Zamislite sjeverni Jadran kao golem, živahan podvodni grad

Ako fitoplankton ne može dobro raditi zbog promjena u svom okolišu, to utječe na sve što dolazi poslije njih u lancu prehrane

Znanstvenici Instituta Ruđer Bošković tijekom posljednjih mjesec dana plasirali su u javnost dva zanimljiva istraživanja koja želimo predstaviti u ovom broju Energreena. Prvo zanimljivo istraživanje otkriva ključne promjene u morskome prehrambenom lancu sjevernog Jadrana. Naime rezultati istraživanja fitoplanktona, koja su proveli znanstvenici Centra za istraživanje mora IRB-a u Rovinju, otkrivaju značajne promjene u osnovi prehrambenog lanca sjevernog Jadrana, što ukazuje na duboke ekološke promjene u jednoj od najproduktivnijih morskih regija Mediterana.

Ovo istraživanje objavljeno je u uglednom znanstvenom časopisu „Frontiers in Ecology and Evolution” i temelji se na analizi podataka o bioraznolikosti fitoplanktona prikupljenih tijekom posljednje 24 godine. Zamislite sjeverni Jadran kao golem, živahan podvodni grad u čijem funkcioniranju fitoplankton, njegovi najmanji stanovnici imaju veliku ulogu. Oni uzimaju ugljični dioksid (CO2) i pretvaraju ga u hranu kojom se mogu koristiti druge morske životinje.

To ih čini primarnim proizvođačima hrane jer su na samom početku prehrambenog lanca mora. Bez njih, kao da ne postoji prva karika u prehrambenom lancu koju sve ostale životinje trebaju da bi preživjele. Sve od najmanjih virusa i bakterija, pa do velikih riba i morskih sisavaca, ovisi o tome koliko dobro fitoplankton može obavljati svoj posao. Ako fitoplankton ne može dobro raditi zbog promjena u svom okolišu, to utječe na sve što dolazi poslije njih u lancu prehrane.

Dramatične promjene

„Dramatične promjene u fitoplanktonu, koje smo opisali u ovom istraživanju, jasno pokazuju da se u Jadranskom moru događa nešto važno. Takve promjene mogu imati snažan utjecaj na cijeli morski ekosustav. Za znanstvenike je iznimno važno pratiti te procese jer nam pomažu bolje razumjeti šire i sve složenije promjene koje primjećujemo, poput promjena u broju i vrstama riba ili u općem stanju zdravlja mora. To znanje nam omogućuje da bolje planiramo i učinkovitije štitimo naše more“, objašnjava Ivan Vlašiček, doktorand u Laboratoriju za evolucijsku ekologiju i prvi autor na radu.

Laboratorij za evolucijsku ekologiju, koji je dio „Ruđerova” Centra za istraživanje mora u Rovinju, provodi jedan od najdugovječnijih i interdisciplinarnih programa promatranja morskih ekosustava u Mediteranu. Ovaj tim znanstvenika istražuje kako se različiti morski organizmi ponašaju, kako rastu i međusobno se povezuju, baš kao što bi netko promatrao kako se razvijaju i mijenjaju različiti dijelovi jednog velikog grada.

U ovom istraživanju prvi su put pokazali kako se zajednice fitoplanktona mijenjaju tijekom vremena i prostora. To znači da su uspjeli pratiti i objasniti kako se fitoplankton ponaša i kako se njihova ponašanja mijenjaju zbog različitih uvjeta u okolišu, kao što su temperatura, slanost mora ili količina hranjivih tvari.

Na Institutu je smještena znanstveno-istraživačka oprema u vrijednosti više od 13,3 milijuna eura

Otkucaji srca

Znanstvenici su primijetili da su tijekom posljednjeg desetljeća uobičajeni obrasci po kojima se fitoplankton razvija i raste, postali sve manje stabilni i predvidljivi. To znači da fitoplankton više ne reagira na uvjete u okolišu na način na koji su znanstvenici ranije mogli lako predvidjeti. Praćenje ovakvih promjena iznimno je važno jer sjeverni Jadran ima ključnu ulogu u cirkulaciji morske vode kroz cijeli Jadran.

Kao što promjene u jednom dijelu grada mogu utjecati na promet u cijelom gradu, promjene u biološkim, kemijskim i fizičkim svojstvima Sjevernog Jadrana mogu utjecati na živi svijet u cijelom Jadranu. Primjerice, ako fitoplankton ne može pravilno obavljati svoju ulogu u apsorpciji CO2 ili proizvodnji kisika, to može imati velike posljedice za sve morske životinje i biljke koje ovise o zdravom i stabilnom okruženju da bi preživjele.

Rezultati ovog istraživanja dodatno su važni jer mogu služiti kao važne smjernice za donositelje odluka i znanstvenu zajednicu i to pri donošenju mjera i strategija za zaštitu morskih ekosustava.

Proučavanje žutog brašnara pomaže znanstvenicima da bolje razumiju biologiju insekata

Važnost rezultata

Dr. sc. Martin Pfannkuchen, voditelj laboratorija i dopisni autor na radu, naglašava važnost ovih rezultata. „Ovo istraživanje pruža ključne uvide u indikatore ekoloških promjena u Jadranu. Dramatične promjene koje smo dokumentirali odražavaju hitnu potrebu za adresiranje ekoloških pritisaka koji redefiniraju strukturu i funkciju morskog ekosustava”, rekao je.

Istraživanje je proveo tim znanstvenika iz Laboratorija za evolucijsku ekologiju Centra za istraživanje mora u Rovinju koji uz doktoranda Ivana Vlašičeka i dr. sc. Pfannkuchena čine dr. sc. Daniela Marić Pfannkuchen, dr. sc. Mirta Smodlaka Tanković, dr. sc. Ana Baričević, dr. sc. Nataša Kužat, doktorandi Mia Knjaz, Lana Grižančić i Ivan Podolšak te dr. sc. Tjaša Kogovšek.

Centar za istraživanje mora u Rovinju, dio Instituta Ruđer Bošković, nastavlja predvoditi u interdisciplinarnom istraživanju morskih ekosustava. Neprekidni napori znanstvenika Centra pridonose stjecanju ključnog znanja za održivo upravljanje morskim resursima i očuvanje morskog života osiguravajući da sjeverni Jadran ostane živahna i produktivna morska regija za buduće generacije.

Rezultati istraživanja fitoplanktona otkrivaju značajne promjene u osnovi prehrambenog lanca sjevernog Jadrana

Stanovnici prirode

Drugo zanimljivo i važno istraživanje nalazi se iza naizgled običnih elemenata i stanovnika prirode koji kriju dragocjene informacije o našem okolišu i genetskoj raznolikosti, a koje otkrivaju projekti znanstvenica IRB-a, dr. sc. Katje Magdić Košiček i dr. sc. Eve Šatović Vukšić. Kako pronaći oku nevidljive, ali važne elemente koji nam pružaju ključne informacije o stanju našeg okoliša ili otkrivaju kako se geni prilagođavaju na promjene u okolišu?

Upravo se tim istraživanjima bave ove dvije znanstvenice u sklopu dva projekta koje financijski podržava Zaklada ADRIS. Ove znanstvenice u svojim istraživanjima upotrebljavaju kukce, dagnje i med kao ključne alate za rasvjetljavanje skrivenih aspekata našeg ekosustava.

Dok jedan tim istražuje kako dagnje i med mogu služiti kao prirodni detektori za praćenje zdravlja okoliša, drugi se fokusira na razotkrivanje genetskih tajni kukca poznatog kao žuti brašnar s ciljem boljeg razumijevanja biološke raznolikosti i prilagodbi organizama na promjene u okolišu. Oba projekta dijele cilj: bolje razumijevanje i zaštitu prirodnog svijeta koji nas okružuje.

Dagnje su se pokazale idealnim bioindikatorima za praćenje stanja morskog ekosustava

Prirodni detektivi

U tom svijetu postoji prirodna radioaktivnost. Iako prvo pomislimo na nuklearne nesreće i zagađenje otpadom kada čujemo za radioaktivnost, ona je zapravo prirodni proces prilikom kojeg nestabilni atomi oslobađaju energiju i čestice kako bi postali stabilni. Taj proces odvija se svakodnevno, prisutan je od početka svemira i uključuje elemente poput radioaktivnih izotopa kalija, ugljika, uranija i torija, koji se nalaze u zemlji po kojoj hodamo, vodi koju pijemo, zraku koji dišemo, pa čak i u našim kostima i tkivima.

Naše tijelo sadrži približno 5000 atoma koji se raspadaju svake sekunde stvarajući prirodno zračenje koje je dio našeg svakodnevnog života. Evolucija nas je opremila mehanizmima za nošenje s ovom prirodnom razinom zračenja. Istraživanje dr. sc. Katje Magdić Košiček u sklopu projekta „Dagnje i med kao bioindikatori radioaktivnosti morskog i kopnenog okoliša” provodi se na području poluotoka Pelješca i upotrebljava pčele i dagnje kao inspektore radioaktivnosti u okolišu.

Pčele su kopneni inspektori koje posjećuju stotine cvjetova u danu prikupljajući nektar, s kojim u košnicu donose i mikroskopske čestice iz okoliša, uključujući i radionuklide. Kada nektar pretvore u med, prikupljene čestice ostaju u tom slatkom proizvodu, koji tako postaje prirodna arhiva radioaktivnosti određenog područja. Posebno je značajno što med uz prirodne radionuklide, poput primjerice polonija, može sadržavati i one umjetne, kao što je radioaktivni cezij, koji se u prirodi mogu naći isključivo kao rezultat ljudskih aktivnosti, poput nuklearnih nesreća.

Fitoplankton uzima ugljični dioksid (CO2) i pretvara ga u hranu kojom se mogu koristiti druge morske životinje

Moćne dagnje

S druge strane, dagnje preuzimaju ulogu inspektora morskog okoliša. Ovi su školjkaši prirodni filtracijski sustavi, koji propuštaju i do 80 litara morske vode na dan kako bi iz nje izdvojili hranjive tvari.

Ova sposobnost čini ih idealnim bioindikatorima za praćenje stanja morskog ekosustava jer uz hranjive tvari u svom tkivu zadržavaju tragove zagađenja poput teških metala i radioaktivnih tvari. „Zdravlje okoliša ključno je za očuvanje zdravlja ljudi, a ovo istraživanje pruža cjelovite podatke o kretanju radionuklida u moru i na kopnu Pelješca.

Dobiveni rezultati poslužit će kao temelj za buduće praćenje radioaktivnosti u drugim dijelovima Hrvatske, što je posebno važno u svjetlu globalnih događaja poput rata u Ukrajini i povećane potrebe za pouzdanim praćenjem potencijalnih zagađenja”, zaključila je dr. sc. Katja Magdić Košiček, znanstvenica u Zavodu za istraživanje mora i okoliša IRB-a.

Znanstvenici su primijetili da su tijekom posljednjeg desetljeća uobičajeni obrasci po kojima se fitoplankton razvija i raste, postali sve manje stabilni i predvidljivi

Žuti brašnar

Osim dagnji i pčela, još jedan stanovnik živog svijeta znanstvenicima pomaže otkriti kako život prilagođava svoje najosnovnije strukture u borbi za opstanak. U fokusu istraživanje koje provodi dr. sc. Eva Šatović Vukšić u Zavodu za molekularnu biologiju IRB-a našao se jedan skroman, ali zanimljiv kukac – žuti brašnar.

„Žuti brašnar vodi dvostruki život. Dok s jedne strane uzrokuje štetu u skladištima hrane kao nametnik, s druge ima rastuću komercijalnu vrijednost u animalnoj prehrani kao izvor proteina. Europska unija je 2022. godine odobrila upotrebu ovog kukca i u ljudskoj prehrani, što znači da mi moramo proširiti znanje o ovom kukcu“, istaknula je dr. Šatović Vukšić. Žuti brašnar je modelni organizam za različita istraživanja zbog velikih prednosti poput jednostavnog uzgoja, brzog razmnožavanja i kratkog životnog ciklusa.

No, i s genomskog gledišta, žuti brašnar iznimno je zanimljiv kukac. Njegov genom može se promatrati kao golemu knjižnicu prepunu različitih knjiga. Većina tih knjiga dobro je poznata i često se upotrebljava, ali postoje i one zagonetne knjige skrivene na prašnjavim policama koje nazivamo tamna materija genoma. Te zagonetne knjige su zapravo satelitni DNK (engl. Sattelite DNA, satDNA), koje čine velik dio genoma žutog brašnara, ali čija funkcija i značaj nisu potpuno razjašnjeni.

Pčele su kopneni inspektori koje posjećuju stotine cvjetova u danu prikupljajući nektar, s kojim u košnicu donose i mikroskopske čestice iz okoliša, uključujući i radionuklide

Tamna materija

Istraživanja koje dr. Šatović Vukšić provodi u sklopu projekta „Rasvjetljavanje uloga ‘tamne materije’ u funkcioniranju genoma gospodarski važnog kukca kornjaša Tenebrio molitor‘’ usmjeren je na istraživanje tamne materije genoma žutog brašnara. Ovaj tim istraživača na IRB-u rasklapa složeni genom žutog brašnara, kako bi saznali gdje se točno nalaze satelitni DNK u genomu, kako se ponašaju i kako utječu na život i prilagodbu žutog brašnara, posebno u uvjetima stresa ili tijekom razvoja.

Istraživanjem ovih sekvenci i njihove aktivnosti u različitim razvojnim fazama, znanstvenici će moći bolje razumjeti kako one utječu na strukturu genoma te kako genom ovog kukca funkcionira kao dobro usklađena cjelina. „Naša istraživanja mogla bi otkriti skrivene mehanizme koji omogućuju ovom kukcu da se tako dobro prilagođava različitim uvjetima.

Razumijevanje tih mehanizama nam može pomoći i da shvatimo kako genomi funkcioniraju i evoluiraju. Također, proučavanje ovog kukca pomaže nam da bolje razumijemo biologiju insekata, njihov razvoj i preživljenje, prednosti i rizike, generirajući informacije vrijedne za poljoprivredu, ekologiju i prehrambenu industriju“, zaključila je dr. Šatović Vukšić.

Žuti brašnar vodi dvostruki život – dok s jedne strane uzrokuje štetu u skladištima hrane kao nametnik, s druge ima rastuću komercijalnu vrijednost u animalnoj prehrani kao izvor proteina.

Vodeća institucija u RH

Institut Ruđer Bošković provodni mnoga zanimljiva i korisna istraživanja u području prirodnih, biomedicinskih, biotehničkih i tehničkih znanosti, doprinosom visokom obrazovanju te suradnjom s društvom i gospodarstvom zasnovanom na vrhunskim znanstvenim istraživanjima.

Iz Instituta kažu kako im je cilj biti prepoznatljiv vrhunski europski centar znanstvene izvrsnosti te kako sudjeluju u brojnim međunarodno i nacionalno financiranim i međunarodno recenziranim istraživačkim projektima poput onih u okviru programa Obzor 2020, programa IAEA-e, FP7, HrZZ-a, NATO-a, NSF-a, ICGEB-a i projektima drugih inozemnih znanstvenih zaklada. Na Institutu se trenutačno provodi više od 200 projekata, pri čemu je više od polovine ukupnih sredstava financirano projektima Europske unije i drugim međunarodnim izvorima.

Na Institutu je smještena i kapitalna znanstveno-istraživačka oprema u vrijednosti više od 13,3 milijuna eura. Institut je također vodeća institucija u Republici Hrvatskoj u broju radova objavljenih u međunarodnim znanstvenim časopisima, posebno u kategoriji najprestižnijih časopisa. Svojim istraživačkim kapacitetima, znanjem i znanstvenom izvrsnošću Institut preuzima ulogu povezivanja znanosti s gospodarstvom Republike Hrvatske. Multidisciplinarnost je jedna od ključnih snaga Instituta, koja omogućava cjelovita rješenja za široki spektar društveno važnih tema, stoji na njihovoj mrežnoj stranici.

---