Unele bacterii sufocă stelele de mare, transformând animalele în goo

Vinovatul misterios din spatele unei boli mortale a stelelor marine nu este o infecție, așa cum credeau odată oamenii de știință.

În schimb, mai multe tipuri de bacterii care trăiesc la câteva milimetri de pielea stelelor de mare epuizează oxigenul din apă și sufocă efectiv animalele, raportează cercetătorii pe 6 ianuarie în Frontiere în microbiologie. Astfel de microbi prosperă atunci când există niveluri ridicate de materie organică în apa caldă și creează un mediu cu oxigen scăzut care poate face ca stelele marine să se topească într-o băltoacă de nămol.

Boala de irosire a stelelor de mare – care provoacă simptome letale precum țesutul degradat și pierderea membrelor – a câștigat notorietate pentru prima dată în 2013, când stelele marine care trăiau în largul coastei Pacificului SUA au murit în număr masiv. Focare de boală au avut loc și înainte de 2013, dar niciodată la o scară atât de mare.

Oamenii de știință au bănuit că un virus sau o bacterie ar putea îmbolnăvi stelele marine. Acea ipoteză a fost susținută într-un studiu din 2014 care a descoperit că animalele nesănătoase ar fi putut fi infectate de un virus (SN: 19/11/14). Dar legătura a dispărut când studiile ulterioare nu au găsit nicio relație între virus și stelele de mare pe moarte, lăsând cercetătorii perplexi (SN: 5/5/16).

Noua descoperire conform căreia un boom de bacterii iubitoare de nutrienți poate drena oxigenul din apă și poate provoca risipa de boală „ne provoacă să credem că s-ar putea să nu existe întotdeauna un singur agent patogen sau o armă fumigenă”, spune Melissa Pespeni, biolog la Universitate. din Vermont din Burlington care nu a fost implicat în lucrare. Un astfel de scenariu de mediu complex pentru uciderea stelelor marine „este un nou tip de idee pentru [disease] transmisie.”

Cu siguranță, au existat mulți heringi roșii în timpul vânătorii de ce stelele de mare de-a lungul coastei Pacificului Americii de Nord se topeau în lipici, spune Ian Hewson, biolog marin la Universitatea Cornell. În plus față de ipoteza inițială a unei cauze virale pentru boala risipitoare de stele de mare – pe care echipa lui Hewson a raportat-o ​​în 2014 în Proceedings of the National Academy of Sciences dar ulterior infirmat – el și colegii au analizat o serie de alte explicații, de la diferențele de temperatură a apei până la expunerea animalelor la bacterii. Dar nimic nu a declanșat în mod sigur risipa.

Apoi, cercetătorii au examinat tipurile de bacterii care trăiesc cu stele de mare sănătoase, în comparație cu cele care trăiesc printre animalele cu boală risipitoare. „Acela a fost când am avut momentul nostru de aha”, spune Hewson.

stea de mare ocru
Nu toate stelele de mare sunt susceptibile la boala de irosire a stelelor de mare. Speciile care au mai multe structuri pe suprafața lor și, prin urmare, o suprafață mai mare pentru bacterii pentru a epuiza oxigenul, par mai probabil să se îmbolnăvească grav în comparație cu stelele marine mai plate. În această fotografie, o stea de mare ocru (Pisaster ochraceus) cedează în urma bolii în Davenport, California, în iunie 2018.Ian Hewson

Tipuri de bacterii cunoscute sub numele de copiotrofe, care prosperă în medii cu o mulțime de nutrienți, au fost prezente în jurul stelelor marine la niveluri mai ridicate decât în ​​mod normal, fie cu puțin timp înainte ca animalele să dezvolte leziuni, fie în timp ce au făcut acest lucru, au descoperit Hewson și colegii săi. Speciile de bacterii care supraviețuiesc doar în medii cu puțin sau deloc oxigen au fost, de asemenea, înfloritoare. În laborator, stelele marine au început să se piardă atunci când cercetătorii au adăugat fitoplancton sau un ingredient obișnuit pentru creșterea bacteriilor în căzile cu apă caldă în care trăiau acei microbi și stele de mare.

Epuizarea experimentală a oxigenului din apă a avut un efect similar, provocând leziuni la 75% dintre animale, în timp ce niciunul nu a cedat în grupul de control. Stelele marine respiră prin difuzarea oxigenului peste mici proiecții externe numite branhii ale pielii, astfel încât lipsa oxigenului în urma copiotrofilor înfloriți le lasă stelelor de mare luptă pentru aer, arată datele. Nu este clar cum se degradează animalele în condiții de oxigen scăzut, dar s-ar putea datora morții masive a celulelor.

Deși boala nu este cauzată de un agent patogen contagios, este transmisibilă în sensul că stelele de mare muribunde generează mai multă materie organică care stimulează bacteriile să crească pe animalele sănătoase din apropiere. „Este un pic de efect de bulgăre de zăpadă”, spune Hewson.

Echipa a analizat, de asemenea, țesuturi din stele marine care au cedat în moartea în masă din 2013 – care a urmat unei mari înfloriri de alge pe coasta de vest a SUA – pentru a vedea dacă astfel de condiții de mediu ar putea explica acel focar. În anexele cu creștere rapidă care îi ajută să se miște, stelele de mare care au pierit aveau cantități mari de o formă de azot găsită în condiții de oxigen scăzut – un semn că acele animale ar fi murit din cauza lipsei de oxigen.

Problema se poate agrava cu schimbările climatice, spune Hewson. „Apele mai calde nu pot avea atât de mult oxigen [compared with colder water] doar prin fizică.” Bacteriile, inclusiv copiotrofele, înfloresc și ele în apă caldă.

Dar identificarea cauzei probabile ar putea ajuta experții să trateze mai bine stelele de mare bolnave în laborator, spune Hewson. Unele tehnici includ creșterea nivelului de oxigen dintr-un rezervor de apă pentru a face gazul mai ușor disponibil pentru stelele de mare sau eliminarea materiei organice suplimentare cu lumină ultravioletă sau schimb de apă.

„Sunt încă multe de înțeles cu această boală, dar cred [this new study] ne face un drum lung până să înțelegem cum a apărut”, spune Pespeni.