Mikroskopijni wladcy morz.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.

GRUDZIE¡ 2003 ÂWIAT NAUKI 33

WSZ¢DOBYLSKIE DROBNOUSTROJE:

sinice z rodzaju Prochlorococcus sà

byç mo˝e najliczniejszymi organizmami

na Ziemi zdolnymi do fotosyntezy.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: