PĒTERIS APINIS, ārsts
Esmu daudz rakstījis par mikroplastmasu un nanoplastmasu ezeros, jūrās un okeānos. Manuprāt, tieši ķīmiskais piesārņojums – plastmasas un ķīmiskās rūpniecības blakusproduktu izgāšana okeānā, kā arī pesticīdu pārmēra lietošana ir galvenais drauds pasaules ekosistēmai, kas patiesībā nozīmē – cilvēces eksistencei.
Tad nu es nolēmu uzrakstīt nelielu stāstiņu par planktonu, uz kuru tieši attiecas globālais piesārņojums, un – bez kura zemeslode apdzīvojamā veidā nevar pastāvēt. Planktonam netiek pievērsta pārlieku liela uzmanība, jo šie organismi ir tik mazi, ka paslēpti no acīm. Tie ir dzīvo ūdens vidē, bet cilvēku dzīves ir cieši saistītas ar planktonu. Ieskatījos latviešu portālos un sociālajos tīklos – tur par planktonu tiek runāts tikai pārnestā nozīmē “ofisu planktons”, “Vecrīgas kafejnīcu planktons” vai “nobarotais valdības plantons”. Šajā stāstā par šiem nebūs vairs ne vārda.
Tepat Jūrmalas pludmalē varam iesmelt glāzi ūdens, un mums rodas iespaids, ka šis ūdens ir bez dzīvības. Bet, apskatot šo ūdeni mikroskopā, katrs var ieraudzīt, ka šī glāze ir mikroskopisku dzīvības universs skaista un aizraujoša planktona veidā.
Vārda “planktons” etimoloģija cēlusies no sengrieķu vārda, ko ieviesa vācu fiziologs Viktors Hensens 1887. gadā, ņemot par pamatu grieķu valodas vārdu “planktos”, kas nozīmētu “klīst” vai “dreifēt”. Vāŗdu “planktons” mēs attiecinām uz visiem organismiem, kas peld ar straumēm visu veidu ūdeņos (okeānos, jūrās, ezeros, upēs un pat gruntsūdeņos), ieskaitot vīrusus, baktērijas, kukaiņus, zivju kāpurus un medūzas. Planktons ir dažādās formās un izmēros, bet to visus vieno tendence peldēt ar straumēm. Savulaik esmu jau rakstījis par milzu vīrusiem, kas ir viens no nozīmīgākajiem globālajiem ogļskābās gāzes absorbētājiem un noguldītājiem okeāna dzīlēs.
Zivis peld gan pa straumei, gan pret straumi un pat lec pāri Ventas rumbai. Atšķirībā no zivīm planktons nevar peldēt pret straumi. Tā vietā tas dreifē pa ūdeni, peldot pēc viļņu un straumju gribas. Fitoplanktons, kas galvenokārt ir aļģu planktons, ir vienšūnas organismi. Daudziem no tiem ir hlorofils – zaļš pigments (tāpat kā sauszemes augiem), ko tie izmanto fotosintēzei, lai ražotu skābekli, ko mēs elpojam. Fitoplanktons ražojis ļoti lielu daļu no Zemes skābekļa (publiskajā telpā valda viedoklis, ka saražo aptuveni pusi no Zemes skābekļa, bet tas ir nedaudz pārspīlēti), padarot mūsu atmosfēru dzīvojamu. Tāpat kā sauszemes augi veido pamatu sauszemes barības ķēdei, fitoplanktons veido pamatu jūras barības ķēdei. Govis un stirnas ēd zāli, bet ūdenī fitoplanktonu ēd zooplanktons, sīki jūras dzīvnieki, jūras putni un pat vaļi. Arī šis apgalvojums ir sarežģītāks nekā izliekas – lielākā globālā olbaltumu ķēde ir šāda: fitoplanktonu galvenokārt ēd zooplanktons, kas savukārt ir galvenais barības avots zivīm, piemēram, sardīnēm un siļķēm. Ar šīm mazajām zivīm barojas lielākas zivis un putni. Cilvēks ar tīkliem izkāš okeānu un apēd zivis. Veselīga barības tīkla funkcionēšana ir kritiski atkarīga no planktona.
Planktons ietekmē ūdens vides ekoloģisko funkcionēšanu. Planktons ietekmē vielu aprites ciklus un ekosistēmu bioģeoķīmiju. Fitoplanktons izmanto saules gaismu, lai augtu un vairotos, bet vienlaikus pārvieto barības vielas, skābekli un oglekli, tas uzsūc oglekļa dioksīdu (CO2). Gan fitoplanktons, gan zooplanktons mirst un nogrimst ūdens tilpju dibenā, ogleklis tiek uzkrāts tālu no atmosfēras, kur tas vairs neietekmē klimata pārmaiņas; šo procesu sauc par bioloģisko oglekļa sūkni. Citi planktoni, galvenokārt baktērijas un sēnes, ir iesaistīti mirušo vielu sadalīšanā, kas paliek ūdens slānī, un to darbība pārstrādā ķīmiskos elementus, kas ir būtiski citiem organismiem. Kopā ar bioloģisko oglekļa sūkni šī ķīmisko vielu pārstrāde lielā mērā saglabā un regulē globālā klimata relatīvu stabilitāti.
Vēl interesantāks ir zooplanktons. Piemēram, zooplanktonā ietilpst viens no visvairāk sastopamajiem dzīvniekiem uz Zemes, proti – kopepods. Tas ir mikroskopisks vēžveidīgais, kura izmērs ir no 0,5 līdz 15 mm. Lielos kopepodus ēd zivju mazuļi, kurus zinātnieki arī klasificē kā planktonu, jo tie ir pārāk vāji un mazi, lai peldētu pret okeāna straumēm. Šie mazuļi izaug par zivīm.
Savukārt planktona krils, kurš sasniedz 5 cm, veido lielāko daļu no zilā vaļa uztura. Zilie vaļi barojas, filtrējot jūras ūdeni ar savām ķemmveida bārkstīm, izspiežot ūdeni un paturot planktonu mutē. Arī milzu haizivis un vaļu haizivis ir bez zobiem, un tās barojas ar kopepodiem, krilliem un citiem planktona organismiem (nevis ar peldētājiem, kā mēdz stāstīt mūsu sociālie tīkli). Mikroskopiskie dzīvnieki globāli ir lielāko radību barība.
Kopepodi un krilli visu savu dzīvi pavada ūdens slānī starp jūras virsmu un dibenu, nevis uz jūras grunts. Liela daļa cita zooplanktona ūdens slānī dzīvo tikai savā kāpuru stadijā, pirms nobriest un nosēžas uz jūras grunts vai, tāpat kā mazas zivis, attīsta spēju peldēt pret straumi. Pavasarī jūra ir pilna ar planktona krabju kāpuriem, kas, medījot mazus kopepodus un citu planktonu, peld, vicinot astes. Krabju kāpuri neizskatās kā pieauguši krabji: tie ir gari un plāni, nevis apaļi ar knaiblēm. Krabju kāpuri, augot arvien vairāk sāk līdzināties pieaugušajiem krabjiem, līdz beidzot nokrīt uz jūras dibena. Arī omāri, mīdijas un citi jūras iemītnieki sākotnēji savā kāpuru stadijā dzīvo kā planktons.
Zinātnieki lēš, ka jūrā ir apmēram 100 000 planktona sugu. Planktona kopienas atšķiras visos Zemes jūros un okeānos. Siltākos ūdeņos ir mazāka planktona biomasa un daudzums, un tajos sastopamas sugas ar mazāku ķermeņa izmēru. Medūzas ir lielākie planktona organismiem, arī medūzas nespēj peldēt pret straumi.
Ir arī citi planktona veidi, kas ir daudz mazāki. Tas ir piko- un nano-planktons, un tas ir tik mazs, ka to nevar redzēt ar parasto mikroskopu. Šis sīkais planktons absorbē barības vielas no atkritumiem, piemēram, ekskrementiem, mirušiem organismiem un citiem bioloģiskiem materiāliem no citām barības ķēdes daļām, un palīdz tos sadalīt.
Par planktonu vēl joprojām ir ļoti daudz nezināma, un ir tūkstošiem sugu, kas vēl nav atklātas.
Planktons cilvēces attīstībā
Planktons ir spēlējis nozīmīgu lomu zinātnes attīstībā, veicinot daudzus teorētiskos sasniegumus ekoloģijā un bioloģiskās daudzveidības pētījumos. Planktona pētījumi ir devuši ievērojamus atklājumus un pat Nobela prēmijas medicīnā – ar medūzu dzēlieniem tika rasti nozīmīgi secinājumi alerģiju pētījumos. Pētījumi ar saldūdens cilātu telomērām un fluorescējošo medūzu proteīnu ir veicinājuši izpratni par novecošanu un vēzi. Dažas planktona sugas tiek izmantotas kā diagnostikas instrumenti tiesu medicīnā. Citas bieži tiek izmantotas kā modeļi biomedicīniskajos un ekotoksikoloģiskajos pētījumos.
Planktons ir ļoti svarīgs daudzām cilvēku ekonomikas nozarēm. Daudzi planktona organismi, tostarp medūzas, krils, garneles un kopepodi tiek audzēti cilvēku patēriņam. Praktiski visi proteīni ūdens ekosistēmās nāk no planktona. Zooplanktona izstrādājumi tiek izmantoti kā uztura bagātinātāji vai pat medikamenti, piemēram, spirulīnas pulveris vai omega-3 taukskābes no krila vai kopepodiem. Vairāki no planktona iegūti savienojumi ir ļoti vērtīgi medicīnā, kosmētikā un farmaceitiskajos preparātos, tostarp daži planktona toksīni, ko izmanto to imūnstimulējošo īpašību dēļ. Luciferāzes ir fermentu grupa, ko ražo bioluminiscējoši organismi, tostarp daudzi jūras planktoni, un tie ir svarīgi biomedicīniskajos pētījumos.
Planktons un globālais piesārņojums
Planktons ir ārkārtīgi jutīgs pret izmaiņām vidē, kas nozīmē, ka tas ātri reaģē uz jūras temperatūras un skābumu izmaiņām. Jūras temperatūrai paaugstinoties, siltā ūdens planktona kopienas pārvietojas prom no ekvatora uz jaunām mērenām vidēm, bet aukstā ūdens planktona kopienas tiek spiestas uz poliem. Piemēram, Atlantijas okeāna ziemeļaustrumos planktons kopš 1960. gadiem ir pārvietojies gandrīz 1000 kilometru uz ziemeļiem. Taču pārvietojas nevis atsevišķi indivīdi, bet gan visa planktona kopiena, kas aptver miljardus indivīdu dzīves.
Daži no zooplanktona izmanto kalcija karbonātu, lai veidotu savas čaulas. Okeānam kļūstot skābākam, planktons, kas ir atkarīgs no kalcija karbonāta, cīnās, lai veidotu čaulas, kas to aizsargā no plēsējiem un nodrošina ķermeņa struktūru, bet iespējams – zaudē šajā cīņā.
Planktons var būt sīks, bet fitoplanktona ziedēšana, kas ir blīvas mikroskopisku vienšūnu fitoplanktona kopas, var aptvert simtiem kilometru okeāna virsmas un ir redzamas no kosmosa, izmantojot satelītus. Šie milzīgie ziedēšanas veidojumi nogrimst uz jūras dibena, kad planktons mirst, pārnesot oglekli uz dziļo jūru un palīdzot cīnīties pret klimata pārmaiņām. Lai gan šāda veida planktona ziedēšana ir dabisks fenomens, tā var pārspīlēti notikt pārmērīga barības vielu daudzuma dēļ, kas rodas ieplūstot lauksaimniecības notekūdeņiem ar minerālmēsliem vai notekūdeņiem. Ja ziedēšana ir pārāk liela vai pārāk koncentrēta pārmērīga barības vielu daudzuma dēļ, tā var izraisīt hipoksiskas (bez skābekļa) mirušās zonas uz jūras grunts. Tās nogalina visu, kas tur dzīvo, ieskaitot dzīvniekus, kuri nevar ātri izkļūt no šīs mirušās zonas.
Ir tikai dažas augu un dzīvnieku grupas, kas ir tik bioloģiski daudzveidīgas un svarīgas mūsu okeānu, patiesībā visas mūsu planētas, funkcionēšanai kā fitoplanktons un zooplanktons. Mūsdienu ķīmiskais piesārņojums, atkritumi jūrā un mikroplastmasa, ir nopietni apdraudējumi jūras ekosistēmām, un planktons ir viena no visvairāk ietekmētajām grupām.
Lauksaimniecībā izmantotie pesticīdi un mēslošanas līdzekļi nonāk ūdenī caur notekūdeņiem un plūdiem. Šie ķīmiskie savienojumi ietekmē fitoplanktonu augšanu un attīstību, samazinot to dažādību un radot toksiskas sekas. Savukārt, smagie metāli, piemēram, svins, dzīvsudrabs un kadmijs, mēdz uzkrāties planktonā, radot bioakumulāciju. Šie metāli var traucēt planktona fizioloģiju un samazināt to spēju izdzīvot un vairoties.
Jūras atkritumi, piemēram, pārtikas atkritumi, ir iemesls pārmēra “eļļainai” fitoplanktona ziedēšanai, kas var pārsteigt ekosistēmas līdzsvaru, samazinot skābekļa līmeni ūdenī un radot “mirušās zonas”.
Mikroplastmasa un nanoplastmasa iekļūst planktonā, radot mehāniskus bojājumus un bioakumulāciju. Planktons, kas uzņem mikroplastmasu, tiek pakļauts toksisko vielu – bisfenola, ftalātu un citu inžu iedarbībai, kas ietekmē to augšanu un vairošanos. Bez tam – nanoplastmasa un mikroplastmasa no planktona pāriet uz augstākiem trofiskajiem līmeņiem, piemēram, zivīm un cilvēkiem. Vēl viens aspekts – mikroplastmasa var piesaistīt toksiskas vielas no ūdens, kas uzkrājas planktonā un rada kaitējumu tiem, kas tos patērē.
Nedaudz par nanoplastmasas nonākšanu cilvēka organismā. Nanoplastmasa cilvēkā nonāk pa trim ceļiem – apēdot, ieelpojot vai caur ādu (ceturtais ceļš, kaut minimāls, ir intravenozi, intraarteriāli, intratekāli ievadot zāles ar plastmasas injekciju špricēm un sistēmām).
Cilvēki ir hroniski pakļauti zemas koncentrācijas nanoplastmasas iedarbībai, savukārt visi trīs iedarbības ceļi – norīšana, ieelpošana un saskare ar ādu – veicina nanoplastmasas kopējo klātbūtni cilvēka organismā.
Globālajās publikācijās notiek karstas diskusijas un tiek aprakstīti visdažādākā veida moderni pētījumi par to, cik bīstama mikroplastmasa ir cilvēkiem, dzīvniekiem un videi. Katrai mikroplastmasas daļiņai ir individuāls sastāvs, ko nosaka iepriekšējie ražošanas, izmantošanas un sadalīšanās procesi. Mikroplastmasas daļiņas mēdz piesaistīties ļoti kaitīgiem mikropolutantiem, piemēram, plastifikatoru, smago metālu, peticīdu vai farmaceitisko līdzekļu atliekām. Tas palielina mikroplastmasas radītā fizikālā un toksikoloģiskā kaitējuma risku cilvēkam, dabas organismiem un ekosistēmām.
Šogad publicētā pētījumā aprēķināts, ka, tikai ēdot, dzerot un elpojot, katrs amerikānis katru gadu norij vismaz 74 000 mikroplastmasas daļiņu. Savukārt plaši apspriestā pētījumā, ko pēc Pasaules Dabas fonda pasūtījuma veica Austrālijas Ņūkāslas universitātes pētnieki, tika aprēķināts, ka cilvēki nedēļā uzņem aptuveni 5 gramus plastmasas – aptuveni tikpat daudz, cik viena kredītkarte.
Nanoplastmasa var šķērsot membrānas, kas aizsargā smadzenes no svešķermeņiem, kuri nokļūst asinsritē; tātad plastmasas nanodaļiņas krājas arī cilvēka smadzenēs. Nanoplastmasa caur mātes placentu var sasniegt augli.
Dažas no šīm nanoplastmasas daļiņām potenciāli var izdalīt bisfenolu un ftalātus. Ir zināms, ka bisfenoli ietekmē hormonus, un ir pētījumi, kas saista bisfenolu iedarbību ar vīriešu un sieviešu auglības samazināšanos; arī ftalāti izraisa hormonu darbības traucējumus, un ftalātu prenatālā iedarbība ir saistīta ar zemāku testosterona līmeni vīriešiem, īpaši jaundzimušajiem.
Arī polistirols, kas atrodama plastmasā un dažos pārtikas iepakojumos, ir saistīta ar vairākām veselības problēmām, tostarp nervu sistēmas problēmām, dzirdes zudumu un vēzi. Nanoplastmasas daļiņas var uzkrāt arī polihlorbifenilus, kas novājina imūnsistēmu un ir kancerogēni.
Tātad – mūsdienu piesārņojums un mikroplastmas klātbūtne nopietni apdraud planktona ekosistēmu un sasistīti – cilvēka veselību. Planktons ir kritiski svarīgs jūras pārtikas tīklam, un tā veselība ir būtiska, lai saglabātu jūras bioloģisko daudzveidību un ekosistēmu stabilitāti un absolūti – cilvēka esistencei uz planētas “Zeme”. Lai mazinātu riskus, ir nepieciešama globāla sadarbība un efektīvi pasākumi, kas mazinātu piesārņojumu un aizsargātu jūras vidi.
Zīmēt es nemāku, uzzīmēt fitoplanktonu un zooplanktonu palūdzu mākslīgajam intelektam. Šķiet, ka mākslīgais intelekts pārāk par planktonu nebija interesējies un zīmējumam ir tikai skata piesaistes nozīme