Infloririle cianobacteriene: inamicul toxic din apă
În tot contextul, un anume pericol a devenit tot mai frecvent pentru apele dulci și calitatea acestora în ultimii 10-15 ani. E vorba despre fenomenul înfloririi cianobacteriene. În ultimii ani, au fost raportate tot mai multe cazuri de înfloriri cianobacteriene, unele producându-se la latitudini care ar fi fost improbabile în urmă cu câteva decenii, din cauza temperaturilor scăzute din trecut.
În prezent, civilizația umană atinge tot mai multe limite pentru ceea ce poate suporta natură, iar ecosistemele acvatice sunt printre cele mai afectate. Sursele de apă dulce (lacuri, râuri), sunt unele dintre cele mai diverse din punct de vedere biologic de pe Pământ și oferă servicii de neînlocuit atât pentru natură, cât și pentru societatea umană.
Astfel, deși reprezintă doar 2% din suprafață planetei, și mai puțin de 0.01% din volumul total de apă, ecosistemele de apă dulce găzduiesc peste 140.000 specii (~12% dintre toate speciile cunoscute). În plus, apele dulci asigură o serie de servicii critice pentru populația umană: hrană, apă potabilă, generarea de energie, transport, activități recreaționale.
De aceea, este important să conștientizăm că apele dulci sunt o sursă naturală regenerabilă, însă finită, și care în ultimele decenii sunt tot mai amenințate de diverse activități umane: poluare, pescuitul excesiv, introducerea de specii noi, fragmentarea și modificarea cursului râurilor, modificarea regimului precipitațiilor și nu în ultimul rând, de schimbările climatice.
Pe lângă toate acestea, un alt pericol tot mai frecvent pentru apele dulci și calitatea acestora, în ultimii 10-15 ani, este reprezentat de un fenomen cunoscut ca „înfloriri cianobacteriene”.
Cianobacteriile sunt un tip de bacterii care trăiesc în apă, și care fac fotosinteză. Sunt printre cele mai vechi forme de viață de pe planetă, dovezile fosile arătând că au apărut cu ~2.4 miliarde de ani în urmă. În plus, cianobacteriile probabil că sunt organismele cu cel mai mare impact asupra vieții de pe Pământ, deoarece au generat oxigenul din atmosfera, cu aproape 2 miliarde de ani înainte de apariția primelor plante terestre.
Cu toate acestea, cianobacteriile pot fi dăunătoare. În anumite condiții, precum temperatura ridicată și poluare cu nutrienți – în special surse de azot și fosfor, cianobacteriile pot să se dezvolte excesiv, cauzând așa-numitele „înfloriri” (cyanobacterial blooms). În timpul unei înfloriri, cianobacteriile se adună la suprafață apei, asemeni unei spume de culoare verde, care poate atinge 2-3 cm grosime.
Câine înotând în apa unui lac în care s-a dezvoltat o înflorire cianobacteriană.
Acest fenomen, care poate dura cateva zile, blochează accesul luminii în apă și scade brusc concentrația oxigenului, cu consecințe dramatice pentru pești și zooplancton. În plus, multe specii/tulpini de cianobacterii au potential toxic, producând hepatotoxine, neurotoxine sau dermatoxine, care pot fi fatale atât animalelor, cât și oamenilor care intră în contact cu acestea.
Înfloririle cianobacteriene și consecințele acestora.
Impactul înfloririlor cianobacteriene
În 1997, 60 de pacienți ai unui spital de hemodializă din Caruaru, Brazilia au decedat din cauza faptului că apa cu care era alimentat spitalul provenea dintr-un lac în care se dezvoltase o înflorire masivă de cianobacterii toxice. Există și alte exemple, din fericire nu la aceeași scară.
Există și multiple cazuri de intoxicare a animalelor, ca urmare a expunerii la înfloriri cianobacteriene, primele fiind semnalate cu peste 180 ani în urmă. Numeroase animale domestice și pești mor în fiecare an ca urmare a intrării în contact cu apa unor lacuri/ eleștee/ bălți piscicole din întreaga lume. În general, cele mai expuse animale sunt cele cu acces la corpuri de apă aflate în imediata apropiere a fermelor, aici desfășurându-se în general activități agricole care implică folosirea de îngrășăminte/fertilizatori, lucru ce în final favorizează dezvoltarea cianobacteriilor.
În ultimii ani, au fost raportate tot mai multe cazuri de înfloriri cianobacteriene, unele producându-se la latitudini care ar fi fost improbabile în urmă cu câteva decenii, din cauza temperaturilor scăzute din trecut. În prezent însă, încălzirea globală este unul dintre principalii factori care cauzează apariția tot mai frecventă a acestui fenomen. Pentru că cianobacteriile sunt favorizate de temperatura ridicată, estimările sugerează o creștere și mai accentuată a înfloririlor în următorii ani.
În egală măsură cu creșterea temperaturii, înfloririle cianobacteriene sunt favorizate de fenomenul de eutrofizare (poluare cu nutrienți), care se referă la creșterea excesivă a surselor de azot, fosfor și alte elemente chimice în apă, ca urmare a activității umane (ferme de animale, folosirea excesivă a fertilizatorilor care ajung în pânza freatică, deversări ilegale și altele).
În ultimii 20 de ani, fenomenul de eutrofizare a luat amploare, iar împreună cu temperaturile tot mai ridicate crează condițiile ideale pentru dezvoltarea infloririlor cianobacteriene. De aceea, este de la sine înțeles faptul că acest fenomen va fi tot mai frecvent în viitor, în lipsa unor măsuri concrete.
Astfel, încălzirea globală va conduce probabil la dezvoltarea înfloririlor cianobacteriene în zone noi, cum ar fi nordul sau sudul planetei, odată cu creșterea temperaturii.
Soluții pe termen scurt
Ca urmare a faptului că frecvența infloririlor cianobacteriene a crescut alarmant în ultimii ani, oamenii de știință au încercat să pună la punct diverse metode, cu acțiune imediată, pentru a controla acest fenomen. O astfel de metodă constă în tratarea apei lacurilor cu algicide (cianobacteriile sunt un tip de microalge).
Astfel, dezvoltarea cianobacteriilor poate fi oprită, însă cu un inconvenient major: algicidele acționează și asupra celorlalte tipuri de microalge din apă (alge verzi, diatomee etc.), care reprezintă sursă principala de hrană pentru zooplancton, adică organismele nevertebrate mici, care la rândul lor servesc ca hrană pentru unii pești. De aceea, această soluție este mai degrabă evitată, având în vedere că poate produce dezechilibre majore în lanțul trofic.
O altă metodă constă în folosirea apei oxigenate (H2O2), cu acțiune selectivă împotriva cianobacteriilor. La rândul sau, această soluție vine cu unele dezavantaje: este costisitoare, iar în unele cazuri poate să ducă la creșterea concentrației toxinelor produse de cianobacterii (Chen și colab., 2021).
Dragarea lacurilor, care constă în excavarea/remodelarea sedimentului unui lac, reprezintă o metodă prin care infloririle cianobacteriene pot fi controlate. Prin această metodă, coloana de apă este amestecată, scăzând astfel gradul de stratificare a apei, fenomen cauzat în primul rând de temperaturile ridicate și care avantajează dezvoltarea cianobacteriilor.
Dezavantajele ar fi că este o soluție costisitoare, în special pentru lacurile cu suprafață mare, și de asemenea este aplicabilă doar lacurilor puțîn adânci. O metodă care și-a dovedit eficientă este folosirea unor minerale care precipită (leagă) fosforul din masa apei.
În prezent există cel puțin două produse disponibile comercial (PhosLock și BentoPhos), care scad semnificativ sursele de fosfor din apă, ceea ce duce la încetinirea creșterii cianobacteriilor. La rândul sau, această metodă este costisitoare, în special în cazul lacurilor cu suprafață mare.
La Institutul de Cercetări Biologice din Cluj lucrăm la o soluție de a controla înfloririle cianobacteriene, bazată pe resurse naturale. Astfel, încercăm să „antrenăm” alte tipuri de microalge, care nu sunt toxice, care nu formează înfloriri și pot combate cianobacteriile.
Concret, cultivăm aceste microalge în laborator, la temperaturi cu 4°C - 5°C mai ridicate decât cele ambientale, încercând astfel să le adaptăm la condițiile unui val de căldură, când înfloririle cianobacteriene se produc. Testele din laborator sunt promițătoare, urmând ca în vara acestui an să efectuăm și primele teste în natură.
Soluții pe termen mediu și lung
Principalul dezavantaj al soluțiilor pe termen scurt este acela că deși pot să fie eficiente, ele nu îndepărtează în definitiv sursă problemei, astfel că infloririle cianobacteriene vor reapărea cu prima ocazie când condițiile le vor fi favorabile. Așa cum am arătat mai sus, principalii doi factori, cu acțiune sinergica, care cauzează infloririle cianobacteriene, sunt: temperatura ambientală tot mai ridicată, și poluarea cu nutrienți. În consecință, orice încercări de a limita, pe termen lung, apariția acestor fenomene, treuie să țînă cont de acești factori.
Limitarea încălzirii globale este de dorit, însă probabil este cel mai dificil de obținut, țînând cont de faptul că această este o consecință a emisiilor ridicate de gaze cu efect de seră, produse de societatea umană în ansamblu.
O soluție mult mai la îndemână constă în reducerea concentrației nutrienților din apă, adică restaurarea condițiilor trofice din urmă cu 70-80 de ani. În acest sens există numeroase exemple de succes, în special în țările din centrul și vestul Europei.
Concret, câteva potențiale soluții sunt:
Blocarea / redirecționarea sistemelor de canalizare din aria zoană lacurilor către alte zone;
Dezvoltarea unor tehnologii mai eficiente de tratare a apelor reziduale;
Limitarea/controlul utilizării biofertilizatorilor în agricultură, în zonele din apropierea lacurilor;
Monitorizarea pe termen lung a calității apei;
Adoptarea și implementarea unor politici de mediu corespunzătoare.
Cum trebuie acționat pe termen lung pentru a controla înflorirea cianobacteriană?
Reducerea aportului de nutrienți din apă este un pas absolut necesar pentru controlul înfloririlor cianobacteriene. Deși există și soluții pe termen scurt, acestea nu rezova problema decât în aparență, și pe moment. În plus, vin la pachet cu unele dezavantaje atât pentru mediul natural, cât și pentru societate, prin prisma costurilor pe care le implică. În schimb, managementul nutrienților poate îmbunătăți calitatea apei pentru mulți ani, chiar decenii.
Ținând cont de gradul în care activitatea umană a acaparat suprafață planetei, stabilirea unor ținte mai ambițioase de restaurare a mediului este prioritară. Totodată, pentru a avea ape mai curate, pentru a menține biodiversitatea, și în general pentru a avea o natură mai sănătoasă, continuarea eforturilor de limitare a încălzirii globale este absolut necesară.
Dr. Bogdan Drugă
Este biolog, specialist în microalge și în microbiologie ambientală și pasionat de înțelegerea fenomenului schimbărilor climatice. După obținerea doctoratului din partea Universității Babeș-Bolyai, a urmat un stagiu postdoctoral la Institutul Federal de Cercetări Acvatice din Zurich și un altul la Universitatea Tehnică din Darmstadt. În 2019 s-a întors în Romania unde a pus bazele unui grup de cercetare axat pe studiul impactului schimbărilor climatice asupra microorganismelor din apele dulci.
Primăvara păsărilor și a gâzelor – o simfonie tulburată de încălzirea globală
Astăzi, în lumea din jurul nostru, florile înfloresc prea devreme şi păsările cântă prea târziu, din toată splendoarea și armonia primăverii rămâne încet, încet numai astenia ei. Încălzirea globală a rupt primăvara în două – primăvara gâzelor și primăvara păsărilor.
Astăzi, în lumea din jurul nostru, florile înfloresc prea devreme şi păsările cântă prea târziu, din toată splendoarea și armonia primăverii rămâne încet, încet numai astenia ei. Încălzirea globală a rupt primăvara în două – primăvara gâzelor și primăvara păsărilor.
Teoretic primăvara începe, în emisfera nordică, la echinocțiul de primăvară, în 21 martie. Practic, așa cum forma termenului ce marchează începutul primăverii este discutabilă, “echinocţiu” sau “echinox”, discutabil rămâne şi începutul primăverii.
Dacă vorbim despre un spațiu extins, cum ar fi de exemplu un teritoriu întins din lunca Dunării şi până pe Acoperişului Lumii, în Tibet, ne-ar fi ușor să înțelegem că primăvara debutează în perioade diferite, în anumite puncte din acest enorm interval. Mirarea însă vine din faptul că lucrurile stau tot așa și în doi metri pătrați de grădină, din spatele casei sau din parcul din fața blocului, acolo, în acel spațiu îngust, primăvara începe în momente diferite pentru diversele vietăți.
Primăvara gâzelor și a florilor
Pentru multe specii de animale și plante care trăiesc în zona temperată, acolo unde avem patru anotimpuri, temperatura comandă ciclicitatea vieții lor, a timpului biologic pe care îl trăiesc. Sosirea primăverii este dată de creșterea temperaturii, de venirea căldurii. În felul acesta, dacă după topirea zăpezii urmează câteva zile de soare, cu temperaturi ce depășesc 5 – 6 grade C, plantele încep să înmugurească iar gâzele, moluștele și alte orătănii, plasate biologic mai spre baza arborelui filogenetic al viului, ies din somnul letargic al iernii şi își încep viața. Pentru ele începe primăvara, plante înmuguresc și înfloresc, insectele zboară, se hrănesc, se împerechează, își depun ouăle din care ies larvele care o să “umple lumea” spre sfârșitul primăverii.
Se întâmplă astfel ca uneori, în trecut în ani de excepție iar astăzi - datorită încălzirii globale, aproape în fiecare an, să avem copaci înfloriți și gâze multe prin ianuarie sau februarie. În aceste luni de iarnă, după câteva zile calde zăpada se topește și găsim câte o floare de primăvară înflorită. Ne bucurăm de ea, de venirea primăverii, însă imediat o voce din minte ne trezeşte la realitate “Cu o floare nu se face primăvară!”- la realitatea noastră, a oamenilor.
Și așa este căci după aceste zile calde urmează imediat niște zile extrem de reci, cu gheață și polei. E ca și cum știm de mii de ani că primăvara așteptată de noi e diferită de primăvara așteptată de flori şi gâze. Nu doar pentru noi oamenii, ci pentru majoritatea animalelor cu sânge cald, printre care și păsările. Căci pentru ele începutul primăverii nu este marcat de creșterea temperaturii ci de creșterea fotoperioadei.
Primăvara păsărilor
Cuib de Erete de stuf, la Sic, jud. Cluj.
Dacă roata vieții gâzelor şi a plantelor este controlată de temperatură, și ciclurile vieții lor încep atunci când vremea se încălzește, viața multor animale, aflate mai sus pe arborele filogenetic este cârmuită de lumină. Fotoperioada – durata luminii dintr-o zi, este cea care dă startul ciclurilor de viață ale acestora animale, printre care ne numărăm și noi, oamenii.
Creșterea perioadei de lumină dintr-o zi este semnalul principal al venirii primăverii. În acest fel păsările “știu” când să își înceapă cântecul, să își caute perechea, așa cum multe alte animale își încep printr-o explozie de energie ciclul reproductiv. Primăvara, pentru acest plan al viului înseamnă lumină, parcă și noi oamenii vedem mai bine culorile și lumea din jur, simțim cum ieșim din amorţeala iernii.
Noi, ca şi restul animalelor pentru care lumina contează în ciclul vieții, ne-am dezvoltat un organ cu care percepem venirea primăverii, un al treilea ochi care numără minutele de lumină – epifiza. Este o glandă minusculă, aflată undeva la mijlocul axului imaginar ce pleacă dintre sprâncene și treversează craniul nostru. Este pe drept cuvânt un “al treilea ochi” pentru că are o structură foarte asemănătoare cu retina ochiului nostru, și pentru că la unele reptile și amfibieni se chiar deschide în exterior, în creştetul capului. Aceste animale chiar au trei ochi! În istoria devenirii noastre culturale am știut mereu de existent acestui ochi și în unele culturi, cum este cea indiană, l-am marcat printr-un punct roşu.
Acest al treilea ochi, prin semnale chimice, dă startul cascadei de hormoni care marchează începutul unui ciclu biologic, aşa cum tot el blochează aceste cicluri odată cu finalul primăverii sau cu începutul toamnei, atunci când fotoperioada scade. Din pricina asta se întâmplă, ca uneori, în primăverile foarte reci şi mohorâte să vină berzele cu mult înaintea căldurii, vin datorită luminii. Creşterea perioadei de lumină dintr-o zi le dă semnalul primăverii, aşa cum scăderea perioadei le dă semn că vine toamna şi le pun pe drum pe cele migratoare.
Primăvara întregului viu
Cum, “toate sunt legate de toate” întreg ciclul viului s-a echilibrat de milioane de ani şi până mai ieri funcţiona ca o orchestra condusă de o baghetă magistrală. Ne e uşor să înţelegem că primăvara venea şi cu lumină şi cu căldură.
De la jumătatea lui martie vremea se încălzea şi insectele ieşeau la lumină, florile înfloreau şi hrăneau cu nectarul lor toată hoarda de gaze care spre jumătatea lui aprilie se înmulţeau umpleau câmpurile. Imediat după jumătatea lui martie începea să crească ziua şi să scadă noaptea, era un semn pentru păsări că vine primăvara, începeau să cânte, îşi găseau perechea, îşi construiau cuibul şi cloceau ouăle ca pe la jumătatea lui aprilie să iasă puii, pui pe care îi hrăneau cu insectele, care fix în aceea perioadă erau în număr foarte mare. Curba de creşterea a temperaturii se sincroniza cu cea de creşte a fotoperioadei şi această sincronizare controla şi unea o mare parte a viului.
Am spus toată povestea “la trecut” deoarece astăzi “ceva” a desincronizat orchestra. Încâlzirea globală este cauza acestei debusolări a viului. În acest fel, din perspectiva insectelor şi a plantelor primăvara vine mai repede, căci vremea se încălzeşte de la jumătatea lui februarie şi astfel ciclul vieţii lor este urnit cu aproape o lună mai devreme pe când primăvara pentru păsări vine aşa cum a venit de când e lumea, odată cu creşterea zilei.
Încălzirea globală este un fenomen pe care îl trăim şi pe care dacă suntem atenţi îl simţim de la un an la altul. Printre cauzele încălzirii globale sunt și gazele cu efect de seră, emise de arderea combustibilului, de industrie, de fermele de animale şi de agricultură. Aceste gaze ajung în cantitate enormă în atmosferă, înmagazinează căldura în ele şi o păstrează, eliminând-o lent. Sunt asemenea cărămizilor pe care uneori, în casele de la munte, iarna, bunicii noştri le puneau ziua lângă sobă iar seara, învelite în pături le punea pe marginea patului ca să le ţină de cald. Cărămizile strângeau căldura de peste zi în ele iar seara o eliminau treptat. Tot aşa fac şi gazele cu efect de seră, înmagazinează în ele căldura pe care o elimină treptat în timpul nopţii. Dimineaţa soarele încălzeşte atmosfera care seara se răceşte la o anumită temperatură după care se reâncălzeşte iar, începând cu dimineaţa următoare.
Odată cu creşterea emisiilor de gaze, ziua soarele încălzeşte atmosfera şi gâzele ei, acestea, peste noapte elimină temperatura treptat, dar atmosfera nu ajunge să se răcească destul de mult până dimineaţa, când începe un nou ciclu de încălzire şi astfel, de-a lungul anilor o cantitate tot mai mare de căldură se păstrează în atmosferă şi totul devine din ce în ce mai cald.
Această desincronizare dintre lumină şi căldură afectează, în povestea noastră, în principal păsările, care, dacă înainte scoteau pui atunci când cantitatea de insecte era cea maximă, astăzi, pentru că ciclul insectelor începe mai devreme, puii ies atunci când cantitatea insectelor începe să scadă. Neavând mâncare destulă au un succes reproductiv scăzut şi rata de supravieţuire a puilor scade. Pe lângă rolul pe care îl au în viaţa păsărilor, insectele au nenumărate alte roluri în complexitatea sistemului ce înconjoară Terra, aşa cum şi păsările au rolurile lor în această reţea. Dereglările unei mici rotiţe din ceas va afecta funcţionarea întregului sistem tot aşa cum dereglările apărute în reţeaua viului vor afecta întreaga biosferă.
Astăzi, în lumea din jurul nostru parcă florile înfloresc prea devreme şi pare că păsările cântă prea târziu, din toată splendoarea primăverii râmâne încet, încet numai astenia ei. Pe cât de frumoasă pare povestea primăverii pe atât de tragică ni se dezvăluie în amănuntele ei curente. Lucrurile însă se pot schimba, lumea se mobilizează şi oamenii caută soluţii, nu este deloc târziu să facem ceva ca Natura să își recapete armonia.
Dr. Alexandru N. Stermin
Alexandru N. Stermin este biolog și explorator. Predă la Facultatea de Biologie și Geologie a Universității Babeș-Bolyai din Cluj cursuri de anatomia comparată a vertebratelor, neurobiologie şi evoluţia creierului, etologie, bioetică, modificări globale și ecologie umană. A participat la expediții în jungla Americii de Sud și în Siberia, a fost bursier la Universitatea din Greifswald și la Universitatea de Stat din Rio de Janeiro. Se implică activ în popularizarea științei și conservarea naturii. În 2015 a contribuit la seria Fauna României (Păsări) publicată de Academia Română. În 2017 și a lansat prima carte, Jurnalul unui ornitolog, iar în 2021 Călătorie în jurul omului, care a devenit un bestseller Humanitas. Scrie articole în revistele Sinteza și National Geographic. A primit din partea Universității Babeș Bolyai Premiul de Excelență pentru implicarea culturală și deschiderea spre comunitate (2021) şi Premiul de Excelență în Educaţie (2022).