Uszkodzone przez bakterie rozgwiazdy zamieniają się w maź

Tajemniczy sprawca zabija rozgwiazdy. Naukowcy sądzili, że przyczyną jest infekcja. Nowe badanie wskazuje, że winowajcą są bakterie. Wydaje się jednak, że mikroby duszą te morskie gwiazdy, a nie je zarażają.

Wiele rodzajów bakterii żyje blisko zewnętrznych warstw skóry rozgwiazdy. Niektóre typy mogą zużywać dużo tlenu w wodzie. Takie drobnoustroje rozwijają się w ciepłej wodzie, w której występuje dużo materiałów bogatych w węgiel, zwanych materią organiczną. Kiedy jest zbyt wiele komórek bakteryjnych, zużywają one tyle tlenu, że duszą rozgwiazdę. Dotknięte rozgwiazdy w takich miejscach mogą po prostu przemienić się w kałużę szlamu. Naukowcy zgłosili te lepkie odkrycia 6 stycznia w Frontiers in Microbiology.

Choroba znana jest jako wyniszczanie rozgwiazd. Objawy to rozkładające się tkanki i utrata kończyn. Ta choroba po raz pierwszy trafiła na pierwsze strony gazet w 2013 roku. Wtedy to rozgwiazdy żyjące u wybrzeży Pacyfiku w Stanach Zjednoczonych zmarły w ogromnych ilościach. Wybuchy miały miejsce wcześniej, ale nigdy na tak dużą skalę.

Początkowo naukowcy podejrzewali, że wirus lub bakteria mogą wywoływać choroby morskie. Badanie z 2014 roku wykryło wirusa u chorych zwierząt. Jednak późniejsze badania nie wykazały związku między wirusem a śmiercią rozgwiazd. To zdziwiło badaczy.

Nowe badanie pokazuje, że rozkwit bakterii kochających składniki odżywcze może powodować usuwanie tlenu z wody, co prowadzi do niszczenia rozgwiazd.

To odkrycie „każe nam myśleć, że nie zawsze może być jeden patogen lub dowód winy” – mówi Melissa Pespeni. Biolog z University of Vermont w Burlington, nie brała udziału w tej pracy. Wydaje się, mówi, że środowisko odgrywa dużą rolę w zabijaniu rozgwiazd. A to, jak mówi, „jest nowym pomysłem na przenoszenie [choroby]”.

Wyniszczająca choroba jest złożona. To utrudniało ustalenie, co się dzieje, mówi Ian Hewson. Kierował zespołem badawczym. Jest także biologiem morskim na Cornell University w Ithaca w Nowym Jorku. Jego grupa polowała na to, dlaczego rozgwiazdy na wybrzeżu Pacyfiku w Ameryce Północnej topią się w mazi, poprowadziły ich na wiele złych ścieżek. Po pierwsze, myśleli, że winę ponosi wirus, który znaleźli u chorych rozgwiazd w 2014 roku. Ale rok później obalili ten pomysł. On i jego koledzy następnie zbadali inne czynniki, takie jak różnice w temperaturze wody. Próbowali także wystawiać zwierzęta na działanie bakterii. Ale nic nie wywołało choroby wyniszczającej.

Następnie naukowcy zbadali bakterie żyjące ze zdrowymi rozgwiazdami. Porównali te mikroby z tymi, które żyją razem ze zwierzętami, które miały wyniszczającą chorobę. I, jak wspomina Hewson, „To było wtedy, gdy mieliśmy moment ‘Aha’”.

Nie wszystkie rozgwiazdy są podatne na choroby powodujące wyniszczenie gwiazd morskich. Gatunki z większą liczbą guzków na powierzchni – z większą przestrzenią dla bakterii wysysających tlen – wydają się być bardziej chore niż bardziej płaskie gwiazdy morskie. To zdjęcie z czerwca 2018 roku pokazuje purpurową rozgwiazdę (Pisaster ochraceus) marniejącą w Davenport w Kalifornii. IAN HEWSON

Dusząca się rozgwiazda

Jego grupa zauważyła wyższy poziom niektórych rodzajów bakterii wokół rozgwiazd, które zaczęły wykazywać oznaki obrażeń. Niektóre bakterie były kopiotrofami (KOH-pee-oh-troafs). To mikroby, które rozwijają się na obszarach z dużą ilością składników odżywczych. Rozkwitały również gatunki bakterii, które przeżywają tylko w środowiskach z niewielką lub zerową ilością tlenu. Aby naśladować te warunki w laboratorium, naukowcy dodali składniki odżywcze, aby pobudzić rozwój bakterii w kadziach, w których żyły zwierzęta. I rzeczywiście, rozgwiazdy zaczęły marnieć.

Zespół Hewsona próbował także obniżyć poziom tlenu w wodzie. To miało podobny skutek. Spowodowało rany u trzech na cztery zwierzęta. Z drugiej strony żadna rozgwiazda nie zachorowała przy normalnym poziomie tlenu.

Rozgwiazda oddycha, gdy tlen dyfunduje przez małe zewnętrzne wypustki zwane skrzelami skórnymi. Rosnące kopiotrofy wysysają dużo tlenu z wody. To może sprawić, że rozgwiazdy będą miały trudności z oddychaniem. Nie jest jeszcze jasne, dlaczego niski poziom tlenu wywołuje wyniszczanie. Wiele komórek zwierzęcia może po prostu umrzeć.

Nie jest to zaraźliwe, ale powoduje „efekt kuli śnieżnej”

Choroba nie jest wywoływana przez zaraźliwy patogen. Jednak niszczenie się rozprzestrzenia. Umierające rozgwiazdy wytwarzają więcej materii organicznej. A to może pobudzić bakterie do rozwoju na pobliskich zdrowych zwierzętach. „To trochę efekt kuli śnieżnej” – mówi Hewson.

Jego zespół przeanalizował również tkanki rozgwiazd, które uległy masowemu wymarciu w latach 2013–2014. Nastąpiło to po dużym rozkwicie glonów na zachodnim wybrzeżu Stanów Zjednoczonych. Naukowcy chcieli sprawdzić, czy warunki podobne do tych w zakwicie glonów mogą wyjaśnić tę epidemię. Tkanki martwych rozgwiazd zawierały duże ilości azotu występującego w warunkach niskiego poziomu tlenu. To znak, że te rozgwiazdy również mogły umrzeć z powodu braku tlenu.

Hewson martwi się, że wraz ze zmianami klimatu problem może się pogorszyć. Opierając się wyłącznie na fizyce, zauważa, „cieplejsze wody nie mogą [zatrzymać] tak dużo tlenu [jak zimniejsza woda]”. Bakterie, takie jak kopiotrofy, również rozwijają się w ciepłej wodzie.

Jak twierdzi Hewson, określenie prawdopodobnej przyczyny wyniszczenia może pomóc ekspertom w lepszym leczeniu chorych rozgwiazd, przynajmniej w laboratorium. Możliwe byłoby podniesienie poziomu tlenu w zbiorniku z wodą, aby gaz był bardziej dostępny dla rozgwiazd. Lub naukowcy mogliby pozbyć się dodatkowej materii organicznej za pomocą światła ultrafioletowego lub filtrów wodnych.

„W przypadku tej choroby jest jeszcze wiele do odkrycia” – mówi Pespeni. „Ale myślę, że [nowe badanie] daje nam długą drogę do zrozumienia, jak to się dzieje”.

Źródło: Erin Garcia de Jesus

C.A. Aquino et al. Evidence that microorganisms at the animal-water interface drive sea star wasting disease. Frontiers in Microbiology. Published online January 6, 2021. doi: 10.3389/fmicb.2020.610009.

I. Hewson et al. Densovirus associated with sea-star wasting disease and mass mortality. Proceedings of the National Academy of Sciences. Vol. 111, December 2, 2014, p. 17278. doi: 10.1073/pnas.1416625111.

Zdjęcie: IAN HEWSON

Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x