Przyczyny występowania i zagrożenia wynikające z obecności potencjalnie toksycznych cyjanobakterii (sinic) w wodzie

1. Informacje ogólne

Sinice (cyjanobakterie) taksonomicznie 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.

Cyjanobakterie mogą być jednokomórkowe (np. Synechococcus), kolonijne (np. Microcystis, Woronichinia) lub wielokomórkowe w postaci trychomów i nici (np. Aphanizomenon, Nodularia) (Zdj. 1 A-B). Cechą specyficzną niektórych cyjanobakterii jest obecność w komórkach wakuol gazowych (aerotopów) - czyli pęcherzyków wypełnionych gazem o składzie podobnym do powietrza.

A
B
Zdj. 1. Przykładowe formy morfologiczne potencjalnie toksycznych sinic występujących w polskich wodach A: kolonia Microcystis aeruginosa oraz B: trychomy Aphanizomenon flosaquae ułożone w charakterystyczne wiązki oraz skręcone nici Nodularia spumigena

Szczególną uwagę poświęca się cyjanobakteriom, które produkują związki toksyczne. 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. Cyjanobakterie występują we wszystkich zbiornikach wodnych, problemem stają się jedynie wówczas, gdy wzrasta ich ilość.

2. Zakwity wody

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 kożuchów sinicowych 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).

A
B
Zdj.2. Masowe zakwity sinic w jeziorach kaszubskich
A
B
Zdj. 3. Masowe zakwity sinic w Zatoce Gdańskiej

Nie należy mylić sinic z makroglonami, które mogą unosić się przy powierzchni wody w strefie brzegowej jezior czy Morza Bałtyckiego. Często fale wyrzucają na brzeg plaż te zielone maty, które choć nie wyglądają estetycznie i w wyniku rozkładu przez bakterie mogą wydzielać nieprzyjemny zapach, to same nie są szkodliwe i nie są źródłem toksyn.

Przyczyny pojawiania się zakwitów wody

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.

Czynniki środowiska wpływające na pojawianie się sinicowych zakwitów wody

  • temperatura wody powyżej 16-20°C (choć znane są zakwity sinic i w niższych temperaturach);
  • dostępność soli biogenicznych (zwłaszcza fosforanów);
  • słaby wiatr;
  • niewielkie mieszanie kolumny wody;
  • brak opadów.

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. Z drugiej strony, powszechnie wiadomo, gdyż wskazują na to liczne zdjęcia satelitarne - masowe pojawianie się toksycznej sinicy Nodularia spumigena obserwowane jest w centralnej części Morza Bałtyckiego. U wybrzeży Zatoki Gdańskiej masowy zakwit może być odnotowywany tylko na części plaż, a jest to związane z kierunkiem i siłą wiatru, który może przesuwać powierzchniowy zakwit nawet w ciągu kilku godzin. Z reguły nagłe załamanie pogody, silne wiatry, falowanie i mieszanie wód powodują rozbicie zakwitu, a w konsekwencji obumieranie komórek i opadanie ich na dno zbiornika.

Skutki zakwitów wody

Niezależnie od tego czy zakwity są spowodowane sinicami produkującymi związki szkodliwe czy nie, masowy ich rozwój jest zjawiskiem niekorzystnym. Zakwity sinic obniżają walory rekreacyjne kąpielisk. Wrażenie "zakwitów wody" mogą dawać też duże ilości pyłków drzew - zwłaszcza sosny, które wiosną mogą być przenoszone przez wiatr nawet na duże odległości i opadać na powierzchnię wody. Przez wiatr i falowanie wody pyłek może być przenoszony w przybrzeżną strefę jeziora, powodując wyraźne żółte zabarwienie wody (Zdj. 4). Podobne zjawisko można obserwować również wiosną u wybrzeży Bałtyku.

Zdj. 4. Pyłki sosny na brzegu jeziora Tuchomskiego

3. Toksyny produkowane przez sinice i zagrożenie zdrowotne związane z ich występowaniem

Niektóre sinice tworzące zakwity w wodach słodkich, słonawych i morskich są zdolne produkować toksyny. Przyczyna tego zjawiska nie jest w pełni poznana. Toksyny te spowodowały w wielu krajach śmierć zwierząt dzikich i domowych, w tym trzody chlewnej, owiec, psów oraz śnięcie ryb. U ludzi odnotowano występowanie wysypki w przypadku kontaktu skóry z wodą i zachorowania po przypadkowym połknięciu wody ( np. podczas pływania). Zagrożenie stanowi również wdychanie aerozoli, zawierających toksyny sinicowe. Zakwity sinicowe, a także kożuchy sinic, nie zawsze są toksyczne. Jednak niemożliwe jest określenie na podstawie wyglądu wody, zakwit jest niebezpieczny czy też nie.

Jak uchronić się przed negatywnymi skutkami zakwitu?

  • unikać kontaktu z kożuchem sinicowym i wodą o zmienionej barwie i nieprzyjemnym zapachu,
  • nie poić nią zwierząt domowych
  • nie używać jej do podlewania warzyw

Ostrzeżenie!!!

U osób, które napiły się wody z zakwitem lub pływały w kożuchach glonów, mogą pojawić się następujące dolegliwości:

  • wysypka na skórze,
  • swędzenie i łzawienie oczu,
  • wymioty,
  • biegunka,
  • gorączka,
  • bóle mięśni i stawów

Dolegliwości te mogą wystąpić bezpośrednio lub kilka dni po kąpieli w wodzie, gdzie był toksyczny zakwit sinic. Od dłuższego czasu nie odnotowano przypadków śmiertelnych wśród ludzi, jednakże w kilku sytuacjach zachorowania były bardzo poważne. Chociaż zakwity sinic nie zawsze są niebezpieczne, ostrożność nakazuje by unikać kontaktu z kożuchem sinicowym i wodą o zmienionej barwie.

Spośród hepatotoksyn, 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 sinicowe 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.

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.

4. Losy cyjanotoksyn w środowisku

W trakcie gdy sinice aktywnie się rozmnażają, cyjanotoksyny pozostają głównie w ich komórkach. Do otaczającego środowiska, metabolity te uwalniane są gdy sinice się starzeją, obumierają i ich komórki ulegają rozpadowi.

Tempo usuwania poszczególnych cyjanotoksyn ze środowiska wodnego zależy od ich struktury chemicznej, stężenia, parametrów fizyko-chemicznych wody (np. pH, obecność kwasów humusowych).