Obsojeni bobri in bakteriofagi v vesolju
… podrtje bobrovih jezov ni krivo za poplave med ekstremnimi padavinami …
… dinamika med bakteriofagi in Escherichio coli na mednarodni vesoljski postaji …
Bobri so pomembni ekosistemski inženirji, ki z gradnjo jezóv večinoma pozitivno vplivajo na pretok in obliko rek. Jezovi izboljšajo kakovost vode, zmanjšajo možnost za poplave in prispevajo k ohranjanju biodiverzitete. Po drugi strani pa se lahko med hujšimi nalivi porušijo, kar ljudje pripisujejo dodatnemu povečanju pretoka, in jih zato krivijo za zaostrovanje poplav. V Quebecu v Kanadi so lastniki poplavljenih restavracij po uničujočih nalivih v času hurikana Katrina leta 2005 in Irene leta 2011 tožili občino, ki je odgovorna za odstranitev bobrovih jezóv. Odvetniki na obeh straneh so naročili inženirski raziskavi, ki sta dali različne rezultate. Sodnika je bolj prepričala raziskava lastnikov restavracij, ki so za dodatno škodo krivili bobre. Pred kratkim je raziskovalna skupina z Univerze v Concordii izvedla neodvisno poglobljeno raziskavo o vplivu jezov ob takratnih ekstremnih nalivih, ki so jo objavili v reviji Earth Surface Processes and Landforms.
Bobri z jezovi uravnavajo pretok vode, a njihov vpliv v primeru hujših nalivov je slabo raziskan. V študijah se uporabljata dva različna načina modeliranja. Prvi je hidrološki, ki upošteva pretok vode, drugi pa je hidravlični, ki upošteva mehaniko pretoka po reki, torej hitrost in količino vode ter globino struge. Ekipa raziskovalcev, ki se je na sodišču v Quebecu postavila v bran bobrom, je uporabljala hidrološko in enodimenzionalno hidravlično modeliranje, ki povpreči globino reke na preseku struge. Ob ekstremnih dogodkih, obravnavanih v raziskavi, je zapadlo več kot 1,2 metra dežja v dvanajstih urah ter 1,7 metra v štiriindvajsetih urah. Za primerjavo, v poplavah v Sloveniji leta 2023 je padlo največ 20 centimetrov dežja v eni noči. Neodvisne raziskovalke in raziskovalci so zato nadgradili prvotni model z dvodimenzionalnim hidravličnim, s katerim so prvič modelirali ekstremne padavine.
V sklopu neodvisne raziskave so najprej s pomočjo meritev pretoka postavili hidrološki model, ki je simuliral količino vode na različnih delih reke. Prvotni raziskavi, ki so jo naročili občina in oškodovani lastniki, sta se razlikovali predvsem v količini vode v akumulacijskem ribniku za bobrovim jezom. Raziskava, ki je bila bobrom v bran, je namreč ocenila kar šestkrat manjši volumen vode v ribniku. V novi raziskavi so model nadgradili na dvodimenzionalnega, ki je upošteval bolj realno oceno globine reke. Pognali so ga za primer, da do zrušitve jezu ni prišlo, in za primer, da se je jez zrušil, ter pri obeh ocenjenih volumnih akumulacijskega ribnika. Tudi višino jezu so povečali na tri metre, čeprav bobri ponavadi gradijo le dober meter v višino. Preizkusili so različne časovne profile kolapsa, saj bi se pri hitrejšem podrtju jezu pretok vode na časovno enoto bolj povečal.
Rezultati modeliranja so pokazali, da podrtje jezu ni moglo povzročiti poplav. Največji vpliv na poplavljanje je imelo spreminjanje višine jezu, a tudi če bi bil ta rekordno velik in kolapsiral v najkrajšem možnem časovnem intervalu, se pretok ne bi dovolj povečal za nastalo škodo. Za dvig pretoka so bili najverjetneje krivi hlodi, ki so obtičali na delu reke ob poplavljenem območju in zmanjšali odtekanje vode. Občina in posledično bobri so bili, glede na rezultate neodvisne raziskave, po krivem obtoženi za nastalo škodo.
Ameriška raziskovalna skupina je v nedavni raziskavi preučevala odnos med bakterijo Escherichia coli in virusom, ki jo okužuje, bakteriofagom T7. Ta sicer dobro znani odnos so izpostavili posebnim pogojem: mikrogravitaciji na mednarodni vesoljski postaji, ki kroži 360 kilometrov nad površjem Zemlje. V eksperimentu so preverili, ali sprememba v gravitacijski sili vpliva na sposobnost bakteriofagov, da bakterije okužijo. Spremembe v dinamiki med bakterijo in bakteriofagom so popisali in objavili v reviji PLOS Biology.
Virusi lahko napadajo vsa živa bitja, od bakterij do rastlin, živali in celo drugih virusov. Občestvu živih bitji so se virusi evolucijsko prilagodili z raznolikimi tehnikami. Lahko so nitasti, okrogli, heksagonalni, lahko imajo rep ter genom na osnovi DNK ali RNK. Bakteriofag T7 je eden bolj preučenih bakterijskih virusov, ki okužuje bakterijo Escherichia coli. Podoben je toplozračnemu balonu, ki ima pri košari šest nog. Z nogami se najprej pripne na bakterijo, s košaro izvrta luknjico v bakterijsko celično steno in vanjo iztisne svojo DNK, ki je bila prej shranjena v balonu. Virus nato izkoristi pomnoževalne mehanizme v bakterijski celici in se tako namnoži, da po približno 17 minutah bakterija poči in sprosti do 200 novih virusov.
Spremembe v dinamiki pripenjanja med bakteriofagom T7 in bakterijo Escherichia coli v mikrogravitaciji je raziskovalna skupina preučila na mednarodni vesoljski postaji. Mešanico bakteriofagov in bakterij je zamrznila in polovico poslala na mednarodno vesoljsko postajo, polovico pa ohranila v laboratoriju na Zemlji. Merili so kratkoročno dinamiko z večkratnim vzorčenjem v prvih štirih urah in dolgoročno z enkratnim vzorčenjem po 23 dneh. Po tem času so vzorce vrnili na Zemljo in preverili koncentracije virusov in spremembe v njihovem genomu.
Koncentracija bakteriofagov na Zemlji je po štirih urah narasla za milijonkrat, medtem ko v mikrogravitaciji do naraščaja bakteriofagov po 4 urah sploh še ni prišlo. Pomnožitev bakteriofagov so zaznali šele v zadnjem vzorcu po 23 dneh. Vesoljske in zemeljske bakteriofage so razločili s sekvenciranjem celotnega genoma virusov. Razlike v genomu je raziskovalna skupina prevedla v razlike v virusnih proteinih. V populaciji bakteriofagov je prišlo do največ mutacij v proteinih, ki omogočajo pripenjanje bakteriofaga na bakterijo. Raziskovalna skupina je določila, da nastale mutacije omogočajo močnejše pritrjevanje v razmerah mikrogravitacije. Na koncu je raziskovalna skupina preverila, ali so vesoljski bakteriofagi enako uspešni tudi na Zemlji. Bakteriofage so ponovno dodali bakteriji Escherichia coli in opazili, da so vesoljski bakteriofagi bolj virulentni kot zemeljski.
Bakteriofagi in bakterije so v dinamičnem ravnovesju. Ob previsoki virulentnosti lahko uničijo celotno mikrobno populacijo, ob prenizki virulentnosti pa začne mikrobna populacija eksponentno rasti. Da se ravnovesje ohranja, se bakteriofagi ob spremembi razmer prilagodijo. Zemeljski bakteriofagi so ob prenosu v mikrogravitacijo sprva počasneje končali cikel od vstopa v bakterijo do njene lize. To bi lahko povzročilo eksponentno rast bakterij. Ampak raziskava je pokazala, da se tu zgodba ne konča. Evolucijski mehanizmi delujejo tudi izven zemeljski okvirjev in prek mutacij in generacij spreminjajo populacije bakteriofagov. Evolucijska selekcija v obilju bakterij je bakteriofage usmerila v razvoj višje virulence. Znanstvena ekipa je pokazala, da v mikrogravitaciji evolucijski mehanizmi najbolj ojačajo pripenjanje bakteriofagov. Tako postanejo bakteriofagi v novem okolju zopet bolj viruletni in vzpostavijo novo dinamično ravnovesje bakterijske populacije med smrtjo in eksponentno rastjo.
ZOFFo sta pripravila vajenka Staša in Sergej.
Dodaj komentar
Komentiraj