Przyszłe zmiany klimatu będą miały niekorzystny wpływ na funkcjonowanie ekosystemów, ale także na interakcje biologiczne, takie jak relacje między gospodarzem a pasożytem. Czy ewolucja pasożytów może wzmocnić efekty globalnego ocieplenia? Na to pytanie odpowiada prof. Sławomir Cerbin z Zakładu Hydrobiologii Wydziału Biologii w rozmowie z Jagodą Haloszką.
Niedawno otrzymał pan grant NCN BEETHOVEN LIFE na polsko-niemieckie projekty badawcze w zakresie nauk o życiu. W opisie projektu pisze pan, że globalne ocieplenie spotęguje chorobę świata poprzez wzmożoną prewalencję i zjadliwość infekcji. Co to oznacza?
Tytuł projektu po polsku jest trochę przewrotny, ponieważ sugeruje, że pasożyty spowodują, że będzie cieplej, a to nie o to chodzi. Jak to mówią, tytuł ma być po prostu chwytliwy. Efekty globalnego ocieplenia spowodują, że pasożyty Daphnia będą ewoluować szybciej niż ich gospodarze. Będą skuteczniej infekować gospodarza oraz będą bardziej zjadliwe. Powszechnie uważa się, że im cieplej, tym nasz świat będzie bardziej chory. Wiąże się to z różnymi czynnikami. Może to być choćby rozpowszechnianie się organizmów chorobotwórczych czy też szybsza ewolucja w kierunku większej zjadliwości. Ogólnie uważa się, że wraz z ociepleniem klimatu choroby będą bardziej rozpowszechnione. Z tym stwierdzeniem wiąże się jednak wiele sprzecznych informacji. Można znaleźć badania, które dowodzą, że faktycznie tak jest, ale też są takie, które pokazują coś przeciwnego.
Czym jest Daphnia i jakimi jej pasożytami się zajmujecie?
Daphnia to po polsku rozwielitka. To skorupiak planktonowy, powszechnie występujący w wodach słodkich. W naszych badaniach jest organizmem modelowym. Daphnia jest ważnym składnikiem planktonu. Jest bardzo dobrze poznana, ponieważ prowadzi się na niej bardzo dużo badań ekologicznych, ewolucyjnych czy molekularnych. Natomiast jeśli chodzi o pasożyta, którym się zajmujemy jest to Caullerya mesnili. Bardzo trudno określić do końca, czym jest ten organizm, ponieważ jego taksonomia jest nadal opracowywana. Należy do Ichthyosporea. Zakaża rozwielitkę przez układ pokarmowy i powoduje, że gospodarz przestaje się rozmnażać, a następnie ginie.
Projekt podejmuje próbę łączenia badań nad pasożytami i ich ewolucją z badaniami globalnego ocieplenia w ekosystemach wodnych.
W nauce jest to bardzo gorący temat. Można powiedzieć, że wszyscy się tym zajmują. Jedną z unikalnych cech naszego projektu jest system, jaki wybraliśmy, czyli układ konińskich jezior podgrzanych. Woda w nich jest wykorzystywana do chłodzenia elektrowni. Dzięki temu mamy unikalny model ocieplenia jezior pod wpływem przewidywanych zmian w klimacie. W tych miejscach, w których prowadzimy badania, jest gradient temperatur, który odzwierciedla zmiany przewidywane przez model IPCC, czyli od około 1 do 4 stopni. Sytuacja ta ma miejsce od 60 lat, więc dzięki temu był czas na zmiany ewolucyjne pasożytów. Warto podkreślić, że tego typu badań nie ma, ponieważ nie mamy możliwości prowadzić tak długich eksperymentów i to w skali całego ekosystemu. Zakładamy, że pasożyt będzie szybciej się zmieniać, ewoluować i przystosowywać do cieplejszych warunków niż gospodarz. Chcemy także przeprowadzić ewolucję eksperymentalną w warunkach laboratoryjnych. Spodziewamy się, że pasożyty, które będą pochodzić z podgrzanych jezior, będą miały większą przewagę nad pasożytami, które weźmiemy z jezior kontrolnych niepodgrzanych. Tutaj należy wspomnieć o kolejnej nowości w naszym projekcie, czyli o uwzględnieniu zmian ewolucyjnych i to jednocześnie na poziomie fenotypu i genomu. Wcześniej testowano jedynie odpowiedź pasożytów zaraz po wzroście temperatury, bez uwzględnienia możliwości adaptacji ewolucyjnych.
Skąd w ogóle pomysł, aby te badania przeprowadzać w Wielkopolsce?
Rozwielitki są praktycznie w każdym zbiorniku. Jest to bardzo powszechny organizm i ważny składnik sieci troficznej jezior – stanowi pokarm dla ryb. Poza tym duże dafnie mogą kontrolować fitoplankton i zapobiegać jego zakwitom. Jeziorami konińskimi zajęliśmy się parę lat temu przy okazji badań przeprowadzonych przez Wydział Biologii dla Konina. Nasi naukowcy czy też badacze z innych uczelni już od lat prowadzą tam badania. Jest to teren dosyć klimatyczny, można rzec z filmów science-fiction. Co ciekawe, w jeziorach włączonych w system chłodzenia elektrowni są rośliny akwariowe, np. nurzaniec śrubowy, który naturalnie u nas nie występuje, ale w tych jeziorach jest na tyle ciepło, że on sobie świetnie radzi i dominuje w ich ekosystemach. Można także znaleźć szczeżuję chińską, która w Polsce występuje tylko w tych jeziorach i Odrze. To świetny poligon badawczy. Wspólnie z kolegami z Holenderskiej Akademii Nauk prowadzimy tam na przykład badania w ramach projektu NCN HARMONIA. Dotyczą one emisji metanu z jezior podgrzanych. Gaz ten jest 27 razy silniejszym gazem cieplarnianym od dwutlenku węgla. Nas interesuje, ile tego gazu jest emitowane do atmosfery, a jaka jego część zostaje wbudowana w sieć troficzną jezior, m.in. w biomasę dafni.
Czytaj także: Prof. Mariusz Lamentowicz. Torfowiska są potrzebne
Współpracujecie również z niemiecką uczelnią?
Projekt BEETHOVEN prowadzę razem z prof. Justyną Wolińską z Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei. w Berlinie. Poznałem ją na konferencji ‘wioślarkowej’ i od tamtego czasu staramy się współpracować. Jest światowej klasy ekspertką, specjalizującą się w ewolucji pasożytów Daphnia. Połączyliśmy siły i spróbujemy znaleźć odpowiedź na pytanie, jak te pasożyty z nią ewoluują, a także na pytania ogólne, które wszystkich będą interesować m.in. jaka jest reakcja organizmu na zmiany klimatyczne. Będziemy obserwować ewolucję w jeziorach, ale także wykonamy tzw. ewolucję eksperymentalną w laboratorium. Ze strony niemieckiej otrzymamy know-how w postaci najnowszych metod bioinformatyki ewolucyjnej czy genomiki.
Jak wygląda ewolucja eksperymentalna w laboratorium?
Przez rok będziemy prowadzić hodowlę tych pasożytów w różnych temperaturach, w kontrolowanych warunkach, a później będziemy porównywać genom z początku eksperymentu z tym, który uzyskamy po roku. Chcemy znaleźć polimorfizmy i mutacje związane z podwyższeniem temperatury. Prof. Justyna Wolińska ma już zmapowany cały genom tego pasożyta, więc na podstawie analiz molekularnych będziemy w stanie rozpoznać konkretne mutacje, które mogą decydować o termotolerancji różnych szczepów pasożyta. Będziemy także badać, jaka jest zmiana w zjadliwości i prewalencji.
Infekcje Daphni mogą również wpływać na cały ekosystem poprzez efekty kaskadowe. Co to oznacza dla nas?
Wyobraźmy sobie, że w ekosystemach jeziornych mamy rybę planktonożerną, która w tym wypadku żywi się dafniami, a te z kolei żywią się fitoplanktonem. Aby zwiększyć presję rozwielitek na fitoplankton można działać poprzez zwiększenie obsady drapieżników, które wyjadają ryby planktonożerne. Przez to zmniejszamy presję na Daphnia i jednocześnie pośrednio zwiększymy ją na fitoplankton. Dzięki temu uzyskamy efekt kaskady od drapieżnika do fitoplanktonu, co powinno w efekcie poprawić czystość wody. Jeżeli mówimy o pasożytach, to efekt może być negatywny. Jeżeli założymy, że wraz z ociepleniem nasz świat staje się bardziej chory, czyli jest bardziej rozpowszechnione pasożytnictwo wśród Daphnia, to z czasem okaże się, że zacznie ona wymierać i uwolnimy spod presji fitoplankton, co w sprzyjających warunkach może prowadzić do zakwitów wody. Spadnie też baza pokarmowa dla ryb, a to wpłynie na funkcjonowanie całej sieci troficznej w jeziorach. Projekt, ze względu na sezon, jeszcze się nie zaczął. Mamy jedynie wstępne wyniki z jezior konińskich. Ciężko wysnuć teraz jakieś wnioski. Na pewno te pasożyty są i występują we wszystkich jeziorach podgrzanych. Raz częściej, raz rzadziej. Nie wiemy jeszcze, od czego to zależy, ale o wynikach swoich badań z pewnością poinformujemy czytelników Życia Uniwersyteckiego.
