Vloga cianotoksinov

Ljudje se radi sprašujemo, zakaj. Zakaj imajo žirafe dolge vratove? Zakaj imajo sove puhasto perje? Zakaj cianobakterije proizvajajo strupene snovi?

Resnica je, da narava ne “razmišlja” na tak način. Cianobakterije niso na neki točki v evoluciji pomislile: mogoče bi bilo dobro, da začnemo proizvajati strupe, zato da se ubranimo pred plenilci. Tako kot se tudi žirafe niso odločile, da jim bodo vratovi zrasli za lažji dostop do listja, in sove niso pognale puha zato, da lahko neslišno letijo in iščejo nič hudega sluteč plen. Ne, vse je posledica nekih naključij, ki so se pripetila v njihovem genskem zapisu. Ko je nekaterim žirafinim prednikom zrasel daljši vrat kot ostalim, so ti lažje dostopali do omejenih zalog hrane, imeli večjo možnost za preživetje in za razmnoževanje ter tako pogosteje prenašali svoje gene za dolg vrat na svoje potomce. Evolucija ne vpliva na posameznike, pač pa na generacije; počasi, skozi stotine, tisoče, milijone let, so zato geni za dolg vrat med žirafami prevladali.

Podobna zgodba se je zgodila tudi s cianobakterijami in njihovimi strupi. V nekaterih celicah se je začela proizvodnja snovi, ki jih pred tem narava še ni poznala. Kakšne naloge so te snovi prevzele v celicah, ne vemo zagotovo. Predvidevamo pa, da so predstavljale (in še vedno predstavljajo) neko evolucijsko prednost za cianobakterije.

Cianobakterije, ki proizvajajo strupe, imajo večjo možnost preživetja in razmnoževanja kot cianobakterije, ki te sposobnosti nimajo. To predvidevamo zato, ker so danes ti strupi široko razširjeni med cianobakterijami. V evoluciji se lastnosti, ki so koristne za posameznika, prenašajo na potomce in širijo, lastnosti, ki so škodljive, pa sčasoma izginejo.

Kaj točno pa je ta evolucijska prednost? Na to vprašanje je zelo težko, če ne celo nemogoče odgovoriti. Lahko pa na podlagi našega znanja o ekologiji cianobakterij postavimo določene teorije, ki so glede na dokaze bolj ali manj verjetne. Ena takšna priljubljena teorija predvideva, da cianotoksini služijo kot kemična zaščita pred drugimi organizmi, ki se s cianobakterijami hranijo. Pogovor med zagovornikom (A) in nasprotnikom (B) te teorije bi potekal nekako tako:

A: Raziskave kažejo, da so cianotoksini strupeni za zooplankton (drobne živali, ki lebdijo v vodi in se prehranjujejo s cianobakterijami). Plenilci se cianobakterijam zato izogibajo.

B: Vendar raziskave kažejo tudi, da so se prvi cianotoksini razvili že pred več kot dvema milijardama let – še preden se je pojavil zooplankton. Kako bi se lahko razvili kot obramba pred nečim, česar takrat sploh ni bilo?

A: Morda imaš prav, vendar to še ni zadosten dokaz, da se cianotoksini niso razvili za obrambo pred plenilci. Cianobakterije poleg zooplanktona namreč plenijo tudi praživali, ki so prav tako občutljive na cianotoksine. Praživali so se razvile dolgo pred zooplanktonom; morda so bile one tiste, ki so pripomogle k razširjanju cianotoksinov.

B: Drži, da so praživali že dolgo na svetu, ampak številne med njimi so odporne na cianotoksine. Poleg tega se veliko cianotoksinov tvori v notranjosti celic in tam tudi ostane, dokler jih plenilec ne zaužije, takrat pa je za celico že prepozno.

A: Morda pa s tem vseeno zaščitijo preostanek kolonije pred objedanjem? Tudi če celica odmre, njeni geni živijo naprej v ostalih celicah iste kolonije.

B: Ne smemo pozabiti, da je proizvodnja toksinov za cianobakterijske celice energetsko zelo potratna. Cianobakterije imajo tudi druge mehanizme zaščite pred plenilci, npr. sluzave ovoje ali združevanje v kolonije, ki od njih zahtevajo veliko manj energije. Zakaj bi tratile toliko moči za še dodatno zaščito?

A: Edino, v čemer se strinjava, je: nikoli ne bomo vedeli zagotovo.

Priljubljena teorija pravi, da cianotoksini ščitijo cianobakterije pred drobnimi živalmi (zooplanktonom), ki se z njimi prehranjujejo.

Podobna igra argumentov in protiargumentov poteka za številne druge teorije. Cianotoksini morda:

• zavirajo rast drugih organizmov (npr. drugih cianobakterij, alg in rastlin), s katerimi cianobakterije tekmujejo za svetlobo, hranila in prostor;
• pomagajo pri privzemu hranil iz okolja, ki so glavni omejujoč faktor pri uspevanju cianobakterij;
• pripomorejo k izboljšanemu privzemu železa, ki je nujno potreben za fotosintezo, celično dihanje in druge življenjske funkcije celic;
• ščitijo pred oksidativnim stresom, do katerega pride pri močni sončni svetlobi;
• izboljšajo možnost preživetja v okolju s pomanjkanjem anorganskega ogljika;
• omogočajo prilagajanje na različne nivoje slanosti v okolju;
• služijo za sporazumevanje med celicami in tvorbo kolonij.

Ker narava ne odgovarja na vprašanje “zakaj”, nikoli ne bomo vedeli zagotovega odgovora. Najverjetneje je bil razvoj cianotoksinov posledica kombinacije več faktorjev, ki smo se jih dotaknili v tej objavi. V splošnem lahko zaključimo, da cianotoksini pomagajo pri tekmovanju z drugimi vrstami in pri opravljanju osnovnih celičnih funkcij. Pri vsem tem ne smemo pozabiti, da se ekološka vloga s časom tudi spreminja, saj se prilagaja spremembam v okolju, ter da obstaja veliko različnih cianotoksinov, ki se med seboj razlikujejo po načinu delovanja.

Cianotoksini morda služijo kot signalne molekule, s katerimi celice komunicirajo med seboj. To jim pomaga pri tvorbi kolonij. Foto: Špela Remec Rekar.

Vir:

Holland, A. in Kinnear, S. (2013). Interpreting the Possible Ecological Role(s) of Cyanotoxins: Compounds for Competitive Advantage and/or Physiological Aide?. Marine Drugs 11: 2239-2258. https://doi.org/10.3390/md11072239

Tekst: Maša Zupančič