwników sinice mogą przybierać kolory od sinozielonego poprzez żółtawy i czerwony, aż do brązowego.
Co powoduje, że sinice występują masowo i odnoszą sukces?
Chociaż sinice występują na Ziemi od dawna, to wiele badań wskazuje, że eutrofizacja, wzrastający poziom CO2 i globalne ocieplenie, są odpowiedzialne za wzrastającą obecność, intensywność i długość trwania zakwitów sinicowych. Trend ten jest niebezpieczny ponieważ zakwity sinicowe powodują spadek bioróżnorodności, mogą mieć szkodliwe oddziaływanie na sieci troficzne i stwarzają niebezpieczeństwo użytkowania wód np. jako pitne, przeznaczonych do rekreacji czy też wędkowania.
Eutrofizacja to nadmierne wzbogacenie ekosystemu w rozpuszczone składniki odżywcze np. związki azotu i fosforu, będące skutkiem działalności człowieka.
Masowy rozwój sinic jest wskaźnikiem zasobności ekosystemu wodnego w składniki odżywcze, zwłaszcza takich makroelementów jak fosfor i azot. Jednak zdarza się, że dostępne związki fosforu i azotu są wyczerpywane wskutek silnego rozwoju fitoplanktonu. Sinice rozwinęły szereg mechanizmów pozwalających im radzić sobie z takim problemem. W przypadku fosforu potrafią magazynować jego nadwyżkę w komórkach w postaci polifosforanu. Takie zapasy wystarczają na kilka podziałów komórkowych, nawet gdy zewnętrzne zasoby pierwiastka są wyczerpane. Jedna komórka może rozmnożyć się do 8 lub nawet 16 komórek bez pobierania fosforu.
Z kolei w przypadku azotu sinice potrafią korzystać z różnych jego źródeł: azotanów, azotynów, amoniaku czy też mocznika. Jednak unikalnym sposobem jest zdolność wiązania azotu atmosferycznego (N2) przez niektóre gatunki sinic, określane jako gatunki diazotroficzne. Zdolność ta, to fizjologiczna adaptacja, która może zapewnić gatunkom przewagę konkurencyjną, gdy dostępne źródła azotu w słupie wody są wykorzystane.
Inne ważne dla rozwoju sinic czynniki to: żelazo w formie Fe2+, jony siarczanowe, temperatura wody, dostępność światła.
Ulubiona pogoda to słońce i brak wiatru, dlatego częściej możemy się spodziewać zakwitów kiedy lato jest słoneczne i upalne, a rzadziej kiedy jest chłodne i deszczowe.
Jakie problemy stwarzają zakwity?
Sinice mają zdolność wytwarzania wielu związków chemicznych, a niektóre z nich są toksyczne dla ludzi i zwierząt, mogąc powodować wiele negatywnych skutków zdrowotnych. Toksyny sinicowe należą do najbardziej toksycznych związków występujących naturalnie. Ich dawki śmiertelne mieszczą się w tym samym zakresie, co niektóre toksyny z grzybów (amanityna, faloidyna) lub roślin (akonityna, strychnina). Toksyny sinic nie są jednorodne i mają różne działanie. Są stabilnymi związkami i pozostają aktywne nawet po przegotowaniu wody. Wśród toksyn sinicowych wyróżnia się: mikrocystyny i nodularyny, cylindrospermopsyna, anatoksyna-a, saksitoksyna, anatoksyna-a(s), dermatotoksyny, BMAA, lipopolisacharydy sinicowe (LPS).
Osoby, które miały bezpośredni kontakt z wodą z zakwitem mogą mieć alergie skórne (wysypki), podrażnienia oczu, a także wymioty, biegunkę, gorączkę, bóle mięśni i stawów. Istnieją dowody, że toksyczne zakwity sinic mogą powodować choroby, a nawet śmierć psów, koni, bydła, ptaków i ryb. Jeśli więc wystąpi zakwit wody należy unikać kontaktu z wodą, chronić dzieci i nie pozwalać bawić im się w wodzie. Właściciele psów także powinni zadbać o swoich pupilów i nie pozwalać im się bawić, pływać ani pić wody ze zbiornika w którym zakwit jest widoczny.
Niebezpieczeństwo jednak chowa się nie tylko w wodzie. Komórki sinic i ich toksyny bywają obecne w aerozolach obecnych przy brzegach zbiorników wodnych. Jeśli spacerujemy i wdychamy takie aerozole, to możemy mieć problemy z układem oddechowym. Na szczęście problemy te mijają szybko, gdy oddalimy się od brzegu. Nie należy jednak lekceważyć tego zjawiska.
Nie każdy zakwit jest zakwitem toksycznym. Ale także te nietoksyczne są zjawiskiem niebezpiecznym ponieważ powodują zaburzenia w ekosystemie. Nagromadzenie materii organicznej wskutek obumierających komórek sinic, stwarza pogarszanie się warunków bytowych dla innych organizmów wodnych. Wskutek procesów rozkładu materii organicznej w warstwach przydennych zbiorników, następuje wyczerpywanie się tlenu i powstają deficyty tlenowe lub tworzą się warunki beztlenowe, mogące powodować masowe śnięcie ryb czy bezkręgowców wodnych. W warunkach beztlenowych, następuje uwalnianie z osadów dennych do wody naddennej jonów amonowych, fosforanowych czy też siarkowodoru. Tym sposobem zbiornik wodny zostaje wzbogacony w substancje odżywcze wewnętrznie. Jest to tzw. zasilanie wewnętrzne, w przeciwieństwie do zasilania zewnętrznego, kiedy to azot i fosfor zostaje wprowadzony do zbiornika wodnego ze zlewni i najbliższego otoczenia wskutek spływów powierzchniowych, doprowadzenia przez rzekę lub w inny sposób.
Zmiany klimatu i antropopresja to główne czynniki wpływające na zwiększanie się zakwitów
Chociaż zakwity sinicowe znane są od wieków, to wiele badań wskazuje, że ich intensywność wzrasta w ostatnim okresie, globalnie. Analiza pigmentów zebranych z osadów ponad 100 jezior w Ameryce Północnej i Europie pokazała, że obecność sinic zwiększyła się znacznie w ok. 60% jezior od czasów rewolucji przemysłowej oraz, że udział sinic w stosunku do innych grup fitoplanktonu uległ zwiększeniu, zwłaszcza po 1945 r. Tendencja ta jest nadal obserwowana. Modele predykcyjne przewidują np., że liczba dni z silnymi zakwitami sinicowymi w jeziorach amerykańskich zwiększy się z 7 do 18-39 dni w 2090 r. jeśli nie nastąpią żadne zmiany w trendach związanych z eutrofizacją i zmianami klimatycznymi.
Obserwowane globalne ocieplenie powoduje, że zwłaszcza w północnych szerokościach zmiany temperatury wody są wyraźne. Sinice w większości należą do organizmów, których optimum temperaturowe oscyluje w zakresie 25-30 ºC. Ponadto, krótszy okres obecności pokrywy lodowej (lub jej brak) wskutek cieplejszych zim powoduje, że proces powstawania termokliny jest wcześniejszy, stagnacja słupa wody trwa dłużej i mieszanie jesienne powodujące zanik termokliny, także odbywa się później. Wszystko to powoduje, że okres stratyfikacji jest wydłużony. Zjawisko to zostało wykazane już w paru artykułach, na podstawie analiz danych pochodzących z długoterminowych badań monitoringowych. Wydłużenie okresu stratyfikacji powoduje dłuższy okres stabilności słupa wody, co jest korzystnym warunkiem dla rozwoju sinic.
Dzięki obecności pęcherzyków gazowych sinice mają zdolność podpływania do powierzchni wody, dzięki czemu mają dogodny dostęp do światła. Równocześnie, gromadząc się w warstwach przypowierzchniowych powodują zacienienie i mniej korzystne warunki dla innych organizmów, które także korzystają ze światła słonecznego (np. glony).
Wzrastająca biomasa sinic powoduje wyczerpywanie się CO2 rozpuszczonego w wodzie. W takim przypadku wzrastający poziom atmosferycznego CO2 będzie powodował większą różnicę na granicy powietrze-woda w wodzie zubożonej w CO2.Spowoduje to zwiększenie napływu CO2 do wód powierzchniowych i przechwytywane go przez sinice tam obecne, dając możliwość dalszego rozwoju biomasy.
Antropopresja to nie tylko wprowadzanie fosforu i azotu do wód ale to wszelkie rodzaje działalności człowieka. Skutkiem antropopresji jest m.in.: wzrost eutrofizacji, fragmentacja ekosystemów wodnych, spadek bioróżnorodności, wprowadzanie obcych gatunków inwazyjnych, a efektem spadek jakości usług ekosystemowych. Obecnie, wskutek fragmentacji rzek np. poprzez budowę zapór wodnych, ponad 60% bardzo długich rzek na świecie (o długości ponad 1000 km) nie ma już swobodnego przepływu. Stanowi to 41% globalnej objętości rzek. Taka fragmentacja powoduje utratę łączności rzecznej, niszcząc jej ciągłość oraz siedliska w niej występujące, zmieniając warunki hydrologiczne, fizyczno-chemiczne i biologiczne, często uniemożliwiając wędrówki organizmom zasiedlającym rzeki. Presja ludzka prowadzi do degradacji wód, co jest jednym z czynników powodującym zwiększanie występowania zakwitów sinicowych (Fot. 3 i 4).
Przyszłość
Scenariusze zmian klimatycznych przewidują, że rzeki, jeziora i zbiorniki będą doświadczać podwyższonych temperatur, bardziej intensywnych i dłuższych okresów stratyfikacji termicznej, zmodyfikowanej hydrologii i zmienionego obciążenia składnikami odżywczymi. Te czynniki środowiskowe będą miały znaczący wpływ na skład gatunkowy i biomasę fitoplanktonu, potencjalnie faworyzując sinice w stosunku do innych grup fitoplanktonu. Przewiduje się, że przestrzenna zmienność zmian klimatycznych będzie współdziałać ze zmiennością fizjologiczną sinic, powodując różnice w dominujących taksonach sinic w poszczególnych regionach.
Zmiany klimatu powodują zmiany wzorców hydrologicznych, a w konsekwencji zmiany temperatury wody, wielkości dopływu i odpływu wody, dostępu składników odżywczych, jakości wody, produkcji pierwotnej i wtórnej. Zmiany klimatu są rozpoznawane jako ekstrema meteorologiczne. Definiuje się je jako sytuacje, w których temperatura (np. fale upałów lub zimna), opady (np. powodzie lub susze) i/lub prędkości wiatru (np. huragany) biją wieloletnie rekordy dla danego miejsca, a ich wartości znacznie się różnią (powyżej lub poniżej) progu ocenianego czynnika. Na podstawie analiz wieloletnich trendów wykazano już, że zmiany klimatyczne wpływają na dynamikę termiczną jezior poprzez zmianę reżimów mieszania jezior. Co więcej, epizodyczne zdarzenia pogodowe (powodzie, gwałtowne opady) ułatwiają eksport związków rozpuszczonych i cząstek stałych z otaczających ekosystemów lądowych do wodnych, często powodując dodatkowe wprowadzenie substancji pokarmowych, niejednokrotnie powodując przyspieszenie procesu eutrofizacji i pogarszanie jakości wody, co jest niezwykle ważne zwłaszcza jeśli mamy do czynienia z wodą pitną.
Problem z dostępem do wody pitnej jest bez wątpienia jednym z największych problemów światowych i to powinno także zmusić nas do myślenia jak chronić wody. Według raportu UNICEF i WHO (Światowa Organizacja Zdrowia) 2,2 mld ludzi (1/3 populacji) nie posiada gwarantowanego dostępu do wody pitnej, w tym 785 mln nie ma zapewnionego nawet koniecznego minimum, a około 3 mld ludzi nie posiada możliwości umycia rąk. W krajach najsłabiej rozwiniętych dotyczy to nawet trzech czwartych ludności. Raport przedstawia smutną prawdę, że co roku z powodu biegunki wywołanej złym zaopatrzeniem w wodę oraz fatalnymi warunkami higienicznymi umiera na świecie 297 tys. dzieci poniżej piątego roku życia. Z tego samego powodu często dochodzi do rozprzestrzeniania się chorób zakaźnych takich jak: cholera, dur brzuszny, żółtaczka typu A oraz tyfus.
