Zegary biologiczne mają ogromny wpływ na biochemię, biologię komórek, fizjologię oraz zachowanie wszystkich organizmów żywych. Szczególnie wyraźnie możemy obserwować ich działanie u ptaków. Ta regularność zachowań, zsynchronizowana z sygnałami środowiskowymi ma jednak dziś wielki problem – szybko wzrastająca presja ze strony człowieka, a zwłaszcza zanieczyszczenie światłem, w ogromnym stopniu zakłóca te sygnały.
O konsekwencjach takiego stanu rzeczy oraz o badaniach eksperymentalnych, które je analizują pisze dr Joanna Sudyka z Instytutu Nauk o Środowisku UJ.
--
Nasza wiedza na temat skutków zanieczyszczenia światłem rośnie z każdym rokiem. Stwierdzenie samego związku ich występowania z obecnością światła to jednak za mało. W tym przypadku najważniejsze jest bowiem zrozumienie przyczynowości tegoż zjawiska, czyli wskazanie, że to właśnie światło odpowiedzialne jest za obserwowane zmiany. Po to potrzebne są badania eksperymentalne. A jednak wciąż jest ich za mało. Co więcej, eksperymenty są prowadzone głównie w laboratorium, zatem niewiele mówią o tym, jakie reakcje organizmów występują w prawdziwym życiu. No i często dotyczą zwierząt nocnych (jak na przykład myszy czy szczury), a to znacznie utrudnia przełożenie ich wyniku na biologię zwierząt dziennych, do których także należy człowiek.
O ile wielu z nas w znacznym stopniu jest w stanie kontrolować poziom narażania się na światło nocne (pomocne są tu chociażby ekrany bez światła niebieskiego lub wygaszanie światła wieczorem w domu), o tyle mniej szczęścia mają osoby pracujące na nocne zmiany. Podobnie sprawa ma się z dzikimi zwierzętami, dla których możliwość unikania świetlnych zanieczyszczeń, i to nie tylko w przypadku życia w mieście, jest mocno ograniczona. I tak, samice żółwi morskich składają jaja na plażach, a malutkie żółwie po wykluciu, w drodze do wody kierują się w stronę najjaśniejszego punktu. Tym światłem powinien być księżyc lub gwiazdy, a nie przydrożna latarnia lub wioska. Co więcej, światło myli też same samice, które w takim wypadku nierzadko giną pod kołami samochodów. Żółwie morskie to zdaje się najbardziej znany, ale niestety niejedyny przykład niszczącego wpływu światła. W pułapki świetlne wpadają owady, które giną tysiącami, a także sporo zwierząt aktywnych nocą: wiele płazów, ssaków (na przykład nietoperze) oraz niektóre gady. Z powodu zanieczyszczenia światłem cierpią także zwierzęta o przeważająco dziennym trybie życia. Chociażby ptaki, które mogą gromadzić się przy źródłach światła lub zderzać się z nimi w locie. To z kolei w dużej skali prowadzi do zmian zagęszczenia i składu gatunkowego fauny, a w rezultacie nawet do zagrożenia bioróżnorodności.
Oprócz narażenia na natychmiastową śmierć, światło w nocy prowadzi także do zaburzenia rytmów okołodobowych, znanych szerzej jako wewnętrzne zegary biologiczne. Jak sama nazwa wskazuje, powinny one „chodzić jak w zegarku”, gdyż regulują praktycznie wszystkie aspekty funkcjonowania organizmów żywych, w tym biochemię, biologię komórek, fizjologię oraz zachowanie. Dlatego też zaburzenie ich pracy może nieść niepokojące skutki zdrowotne – na przykład u ludzi łączy się ze zwiększoną zapadalnością na niektóre nowotwory, a więc i z powolną śmiercią. Ilość odkrytych problemów generowanych przez nocne światło wciąż rośnie: od zaburzeń snu i metabolizmu, poprzez upośledzenie odporności, do gorszej kondycji (np. niższej masy ciała, która u zwierząt jest często związana z obniżonymi perspektywami przeżycia). Niestety, to nie koniec złych wieści, bo temat pozostaje otwarty, a jako że wiele jest w nim niejasności, nie da się jeszcze wskazać wszystkich konsekwencji niewłaściwego funkcjonowania zegarów biologicznych. Aby lepiej je poznać, potrzebujemy więcej eksperymentów w naturze.
Eksperymenty w naturze
Badacze z Instytutu Nauk o Środowisku UJ przeprowadzają taki eksperyment z nocnym światłem w budkach podczas sezonu lęgowego muchołówki białoszyjej (Ficedula albicollis). To niewielkie ptaki migrujące, występujące również w Polsce, które nadają się do tego celu doskonale, ponieważ podczas swoich dorocznych migracji realnie spotykają się z zanieczyszczeniem światłem. Daje ono mylne sygnały zaburzając ich wewnętrzny kompas (utrudnia odbieranie światła gwiazd lub księżyca, którymi się często kierują). Co więc robią naukowcy?
Po pierwsze, mierzą jak nocne światło zaburza ptasie rytmy okołodobowe (m.in. ekspresję genów zegara dobowego – czyli w dużym skrócie odkodowanie informacji zawartej w DNA i tworzenie na jej podstawie białek). A po drugie – określają związane z tymi zaburzeniami poziomy hormonów (melatoniny – hormonu snu, greliny – hormonu głodu i kortykosteronu – hormonu stresu).
Wszystkie te parametry wzajemnie się regulują oraz mają ogromny wpływ nie tylko na fizjologię i zachowanie ptaków, ale całkiem możliwe, że także na ich sukces lęgowy i przeżywanie. Aby więc poznać ich okołodobowe zmiany naukowcy muszą pobierać próbki w ciągu dnia oraz w nocy. Jest to logistycznie wymagające, gdyż zasadniczo trzeba taką budkę w nocnym lesie odnaleźć (co jednak nie zmienia faktu, że jest to także wspaniała przygoda).
Podczas wizyty badacze muszą nie tylko ptaki zmierzyć, zważyć czy pobrać krew do badań, ale także zainstalować kamery, aby móc obserwować ich zachowanie w odpowiedzi na sztuczne światło. Wszystko to w jak najkrótszym czasie, żeby nie przeszkadzać zwierzętom bardziej, niż to konieczne.
Co więcej, w nocy trzeba dodatkowo uważać, aby nie zaburzyć całego eksperymentu – dlatego też badacze stosują latarki na podczerwień. A po wszystkim, ptaki wracają do budek, gdzie czekają aż będą gotowe do wylotu, a naukowcy – do laboratorium, w którym z zebranych danych wyłuskują odpowiedzi na zadane pytania.