Άρθρο που έγραψε ο Νεοζηλανδός εντομολόγος Christopher Taylor, κάτοχος του εκπληκτικού ιστολογίου Κατάλογος των Οργανισμών (Catalogue of Organisms), που έχει αναφερθεί αρκετές φορές εδώ, σε
μια σελίδα για ενυδρεία
με ειδίκευσης στις προσομοιώσεις κοραλιογενών υφάλων (δύσκολο, ακριβό και πολυσύνθετο, αλλά πανέμορφο αποτέλεσμα, ένα μικρό οικοσύστημα με κάθε λογής πολύχρωμους θαλάσσιους εξωτικούς οργανισμούς).

Μετάφραση: Bolko

Η ζωή που δε βλέπετε στο ενυδρείο σας

Γραμμένο από τον Christopher Taylor

Γεια σας, είμαι ο Crhistopher Taylor, συγγραφέας του ιστολογίου
Catalogue of Organisms
Σ’αυτόν τον ιστότοπο πραγματεύομαι την ποικιλία της ζωής σ’αυτόν τον πλανήτη, και μού’χει ζητηθεί αν θα ήθελα να συνεισφέρω με κάτι να διαβάσετε εδώ.

Έχω να ομολογήσω, το αίτημα μ’έβαλε αρχικά σε κάποια σύγχυση – δεν έχω καθόλου δική μου εμπειρία στη διατήρηση θαλάσσιων ενυδρείων, και μόνο λίγη με ενυδρεία γλυκού νερού. Επομένως δεν πρόκειται να μιλήσω για ψάρια – όχι ευθέως δηλαδή. Πρόκειται να μιλήσω για κάτι άλλο που όλοι σας θα’χετε να ζει στα ενυδρεία σας, σε μεγάλους αριθμούς, και το οποίο πιθανόν δεν έχετε προσέξει ποτέ – τα βακτήρια.

Κάποιοι από τους λιγότερο τυχερούς σας εδώ μπορεί να γνωρίζετε πολύ καλά για το ζωτικό ρόλο που παίζουν τα βακτήρια στο ενυδρείο σας. Πολλοί άνθρωποι (συμπεριλαμβανομένου, έχω να ομολογήσω, και του εαυτού μου), όταν στήνουν για πρώτη φορά ένα νέο ενυδρείο, θά’χουν προσπαθήσει να βάλουν πάρα πολλά ψάρια στο ενυδρείο πολύ γρήγορα, και μετά θά’χουν την εντελώς αποκαρδιωτική εμπειρία να τα βλέπουν να πεθαίνουν σε γρήγορη διαδοχή. Μια όχι ευχάριστη εμπειρία για σας, και είμαι σιγουρος μια ακόμα χειρότερη για τα ψάρια. Αν ήσασταν πιο τυχεροί ή καλύτερα προετοιμασμένοι, θα είχατε μάθει όλα τα σχετικά με την ανάγκη για έναν καλά εγκατεστημένο κύκλο αζώτου προτού ξεκινήσετε. Τα ψάρια παράγουν αζωτούχα παραπροϊόντα με τη μορφή αμμωνίας, η οποία είναι υπερβολικά τοξική αν επιτραπεί να συσσωρευθεί.

Τα βακτήρια που ζουν στην αμμωνία τη μετατρέπουν σε νιτρώδη άλατα, τα οποία είναι λιγότερο τοξικά από την αμμωνία αλλά πάλι δυσάρεστα. Άλλα βακτήρια μετά μετατρέπουν τα νιτρώδη σε νιτρικά άλατα, τα οποία είναι σχετικά αβλαβή, τουλάχιστον βραχυπρόθεσμα. Στο φυσικό περιβάλλον, άλλα βακτήρια μετά μετατρέπουν τα νιτρικά σε εντελώς αβλαβές αέριο άζωτο, αλλ’επειδή αυτά τα βακτήρια είναι γενικά αναερόβια (ζουν σε μέρη χωρίς οξυγόνο) συχνά δε θα βρεθούν σε οικιακά ενυδρεία και οι περισσότεροι άνθρωποι θα πρέπει να χρησιμοποιούν πιο μηχανικές μεθόδους αφαίρεσης της περίσσιας νιτρικών, όπως με αλλαγές νερού στο ενυδρείο. Κι αν βάλετε πάρα πολλά ψάρια σ’ένα νέο ενυδρείο πολύ γρήγορα, όπως έκανα εγώ, τότε η τοξική αμμωνία ή και τα νιτρώδη συσσωρεύονται προτού αρκετά βακτήρια θα’χουν αναπτυχθεί για να τα’αφαιρέσουν απ’το νερό.

Και τότε ποια είναι αυτά τα βακτήρια που είναι τόσο σημαντικά για τα ψάρια σας; Μπορεί να σας εκπλήξει να μάθετε ότι αυτό δεν είναι και τόσο εύκολο ερώτημα όπως ακούγεται. Όχι και πολύ παλιά, οι ερευνητές νόμιζαν πως είχαν αρκετά καλή γνώση για την παγκόσμια βακτηριακή ποικιλότητα. Παραδοσιακά, η βακτηριακή ποικιλότητα είχε μελετηθεί καλλιεργώντας τα βακτήρια στο εργαστήριο, και κατά τα τέλη της δεκαετίας του 1980 είχε φτάσει το σημείο οπότε σχετικά λίγα μη περιγεγραμμένα βακτήρια εμφανίζονταν στις καλλιέργειες.

Στις αρχές της δεκαετίες του 1990, εντούτοις, οι ερευνητές προσέθεσαν μια νέα μέθοδο στις μελέτες της βακτηριακής ποικιλότητας – άμεση γενετική ανάλυση περιβαλλοντικών δειγμάτων. Βλέποντας πόσες πολλές διαφορετικές παραλλαγές ενός συγκεκριμένου γονιδίου (συνήθως ριβοσωμικού dna) μπορούσαν να εξάγουν από ένα δείγμα, οι ερευνητές θα μπορούσαν να πάρουν μια ένδειξη για το πόσοι διαφορετικοί τύποι βακτηρίων ήταν σ’αυτό το δείγμα. Τα αποτελέσματαήταν εκπληκτικά – μια απίστευτη ποικιλία ακαλλιέργητων βακτηρίων ήταν εκεί έξω. Λιγότερο από το 1% των βακτηριακών ειδών, αποδεικνύεται λοιπόν, πως έχει περιγραφεί. Οι παραδοσιακές μέθοδοι καλλιέργειας έχουν ακόμα τη θέση τους – τα νέα βακτηριακά είδη χρειάζεται ακόμα να καλλιεργηθούν προτού μπορούμε να μάθουμε πολλά πράγματα γι’αυτά – αλλ’ασφαλώς δε γνωρίζουμε τόσο πολύ όσο νομίζαμε.

Τα βακτήρια που αναφέρονται συνήθως σε σχέση με τον κύκλο του αζώτου είναι η νιτροδομονάδα (Nitrosomonas) (μετατρέπει την αμμωνία σε νιτρώδη) και το νιτροβακτήριο (Nitrobacter) (μετατρέπει τα νιτρώδη σε νιτρικά). Και τα δύο απ’αυτά ανήκουν σε μια ομάδα που αποκαλείται πρωτεοβακτήρια, η οποία είναι μία από τις μεγαλύτερες ομάδες βακτηρίων. Η νιτρωδομονάδα είναι μέλος της υποομάδας που λέγεται β-πρωτεοβακτήρια, ενώ το νιτροβακτήριο ανήκει στα α-πρωτεοβακτήρια και δεν είναι και πολύ μακρινός συγγενείς των βακτηρίων του γένους ριζόβιο (Rhizobium) που δεσμεύουν το άζωτο στις ρίζες των φασολιών κι άλλων ψυχανθών. Μολονότι φαίνεται πως θεωρείται ευρέως ότι αυτά είναι τα κύρια βακτήρια που συμμετέχουν στην ανακύκλωση του αζώτου στα ενυδρεία, αυτό δεν είναι αναγκαία η περίπτωση. Μία μελέτη απ’τους Hovanec and DeLong (1996) πάνω στα βακτήρια των ενυδρείων βρήκε τη νιτρωδομονάδα κοινή σε δείγματα από θαλάσσια ενυδρεία, αλλά σχεδόν απούσα από ενυδρεία του γλυκού νερού, ενώ το νιτροβακτήριο δεν ήταν ανιχνεύσιμο σε κανένα απ’τα δύο. Ο κύκλος του αζώτου γινόταν κανονικά σ’όλα τα ενυδρεία που μελετήθηκαν, επομένως δεν υπήρχε αμφιβολία ότι κάποιο είδος βακτηρίου συμπλήρωνε τους απαιτούμενους ρόλους, απλώς δεν ήταν τα αναμενόμενα βακτήρια.

Όπως αποδεικνύεται, το βακτήριο περισσότερο υπεύθυνο για τη μετατροπή των νιτρωδών σε νιτρικά στα ενυδρεία δεν είναι το νιτροβακτήριο, αλλά η νιτρόσπειρα (Nitrospira) (Foesel et al., 2007). Η νιτρόσπειρα πρωτοπεριγράφηκε μόλις το 1986, και ανήκει σε μια μικρή, σχετικά λίγο γνωστή ομάδα βακτηρίων που λέγονται νιτρόσπειρες Nitrospirae, εξελικτικά απομονωμένη από τα αζωτοανακυκλωτικά πρωτεοβακτήρια.

Το ερώτημα του ποιο βακτήριο είναι περισσότερο υπεύθυνο για τη μετατροπή της αμμωνίας σε νιτρώδη, από την άλλη, παραμένει αβέβαιο. Μία από τις πιο απροσδόκητες ανακαλύψεις των πρόσφατων ετών ήταν η δυνητική σπουδαιότητα των κρεναρχαιωτών στην ανακύκλωση του αζώτου. Τα κρεναρχαιωτά είναι μία από τις κύριες υποομάδες των αρχαίων, μιας ξεχωριστής ομάδας προκαρυωτών (οργανισμοί χωρίς πυρήνες στα κύτταρά τους) τα οποία πολλοί ερευνητές θεωρούν ως περισσότερο συγγενικά προς τα ευκαρυωτά όπως εμάς παρά στα βακτήρια όπως η νιτρωδομονάδα (όμως, αφού οι πρόγονοι των αρχαίων και εμάς πιθανόν πήραν ξεχωριστούς δρόμους περισσότερο από ένα δισεκατομμύριο χρόνια πριν τουλάχιστον), «περισσότερο συγγενικά» είναι προφανώς σχετικός όρος).

Τα πρώτα κρεναρχαιωτά που καλλιεργήθηκαν ήταν από υπερθερμόφιλα περιβάλλοντα όπως σε θειούχες πηγές στη βαθιά θάλασσα. Αυτοί είναι οργανισμοί που προτιμούν να ζουν σε θερμοκρασίες που πλησιάζουν – και ενίοτε ξεπερνούν – τους 100 βαθμούς Κελσίου. Ήρθε επομένως κάπως σαν έκπληξη όταν τα περιβαλλοντικά δείγματα dna υπέδειξαν ότι τα κρεναρχαιωτά δεν ήταν περιορισμένα σ’αυτά τα περιβάλλοντα, αλλ’ήταν πολύ κοινά και σε πιο υποφερτές θερμοκρασίες. Το κρεναρχαιωτό θερμοκρασίας δωματίου Candidatus Nitrosopumilus* χαρακτηρίστηκε επιτυχώς το 2005 (Kצnneke et al., 2005), και βρέθηκε να ζει σε αμμωνία. Και παρόλο που ο Foesel et al. (2007) επανεπιβεβαίωσε ότι η νιτρωδομονάδα ήταν το πλέον κοινό αμμωνιοξειδωτικό βακτήριο στα θαλάσσια ενυδρεία, μια μελέτη από τον Urakawa et al. (2008) βρήκε το ακριβώς αντίθετο – ότι τα αρχαία ήταν πιο άφθονα στα θαλάσσια ενυδρεία από τα πρωτεοβακτήρια όπως η νιτρωδομονάδα.

Υπάρχουν ισχυροί περιορισμοί στην ονοματολογία των νέων βακτηρίων. Ο όρος «Candidatus» πριν το μη πλάγια γραμμένο όνομα ενός βακτηρίου καταδεικνύει ότι αυτό το βακτήριο είναι αρκετά καλά χαρακτηρισμένο ώστε ν’αναγνωρίζεται, αλλά για κάποιον λόγο (συνήθως γιατί δε μπορεί να διατηρηθεί σε ξεχωριστή εργαστηριακή καλλιέργεια) δε μπορεί να θεωρηθεί ως πλήρως επίσημο είδος.

Άρα έχουμε ακόμα πολύ να μάθουμε για τα βακτήρια του ενυδρείου ή τα βακτήρια παντού, γενικότερα. Είναι αρκετά πιθανό ότι υπάρχουν ακόμα περισσότερα μη περιγεγραμμένα είδη απασχολημένα στη διατήρηση της ισορροπίας των θρεπτικών συστατικών του ενυδρείου σας, κρατώντας το περιβάλλον υποφερτό για οτιδήποτε άλλο ζει μέσα σ’αυτό. Ο μόνος τρόπος να βρούμε είναι να ψάξουμε.

Αναφορές

Foesel, B. U., A. Gieseke, C. Schwermer, P. Stief, L. Koch, E. Cytryn, J. R. de la Torrי, J. van Rijn, D. Minz, H. L. Drake & A. Schramm. 2007.
Nitrosomonas Nm143-like ammonia oxidizers and Nitrospira marina-like nitrite oxidizers dominate the nitrifier community in a marine aquaculture biofilm. FEMS Microbiology Ecology 63 (2): 192-204.

Hovanec, T. A., & E. F. DeLong.
Comparative analysis of nitrifying bacteria associated with freshwater and marine aquaria. Applied and Environmental Microbiology 62 (8): 2888-2896.

Kצnneke, M., A. E. Bernhard, J. R. de la Torre, C. B. Walker, J. B. Waterbury & D. A. Stahl. 2005.
Isolation of an autotrophic ammonia-oxidizing marine archaeon. Nature 437: 543-546.

Urakawa, H., Y. Tajima, Y. Numata & S. Tsuneda. 2008.
Low temperature decreases the phylogenetic diversity of ammonia-oxidizing Archaea and Bacteria in aquarium biofiltration systems. Applied and Environmental Microbiology 74 (3): 894-900.

Ο Christopher Taylor λειτουργεί το
Catalogue of organisms,
Ένα ιστολόγιο με εσωτερική αγάπη για τη συστηματική. Αυτό δεν είναι έκπληξη αφού ο Κρις επί του παρόντος μελετά για να πάρει το διδακτορικό του για την ποικιλότητα μιας συγκεκριμένης μορφής ζωής – τα αραχνοειδή, κάνοντας σχεδόν ολοήμερη χρήση της εγκατάστασης της βιβλιοθήκης του πανεπιστημίου του. Ζει στην Αυστραλία.

Ενημέρωση: Τώρα έχει τελειώσει την εργασία.

Advertisements