Mokslo ir technologijų pasaulis

Tai skamba kaip filmo scenarijus, bet tai tikra ir ir tai vyksta su pasaulio varlėmis ir salamandromis. „Gal žmonėms amfibijos ir nerūpi, bet įsivaizduokite, jei toks patogenas persikeltų į žinduolius“, – sako Vance'as Vredenburgas, ekologas iš San Francisko valstijos universiteto. Nors masiniai amfibijų išmirimai įvykdavo nuo praėjusio amžiaus devintojo dešimtmečio, to kaltininkas – grybelis – buvo atrastas tik 1999. Tada niekas nežinojo, iš kur liga atsirado, kodėl ji tokia mirtina ar kaip ji taip sparčiai paplito po pasaulį. Bet dabar padedami genetikos detektyvų, pradedame rasti šios mįslingos staigios ir naikinančios nelaimės staigaus atsiradimo priežasčių užuominas.

Netgi jei nebūtų žudiko grybelio, amfibijoms grėstų pavojus. Nusausindami pelkynus ir kirsdami miškus, kur gyvena varlės ir salamandros, daugeliui rūšių nepaliekame atsitraukimo kelių.

Grybelis prideda problemai dar vieną matmenį. „Negalime paprasčiausiai apsaugoti gyvenamųjų vietų ir taip sustabdyti jų nykimą – rūšys nyksta netgi saugomose teritorijos,“ sako Vredenburgas. „Tai tikrai neramina. Galime sumąstyti, kaip galėtume nekirsti atogrąžų miškų ir nerengti automobilių stovėjimo aikštelių šlapynėse. Bet negalime išsaugoti netgi saugomose vietose esančių rūšių…“

Dėl šių skerdynių beveik pusės amfibijų rūšių atstovų mąžta, šimtams rūšių gresia pavojus ir daug jau beveik išnyko. Vertinama, kad amfibijų rūšys nyksta 40 000 kartų greičiau, nei bet kada nuo pat to laiko, kai pirmosios amfibijos išropojo iš vandens prieš 360 milijonų metų. Niekas nežino, kokios bus ilgalaikės to pasekmės, bet pasaulis be abejo bus skurdesnis be jų. Prarandame nepaprastas rūšis, pavyzdžiui, Australijos gyvenančias Rheobatrachus genties varliagyvius, kurie praryja savo sudėtus kiaušinėlius ir jauniklius peri pilvuose. Šių varlių neberandama nuo devintojo dešimtmečio ir tikriausiai jos išnyko.

Daugeliu atvejų žudikas yra vienaląstis grybas Batrachochytrium dendrobatidis (Bd). Jis užkrečia amfibijų odą ir plinta, paskleisdamas sporas vandenyje. Smarki infekcija kūne pakeičia skysčių balansą ir sukelia širdies veiklos sutrikimą.

Bd grybelis yra netikėtas kandidatas varlių žudiko vaidmeniui. Kiti šios grupės grybeliai, chitridai, yra vandenyje gyvenantys, yrančiu augaliniu maistu mintantys mikrobai. „Labai keista, kad chitridas užpuolė stuburinius,“ stebisi Erica'a Bree Rosenblum, evoliucijos biologė iš Kalifornijos universiteto Berklyje, ir dar keisčiau, kad juos nužudo. „Tai būtų tas pats, jei sužinotume, kad žmonės pradėjo mirti nuo atleto pėdos,“ sako ji.

Tačiau Bd pasirodė esąs nepaprastas chitridas. Jis aiškiai prisitaikęs pulti odą ir kai Rosenblum palygino jo genomą su artimiausiais žinomais giminaičiais, paaiškėjo, kad jis turi šimtus

unikalių genų. Daugelis jų koduoja baltymus virškinančius fermentus – kitaip tariant, leidžiančius Bd valgyti mėsą (PLoS Pathogens, vol 7, p €1002338). „Šios savybės neatsirado pernakt,“ sako ji. Veikiausiai, Bd sugebėjimas misti varlių oda išsivystė per daug tūkstantmečių. Tai kodėl grybelis amfibijas masiškai žudo dabar? „Tai mes ir stengiamės išsiaiškinti. Kur šis grybelis buvo prieš 30 metų, kai nebuvo amfibijų sumažėjimo?“ sako Jasonas Stajich'ius, evoliucijos biologas iš Kalifornijos universiteto Riversaide.

Biologai pasiūlė dvi pagrindines galimas priežastis. Pirmoji ta, kad Bd tampa kenksmingas tik tam tikromis aplinkybėmis – Džekilo ir Haido hipotezė. Netrukus po Bd atradimo, paaiškėjo, kad kai kuriose vietose nedaug grybelių gyvena ant varlių odos, nekeldami jokios akivaizdžios žalos. Klimato kaita galėjo sukurti idealias sąlygas Bd grybeliui, paversdamos nereikšmingą infekciją mirtinu maru. Arba gal tokie faktoriai, kaip teršalai daro varles pažeidžiamas, silpnindami jų imunines sistemas.

Antras paaiškinimas yra, kad pats Bd pakito, pavirsdamas pasaulį siaubiančiu monstru, šluojančiu populiacijas, niekada anksčiau nesusidūrusias su šia nauja grybelio paderme. Tad turime reikalą su Džekilu ir Haidu ar kažkokiu nauju monstru? Paaiškėjo, tai yra byla genetikos detektyvams. Jei Bd gyvavo jau seniai ir pradėjo žudyti tik dėl pakitusių sąlygų, turėtų būti daug skirtumų tarp skirtingų grybelių linijų, sukeliančių išmirimus skirtingose pasaulio vietose. Jei pasaulyje plinta nauja linija, žudikas visur turėtų būti maždaug vienodas.

Kai Timothy'is Jamesas, mikologas, dabar dirbantis Mičigano universitete Ann Arbore su kolegomis beveik prieš 10 metų pirmą kartą nuskaitę (sekvenavę) nedideles Bd genomo dalis, atrado, kad 35 pavyzdžiai, kuriuos jie surinko trijuose skirtinguose žemynuose įstabiai panašūs vienas į kitą. Didesnėje, 2009 metais atliktoje 59 bandinių studijoje, komanda išsiaiškino daugmaž tą patį – pavyzdžiai iš Afrikos ir Kolorado atrodė taip pat, kaip iš Kalifornijos ir Kvinslendo (PLoS Pathogens, vol 5,p e1000458).

Vėliau kai kurios komandos atrado kitas, ryškiai besiskiriančias grybelio genetines linijas. Jamesas vieną rado Brazilijoje – detalės dar nepaskelbtos. Kitos rastos gyvenančios ant japoniškųjų didžiųjų salamandrų (Andrias japonicus). Bet šios padermės masinių išmirimų nesukelia ir gali būti jau seniai ten buvusios vietinės rūšies atstovai.

Gali būti, kad pagrindinis faktorius paaiškėjo iš Matthew Fisherio, Londono Imperinio koledžo epidemiologo vadovauto tyrimo. Jo komanda ištyrė 20, iš viso pasaulio surinktų Bd pavyzdžių genomus. Šešiolika grybelio pavyzdžių – įskaitant visus iš regionų, kur vyksta masinis amfibijų išmirimas – buvo identiški (Proceedings of the National Academy of Sciences, vol 108, p 18732).

Tad dabar daugelis biologų sutaria, kad žudikas yra nauja Bd padermė, plintanti po pasaulį; Fisheris vadina ją globalia panzootine linija. Ir aišku, kad ji, padedant žmonėms, plinta. „Nepažįstu nė vieno abejojančio, kad šis [Bd] iš žemyno į žemyną persikelia prekybos keliais, kadangi ji neišgyvena sūriame vandenyje, ir kiek mums žinoma, neturi galinčios keliauti oru stadijos. Kaip kitaip ji galėtų nusigauti iš žemyno į žemyną, jei ne su žmonių pagalba?“ klausia Karen Lips, ekologė iš Merilendo universiteto College Parke, viena pirmųjų garsiai prabilusi apie amfibijų nykimo pavojų.

Netiesioginiai įkalčiai

Konkrečiai, daugelis ekspertų nurodo į prekybą dvejomis rūšimis, afrikine naguotąja varle (Xenopus laevis) ir Šiaurės Amerikos jautine varle (Rana catesbeiana). Abi jos gana atsparios Bd, tad gali pernešti grybelį ir perduoti kitiems gyvūnams. Naguotoji varlė naudojama viso pasaulio laboratorijose tyrimams (žr. „Mirtinai noriu žinoti“), o jautinės varlės auginamos mėsai. Iš pradžių gyvenusios tik JAV rytinėje dalyje, jautinės varlės buvo eksportuojamos varlių šlaunelių auginimui ir dabar randamos visame pasaulyje.

Pirmą kartą Bd laukinėse varlėse JK buvo aptiktas 2004 metais ežere, kur įsikūrė pabėgusių Š. Amerikos jautinių varlių kolonija. Pirmasis žinomas Bd protrūkis Azijoje nutiko šiek tiek pasroviui nuo jautinių varlių fermos Filipinuose. Žinoma, tai tik netiesioginiai įkalčiai, tačiau gana įtikinantys. Vredenburgas darbuojasi, stengdamasis dar labiau sustiprinti bylą.

Neseniai jo komanda sukūrė Bd DNR aptikimo metodą ant amfibijų, saugomų stiklainiuose muziejų lentynose. Vredenburgas pradėjo imti bandinius iš pavyzdžių, kurie buvo užkonservuoti prieš ir iš karto po žinomo naguotųjų ir jautinių varlių pristatymo, siekdami išsiaiškinti ar iš karto po jo pasirodo Bd.

Tuo tarpu Fisherio tyrimas rodo, kad pernešama ne vien žudikiškoji Bd padermė. Iš 20 pavyzdžių, kurių DNR seka buvo nustatyta, 4 nepriklausė mirtinajam štamui. Vienas iš jų buvo rastas tik viename Šveicarijos tvenkinyje. Kiti trys pavyzdžiai buvo identiški – nors vienas buvo iš Keipo regiono Pietų Afrikoje, o du likę iš Viduržemio jūros Maljorkos salos. 1991 nykstančios naguotosios varlės iš Keipo (Xenopus gilli) buvo laikomos tame pačiame kambaryje veisimo centre kaip ir vietinės rupūžės bobutės (Alytes obstetricans), kurios veistos paleidimui Maljorkoje. Panašu, taip Bd Keipo štamas atsidūrė saloje.

Laimei, Keipo padermė nužudo retai, o „tie patys gyvūnai, užkrėsti [labiausiai paplitusiu štamu], greitai visi nudvesia,“ sako Fisherio studentas Rhysas Farreras, tyręs jo kenksmingumą.

Tad, tarp amfibijų dėl prekybos plinta daugiau, nei viena Bd padermė. Fisheris mano, kad tai yra svarbu. „Jiems nesusitikti neįmanoma,“ sako jis. O kai skirtingi štamai susitinka ir persimaišo tokiose vietose, kaip, pavyzdžiui, oro uostų laikymo centrai ar zoologijos sodai, gali atsirasti nauji hibridai – o grybeliniai hibridai kartais būna daug pavojingesni, nei tėviniai štamai.

Fisheris spėja, kad taip atsirado žudančioji Bd padermė. Tai, kad jis yra hibridas, rodo ne tik Fisherio komandos analizė, bet ir keletas genetinių skirtumų tarp 16 išanalizuotų pavyzdžių DNR sekų, rodančių, kad jos galėjo kilti pastarąjį šimtmetį ar panašiai – kitaip tariant, po to, kai prasidėjo pasaulinė prekyba amfibijomis.

Nelaisvėje laikomos varlės galėjo suvaidinti dar vieną vaidmenį žudikiškojo štamo atsiradime. Gamtoje natūralioji atranka linkusi ligas švelninti, nes greitai savo nešiotojus nugalabijantys patogenai turi mažiau šansų paplisti. Tuo tarpu, kai nešiotojai gyvena ankščiau, evoliucija palankesnė mirtinesniesiems patogenams. Tankiai apgyvendintuose akvariumuose, kur jaukui auginamos salamandros, kai kuriems salamandras užkrečiantiems virusams išsivystė didesnis kenksmingumas, sako Andrewius Storferis, populiacijų genetikas iš Vašingtono valstijos universiteto Pullmane. „Tas pats tikriausiai vyksta ir jautinių varlių fermose. Galime vėl išvysti dirbtinę kenksmingesnių [padermių] atranką,“ sako jis, nors tiesioginių įrodymų, kad būtent taip nutiko su Bd, nėra.

Tad visos užuominos rodo, kad pavojingasis Bd štamas yra mūsų pačių frankenšteiniškas monstras. Galime užtikrintai sakyti, kad pasaulinis jo paplitimas įvyko dėl prekybos amfibijomis. Negana to, labai panašu, kad netyčia sukūrėme šį žudiką, sudarydami sąlygas įvairiems štamams kurti hibridus, ir kartu vystytis kenksmingesnėms jų padermėms.

Byla galėtų būti baigta, jei surastume dvi tėvines padermes, davusias pradžią žudikiškajai. Tai galėtų atskleisti, iš kur tiksliai ir kaip ši padermė kilo. Tai galėtų paaiškinti, kodėl ji tokia agresyvi ir kaip kai kurios amfibijos išvystė jai atsparumą – tai galėtų suteikti epidemijos pažabojimo užuominų. „Šiuo metu daug žmonių ima varlių tepinėlius,“ sako Cherie Briggs, ekologė iš Kalifornijos universiteto Santa Barbaroje.

Yra akivaizdžios vietos paieškai. Amfibijos, ilgiausiai veiktos tėvinės padermės (-ių), turėtų būti atspariausios ir žudikiškajai. „Nebuvo nė vieno pranešimo apie masinius išmirimus [žemyninėje] Azijoje. Taip pat ir Afrikoje,“ svarsto Vredenburgas. „Manau, tai būtų dvi labiausiai tikėtinos vietos.“

Kol kas dar niekas neaišku. „Pradedu manyti, kad teks gana stipriai stengtis, kol surasime numanomas tėvine padermes,“ sako Fisheris. Tuo tarpu, jei užuominos, rastos genetikos detektyvų, tokių, kaip Fisheris, ką nors gali mums pasakyti, tai turėtume nerimauti ne tik dėl varlių. Gali būti, kad platindami ligas po pasaulį, kuriame kitus monstrus, suteikiame jiems galimybes kryžmintis ir hibridizuotis, ir pateikiame jiems sausakimšas fermas – ir miestus – kur palankiausios sąlygos vystytis kenksmingiausioms padermėms.

„Matome globalų biosaugumo irimą, darantį stiprią įtaką aplinkai,“ sako Fisheris. „Matome tai augalų sistemose, gyvulių sistemose, o taip pat ir žmonių sistemose. Tai smarkiai baugina.“

Mirtinai noriu žinoti