Kleszcze na etacie detektywa. Sypią dowodami w sprawie zanieczyszczenia środowiska…

Naukowcy z UPWr udowadniają, że te znienawidzone pajęczaki to w rzeczywistości genialne, biologiczne „czujniki”, które bezbłędnie donoszą nam o tym, co naprawdę krąży w naszym ekosystemie. Zamiast tylko pić krew, kleszcze sypią dowodami w sprawie zanieczyszczenia środowiska…

Metale ciężkie, pestycydy i wiele innych toksycznych substancji to niewidzialni wrogowie, którzy przenikają do gleby, wody i powietrza, wpływając na całe ekosystemy i nasze zdrowie. Pierwiastki, takie jak arsen, chrom, kadm, ołów, nikiel czy rtęć, w nadmiernych stężeniach są toksyczne dla organizmów żywych. Ich źródła są bardzo różne – przenikają do środowiska w wyniku naturalnych procesów, ale i znacznie częściej jako skutek działalności człowieka. Skuteczne ich monitorowanie jest kluczowe, ale tradycyjne metody bywają kosztowne i czasochłonne. Z tego powodu naukowcy stale poszukują nowych narzędzi. I tu pojawia się nasz zaskakujący bohater – kleszcz. Okazuje się, że te niepozorne pajęczaki, które kojarzą nam się głównie z zagrożeniem, w aspekcie badań nad zanieczyszczeniami mogą okazać się naszymi najskuteczniejszymi informatorami.

Wyniki swoich obserwacji dr Vitalii Demeshkant i dr Magdalena Zyzak – naukowcy z Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu, we współpracy z naukowcami z Muzeum i Instytutu Zoologii PAN opublikowali niedawno w prestiżowym czasopiśmie „Science of the Total Environment”. Autorzy publikacji rzucili nowe światło na to, jak kleszcz łąkowy Dermacentor reticulatus radzi sobie w roli biologicznego archiwisty.

Dlaczego akurat kleszcze? Oskórek jako chitynowy pendrive

Zanim przejdziemy do naszych małych bohaterów, wyjaśnijmy, czym właściwie są bioindykatory. To organizmy żywe, które pełnią rolę żywych czujników – reagują na zmiany w otoczeniu często zanim zostaną one wykryte przez aparaturę. Porosty mówią nam o czystości powietrza, małże o jakości wody, a kleszcze? One okazują się idealnymi kandydatami do monitorowania metali ciężkich.

Casting na kleszczowego bioindykatora wygrał Dermacentor reticulatus, czyli kleszcz łąkowy. Powodów było kilka: jest powszechny, długowieczny i wystarczająco duży do precyzyjnych analiz. – D. reticulatus funkcjonuje na stosunkowo wysokim poziomie troficznym i może pośrednio odzwierciedlać krążenie zanieczyszczeń w ekosystemie – wyjaśnia dr Vitalii Demeshkant z UPWr. – Jego twardy egzoszkielet może wiązać i akumulować pierwiastki chemiczne, co sprawia, że organizm ten może "zapisywać" historię chemiczną otoczenia.

Można więc powiedzieć, że pancerz kleszcza działa jak chitynowy pendrive, na którym zapisują się dane o stanie środowiska, w którym żył i żerował.

Przesłuchanie małych świadków

Do badania zebrano 30 dorosłych nieżerujących kleszczy łąkowych z trzech lokalizacji. Wybrane miejsca reprezentowały odmienne profile zanieczyszczeń, co ułatwiało prace porównawcze:

- Czarnobyl (Ukraina) – strefa wykluczenia, obszar o specyficznym skażeniu radionuklidami po katastrofie elektrowni jądrowej w maju 1986 roku. Kleszcze z tego regionu mogły dostarczyć informacji o długoterminowym wpływie skażenia na akumulację pierwiastków, w tym potencjalnie radioaktywnych izotopów (choć samo badanie skupiało się na pierwiastkach stabilnych). Czarnobyl stanowił wyjątkowe tło dla porównań z innymi, bardziej typowymi zanieczyszczeniami.

- Warszawa (Polska) – duże miasto o intensywnym ruchu drogowym i rozwiniętym przemyśle. Kleszcze z tego obszaru były narażone na typowe zanieczyszczenia miejskie, takie jak m.in. metale ciężkie pochodzące ze spalin samochodowych, ścierania opon i klocków hamulcowych, a także emisje przemysłowe.

- Kosewo Górne (Polska) – obszar wiejski, położony z dala od dużych ośrodków przemysłowych i miejskich, posłużył jako grupa kontrolna, reprezentująca stosunkowo czyste środowisko.

Głównym narzędziem do przesłuchiwania naszych małych świadków była analiza SEM-EDS. Pozwala ona na uzyskanie obrazów powierzchni pancerza w ogromnym powiększeniu i jednoczesną identyfikację pierwiastków w konkretnych punktach. Dzięki niej naukowcy mogli precyzyjnie odczytać, co kleszcz zapisał na swoim oskórku podczas wędrówek w otaczającym środowisku.

Autorzy podkreślają potrzebę standaryzacji pracy z próbkami (m.in. mycie, suszenie, dobór narzędzi), aby ograniczyć ryzyko obcych domieszek. – Badania wymagały standaryzacji poboru materiału oraz szczególnej ostrożności w przygotowaniu próbek do analiz SEM EDS. A unikatowy materiał badawczy pozyskano dzięki wieloletniej współpracy z MiZ PAN oraz Czarnobylskim Radiacyjno-Ekologicznym Rezerwatem Biosfery – opowiada dr Vitalii Demeshkant.

Analizy dostarczyły dowodów na to, że kleszcze bezbłędnie odzwierciedlają specyfikę regionu, z którego pochodzą. Np. kleszcze z Polski (Warszawa i Kosewo Górne) miały znacznie wyższe stężenia kadmu niż te ukraińskie z Czarnobyla, co pokrywa się z danymi o polskim przemyśle i spalaniu paliw. Z kolei te z Czarnobyla zapisały więcej wapnia i potasu, ale mniej metali ciężkich, co sugeruje, że brak ingerencji człowieka w przyrodę realnie wpływa na skład chemiczny ekosystemu. Dodatkowo okazało się, że samice są bardziej pojemnymi nośnikami danych – akumulowały znacznie więcej strontu i wapnia niż samce, co wynika z ich specyficznej fizjologii i potrzeb reprodukcyjnych.

Odkrycia naukowców z Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu mają dalekosiężne implikacje dla monitoringu środowiska kleszczy i ogólnie dla biomonitoringu. Potwierdzają one, że kleszcze łąkowe mogą służyć jako skuteczne i precyzyjne narzędzie do oceny zanieczyszczenia środowiska metalami ciężkimi. To z kolei otwiera drogę do wykorzystania ich w rutynowych programach monitoringu, zwłaszcza na obszarach, w których tradycyjne metody są trudne do zastosowania lub niewystarczające. Dzięki kleszczom możemy bowiem uzyskać unikalne dane na temat długoterminowej ekspozycji na zanieczyszczenia, a także o ich kumulacji w łańcuchu pokarmowym.

Autorzy opisywanej publikacji widzą też w przeprowadzonych badaniach duży potencjał dla szerszej współpracy interdyscyplinarnej. – Już teraz nasze badania łączą entomologię, chemię środowiskową i toksykologię, jednak pełne zrozumienie obserwowanych zjawisk wymaga podejścia interdyscyplinarnego – wyjaśnia dr Vitalii Demeshkant. – W kolejnych projektach widzimy duży potencjał współpracy z lekarzami weterynarii, epidemiologami oraz specjalistami zdrowia publicznego, aby lepiej ocenić, jak zmiany środowiskowe i klimatyczne wpływają jednocześnie na ekosystemy, rozmieszczenie kleszczy i ryzyko zdrowotne dla ludzi oraz zwierząt. 

Znaczenie tych badań dla zdrowia publicznego jest nie do przecenienia, ponieważ kleszcze są wektorami wielu groźnych chorób. Dlatego wiedza o tym, jak zanieczyszczenia środowiska wpływają na ich fizjologię i zdolność do przenoszenia patogenów, jest bardzo ważna. 

Odpowiedzi mogą pomóc w opracowaniu lepszych strategii zapobiegania chorobom odkleszczowym, a same kleszcze – służyć jako wczesny system ostrzegania przed zagrożeniami dla ludzi i zwierząt, wskazując na obszary o podwyższonym ryzyku zanieczyszczenia, które mogą wpływać na zdrowie całej populacji.