Mikroskopijni wladcy morz

Mikroskopijni wladcy morz, books, PDF

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Sylwetka
Mikroskopijni w∏adcy mórz
Najmniejsi mieszkaƒcy oceanów – uwa˝a biolog morski Sallie W. Chisholm – sà kluczem
do zrozumienia zasad funkcjonowania biosfery i wp∏ywu dzia∏alnoÊci cz∏owieka.
STEVE NADIS
Niewidzialny oceaniczny las
drobnoustrojów, którego
wp∏yw na naszà planet´ jest równie wielki jak lasów
pokrywajàcych làdy, si´ga na g∏´bokoÊç 200 m.
Ró˝ne gatunki fitoplanktonu zamieszkujàcego po-
wierzchniowe warstwy wody – przede wszystkim
jednokomórkowe sinice, okrzemki i inne glony –
sà podstawà morskiej sieci pokarmowej. Realizujà
mniej wi´cej po∏ow´ fotosyntezy na Ziemi i usuwa-
jà z atmosfery niemal tyle dwutlenku w´gla, ile
wszystkie roÊliny làdowe ∏àcznie, dostarczajàc po-
∏owy tlenu, którym oddychamy. Bez nich st´˝enie
CO
2
w atmosferze potroi∏oby si´.
To zaskakujàce, ale tak ogromna rola fitoplank-
tonu jest niemal niedostrzegana przez spo∏eczeƒ-
stwo [patrz: Paul G. Falkowski „Niewidzialny oce-
aniczny las”;
Âwiat Nauki
, paêdziernik 2002].
Nawet sami naukowcy nie mieli poj´cia, jakie ga-
tunki mikroorganizmów wykonujà gros tej pracy
do czasu, kiedy 15 lat temu Sallie W. Chisholm
z Massachusetts Institute of Technology, Robert J.
Olson z Woods Hole Oceanographic Institution i
ich wspó∏pracownicy odkryli sinice morskie z rodza-
ju, który nazwali póêniej
Prochlorococcus
. Sà to
najmniejsze i najbardziej rozpowszechnione foto-
syntetyzujàce organizmy przeprowadzajàce ponad
po∏ow´ fotosyntezy w morzach. Sinice, na przy-
k∏ad z rodzaju
Prochlorococcus
, by∏y pierwszymi
na naszej planecie organizmami uwalniajàcymi
tlen. W pewnym sensie sà przodkami wszystkich
roÊlin wy˝szych.
Chisholm i Olson dokonali tego odkrycia,prze-
puszczajàc próbki wody morskiej przez cytometr
przep∏ywowy – przyrzàd cz´sto stosowany w labo-
ratoriach przez biologów, którego jednak nikt
wczeÊniej nie u˝y∏ do badaƒ wody morskiej. Urzà-
dzenie to pozwala okreÊliç w∏asnoÊci pojedynczych
komórek poruszajàcych si´ w Êwietle lasera. Mie-
rzàc rozpraszanie Êwiat∏a przez próbk´ wody mor-
skiej, naukowcy stwierdzili obecnoÊç maleƒkich
komórek. Po ich wyizolowaniu i hodowli zespó∏
Chisholm nada∏ im nazw´
Prochlorococcus
, sàdzàc,
˝e sà spokrewnione z sinicami nazywanymi pro-
chlorofitami – przypuszczenie to okaza∏o si´ póêniej
b∏´dne. Badacze stwierdzili nast´pnie, ˝e mikro-
organizmy te sà niezwykle pospolite. Ich liczeb-
noÊç w wodach morskich by∏a dla oceanografów
zaskoczeniem. „Trudno uwierzyç, ˝e coÊ tak wa˝ne-
go tak d∏ugo umyka∏o naszej uwadze” – mówi Ri-
chard T. Barber z Marine Laboratory w Duke Uni-
versity. Chisholm odbiera swe odkrycie jako „lekcj´
pokory, która nauczy∏a nas, jak ma∏o wiemy o przy-
rodzie”. W kwietniu tego roku badaczka zosta∏a
wybrana cz∏onkiem amerykaƒskiej National Acade-
my of Sciences, do czego w du˝ym stopniu przy-
czyni∏ si´ jej wk∏ad w odkrycie sinic z rodzaju
Pro-
chlorococcus
i póêniejsze badania nad nimi.
Mimo mikroskopijnych rozmiarów (Êrednicy rz´-
du 0.5–0.7 µm) sinice z rodzaju
Prochlorococcus
majà du˝y wp∏yw na klimat ze wzgl´du na obfitoÊç
wyst´powania – w kropli wody morskiej mo˝e byç
nawet 20 tys. tych drobnoustrojów. Ich zag´sz-
czenie nie jest wprawdzie tak du˝e jak bakterii gle-
bowych, których bywa tysiàckrotnie wi´cej, ale jak
SALLIE CHISHOLM:
OCEANOGRAF Z MISJÑ
n
Odkry∏a sinice z rodzaju
Prochlorococcus
w roku 1988. Niewielkie rozmiary
tych drobnoustrojów pozwalajà im efektywnie wykorzystywaç Êwiat∏o s∏oneczne
(poszczególne komórki nie przes∏aniajà go sobie nawzajem).
n
O stymulowaniu wzrostu fitoplanktonu ˝elazem Chisholm mówi: „Nawet gdyby
nawieêç ca∏y ocean, w niewielkim stopniu ograniczy∏oby to globalne ocieplenie
– w najlepszym razie opóêni∏oby to nadejÊcie tego, co i tak nieuchronne,
o mniej wi´cej pi´ç lat”.
32
ÂWIAT NAUKI
GRUDZIE¡ 2003
 na organizm zdolny do fotosyntezy – ogromne. „Ludzie wy-
obra˝ali sobie, ˝e za poch∏anianie dwutlenku w´gla z atmo-
sfery odpowiadajà organizmy du˝o wi´ksze – zauwa˝a Fa-
rooq Azam, oceanograf ze Scripps Institution of Oceanography.
– Dzi´ki pracom Penny zainteresowano si´ rolà najmniej-
szych”. (Przyjaciele i wspó∏pracownicy zwracajà si´ do Chi-
sholm: Penny – tak nazywano jà w dzieciƒstwie dla odró˝nie-
nia od matki i babci, równie˝ noszàcych imi´ Sallie).
Choç 56-letnia Chisholm rzeczywiÊcie skupia uwag´ na naj-
drobniejszych morskich organizmach, niewiele brakowa∏o,
by jej kariera potoczy∏a si´ innym torem. W ramach prowa-
dzonego na studiach ponad 30 lat temu eksperymentu che-
micznego mierzy∏a st´˝enie manganu w pewnym jeziorze
po∏o˝onym w pó∏nocnej cz´Êci stanu Nowy Jork. W ka˝dej
badanej próbce wody znajdowa∏ si´ maleƒki fitoplankton.
Organizmy te tak jà zafascynowa∏y, ˝e wkrótce porzuci∏a myÊl
o specjalizacji z chemii.
G∏ównym obiektem zainteresowaƒ badawczych Chisholm
sta∏y si´ sinice z rodzaju
Prochlorococcus
, które – o czym jest
przekonana – „mogà utorowaç drog´ do wa˝nych odkryç. Na-
le˝y si´ nimi zajàç ze wzgl´du na ich znaczenie w skali glo-
balnej. Wszystko, co ich dotyczy, przek∏ada
si´ na ogromne liczby”. Chisholm ze wspó∏-
pracownikami odkry∏a oko∏o 35 gatunków
i szczepów z rodzaju
Prochlorococcus
, któ-
re podzieli∏a na dwie grupy. Ich przedsta-
wiciele zamieszkujà ró˝ne g∏´bokoÊci wód
powierzchniowych, przystosowani do wy-
sokiego i niskiego nat´˝enia Êwiat∏a. Ze-
spó∏ wyró˝ni∏ te˝ w obr´bie rodzaju szeÊç
dodatkowych kategorii na podstawie ana-
lizy rybosomowego RNA. Chisholm ma jed-
nak nadziej´ osiàgnàç wi´cej i zsekwen-
cjonowaç genomy wszystkich znanych
gatunków, aby mo˝na by∏o je dok∏adniej
porównaç.
W sierpniu tego roku badacze poznali
pe∏ny genom trzech szczepów z rodzaju
Prochlorococcus
oraz szczepu z blisko
spokrewnionego rodzaju
Synechococcus
.
Chisholm uczestniczy∏a w analizie dwóch
szczepów, z których jeden charakteryzuje si´ najmniejszym
genomem spoÊród wszystkich znanych organizmów fotosyn-
tetyzujàcych – 1.7 mln par zasad i 1700 genów. Badajàc, ja-
kie geny ma dany szczep (np. gen umo˝liwiajàcy wykorzysty-
wanie azotanów, azotynów lub cyjanianów),naukowcy mogà
si´ dowiedzieç, które sk∏adniki od˝ywcze sà istotne i co de-
cyduje o powszechnoÊci wyst´powania danego organizmu.
Takie podejÊcie mo˝e ujawniç znaczenie czynników Êrodo-
wiskowych, jakich wczeÊniej nie doceniano.
Ostatecznym celem badaczki jest okreÊlenie najistotniej-
szych sk∏adników biosfery: „Od czego sà uzale˝nione, jakie
zasoby musimy im pozostawiç, by mog∏y w∏aÊciwie funkcjo-
nowaç i jakie obcià˝enia trudno im znieÊç” – mówi Chisholm.
– Aby si´ tego dowiedzieç, musimy badaç uk∏ad jako ca∏oÊç
oraz jego poszczególne elementy. Dopóki nie poznamy zasad
funkcjonowania biosfery – dodaje – nie b´dziemy w stanie
okreÊliç, w jakim stopniu dzia∏alnoÊç cz∏owieka je zak∏óca.
Co sta∏oby si´ na przyk∏ad, gdyby spróbowaç przeciwdzia-
∏aç globalnemu ociepleniu, wpuszczajàc do wód oceanicznych
du˝e iloÊci zwiàzków ˝elaza? Koncepcja ta, nazywana niekiedy
„efektem geritolu” (od nazwy popularnej w USAmultiwitami-
ny) zak∏ada, ˝e dostarczenie tego pierwiastka do ubogich
w niego regionów oceanu b´dzie stymulowaç rozwój fitoplank-
tonu, a szybko rozmna˝ajàce si´ organizmy usunà z atmosfery
dwutlenek w´gla. Choç Chisholm krytykuje ten pomys∏, odkàd
powsta∏, czyli od koƒca lat osiemdziesiàtych, to jednak uczest-
niczy∏a w doÊwiadczeniach majàcych zweryfikowaç t´ hipote-
z´, poczynajàc od przeprowadzonego w 1993 roku we wschod-
niej cz´Êci równikowych wód Pacyfiku eksperymentu IRONEX.
Prowadzone na niewielkà skal´ nawo˝enie ˝elazem mo˝e staç
si´ wa˝nym narz´dziem badawczym – twierdzi Chisholm.
Jest jednak przekonana, ˝e nawo˝enie na du˝à skal´ by∏o-
by b∏´dem. „Jak mo˝emy manipulowaç uk∏adem, skoro nie
wiemy, z czego si´ sk∏ada? – pyta. – Oceany pe∏nià najró˝niej-
sze funkcje, których nie rozumiemy”. JeÊli proponowane po-
dejÊcie oka˝e si´ w ogóle skuteczne – co pozostaje kwestià
otwartà – spowoduje niechybnie zmiany w sieci pokarmowej,
sprzyjajàc wzrostowi wi´kszych drobnoustrojów, jak okrzem-
ki, kosztem mniejszych, jak sinice z rodza-
ju
Prochlorococcus
, i wywo∏ujàc trudne do
przewidzenia skutki na wszystkich pozio-
mach troficznych.
Chisholm nie ma usposobienia dzia∏acz-
ki – rzadko w∏àcza si´ w akcje lub podpi-
suje petycje, ale w tej sprawie czuje si´
zobowiàzana do zabrania g∏osu. „Nie po
to bada∏am przez ca∏e ˝ycie funkcjonowa-
nie ekosystemów wodnych, by pozwoliç
teraz na ignorowanie tej podstawowej wie-
dzy” – mówi.
Wi´kszoÊç oceanografów zgadza si´ z
poglàdami Chisholm na temat nawo˝enia
˝elazem. A jednak – zauwa˝a – „pomys∏ ten
ciàgle powraca”. Co roku s∏yszy o kolej-
nych wnioskach patentowych, nowych
przedsi´wzi´ciach komercyjnych lub jesz-
cze jednym pomyÊle na nawo˝enie. Cz´-
Êciowo problem wynika z ch´ci zysku, ale
Chisholm wini te˝ samych naukowców. Choç zasadnicze
znaczenie ma wyjaÊnienie roli ˝elaza jako sk∏adnika pokarmo-
wego, którego niedobór ogranicza wzrost liczebnoÊci popula-
cji glonów, badania nad tà kwestià najcz´Êciej uzasadnia si´ jej
zwiàzkiem z nawo˝eniem oceanów. „Musimy dojÊç do punktu,
w którym ludzie zrozumiejà, jak wielkie znaczenie majà ba-
dania nad funkcjonowaniem biosfery – nad tym, co reguluje
przep∏yw energii i obieg materii”.
Chisholm irytujà równie˝ twierdzenia, ˝e sinice z rodzaju
Prochlorococcus
mo˝na by zmodyfikowaç genetycznie, by
przyswaja∏y wi´cej dwutlenku w´gla i tym samym sta∏y si´
„u˝yteczne” dla ludzi. „Te organizmy ju˝ sà u˝yteczne dla
ludzi – mówi o swych jednokomórkowych ulubieƒcach.
– Stojà na posterunku i robià, co do nich nale˝y, uczestni-
czàc w regulacji zachodzàcych w biosferze cykli biogeoche-
micznych”. Zadaniem Chisholm i innych jest odkrywanie,
co te mikroorganizmy robià i w jaki sposób.
n
GRUDZIE¡ 2003
ÂWIAT NAUKI
33
WSZ¢DOBYLSKIE DROBNOUSTROJE:
sinice z rodzaju
Prochlorococcus
sà
byç mo˝e najliczniejszymi organizmami
na Ziemi zdolnymi do fotosyntezy.
[ Pobierz całość w formacie PDF ]

zanotowane.pl

doc.pisz.pl

pdf.pisz.pl

sylwina.xlx.pl