Sinice (cyjanofity, cyjanobakterie)

Sinice należą do bakterii i zaliczane są do najstarszych organizmów występujących na Ziemi. Większość sinic wykazuje dużą zdolność przystosowania się do warunków środowiska. Mogą osiedlać się w najbardziej niegościnnych ekosystemach. Występują w glebie, na skałach, na korze drzew, na lodowcach, a nawet w gorących źródłach, gdzie temperatura może dochodzić do 90°C. Występują zarówno w wodach słonych jak i śródlądowych, unosząc się swobodnie w toni wodnej pośród innych grup fitoplanktonu lub tworząc maty bentosowe na dnie zbiorników. Mogą wykorzystywać szerokie spektrum światła, są odporne na złe warunki tlenowe, tolerują wysokie wartości pH. Gdy zagęszczenie sinic w wodzie nie jest zbyt duże, są one – obok innych grup organizmów – ważnym składnikiem ekosystemów wód naturalnych. Ponadto produkują życiodajny tlen.

Sinice w czasie zakwitów w wodzie mogą stanowić niepożądany składnik biocenozy, ponieważ niektóre szczepy wydzielają substancje trujące. Zakwity sinic są szkodliwe dla osób wypoczywających nad wodą, powodują spadek bioróżnorodności ekosystemów wodnych i mają szkodliwe oddziaływanie na sieci troficzne.

Podstawowe informacje

Sinice to w większości organizmy samożywne, mające zdolność wytwarzania związków organicznych na drodze fotosyntezy. Niektóre sinice mają zdolność asymilacji azotu atmosferycznego. Asymilacja jest możliwa dzięki tzw. heterocytom, tj. komórkom otoczonym grubą ścianą komórkową i posiadającym uwsteczniony aparat fotosyntetyczny (brak produkcji tlenu). W takich warunkach nitrogenaza (enzym asymilujący azot) może działać poprawnie. Związany azot przesyłany jest przez tzw. plasmodesmy (łączenie heterocyty z protoplastami sąsiadujących komórek).

Zdolności te sprawiają, że sinice mogą być organizmami pionierskimi. Można je spotkać w prawie każdym środowisku na Ziemi, są odporne na długotrwałe susze czy wysokie temperatury gorących źródeł, a nawet wysokie zasolenie czy kwasowość podłoża. Do termofili należą m.in. Mastigocladus laminosus, Oscillatoria filiformis, Phormidium laminosum, Synechococcus lividus. Sinice współżyją również z roślinami bądź jako epifity, bądź jako endofity (Anabaena azollae w paproci Azolla), jak i ze zwierzętami i protistami (w Paulinella chromatophora). Endosymbiotyczne sinice nazywane są cyjanellami, a cały organizm cyjanomem. Niektóre gatunki współtworzą porosty.

Sezonowość masowych zakwitów cyjanobakterii jest naturalnym zjawiskiem występującym w przyrodzie, któremu towarzyszy zmętnienie wody i jej zabarwienie. Cechy sinic decydujące o ich dominacji w fitoplanktonie:

• mogą wykorzystywać szerokie spektrum światła
• dzięki heterocytom mogą wiązać azot atmosferyczny
• obecność wakuol gazowych umożliwia im pływalność w toni wodnej
• dzięki dużym rozmiarom są bardziej odporne na wyjadanie przez zooplankton
• produkują toksyny, które mogą wpływać hamująco na rozwój innych organizmów

Znaczenie sinic

Tworzenie tlenu w atmosferze ziemskiej

Sinicom jako mieszkańcy Ziemi wiele zawdzięczamy. Były to bowiem jedne z pierwszych mikroorganizmów, które zaczęły jako źródło energii wykorzystywać światło słoneczne, aby z wody pozyskiwać wodór. Skutkiem ubocznym ich działania był tlen.

2,5 mld lat temu Ziemia była skuta lodem i wyglądem zewnętrznym przypominała śnieżkę. Stężenie tlenu w atmosferze było ponad 100 tys. razy niższe niż obecnie. Fotosyntetyzujące sinice (cyjanobakterie) zaczęły wówczas proces wytwarzania tlenu do ziemskiej atmosfery. Nagromadzony produkt uboczny umożliwił pojawienie się wyższych organizmów, które używały tlenu do oddychania.

Dzięki ścisłej współpracy (symbiozie) pomiędzy grzybami a sinicami, powstały radzące sobie w trudnych warunkach porosty, które jako pierwsze zasiedlają wulkaniczne wysepki, występują w tundrze, na pustyniach, w wysokich górach czy na skałach.

Właściwości trujące

Niektóre szczepy cyjanobakteri wydzielają toksyny które są szczególnie niebezpieczne gdy pojawią się w zbiornikach wodnych powodują ich zakwit.

Zakwitem wody nazywamy zmianę zabarwienia wody spowodowaną masowym namnażaniem się glonów. Gdy zakwit sinicowy rozwija się i trwa, wpływa on niekorzystnie na wygląd, jakość i użyteczność zbiornika wodnego. Zabarwienie zbiornika jest różne: niebiesko-zielone, szaro-zielone, zielonkawo-brązowe oraz niekiedy czerwono-brązowe. Zależy to od gatunków tworzących kożuch, intensywności światła i wieku zakwitu. Wiele gatunków może wydzielać zapachy zatęchłe, ziemiste, lub trawiaste. Takie zakwity glonów czasami mogą tworzyć piany na brzegu zbiornika.

Podczas bezwietrznej pogody niektóre sinice mogą unosić się ku powierzchni wody i tworzyć tam kożuchy. Wyglądają wówczas jak rozlana farba, galaretka lub płatki pływające po powierzchni wody. Kożuchy sinicowe mogą szybko tworzyć się podczas bezwietrznych dni, jednak tak samo szybko mogą zniknąć, gdy nagle zerwie się wiatr i wzrośnie falowanie. Zakwity wody mogą być spowodowane masowym występowaniem jednego, dwóch lub wielu gatunków mikroorganizmów – zazwyczaj są to sinice, jednak w sprzyjających warunkach mogą to być również zielenice, złotowiciowce, kryptofity lub bruzdnice i okrzemki (zwłaszcza w morzach i oceanach).

Przewidywanie występowania zakwitów wody jest bardzo trudne, gdyż istotne znaczenie mają tu zmienne warunki pogodowe, takie jak nasłonecznienie, wiatr czy deszcz. Dlatego nie da się przewidzieć, kiedy się pojawi i jak długo będzie utrzymywał się zakwit w danym zbiorniku wodnym. Z reguły w miejscach osłoniętych od wiatru, zatoczkach, gdzie jest mniejsze falowanie i mieszanie wód, zakwit może utrzymywać się znacznie dłużej niż na otwartej przestrzeni.

Czynniki środowiska wpływające na pojawianie się sinicowych zakwitów wody

• temperatura wody powyżej 16-20°C – choć znane są zakwity sinic i w niższych temperaturach
• substancje biogeniczne takie jak związki azotu i fosforu – które przedostają się z wodami rzek jezior, Bałtyku. To także m.in. nawozy, które spływają z pól, a które następnie „użyźniają” wodę.
• słaby wiatr
• niewielkie mieszanie kolumny wody
• brak opadów

Okazuje się również, że sinice potrafią pobierać azot nie tylko z związków azotu w wodzie, jak inne organizmy planktonowe, ale po wyczerpaniu się jego zapasów, także z powietrza, budując w ten sposób swoją przewagę. Sinice mogą pobierać także fosfor z osadów dennych, który kumuluje się tam jako element rozkładu martwych organizmów i w warunkach beztlenowych może przechodzić z powrotem do wody.

Z powodu zakwitów wody rokrocznie zamykane są nie tylko nadmorskie kąpieliska, ale także brzegi rzek i jezior. Kąpiel w zbiorniku wodnym zajętym przez toksyczne sinice może powodować silne podrażnienia skóry i oczu, bóle głowy, a także wymioty jeśli woda dostanie się do przewodu pokarmowego. Szczególnie niebezpieczne są dla dzieci i osób starszych. Toksyny mogą znajdować się także w aerozolach obecnych przy brzegach zbiorników wodnych. Jeśli wdychamy takie aerozole możemy mieć problemy z oddychaniem. Na szczęście problem ten szybko mija, gdy oddalimy się od brzegu.

W Morzu Bałtyckim toksyczne zakwity tworzy gatunek Nodularia spumigena, chociaż w przybrzeżnych wodach odnotowuje się również liczne występowanie typowo słodkowodnych gatunków zwłaszcza z rodzaju Dolichospermum jak i Microcystis. Nie stwierdzono, by szczepy Apahnizomenon flosaque występujące w Bałtyku produkowały toksyny, w przeciwieństwie do szczepów słodkowodnych.

Niebezpieczne toksyny sinic:

• hepatototoksyny – spośród tych związków działających toksycznie na komórki wątroby, wyróżniamy mikrocystyny oraz nodularyny. Niewielkie dawki hepatotoksyn w wodzie pitnej wywołują u ludzi przejściowe zaburzenia żołądkowe, jelitowe, wątrobowe, wysypkę, gorączkę, wymioty, biegunkę, ostre uszkodzenie wątroby, przyspieszają rozwój guzów nowotworowych. Istnieje duże prawdopodobieństwo, że systematyczne przyjmowanie niewielkich dawek toksyn prowadzi do chronicznych zaburzeń funkcjonowania układu pokarmowego i wątroby. Przy silnym zatruciu mogą wystąpić wewnętrzne krwotoki, niewydolność wątroby, co może prowadzić do śmierci organizmu. Hepatotoksyny są substancjami stabilnymi w wysokiej temperaturze, zatem gotowanie wody nie powoduje ich rozpadu. Bardzo wolno ulegają dekompozycji w wodzie. Są bardzo stabilne zarówno w środowisku kwaśnym, jak i zasadowym, tak więc soki żołądkowe oraz żadne enzymy trawienne nie są w stanie ich rozłożyć.
• neurotoksyny – odpowiedzialne są za zaburzenia funkcjonowania układu nerwowo-mięśniowego. W krótkim czasie po zatruciu występują objawy w postaci drżenia mięśni, zachwiania równowagi oraz dolegliwości brzuszne. Atak na mięśnie oddechowe powoduje konwulsje (na skutek niedotlenienia mózgu) i może doprowadzić do śmierci (często w zaledwie kilku minut) następuje poprzez uduszenie w wyniku uszkodzenia mięśni oddechowych.
  • w Bałtyku często pojawiają się zakwity gatunku Nodularia spumigena, który wydziela nodularynę. To związek z grupy silnych hepatotoksyn, który według niektórych badań może wykazywać działanie rakotwórcze.
• dermatotoksyny – do których zalicza się debromoaplysiatoksynę lyngbyatoksynę oraz aplysiatoksynę syntetyzowane przez sinice z rodzaju Lyngbya, Schizothrix i Oscillatoria, są przyczyną chorób skórnych. Objawy w postaci swędzenia skóry, pieczenia, obrzęku czy zaczerwienienia pojawiają się po kilku godzinach od kąpieli w wodzie zawierającej te toksyny.
• trwają badania nad hipotezą związku obecności sinic w pożywieniu ludzi, z zapadalnością na choroby neurologiczne (SLA)

Pojawienie się sinic niesie też za sobą poważne koszty społeczne. Częstsze zamykanie kąpielisk może prowadzić do zmniejszenia popytu na wakacje nad wodą i spadku dochodów lokalnych przedsiębiorców.

Zakwity sinic szkodliwe są jednak nie tylko dla osób wypoczywających nad wodą. Powodują spadek bioróżnorodności ekosystemów wodnych i mają szkodliwe oddziaływanie na sieci troficzne. Snicowe kożuchy blokują możliwość rozwoju morskiej faunie i florze. Masowe zakwity glonów i sinic powodują zmętnienie wody i ograniczają jej przejrzystość. Gdy zakwit się skończy a sinice obumrą i opadną na dno zbiornika, rozkładane są przez bakterie tlenowe. W tym procesie intensywnie zużywany jest tlen, którego po pewnym czasie zaczyna brakować żyjącym tam organizmom. Gdy brakuje tlenu, rozkład kontynuowany jest przez bakterie beztlenowe, które uwalniają do środowiska szkodliwy dla organizmów siarkowodór.

Dla organizmów wodnych sinice są marginalnym źródłem pożywienia, gdyż zawierają mało substancji łatwo przyswajalnych. Ponadto forma nitkowata ich kolonii jest utrudnieniem dla typowych fitoplanktonożerców. Nici sinic dostając się do aparatów filtracyjnych wioślarek mechanicznie je blokują, utrudniając dalszą filtrację. W skrajnych przypadkach takie oddziaływanie może prowadzić do zmniejszenia liczebności dużych planktonożerców (nici sinic są zbyt duże, by dostać się do aparatów filtracyjnych małych wioślarek).

Pozytywne oddziaływanie

Dla człowieka poza niekorzystnym działaniem (zakwity, toksyny sinicowe) sinice mają również wpływ pozytywny. Wykorzystuje się je do wzbogacania gleby w związki azotowe, np. wprowadzone do upraw ryżu zwiększają plon o około 20%.

Gospodarka cyrkulacyjna wykorzystuje biomasę sinic, zamieniając ją w produkty używane przez człowieka. Sinice są bogatym źródłem związków biologicznie aktywnych. Wiele z nich znalazło zastosowanie w medycynie, kosmetyce, rolnictwie. Są wykorzystywane do wzbogacania gleby w związki azotowe, a także jako herbicydy i insektycydy. Metabolity sinicowe mają działanie immunosupresantów, leków antybakteryjnych, antyrakowych, a syntetyczne analogi peptydów sinicowych testowane są jako środki przeciwzakrzepowe krwi. Metabolity sinic (w tym hepatotoksyny) mają wielki potencjał w leczeniu chorób, takich jak choroba Parkinsona, rak, białaczka szpikowa lub przerost serca.

Przeciwdziałanie zakwitom sinic – co można zrobić?

Z pewnością można powiedzieć, że zakwity wód są bardziej intensywne w wyniku ocieplenia klimatu. Sprzyja im także zwiększenie ilości biogenów, które dostają się do środowiska w rezultacie działalności człowieka. Na przykład samochody wydzielają tlenki azotu, które mogą dostawać się do morza drogą atmosferyczną, albo wpierw wraz z deszczem opadać na ziemię, a potem przedostawać się do morza.

• nie myj samochodu w zbiornikach wodnych
• nie wylewaj ścieków ani nie wyrzucaj śmieci do rzek
• stosuj nawozy w odpowiedniej ilości
• dozuj środki piorące

źródło: materiały prasowe
Przyczyny występowania i zagrożenia wynikające z obecności potencjalnie toksycznych cyjanobakterii (sinic) w wodzie, sk.gis.gov.pl
Sinice, autorzy, licencja CC BY SA 4.0

Zagrożenia ekologiczne – dodatkowe informacje:

definicje, teorie, hipotezy, zjawiska:
antropocen, antropopresja, bezpieczeństwo ekologiczne, biologiczny potencjał Ziemi do regeneracji (biocapacity), bioremediacja, ekobójstwo (ekocyd), ekomodernizm, ekosystem sztuczny, ekoterroryzm, globalne zagrożenia ekologiczne, granice planetarne, hipoteza wypadających nitów (rivet popping), homogenocen, kapitalocen, katastrofy i klęski ekologiczne, katastrofy ekologiczne na świecie, klęski żywiołowe, masowe wymieranie, monokultura, komodyfikacja żywności (utowarowanie), plantacjocen, plastikoza, plastisfera (plastisphere), przeludnienie, syndrom przesuwającego sią punktu odniesienia, szóste masowe wymieranie (szósta katastrofa), tragedia wspólnego pastwiska, utrata bioróżnorodności, Wielkie przyspieszenie, zielony anarchizm, zjawisko przedniej szyby

degradacja środowiska:
akwakultura, betonoza (betonowanie miast), choroby odzwierzęce, górnictwo morskie, hodowla zwierząt, melioracja, monokultura, niszczenie siedlisk, przełownie, przemysł wydobywczy, przyłów, rolnictwo, spadek liczebności owadów, turystyka masowa, wylesianie (deforestacja), wypalanie traw

ozon i ozonosfera (warstwa ozonowa):
dziura ozonowa, freon (CFC)

zanieczyszczenie środowiska:
azbest, beton, bisfenol A (BPA), eutrofizacja, farmaceutyki, handel emisjami zanieczyszczeń, kwaśny deszcz, mikroplastik, martwe strefy, nanoplastik, neonikotynoidy, niedopałki papierosów, odpady niebezpieczne, pestycydy, polichlorowane bifenyle (PCB), przemysł tekstylny (włókienniczy). sieci widma, sinice, składowiska odpadów (wysypiska śmieci), smog, sól drogowa, sztuczne ognie (fajerwerki, petardy), tworzywa sztuczne (plastik), Wielka Pacyficzna Plama Śmieci, wycieki ropy naftowej, zakwaszenie wód (rzek, jezior, mórz i oceanów), zanieczyszczenie gleby, zanieczyszczenie hałasem, zanieczyszczenie powietrza, zanieczyszczenie światłem, zanieczyszczenie wody, związki per- i polyfluoroalkilowe (PFAS) – wieczne chemikalia

zmiany klimatu (kryzys klimatyczny):
blaknięcie (bielenie) raf koralowych, denializm klimatyczny (zaprzeczanie globalnemu ociepleniu), efekt cieplarniany, ekstremalne zjawiska, gazy cieplarniane, globalne ocieplenie, kryzys wodny, miejska wyspa ciepła (MWC), migracje gatunków, nawałnice, ocieplenie oceanu, wzrost poziomu mórz i oceanów, podtopienie, powódź, pożar lasu, przyducha, pustynnienie, susza, topnienie lodowców i lądolodów, topnienie lodu morskiego, trąba powietrzna, upał

klęski i katastrofy ekologiczne:
katastrofy jądrowe (nuklearne), katastrofy przemysłowe, największe katastrofy ekologiczne na świecie, największe katastrofy ekologiczne w Polsce, wycieki ropy naftowej

Czerwona księga gatunków zagrożonych, Czerwona Lista IUCN (The IUCN Red List):
gatunek wymarły (extinct EX), gatunek wymarły na wolności (extinct in the wild EW), gatunek krytycznie zagrożony (critically endangered CR), gatunek zagrożony (endangered EN), gatunek narażony gatunek wysokiego ryzyka (vulnerable VU), gatunek bliski zagrożenia (near threatened NT), gatunek najmniejszej troski (least concern LC)
Polska czerwona księga roślin, Polska czerwona księga zwierząt
gatunek inwazyjny (inwazyjny gatunek obcy IGO)

Poruszający i inspirujący do działania apel Davida Attenborough

Wiedza ekologiczna – dodatkowe informacje:
aforyzmy ekologiczne, biblioteka ekologa, biblioteka młodego ekologa, ekoprognoza, encyklopedia ekologiczna, hasła ekologiczne, hasztagi (hashtagi) ekologiczne, kalendarium wydarzeń ekologicznych, kalendarz ekologiczny, klęski i katastrofy ekologiczne, największe katastrofy ekologiczne na świecie, międzynarodowe organizacje ekologiczne, podcasty ekologiczne, poradniki ekologiczne, (nie) tęgie głowy czy też (nie) najtęższe umysły, znaki i oznaczenia ekologiczne

Dziękuję, że przeczytałaś/eś powyższe informacje do końca. Jeśli cenisz sobie zamieszczane przez portal treści zapraszam do wsparcia serwisu poprzez Patronite.

Możesz również wypić ze mną wirtualną kawę! Dorzucasz się w ten sposób do kosztów prowadzenia portalu, a co ważniejsze, dajesz mi sygnał do dalszego działania. Nad każdym artykułem pracuję zwykle do późna, więc dobra, mocna kawa wcale nie jest taka zła ;-)

Zapisz się na Newsletter i otrzymuj email z ekowiadomościami. Dodatkowo dostaniesz dostęp do specjalnego działu na stronie portalu, gdzie pojawiają się darmowe materiały do pobrania i wykorzystania. Poradniki i przewodniki, praktyczne zestawienia, podsumowania, wzory, karty prac, checklisty i ściągi. Wszystko czego potrzebujesz do skutecznej i zielonej rewolucji w twoim życiu. Zapisz się do Newslettera i zacznij zmieniać świat na lepsze.

Chcesz podzielić się ciekawym newsem lub zaproponować temat? Skontaktuj się pisząc maila na adres: informacje@wlaczoszczedzanie.pl

Więcej ciekawych informacji znajdziesz na stronie głównej portalu Włącz oszczędzanie