Znajdź zawartość

Naukowcom udało się znaleźć odpowiedź na pytanie, dlaczego po wymieraniu permskim, które miało miejsce 250 milionów lat temu, doszło do spadku poziomu tlenu w oceanach, co z kolei opóźniło odrodzenie się populacji dużych zwierząt. Katja Meyer i Jonathan Payne z Uniwersytetu Stanforda uważają, że winnymi takiego stanu rzeczy były algi i bakterie. Wymieranie permskie zostało wywołane wzrostem działalności wulkanicznej na Syberii. Do atmosfery przedostały się olbrzymie ilości toksycznych gazów, pyłów, na powierzchnię Ziemi wypłynęła lawa. Wyginęły rośliny i zwierzęta. Duża ilość dwutlenku węgla doprowadziła do wzrostu temperatur na naszej planecie. Wyższe temperatury spowodowały zwiększenie tempa obiegu wody, było więcej opadów, a deszcze były kwaśne, gdyż rozpuszczony był w nich dwutlenek węgla z powietrza - mówi Meyer. Kwaśne deszcze przyspieszyły erozję gleby, przez co do oceanów spływało więcej składników odżywczych. To z kolei doprowadziło do gwałtownego rozrostu alg i bakterii w płytszych wodach. Gdy ich kolejne pokolenia umierały, rozkładające je bakterie tlenowe doprowadziły do znacznego spadku poziomu tlenu w wodzie. Bardzo niski poziom tlenu utrzymywał się przez około 5 milionów lat po wymieraniu permskim. Wcześniej takie teorie nie zyskiwały poparcia, gdyż trudno było je poprzeć dowodami. Algi czy bakterie nie pozostawiają zbyt wielu śladów w skamielinach. Meyer i Payne przeanalizowali skład chemiczny wapieni, które obecnie znajdują się na południu Chin, ale przed 250 milionami lat były dnem morskim. Uczeni sprawdzali przede wszystkim dwa izotopy węgla - C12 i C13. Oba są obecne w wodzie morskiej, a większość organizmów żywych ma w swojej strukturze lżejszy C12. Badając stosunek C13 do C12 można sprawdzić, jak wiele organizmów żywych istniało w danym okresie geologicznym. Ich badania wykazały, że w tym czasie stosunek C13 do C12 był w wodach płytszych znacznie większy niż w wodach głębszych. Wygląda na to, że w płytkich wodach mieliśmy do czynienia z ogromną biologiczną produktywnością, co spowodowało, że głębsze wody stały się nieprzyjazne dla zwierząt. Całe odradzanie się życia zostało spowolnione przez nadmiar składników odżywczych, a nie przez ich niedobór. Większość z nas sądzi, że gdy biotop nie rozwija się zbyt dobrze, to należy go dożywić. Tutaj mamy sytuację, w której mniej pożywienia oznaczałoby lepszą sytuację dla biotopu - stwierdził Payne.

Być może nigdy nie poznamy wszystkich gatunków żyjących na Ziemi - wciąż w zakamarkach globu odkrywane są nowe, nieznane zwierzęta, czy rośliny i nikt się temu nie dziwi. Ale odkrycie całej nowej gromady organizmów wydaje się nieprawdopodobne, zwłaszcza, jeśli żyją one powszechnie. A jednak jest to możliwe: naukowcy odkryli nieznaną wcześniej gromadę alg, na dodatek potrafiących żyć zarówno w słodkiej jak i słonej wodzie. Historia odkrycia zaczęła się pod koniec lat dziewięćdziesiątych ubiegłego wieku, kiedy to Michael Rappé, wykładowca University of Hawaii zidentyfikował w pobieranych próbkach nieoczekiwane, nie dające się zaklasyfikować DNA. Informacje o tym pozostały w publikacjach i dopiero po dekadzie wzbudziły zainteresowanie uczonych z Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI) oraz Dalhousie University and the Natural History Museum (NHM). Sebastian Sudek, Heather Wilcox i Alexandra Worden oraz Thomas Richards i Eunsoo Kim postanowili odszukać nieznany organizm. Mając jedynie zapisu o jego DNA nie było to łatwe; skonstruowano w tym celu specjalne sondy mające wykrywać poszukiwane sekwencje DNA. Przebadano nimi próbki wody pochodzące z różnych miejsc: północno-wschodniego Pacyfiku, północnego Atlantyku, Morza Sargassowego, Cieśniny Florydzkiej, oraz różnych zbiorników lądowych. W próbkach z pięciu lokalizacji odkryto DNA poszukiwanego organizmu - co ciekawe, zarówno w próbkach wody morskiej, jak i słodkiej. Wiem, że jesteś, ale jak wyglądasz? Pozostał problem, jak ten organizm zidentyfikować, mając tylko jego DNA, a nie mając żadnych danych na temat jego cech fizycznych: wielkości, wyglądu, zachowania, itd. Udało się to dzięki dołączeniu do sond specjalnego fluorescencyjnego barwnika, reagującego na poszukiwane DNA - tajemnicze organizmy wreszcie zaczęły świecić. Okazały się nimi mikroskopijne, kompletnie nieznane dotąd algi (glony), jak się okazało, tworzące własną gromadę i niespokrewnione z dotychczas znanymi glonami. Bowiem mimo jednej nazwy („glony"), jak obrazowo tłumaczą uczeni, jedna gromada alg jest mniej spokrewniona z drugą, niż grzyb z człowiekiem. Znalezisko nazwano rappemonadami (ang. rappemonad) na cześć pierwszego, nieświadomego odkrywcy. Ich „stężenie" w różnych środowiskach waha się od bardzo wysokiego do bardzo niskiego, ale za to występują bardzo powszechnie: poza morzami najczęściej w niewielkich słodkowodnych zbiornikach, mają też dość duży zakres tolerancji na temperaturę. Dlaczego dotychczas umykały one naukowcom? Jak tłumaczą szczęśliwi odkrywcy, były one zbyt małe, żeby wejść w obszar zainteresowań badaczy dużych, wielokomórkowych alg, oraz zbyt duże, żeby zwrócili na nie uwagę uczeniu zajmujący się pikoplanktonem. Grupa badawcza MBARI zajmuje się głównie wpływem mikroskopijnych organizmów (jak plankton) na funkcjonowanie ekosystemu, odkrycie nowej gromady organizmów pokazuje, jak wiele czynników jeszcze nam umyka.

Dzięki jedzeniu sushi bakterie zamieszkujące ludzki przewód pokarmowy nabywają geny kodujące enzym rozkładający twarde ściany komórek glonów. Wygląda więc na to, że pokarmy rzeczywiście nas w jakiś sposób definiują, a na pewno ujawniają umiejętności współpracujących z nami mikrobów. Konsumując sushi owinięte w glony nori, prawdopodobnie trawimy bakterie razem z genami dla tego specyficznego białka. Zespół pracujący pod przewodnictwem Jana-Hendrika Hehemanna z Uniwersytetu Piotra i Marii Cure w Paryżu badał szkarłatnice (Porphyra), czyli rodzaj krasnorostów morskich. Z gametofitów różnych ich gatunków produkuje się nori. P. yezoensis i P. tenera są uprawiane nie tylko w Japonii, ale i w Korei oraz Chinach. Francuzi wyizolowali nowy enzym i nazwali go porfiranazą. To on rozkłada ściany komórkowe glonów, umożliwiając gustującym w nich bakteriom żerowanie. Dr Mirjam Czjzek i pozostali członkowie ekipy przeszukiwali bazy danych, sprawdzając, gdzie jeszcze nowy enzym mógłby występować. Ostatecznie natrafili na trop porfiranazy u bakterii jelitowych 13 Japończyków. Pięć spośród 13 osób miało ten sam gen, a u reszty pojawiły się podobne geny, kodujące enzymy o zbliżonym działaniu – wszystkie miały rozkładać ścianę komórkową glonów. Geny występowały w genomach wszystkich bez wyjątku bakterii zamieszkujących przewód pokarmowy opisywanej grupy Azjatów. Kiedy akademicy skoncentrowali się na badaniach genomicznych flory jelitowej Amerykanów, nigdzie nie znaleziono genu porfiranazy. Czjzek tłumaczy, że szkarłatnic używa się podczas przygotowywania sushi, a jeśli robi się to tradycyjnie, glony zjada się na surowo. Stąd zaobserwowana różnica między tymi dwiema populacjami. Geny pozwalające na trawienie alg są bardzo przydatne, ponieważ pozwalają na pobieranie składników odżywczych z czegoś, co wcześniej było dla nas jako gatunku zupełnie nieprzydatne. Jak widać, podróżując po świecie i próbując nowych pokarmów, zdobywamy coś jeszcze: nowe bakterie z nowymi dla nas, gospodarzy, i naszych współpracowników genami...

W Parku Narodowym Yellowstone odkryto glony, które potrafią rozkładać arszenik. Cyanidioschyzon żyją w pobliżu gorących źródeł, gdzie występuje wiele toksycznych substancji. Najnowsze badania wykazały, że świetnie radzą sobie one z arszenikiem, przetwarzając go na mniej toksyczną formę. W przyszłości algi te mogą znaleźć zastosowanie zarówno przy neutralizacji niebezpiecznych odpadów kopalnianych, jak i w produkcji bezpieczniejszej żywności i środków ochrony roślin. Tim McDermott i Barry Rosen z Montana State University we współpracy z Corinne Lehr z California Polytechnic State University opisali w PNAS sposób działania alg. Cyanidioschyzon występują w całym Parku Yellowstone, ale naukowcy skupili się na tych, żyjących w Norris Geyser Basin. Przebywają one w bardzo kwaśnych (pH 0,5-3,5) wodach o temperaturze do 57 stopni Celsjusza. Obszary ich występowania są bardzo bogate w toksyczny arszenik. Wody w których żyją nie nadają się do spożycia nawet po zmianie pH. Naukowcy zbadali białka występujące w algach i okazało się, że najpierw utleniają one truciznę, a następnie ją redukują i zmieniają w mniej toksyczne formy. Jedną z tych form jest gaz, który łatwo ulatnia się w gorącym środowisku. Barry Rosen stwierdził, że badania alg pokazują, w jaki sposób organizmy są w stanie poradzić sobie w bardzo niesprzyjających warunkach. Jeśli życie może pojawić się w środowisku o wysokiej temperaturze i wysokiej koncentracji metali ciężkich, takich jak arsen, oznacza to, że mogło wyewoluować na innych planetach czy księżycach, takich jak Tytan czy Encladus - mówi. Naukowcy zauważają też, że niektóre rośliny uprawne, takie jak np. ryż, wykazują skłonność do koncentracji wysokich dawek arszeniku. Oczywiście nikogo nie zabije on natychmiast, ale jego obecność znacząco zwiększa ryzyko zachorowania na nowotwory.

Dzisiaj o godzinie 18.15 czasu polskiego (godz. 11.15 czasu lokalnego) z lotniska w Houston wystartuje pierwszy w USA dwusilnikowy samolot pasażerski zasilany biopaliwem z alg. Samoloty pasażerskie korzystają z biopaliw tylko podczas testów. Dotychczas używały paliwa produkowanego z kukurydzy czy oleju palmowego, które przyczyniają się do wzrostu cen żywności i wycinania lasów bądź też z mieszaniny biopaliwa z jatrofy z paliwem tradycyjnym. Z Houston wyruszy Boeing 737-800 firmy Continental napędzany silnikami CFM56-B spalającymi biopaliwo z alg i nasion jatrofy. Jatropha curcas pochodzi z Ameryki Południowej. Drzewo, zwane po polsku jatrofą przeczyszczającą lub obrzydlcem przeczyszczającym, należy do rodziny wilczomleczowatych. Jako gatunek mało wymagający stanowi ucieleśnienie marzeń producenta biodiesla: potrzebuje zaledwie 300 mm opadów rocznie (!) i rośnie na każdym rodzaju gleby, a więc masowa produkcja biopaliwa z jatrofy byłaby szansą dla krajów rozwijających się. Roślinę stosuje się przy rekultywacji gleby, ale przede wszystkim jako źródło oleju. W Europie powstała już rafineria jatrofy. Nasiona są przetwarzane w Londynie. Kolejne źródło biopaliwa - algi - rosną bardzo wydajnie nawet w słonej wodzie, więc nie zużywają cennej dla ludzi, zwierząt i innych roślin wody słodkiej. Biopaliwa mają też i tę zaletę, że są jedną z niewielu alternatyw, które można zastosować w lotnictwie. Przemysł lotniczy musi szukać sposobów na zmniejszenie emisji węgla, gdyż coraz częściej pojawiają się pomysły dodatkowego opodatkowania tego typu emisji. Wykorzystywanie w powietrzu wodoru czy napędów elektrycznych jest znacznie bardziej skomplikowane, tak więc najłatwiejszym rozwiązaniem są biopaliwa.

Nowe badania wykazują, że gwałtownie rośnie liczba martwych stref w światowych morzach i oceanach. Spływające do nich nawozy sztuczne oraz wykorzystywanie paliw kopalnych przyczyniają się do występowania anoksji, czyli niedoboru tlenu w niżej położonych wodach, które są kluczowe dla stanu środowiska morskiego. To z kolei powoduje olbrzymie straty w gospodarce. Gdy w roku 1976 doszło do anoksji na obszarze 1000 kilometrów kwadratowych u wybrzeży stanów Nowy Jork i New Jersey, straty w rybołówstwie i turystyce oszacowano na ponad 500 milionów dolarów. Obecnie w zatoce Chesapeake każdego roku traconych jest niemal 83 000 ton ryb i innych zwierząt morskich, które można by komercyjnie wykorzystać. W Zatoce Meksykańskiej straty to 235 000 ton rocznie. Jeszcze w latach 60. ubiegłego wieku w morzach i oceanach istniało 49 miejsc martwych z powodu anoksji. Obecnie jest ich już 405. Co gorsza, te martwe strefy rzadko wracają to życia. Takim pozytywnym wyjątkiem było Morze Czarne, które odrodziło się po upadku Związku Radzieckiego i związaną z tym redukcją zanieczyszczeń trafiających do jego wód. Gdy do wód trafiają nawozy sztuczne, przyczyniają się one do olbrzymiego rozrostu alg, które w końcu giną i opadają na dno. Tam stają się pożywieniem dla mikroorganizmów zużywających tlen. Zaczyna go brakować rybom i innym morskim stworzeniom, które masowo giną. W pozbawionym tlenu środowisku rozmnażają się bakterie beztlenowe, produkujące silnie trujący siarkowodór. Głównym winowajcą rozrostu alg jest azot obecny w nawozach sztucznych. Trafia on do oceanów również z paliw kopalnych. Gdy je spalamy, do atmosfery emitowane są tlenki azotu, które później, wraz z deszczem, trafiają do mórz i oceanów. Nadzieją na powstrzymanie tworzenia się kolejnych martwych stref jest przejście transportu na paliwa alternatywne. Wciąż jednak nie wiadomo, jak poradzić sobie z azotem w nawozach sztucznych. Naukowcy szukają sposobu na to, by po użyciu nawozu azot pozostał w glebie, a nie spływał do wody. Jednym z rozwiązań jest propozycja firmy Arcadia Biosciences, która oferuje rośliny z bardziej aktywnym niż zwykle genem odpowiedzialnym z absorpcję azotu z gleby. Dzięki temu, jak zapewnia Arcadia, identyczne plony można uzyskać używając o połowę mniej nawozów. Nad podobnymi technikami pracują tacy giganci jak Monsanto Company i Pioneer Hi-Bred International. Ich rośliny nie trafią jednak na rynek wcześniej niż w roku 2012. Eric Rey, szef Arcadia Biosciences, ma nadzieję, że nowe rośliny szybko zdobędą sobie uznanie amerykańskich farmerów i około roku 2018 będziemy świadkami gwałtownego zmniejszenia ilości wykorzystywanych nawozów sztucznych. Nawet jednak to może nie rozwiązać problemów martwych stref, bowiem już w tych istniejących przez długi czas będą powstawały związki azotu. Drugim z czynników, dla których martwe strefy rzadką odżywają, jest fakt, iż warstwy chłodnej, niżej położnej i ubogiej w tlen wody nie mieszają się z wyżej położonymi warstwami rzek. Potrzebne są silne wiatry, takie jak np. huragan Katrina, by uległy one zmieszaniu i by w martwej strefie, przynajmniej czasowo, zakwitło życie. Tak więc aby liczba martwych stref w morzach i oceanach nie rosła i by nie rosły związane z tym straty ekonomiczne, konieczna jest rewolucja w transporcie, rolnictwie i "wsparcie" ze strony huraganów.