Rozwój fauny roztoczy na hałdach, czyli jak przyroda walczy z przemysłem.pdf

Tom 51, 2002

Numer 2 (255)

Strony 195–204

P IOTR S KUBA£A

Katedra Ekologii, Uniwersytet Œl¹ski

Bankowa 9, 40-007 Katowice

e-mail: pskubala@us.edu.pl

ROZWÓJ FAUNY ROZTOCZY NA HA£DACH, CZYLI JAK PRZYRODA WALCZY Z

PRZEMYS£EM

CZY ZNASZ ROZTOCZE (ACARI)?

Przeciêtny roztocz jest malutkim

zwierz¹tkiem, z trudem widocznym nawet dla

najdoskonalszego oka. Bardzo rzadko d³ugoœæ

ich cia³a przekracza 1 mm; przeciêtnie mierz¹

od 0,2 do 0,5 mm. Je¿eli wystêpuj¹ w du¿ej licz-

bie, efekt ich dzia³alnoœci mo¿e byæ niepropor-

cjonalny do rozmiarów. Mog¹ one zniszczyæ

zbiory roœlin, zmieniæ produkt magazynowy w

bezu¿yteczn¹ masê lub te¿ w wydatny sposób

przyspieszyæ rozk³ad materii organicznej w

glebie. Czasem wystarczy 1 osobnik, aby

wywo³aæ dramatyczny efekt. Mo¿e to byæ

œwierzbowiec dr¹¿¹cy w czyjejœ skórze lub

kleszcz wstrzykuj¹cy riketsje do krwi.

Czy, ow³adniêci dzisiaj w biologii „ moleku-

larn¹ mani¹”, nie lekcewa¿ymy milionów nie-

widocznych gatunków, w tym fascynuj¹cych

roztoczy? Ilu badaczy zajmuje siê nimi? Czy stu-

denci mog¹ pos³uchaæ wyk³adów o ich ¿yciu

oraz skutkach ich dzia³alnoœci, uczestniczyæ w

æwiczeniach? Stosunek liczby gatunków

zwierz¹t do liczby taksonomów w Stanach

Zjednoczonych przedstawia siê jak poni¿ej:

ryby — 30:1; ptaki — 30:1; ssaki — 7:1; bezkrê-

gowce — 307:1; owady — 425:1 (W ALTER i

P ROCTOR 1999). Tymczasem bezkrêgowce

tworz¹ 95% bioró¿norodnoœci wœród zwierz¹t.

W 15 numerach Ecology, Animal Behaviour i

Evolution, które ukaza³y siê w latach 90., tylko

40% artyku³ów dotyczy³a bezkrêgowców, a

60% krêgowców. Ta dysproporcja nie dotyczy

tylko systematyków, ale równie¿ ekologów,

etologów

biologów

ewolucyjnych

(W ALTER iP ROCTOR 1999).

Roztocze to grupa bardzo zró¿nicowana, w

której systematyce pozostaje wci¹¿ wiele nie-

wiadomych. Podgromadê Acari zwyk³o siê

dzieliæ na dwa nadrzêdy: Actinotrichida i Anac-

tinotrichida. Pierwsza z grup obejmuje rozto-

cze, których chityna jest czynna optycznie w

œwietle spolaryzowanym i barwi siê jodem. Na-

le¿¹ tutaj nastêpuj¹ce grupy roztoczy: Acaridi-

da, Tarsonemida, mechowce (Oribatida) oraz

Acaridida. Anactinotrichida, z kolei, nie zawie-

raj¹ aktinochityny, ich oskórek nie za³amuje

œwiat³a przechodz¹cego, nie œwieci w œwietle

spolaryzowanym i nie barwi siê jodem

(N IEDBA£A 1980). Obejmuj¹ one roztocze z na-

stêpuj¹cych rzêdów: Opilioacarida, Holothyri-

da (obie grupy nie wystêpuj¹ w naszym kraju),

kleszcze (Ixodida) oraz Gamasida.

BIORÓ¯NORODNOŒÆ ROZTOCZY — ZADANIE DLA PRZYSZ£YCH BADACZY

Stopieñ poznania fauny i flory œwiata mo-

¿na okreœliæ na 1,5 do 15%. Opisano do tej pory

oko³o 1,5 mln gatunków. Prognozy mówi¹ na-

wet o 90–100 mln gatunków ¿yj¹cych na na-

czy

196

P IOTR S KUBA£A

szej planecie (E HRLICH iW ILSON 1991, W EINER

1999). Stan znajomoœci roztoczy przedstawia

siê jeszcze skromniej. Opisano do tej pory 3672

rodzaje i ponad 45 tysiêcy gatunków Acari (Ta-

bela 1). Tymczasem szacunki konserwatywne

ków, a na odkrycie czeka jeszcze 100–200 ga-

tunków. W innych grupach jest ju¿ znacznie

gorzej. Znamy zwykle kilka do kilkunastu % w

poszczególnych grupach Acari. Bardzo s³abo

poznana jest fauna roztoczy Ameryki Po³udnio-

Tabela 1. Bioró¿norodnoœæ wœród roztoczy (Acari) — znana i spodziewana liczba gatunków

Rodziny

Rodzaje

Gatunki

Spodziewana liczba gatunków

minimum

maksimum

Opilioacariformes

170

Parasitiformes

Holothyrida

160

320

Ixodida

880

1000

1200

Mesostigmata

567

11632

97520

200500

Ogó³em

588

12544

98680

202020

Acariformes

Endeostigmata

120

1200

2400

Sarcoptiformes

Oribatida

150

1100

11000

33000

110000

Astigmata

627

4500

90000

180000

Trombidiformes

120

1323

17050

317250

637500

Ogó³em

351

3075

32670

441450

929900

Ogó³em Acari

431

3672

45231

540215

1132090

Procent opisanych ga-

tunków

8,4

4,0

Wg W ALTERA iP ROCTORA 1999.

mówi¹ o 540 tysi¹cach gatunków, a optymi-

styczne o ponad 1,1 mln roztoczy (W ALTER i

P ROCTOR 1999). Poznaliœmy zatem pomiêdzy 4

a 8,4% gatunków roztoczy. W miarê dobrze po-

znane s¹ kleszcze, których opisano 880 gatun-

wej, Afryki, Australii czy Azji Po³udniowo-W-

schodniej. Nawet w dobrze poznanym regio-

nie Palearktyki, ka¿dego roku opisywanych

jest kilkadziesi¹t gatunków z tylko jednej grupy

— mechowców.

„Oczywistym jest, ¿e du¿a czêœæ fauny roztoczy œwiata pozosta-

nie nieodkryta, nienazwana i niesklasyfikowana (nie wspomi-

naj¹c o tym, ¿e nie bêdzie op³akiwana, uszanowana i opiewa-

na) przez najbli¿sze dekady”

W ALTER iP ROCTOR 1999

DLACZEGO POWINNIŒMY BADAÆ ROZTOCZE?

Roztocze to grupa wci¹¿ bardzo s³abo po-

znana, o bardzo istotnej roli w wielu œrodowi-

skach, stosunkowo niewielu biologów ró¿-

nych specjalnoœci bada t¹ grupê. Te fakty

niew¹tpliwie mog¹ byæ dobrymi argumentami

optuj¹cymi za intensyfikacj¹ badañ nad rozto-

czami. Warto jednak podkreœliæ, ¿e roztocze to

przede wszystkim wspania³e modele do testo-

Rozwój fauny roztoczy na ha³dach, czyli jak przyroda walczy z przemys³em

197

wania pewnych ogólniejszych zagadnieñ

(W ALTER iP ROCTOR 1999). Œwietnie nadaj¹ siê

one na organizmy modelowe z uwagi na: (i)

ma³e rozmiary; (ii) krótki okres rozwoju (co

czyni je dobrymi zwierzêtami laboratoryjny-

mi); (iii) istniej¹ce w tej grupie wielokrotne

niezale¿ne ewolucje struktur i zachowañ (spra-

wiaj¹cymi, ¿e roztocze doskonale nadaj¹ siê do

studiowania teorii ewolucyjnych); (iv) ich ró¿-

norodnoœæ interakcji z innymi organizmami.

1. Przy wykorzystaniu roztoczy

mo¿emy poszukiwaæ odpowiedzi na problemy

wystêpuj¹ce w ekologii populacji. Jednym z

najciekawszych zagadnieñ ekologicznych sa

pytania: Dlaczego bioró¿norodnoœæ jest ko-

rzystna?, Czy ka¿dy dodatkowy gatunek

usprawnia funkcjonowanie ekosystemu?. Eks-

perymenty mog¹ce daæ odpowiedŸ na powy¿-

sze i podobne pytania mo¿emy przeprowadziæ

w izolowanych urz¹dzeniach o regulowanych

parametrach œrodowiskowych (ekotrony). Ja-

kie inne organizmy lepiej nadaj¹ siê do badañ

w mikrokosmosach?

2. Roztocze mog¹ okazaæ siê œwietny-

mi modelowymi organizmami do testowania

losu uwolnionych transgenicznych organi-

zmów.

3. Z uwagi na ich wystêpowanie w du-

¿ych zagêszczeniach i du¿ej ró¿norodnoœci w

ma³ej objêtoœci gleby czy wody, œwietnie na-

daj¹ siê do badañ nad biomonitoringiem. Me-

chowce (Oribatida) zosta³y ju¿ wykorzystane

jako ekologiczne indykatory do oceny wp³ywu

ludzkiej dzia³alnoœci na l¹dowe ekosystemy

Wœród roztoczy spotykamy bardzo

ró¿ne formy kontaktów seksualnych. S¹ one

wiêc idealnym obiektem do studiów nad selek-

cj¹ p³ciow¹ w skali mikro- i makroewolucyjnej.

Z drugiej strony u wielu roztoczy nast¹pi³a

utrata jednej z p³ci. Partenogeneza wystêpuje u

10% gatunków mechowców. Inne grupy sta-

wonogów, np. owady, wykazuj¹ partenogene-

zê tylko u 1% gatunków. Bardzo wysoki pro-

cent gatunków partenogenetycznych w tej

grupie jest czymœ zadziwiaj¹cym (N ORTON i

P ALMER 1991). Grupa ta jest wiêc idealnym mo-

delem do testowania hipotez dotycz¹cych

kosztów i korzyœci p³ciowoœci.

6. Wœród tej grupy zwierz¹t mo¿emy

tak¿e szukaæ odpowiedzi na pytania z dziedzi-

ny fizjologii i morfologii, jak np.: Dlaczego roz-

tocze s¹ tak ma³e? Dlaczego nie powsta³y wiêk-

sze roztocze? Dlaczego brak roztoczy o roz-

miarach mniejszych ni¿ 100 µ m?

GDZIE MO¯EMY SPOTKAÆ ROZTOCZE?

Roztocze to grupa, która osi¹gnê³a nie-

zwyk³y sukces ewolucyjny. Jest prawdopodob-

nie drug¹ po owadach grup¹ pod wzglêdem

bogactwa gatunkowego. Opanowa³y one

wszelkie mo¿liwe œrodowiska. Spotkaæ je

mo¿emy w glebie, wodzie, próchniej¹cym

drewnie, na drzewach, w odchodach. Paso¿y-

tuj¹ na wielu gatunkach bezkrêgowców i krê-

gowców i to zarówno wewn¹trz ich cia³a, jak i

na powierzchni. W naszym najbli¿szym otocze-

niu równie¿ s¹ wszechobecne. Spotkaæ je

mo¿emy w produktach spo¿ywczych, kurzu,

akwarium i na naszym ciele. Wystarczy ostro-

¿nie zeskrobaæ skórê szpatu³k¹ lub no¿em, wy-

ciskaj¹c œlady t³ustego materia³u z gruczo³ów

³ojowych. Wyciœniêty materia³ ogl¹damy w kro-

pli olejku immersyjnego, uprzednio umiesz-

czonej na mikroskopowym szkie³ku podstawo-

wym. Zobaczymy w nim dwa gatunki nu¿eñca:

Demodex folliculorum , który bytuje w toreb-

kach w³osowych oraz Demodex brevis z gru-

czo³ów ³ojowych (W ILSON 1999).

Niew¹tpliwie najwa¿niejszym œrodowiskiem

¿ycia dla roztoczy, gdzie ich rola jest nieocenio-

na, jest gleba. Tym w³aœnie œrodowiskiem pragnê

zaj¹æ siê w dalszej czêœci, a dok³adniej kszta³towa-

niem siê fauny roztoczy na zwa³ach poprze-

mys³owych, gdzie gleba kszta³tuje siê „od nowa”,

a trwa to dziesi¹tki lat. Zwróæmy uwagê na te gru-

py roztoczy, które licznie wystêpuj¹ w œrodowi-

sku glebowym i s¹ wa¿nym elementem

tworz¹cej siê biocenozy na ha³dach .

w³¹czaj¹c w to: zanieczyszczenie powietrza,

kwaœne deszcze, uprawê roli, stosowanie na-

wozów sztucznych, herbicydów, insektycy-

dów; po¿ary, œcinkê drzew w lesie; zanieczysz-

czenie radioaktywne; wydeptywanie i inne

(M ARSHALL i wspó³aut. 1987).

4. Ewolucja specyficznoœci gospoda-

rza oraz czynniki, które wp³ywaj¹ na ewolucjê

zjadliwoœci paso¿yta to „ gor¹ce” tematy, szcze-

gólnie w obliczu wci¹¿ pojawiaj¹cych siê cho-

rób, jak np. smutna historia AIDS. Roztocze wy-

daj¹ siê byæ szczególnie odpowiednie dla ta-

kich studiów, gdy¿ wystêpuje wœród nich ca³a

gama przystosowañ.

198

P IOTR S KUBA£A

„Zguba dla œwiata, je¿eli roztocze i ich drobni sprzymierzeñcy

przestan¹ funkcjonowaæ”

W ALTER iP ROCTOR 1999

GAMASIDA

so¿yty. Formy glebowe, cechuj¹ce siê s³ab¹

sklerotyzacj¹ i ró¿norodnoœci¹ barw, wystê-

puj¹ doœæ licznie i rozsiedlone s¹ na ca³ym

œwiecie. Z uwagi na skryty tryb ¿ycia oraz brak

bezpoœredniego znaczenia praktycznego s¹

wci¹¿ s³abo poznane. W glebie s¹ przewa¿nie

drapie¿nikami, poluj¹ na drobne stawonogi,

np. inne roztocze i skoczogonki.

Roztocze z tej grupy wystêpuj¹ce w glebie

to w du¿ej czêœci drapie¿niki (Gamasina). Po-

luj¹ g³ównie na skoczogonki, roztocze, nicie-

nie i wazonkowce. W porównaniu do innych

roztoczy glebowych cechuj¹ siê du¿ymi roz-

miarami (czêsto powy¿ej 1 mm) i zwinnoœci¹.

S³abiej poznana jest inna grupa – Uropodina.

To z kolei w wiêkszoœci zwierzêta bakterio- my-

ko- i saprofagiczne. £atwo je rozpoznaæ po zwy-

kle owalnym ciele i nogach ukrytych w

zag³êbieniach cia³a.

ACARIDIDA

Roztocze z tej grupy s¹ nielicznie reprezen-

towane w glebie. W odró¿nieniu od innych gle-

bowych roztoczy s¹ bardzo s³abo sklerotyzo-

wane, ich oskórek jest elastyczny i przeŸroczy-

sty. ¯ywi¹ siê substancj¹ organiczn¹ ¿yw¹ i

martw¹: detrytusem roœlinnym, grzybami, glo-

nami i p³ynnymi produktami pochodz¹cymi z

procesów rozk³adu.

ACTINEDIDA

Bardzo du¿a grupa roztoczy, szeroko roz-

przestrzenionych w œwiecie. Obejmuje formy

l¹dowe, s³odkowodne i morskie. S¹ bardzo

zró¿nicowane pod wzglêdem trybu ¿ycia. Znaj-

dujemy tu drapie¿niki, fitofagi, saprofagi i pa-

„... rola wiêkszoœci gatunków roztoczy w funkcjonowaniu eko-

systemu jest niejasna, podobnie jak w przypadku innych grup

¿yj¹cych w glebie i osadach dennych”

B EHAN -P ELLETIER iN EWTON 1999

ORIBATIDA

Oribatida s¹ grup¹, która bez w¹tpienia

osi¹gnê³a znacz¹cy sukces ewolucyjny, wyra-

¿aj¹cy siê opanowaniem przez nie bardzo wie-

lu siedlisk, ró¿norodnoœci¹ spo¿ywanego po-

karmu, ró¿nymi sposobami reprodukcji,

z³o¿onoœci¹ cykli ¿yciowych i morfologicznym

zró¿nicowaniem. Nale¿¹ do grupy glebowych

heterotrofów i s¹ niemal wy³¹cznie wegetaria-

nami. Od¿ywiaj¹ siê obumar³¹ materi¹ orga-

niczn¹, wykorzystuj¹ zwi¹zki organiczne po-

wstaj¹ce wskutek przeobra¿enia tej¿e materii

w ekosystemie. Czasem mechowce zjadaj¹ bar-

dzo specyficzny pokarm jak na przyk³ad grzy-

by, glony, porosty, bakterie, py³ek kwiatowy.

Mechowce s¹ jedn¹ z najliczniej reprezento-

wanych grup stawonogów w glebach, zw³aszcza

leœnych, gdzie dominuj¹ zarówno pod wzglêdem

liczby gatunków, jak i liczby osobników. W orga-

nicznych poziomach leœnej gleby strefy umiarko-

wanej mo¿na znaleŸæ kilkaset tysiêcy mechow-

ców na powierzchni 1 m 2 (czasem ponad mi-

lion), reprezentowanych przez ponad 100 ga-

tunków. S¹ to zwierzêta o bardzo ma³ych rozmia-

rach. Ich d³ugoœæ waha siê od 0,1 do 2,5 milime-

tra, wiêkszoœæ jednak mieœci siê w przedziale 0,2 -

0,5 mm d³ugoœci. Maj¹ one charakterystyczny

pancerz chitynowy b¹dŸ te¿ ich cia³o jest tylko

czêœciowo sklerotyzowane.

„ Nie wszystkim wiadomo, ¿e w wielu œrodowiskach l¹dowych

biomasa mechowców przewy¿sza biomasê ptaków i ssaków, a

ich produkcja netto jest dwukrotnie wy¿sza ni¿ gryzoni i sze-

œciokrotnie wy¿sza ni¿ ptaków, ¿yj¹cych na tym samym tere-

nie...”

K RIVOLUCKIJ 1976

P rawdopodobnie saprofagiczne mechow-

ce s¹ kluczowym ogniwem w ³añcuchu detry-

tusowym w glebie. Nazywane s¹ katalizatorami

aktywnoœci mikroorganizmów. Ocenia siê, ¿e

Rozwój fauny roztoczy na ha³dach, czyli jak przyroda walczy z przemys³em

199

rozk³ad materii organicznej jest 5 razy szybszy,

gdy mikroorganizmy i roztocze wspó³pracuj¹,

ni¿ gdy ma miejsce tylko aktywnoœæ mikroorga-

nizmów. Mikroorganizmy staj¹ siê nieaktywne,

gdy wyczerpi¹ Ÿród³a energii w danym miej-

scu. Zjawisko to nazwano w literaturze „Sle-

eping Beauty Paradox — paradoks œpi¹cej kró-

lewny (L AVELLE 1997). „ Œpi¹ce” mikroorgani-

zmy wymagaj¹ „The kiss of Prince Charming” —

poca³unku uroczego ksiêcia (W ALTER i

P ROCTOR 1999). Tê rolê œwietnie spe³niaj¹ me-

chowce wraz z innymi roztoczami glebowymi.

CZY WARTO BADAÆ ROZTOCZE NA HA£DACH?

Kszta³towanie siê pierwszych ogniw sukce-

sji na pod³o¿u niemal zupe³nie pozbawionym

¿ycia lub na takim, gdzie kszta³tuje siê ono od

niedawna, nale¿y do najciekawszych zagad-

nieñ biologii œrodowiskowej. Procesy sukcesyj-

ne mo¿na zaobserwowaæ m.in. na ró¿nego ro-

dzaju zwa³ach poprzemys³owych. Ha³da to

wielki poligon, dany nam wielki eksperyment.

Ekolodzy powinni wykorzystaæ tê szansê i ba-

daæ procesy zachodz¹ce w trakcie prze-

kszta³cania uk³adów ekologicznych. Badania

nad sukcesj¹ s¹ prowadzone od lat. Prace te do-

tycz¹ jednak g³ównie roœlin i osiad³ych organi-

zmów morskich. Studia nad zgrupowaniami

zwierz¹t glebowych w ró¿nych stadiach sukce-

sji s¹ rzadkie.

„Dlaczego wiemy tak ma³o o glebowych zespo³ach?

G ILLER 1996

Dla uzyskania lepszych rezultatów w przy-

rodniczym zagospodarowaniu zwa³owisk po-

przemys³owych nale¿y d¹¿yæ do poznania

ca³oœci zjawisk towarzysz¹cych zasiedlaniu

ha³d przez organizmy ¿ywe. Sukcesja i aktyw-

noœæ mikroorganizmów glebowych, a tak¿e mi-

krostawonogów i wielu innych grup fauny gle-

bowej na surowych terenach poprze-

mys³owych, decyduje o kierunku i dynamice

procesów glebotwórczych. Okazuje siê, ¿e na-

wet w najbardziej zdegradowanych biotopach

wci¹¿ mo¿liwe jest ¿ycie wielu grup zwierz¹t

glebowych, w tym roztoczy. Struktura zgrupo-

wañ glebowych roztoczy, jej zmiany mog¹ byæ

wyk³adnikiem zmian zachodz¹cych w inicjal-

nej glebie.

„Niew¹tpliwie, czêœæ ignorancji œrodowiska naukowego do-

tycz¹ca to¿samoœci i roli organizmów glebowych wynika ze

z³o¿onoœci i tajemniczej natury tego biotopu”

B EHAN -P ELLETIER iN EWTON 1999

JAK SZYBKO ROZWIJA SIÊ FAUNA ROZTOCZY NA HA£DACH?

Czy na ha³dach, wydawa³oby siê pozbawio-

nych ¿ycia, b¹dŸ pokrytych tylko gdzieniegdzie

glonami, mszakami lub pojedynczymi roœlina-

mi wy¿szymi, mog¹ ¿yæ roztocze? A je¿eli tak to,

w jakiej liczbie? W jakim tempie rozwijaj¹ siê

zgrupowania roztoczy glebowych na zwa³ach

ró¿nego typu? Sk¹d pojawiaj¹ siê roztocze na

zwa³ach? Na te pytania spróbujmy odpowie-

dzieæ œledz¹c przyk³adowe rysunki, bêd¹ce

efektem badañ nad mechowcami (Oribatida)

prowadzonych przez autora w latach

1995–2000 (Ryc. 1). Stanowiska I na rysun-

kach oznaczaj¹ ha³dy (lub ich fragmenty)

najm³odsze, poroœniête bardzo sk¹po wy-

kszta³con¹ szat¹ roœlinn¹. Sk³adowanie odpa-

dów zakoñczono w tych miejscach kilka lat

temu. Stanowiska II poroœniête s¹ zwykle zbio-

rowiskami trawiastymi lub ³¹kowymi. Z kolei

stanowiska III pokryte s¹ ju¿ bardzo dobrze

rozwiniêt¹ roœlinnoœci¹ z udzia³em krzewów i

drzew. Zwykle up³ynê³o na tym obszarze oko³o

30 lat od zakoñczenia sk³adowania odpadów.

Zagêszczenie i bogactwo gatunkowe Oriba-

tida na stanowiskach z roœlinnoœci¹ inicjaln¹

jest bardzo niskie, aczkolwiek ju¿ po kilku la-

tach spotykamy tutaj zwykle kilka tysiêcy osob-

ników na powierzchni 1 m 2 oraz kilkanaœcie

gatunków Oribatida. Po up³ywie oko³o 30 lat

zagêszczenie mechowców zwiêksza siê kilka-

krotnie, przewa¿nie przekracza 20 tysiêcy

osobników na 1 m 2 . Zwiêksza siê tak¿e liczba

gatunków, do czêsto powy¿ej 30. Doœæ wolno

rozwijaj¹ siê zgrupowania na ha³dach cynko-

wych, co zwi¹zane jest z bardzo wysokim stê¿e-

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: