Stres ekologiczny w populacji wioślarki może spowodować, że z rosłego, dorodnego pokolenia dziadków wyrośnie chude i drobne pokolenie wnucząt, a niekiedy odwrotnie, w zależności od czynnika stresującego.

Czym jest stres ekologiczny?

Jest to stan organizmu wywołany działaniem stresora, czyli  czynnika stresującego, który może być natury fizycznej, chemicznej lub biologicznej. W stanie stresu działają w organizmie dwa mechanizmy przeciwstawne. Pierwszy mechanizm, zwany dezintegracją wewnętrzną, prowadzi do zmian patologicznych organizmu, a drugi – obronny – eliminuje wpływ szkodliwego czynnika.

Stres jest definiowany jako perturbacja (zakłócenie) systemu (np. ekosystemu) wywołana czynnikiem stresującym, który może być dwojakiego rodzaju:

• obcy dla badanego systemu;
• naturalny dla badanego systemu, ale działa w nadmiernym  stężeniu np. fosfor, azot czy woda.

Czynnik stresowy może działać na ekosystem, populację lub osobnika. Ekosystemy poddawane są perturbacjom czasowym lub stałym, np. powódź, wysychanie, dopływ zanieczyszczeń. Podczas czynników stresowych działających gwałtownie ekosystemy szybko przystosowują się, a potem raptownie po zakończeniu działania czynnika stresowego powracają do stanu wyjściowego.

Ile stresu może przyjąć ekosystem?

Ekosystemy mają pewną pojemność (ang. capacity) do przyjmowania czynników stresowych bez uszczerbku dla normalnego funkcjonowania i zachowania struktury. Po przekroczeniu tej pojemności rozpoczyna się proces degradacji ekosystemu. Polega on na zmniejszeniu różnorodności biologicznej, zmniejszeniu produkcji pierwotnej i wtórnej ekosystemu oraz zmniejszeniu odporności ekosystemu na naturalne perturbacje. Ekosystem poddany czynnikowi stresującemu charakteryzuje się tzw. „syndromem cierpienia”, który wyraża się również w takich zjawiskach jak redukcja wydajności obiegu pierwiastków w ekosystemie, wzroście gatunków obcych,  wzroście dominacji małych gatunków i gatunków krótkożyjących.

Ekosystem poddawany ciągłemu stresowi nie odradza się, lecz degraduje. Naukowcy (Barrett G.W., Dyne G.M., Odum E.P., 1976) określili stres jako czynnik osłabiający ekosystem i wyróżnili cztery grupy antropogenicznych czynników stresowych:

1. czynniki fizycznej przebudowy, np. struktury gleby;
2. introdukcja/inwazja obcych gatunków;
3. wprowadzanie toksycznych substancji do powietrza, wody i gleby;
4. nadmierna eksploatacja ekosystemu.

Jakie wnioski dały badania nad stresem ekologicznym populacji wioślarek?

Przykłady działań czynnika stresującego i reakcji organizmu będących odpowiedzią na niego wykazano w szeregu badań m.in. poświęconych działaniom czynników stresujących na wioślarki z rodzaju Daphnia. Badania te dotyczyły wpływu takich czynników jak: toksyny, temperatura, pasożyty, niedotlenienie, obecność drapieżników (ryby planktonożerne), czy promieniowanie ultrafioletowe na populację wioślarki. Zaobserwowane zmiany  zachodziły na poziomie fizjologii, genetyki, tzw. efektu matczynego (ang. maternal effect, niegenetycznego wpływu organizmu matki na płód, zależnego jednak pośrednio od jej genotypu, np. większa samica zapewnia potomstwu inny start w życie niż mniejsza samica), morfologii, zachowania, czy historii życia osobnika.

Czym są kairomony i jak silny stres ekologiczny wywołują u wioślarek?

W badaniach stresu ekologicznego zgłębiano między innymi działanie kairomonów, to znaczy substancji chemicznych wytwarzanych przez organizmy jednego gatunku, wywołujących skutki u drugiego gatunku. Kairomony to substancje wydzielane mimowolnie przez organizm niosące sygnał neutralny lub niekorzystny dla nadawcy, a korzystny dla odbiorcy. Stwierdzono, że kairomony uwalniane przez ryby planktonożerne są czynnikiem stresogennym dla wioślarek i wpływają na sezonową zmienność wielkości ich ciała.

Dobrze być małą i chudą wioślarką, by nie stać się pokarmem drapieżnika

W momencie, gdy w pobliżu populacji wioślarek pojawia się czynnik stresowy – ryba planktonożerna, a konkretnie związki chemiczne, które ona uwalnia do środowiska – do pierwszego rozrodu przystępują tylko najmniejsze wioślarki, rodząc potomstwo o mniejszych rozmiarach ciała. W kolejnej reprodukcji proces powtarza się i znów do rozrodu przystąpią najmniejsze organizmy. Tym samym z pokolenia na pokolenie wioślarki są coraz mniejsze, ale zwiększają w ten sposób szanse na przeżycie i możliwość uniknięcia pożarcia przez drapieżnika. Taki proces czasowego „rezygnowania” niektórych grup organizmów z rozmnażania płciowego jest jednym z przykładów tzw. efektu matczynego i jest mechanizmem obronnym wioślarek.

Dobrze być dorodną wioślarką, by nie umrzeć z głodu

Odwrotnie działa inny czynnik stresogenny – deficyt pokarmu. Małe osobniki są znacznie bardziej wrażliwe na głód niż duże. Zatem przy niskiej koncentracji pokarmu w środowisku do reprodukcji przystępują osobniki duże, wydając na świat duże potomstwo. Niedobór pokarmu może prowadzić pośrednio do wzrostu średniej wielkości ciała w pierwszej reprodukcji.

Tekst: Agnieszka Pociecha

Literatura:

Mikulski A. (1999), Efekt matczyny u zwierząt wodnych: odpowiedź na wyzwanie środowiska [W: J. Pijanowska (red.) Zwierzę wobec drapieżcy: ekologia drapieżnictwa w środowisku wodnym]. Kosmos, 48: 485–490.

Barrett G.W., van Dyne G.M. and E. P. Odum, 1976, Stress Ecology, BioScience, Vol. 26, No. 3), pp. 192-194.

Rapport D.J., Whitford W. 1999 How ecosystems respons to stress. BioScience, 19, 3, 193–203.

Galeria zdjęć