logo
FA 10/2020 Życie naukowe

Aneta Pacyna-Kuchta

Dom na wyspie. Jak renifer svalbardzki pomaga nam poznać ekosystem arktyczny

Renifer svalbardzki (Rangifer tarandus platyrhynchus)

Renifery stanowią ważną grupę zwierząt arktycznych ze względu na wszechobecność, długie życie oraz znaczenie w sieci łańcucha pokarmowego. Ich obecność ma bezpośredni wpływ na ekosystem lądowy, a one same mogą posłużyć do uzyskania informacji o środowisku arktycznym.

Arktyka jest niesamowitym miejscem wzbudzającym duże zainteresowanie i chęć odkrywania jej sekretów. Niedostępność oraz odizolowanie sprawiają, że w świadomości wielu ludzi wciąż figuruje jako jedno z niewielu wolnych od zanieczyszczeń miejsc na Ziemi. Dopiero badania prowadzone na przestrzeni ostatnich dwudziestu lat uświadamiają nam, w jak dużym błędzie byliśmy i ile jeszcze musimy się nauczyć, aby w pełni zrozumieć mechanizmy zachodzące w tym ekstremalnym środowisku.

Archipelag Svalbard, formalnie będący pod rządami norweskimi, należy do europejskiej części Arktyki. Największą wyspą archipelagu jest Spitzbergen, na którym dominuje górzysty krajobraz, pokryty w dużej części lodowcami. Wyspa oznacza izolację trwającą tysiące lat. Ten czas sprawił, iż zwierzęta i rośliny zdążyły przystosować się do aktualnie panujących warunków, ekstremalnie niskich temperatur oraz zjawiska dnia i nocy polarnej. Jednym z najbardziej charakterystycznych zwierząt Arktyki jest renifer. Podgatunek svalbardzki nie migruje na duże odległości, ukształtowanie terenu, obecność licznych fiordów oraz lodowce uniemożliwiają daleką wędrówkę. Brakuje również powodu, dla którego miałby dorównywać w długości wędrówek swoim krewnym z Rosji oraz Alaski – jego jedynym naturalnym wrogiem jest sporadycznie człowiek oraz czasami, w miarę zmieniającego się klimatu, niedźwiedź polarny. Różnice są zauważalne w wyglądzie: podgatunek ze Svalbardu ma bardziej krępą budowę, przystosowaną do chodzenia w głębokich zaspach śniegu. Jako jedyny wyłącznie lądowy gatunek ssaka roślinożernego renifer ten pełni w środowisku Spitzbergenu zasadniczą rolę, jednak ekotoksykologiczne badania wpływu różnego rodzaju zanieczyszczeń na jego funkcjonowanie są wciąż niezwykle rzadkie.

Informacje o środowisku życia można pozyskać na wiele sposobów, jednak jeżeli chcemy zachować osobniki przy życiu, wybór staje się ograniczony. Obecnie dużą uwagę zdobywa wykorzystanie tkanek skeratynizowanych. W przypadku renifera naturalnym wyborem jest wymieniana sezonowo sierść, dzięki której możemy ujawnić tajemnice życia tego roślinożercy. Wiedza o zwyczajach reniferów umożliwia również pobranie próbek bez bezpośredniego kontaktu – przez zbieranie sierści pozostawionej w tundrze w okresie linienia. Ale jakie informacje możemy zdobyć? Sierść stanowi zapis związków dostępnych w pożywieniu w okresie jej wzrostu. Oznacza to, iż możliwe jest długoterminowe odtworzenie narażenia osobników na związki toksyczne i nie tylko.

Pierwiastkiem, będącym najczęściej w centrum uwagi w kontekście badań polarnych nie bez powodu jest rtęć. Zarówno badania indywidualnych naukowców, jak i raporty międzynarodowe podkreślają zagrożenia związane w podwyższoną ekspozycją na rtęć, obejmujące skutki neurologiczne. Rtęć łatwo ulega procesom bioakumulacji oraz biowzmacniania, co oznacza, iż gromadzi się w tkankach zwłaszcza tłuszczowych oraz jest przekazywana od najniższych do wyższych ogniw sieci troficznej, będąc szczególnym zagrożeniem dla organizmów ze szczytu łańcucha pokarmowego. Rtęć może występować w różnych formach, jednak jedną z najbardziej toksycznych dla organizmu jest organiczna metylortęć. Ta forma zostaje łatwo akumulowana w organizmach morskich, stąd ekosystem morski jest szczególnie narażony na jej działanie. Badania skupiające się na ptakach oraz ssakach związanych ze środowiskiem wodnym, a odżywiających się planktonem, widłonogami i rybami, wskazują na realne ryzyko związane z obecnością metylortęci w środowisku Arktyki.

Rtęć, ołów, żelazo…

Jednak procesy zachodzące w ekosystemie lądowym są odmienne od tych w środowisku morskim. Długość łańcucha pokarmowego jest krótsza, a różnorodność gatunkowa dużo mniejsza. Renifer jest konsumentem pierwszego rzędu, odżywia się głównie mchami, porostami oraz roślinnością dostępną podczas krótkiego okresu wegetacji. Wcześniejsze badania sugerują, iż podgatunek bytujący na Svalbardzie odżywia się głównie bazując na ilości biomasy, a nie na jakości pożywienia. Zarówno mchy, jak i częściowo porosty, ze względu na swoją budowę oraz długi okres wzrostu działają niczym gąbka i łatwo akumulują znaczne ilości metali. Rtęć może akumulować się w sierści, ponieważ tworzy wiązania z keratyną, głównym białkiem budującym tę tkankę. Jednak, co ciekawe, o ile rtęć wykrywana jest w dużych ilościach w organizmach morskich, o tyle w przypadku ekosystemu lądowego Svalbardu nie wydaje się stanowić bezpośredniego zagrożenia. Zarówno poziomy w roślinności, jak i w sierści renifera są relatywnie niskie, nie przekraczając 0,4 µg/g. Warto zaznaczyć, iż średnie wartości wykrywane w piórach ptaków morskich są zwykle dużo wyższe, przykładowo u najliczniejszego ptaka Svalbardu, alczyka (Alle alle), wahają się w granicach 1-5 µg/g, podczas gdy 5 µg/g jest przyjmowane jako wartość graniczna, powyżej której odczuwalne są skutki toksyczne.

Drugim pierwiastkiem będącym w szerokim centrum zainteresowania jest ołów. Pomimo iż poziomy ołowiu w Arktyce znacząco spadły po wprowadzeniu zakazu stosowania benzyny ołowiowej w wielu krajach (również w Polsce), to na przykładzie tego pierwiastka jasno widać wolną odpowiedź ekosystemu polarnego. Głównym źródłem ołowiu jest wciąż transport wraz z masami powietrza oraz prądami morskimi z obszarów Europy, Azji oraz Ameryki Północnej. Dodatkowym lokalnym źródłem jest między innymi wietrzenie skał zawierających ten pierwiastek oraz redepozycja z gleby i topniejących lodowców. Poziomy w sierści, pochodzące z dwóch oddzielnych populacji, sugerują, iż narażenie na ołów może być w przypadku reniferów znaczące. Dodatkowo zauważalna jest wyraźna pozytywna korelacja między zawartością ołowiu a innych pierwiastków, włączając w to nikiel, miedź oraz kadm, co może oznaczać wspólne źródło depozycji.

Profil izotopowy renifera

Sierść może być również źródłem informacji o diecie oraz zakresie przemieszczania się reniferów. Ssaki te jedzą prawie całą dostępną roślinność, zmieniając swoje preferencje w zależności od sezonu. Ze względu na trudne warunki atmosferyczne oraz ukształtowanie powierzchni śledzenie reniferów w terenie jest zadaniem bardzo trudnym i często logistycznie niemożliwym. Wykorzystując sierść, możemy się dowiedzieć, co było ich ulubionym typem roślin w danym czasie oraz jakimi drogami się przemieszczały. Wszystko to jest możliwe dzięki analizie stałych izotopów węgla oraz azotu. Izotopy są to naturalnie występujące formy danego pierwiastka, różniące się masą. Zarówno azot jak i węgiel są w naturalny sposób wykorzystywane przez rośliny, które potrzebują ich do prawidłowego funkcjonowania. Jednak to, jaki typ węgla oraz azotu zostanie wbudowany w roślinę, zależy od wielu czynników środowiskowych (temperatury, intensywności światła, wilgotności powietrza itd.) oraz fizjologii samej rośliny. Po zjedzeniu zarówno azot, jak i węgiel są wykorzystywane do wytworzenia tkanek renifera i profil izotopowy jest przechowywany w ich strukturze.

Z badań prowadzonych przeze mnie na dwóch populacjach – jednej z okolic stolicy Spitzbergenu, Longyearbyen, oraz drugiej z południa wyspy żerującej w okolicy Polskiej Stacji Polarnej na Hornsundzie – wynika, iż różnice w profilu izotopowym są znaczące i dieta wyraźnie wpływa na rodzaj oraz stopień zanieczyszczenia metalami śladowymi. W przypadku obu populacji najwyższą zawartość odnotowano dla żelaza, cynku, baru oraz miedzi, co w dużej części może zostać wytłumaczone ich rolą w prawidłowym funkcjonowaniu organizmu i stąd naturalnym występowaniem w tkankach.

Jednak nawet pierwiastki naturalnie występujące w organizmie i niezbędne do jego prawidłowego funkcjonowania mogą szkodzić, jeżeli wystąpią w nadmiarze. W przypadku sierści w kilku próbkach z okolic Longyearbyen wyraźne było przekroczenie nawet kilkunastokrotne poziomu żelaza w porównaniu do bazowej wartości średniej. Zjawisko „spontanicznego przeładowania żelazem” (ang. spontaneous iron overload) zostało we wcześniejszych latach częściowo zbadane na podstawie tkanek wątroby. Stwierdzono wówczas, iż renifery odżywiające się gorszym jakościowo pokarmem mogą, zwłaszcza w okresie zimowym, akumulować bardzo wysokie poziomy żelaza prowadzące do odkładania się nadmiarowej ilości pierwiastka w tkankach. Nie prowadzono dalszych badań sugerujących drogę pozbywania się żelaza. Sierść jest wymieniana sezonowo, również po zimie. Możliwe jest, że nadwyżki żelaza są przenoszone wraz z krwią i deponowane w sierści. Wyjaśniałoby to bardzo wysokie zawartości żelaza korelujące z profilem izotopowym azotu wskazującym na duży udział gorszej jakościowo roślinności w diecie. Dodatkowe badania są wymagane, aby potwierdzić, czy sierść może w przyszłości być używana do oceny spontanicznego przeładowania żelazem.

Zanieczyszczenie środowiska metalami śladowymi może prowadzić do poważnych zmian ekosystemowych, wpływając na poszczególne elementy środowiska naturalnego. Renifery stanowią ważną grupę zwierząt arktycznych ze względu na wszechobecność, długie życie oraz znaczenie w sieci łańcucha pokarmowego. Ich obecność ma bezpośredni wpływ na ekosystem lądowy, a one same mogą posłużyć do uzyskania informacji o środowisku arktycznym. Patrząc w przyszłość i licząc się ze zmianami klimatu, które obecnie wpływają na Arktykę, musimy zrozumieć, w jaki sposób zanieczyszczenia, w tym metale, wpływają obecnie na organizmy żywe. Świadomość zdolności do radzenia sobie z podwyższonymi poziomami pierwiastków przez ich akumulację w martwej skeratynizowanej tkance daje możliwość lepszego zrozumienia typowych dla obszarów polarnych zależności troficznych. Jednocześnie, ponieważ nie znamy pełnych skutków zdrowotnych, sugeruje konieczność prowadzenia dalszych badań nakierowanych na wpływ metali oraz innych zanieczyszczeń, takich jak trwałe zanieczyszczenia organiczne, na przetrwanie osobników. Obecnie za główną przyczynę śmiertelności wśród reniferów przyjmuje się trudne warunki klimatyczne i wynikające z tego trudności w znalezieniu pokarmu, zwłaszcza zimą przy coraz częściej występujących ekstremalnych zjawiskach pogodowych. Dodatkowy czynnik może osłabić zdolności przetrwania i bezpośrednio wpłynąć na stan populacji. Odkrywając tajemnice tego najmniej poznanego podgatunku renifera, możemy lepiej poznać niedostępny obszar Arktyki.

Dr inż. Aneta Pacyna-Kuchta pracuje na Wydziale Chemicznym Politechniki Gdańskiej w Katedrze Technologii Koloidów i Lipidów. Zajmuje się problematyką zanieczyszczenia środowiska mikroplastikami i ich wpływem na środowisko i ludzi.

Wróć