Τα διάτομα και η χρήση τους ως βιοδείκτες

Μπορεί να μην έχετε ακούσει ποτέ για αυτά, μπορεί να μην τα έχετε δει (είναι αδύνατον με γυμνό μάτι!), αλλά τα διάτομα είναι από τους σημαντικότερους οργανισμούς με τους οποίους μοιραζόμαστε τον πλανήτη! Η ευρεία εξάπλωση τους στα υδάτινα οικοσυστήματα, όπως επίσης και η μεγάλη ευαισθησία τους στις μεταβολές των περιβαλλοντικών συνθηκών, τα καθιστά ως ένα χρήσιμο εργαλείο βιοπαρακολούθησης και χαρακτηρισμού της ποιότητας των υδάτων.

Εικόνα 1: Ο πανέμορφος μικρόκοσμος των διατόμων.

Tα διάτομα είναι μικροσκοπικοί μονοκύτταροι οργανισμοί που αποτελούν την πολυπληθέστερη ομάδα των μικροφυκών (microalgae), ενώ είναι άφθονα τόσο στη θάλασσα όσο και στους ποταμούς και στις λίμνες. Λόγω της ικανότητας τους να φωτοσυνθέτουν, έχουν πολύ σημαντική συμμετοχή στην παγκόσμια παραγωγή οξυγόνου και τροφής. Αποτελούν θεμελιώδη κρίκο μεταξύ της πρωτογενούς (αυτότροφης) και δευτερογενούς (ετερότροφης) παραγωγής. Πολλοί μικροοργανισμοί τρέφονται με διάτομα, ενισχύοντας το υδάτινο τροφικό πλέγμα. Τα διάτομα έχουν θήκες από πυρίτιο με οπές (εξού και τα εντυπωσιακά σχήματα στο μικροσκόπιο), μέσω των οποίων δεσμεύεται η ηλιακή ενέργεια η οποία είναι απαραίτητη για τη φωτοσύνθεση και την παραγωγή οξυγόνου. Όταν τα διάτομα ολοκλήρωσουν τον κύκλο ζωής τους, οι θήκες τους βυθίζονται και συσσωρεύονται στο βυθό των υδάτινων οικοσυστημάτων σχηματίζoντας πετρογενές ίζημα. Το πέτρωμα αυτό χρησιμοπείται ως πρώτη ύλη για την κατασκευή φίλτρων σε εγκαταστάσεις επεξεργασίας νερού σε πισίνες, ζυθοποιία και οινοποιεία. Επιπλέον, μπορεί να γίνει χρήση του ως ηχομονωτικό και θερμομονωτικό υλικό, καθώς επίσης και ως λιπαντικό μέσο. 

Εικόνα 2: Τα επιλιθικά διάτομα συχνά δημιουργούν καφέ γλοιώδες φιλμ εκεί που αναπτύσσονται.

Κοινότητες διατόμων αναπτύσσονται σε βραχώδη υποστρώματα (πέτρες, βράχια), σε υγρά ιζήματα ή σε στελέχη φυτών τα οποία είναι εκτεθειμένα στο φως. Λόγω της ευρύτερης εξάπλωσής τους σε ποικίλα υδάτινα περιβάλλοντα έχουν εδραιωθεί ως δείκτες για την εκτίμηση της ποιότητας των επιφανειακών υδάτων. Συγκεκριμένα χρησιμοποιούνται ως δείκτες ποιότητας, τόσο σε εσωτερικά ύδατα (ποτάμια) με τη χρήση ειδών που αναπτύσσονται σε πέτρες (επιλιθικά), όσο και πλαγκτονικών ειδών σε λίμνες και παράκτια ύδατα. Τα επιλιθικά διάτομα, χαρακτηρίζονται από περιορισμένη ικανότητα μετακίνησης και  γρήγορη απόκρισή στις αλλαγές της ποιότητας νερού (του υδάτινου σώματος που τα φιλοξενεί) μέσω αλλαγών στην αφθονία, σύνθεση και ποικιλότητά τους. Το γεγονός αυτό, επιτρέπει τη χρήση τους ως βιοδείκτες, για τη μελέτη της κατάστασης ενός οικοσυστήματος.

Βιοδείκτης είναι ένα είδος ή μια βιοκοινότητα που ζει σε ένα συγκεκριμένο οικοσύστημα και λόγω των οικολογικών τους χαρακτηριστικών και προτιμήσεων, μπορεί να χρησιμοποιηθούν ως αντανάκλαση της κατάστασης του οικοσυστήματος.

Τις τελευταίες δεκαετίες, έχει υιοθετηθεί ευρέως η χρήση οργανισμών ως βιοδείκτες για την παρακολούθηση, τη διατήρηση ή τη βελτίωση της ποιότητας των υδάτινων σωμάτων. Η βιοπαρακολούθηση, έχει ενσωματωθεί ως αποτελεσματικό εργαλείο σε εθνικά προγράμματα παρακολούθησης, μέσω της Ευρωπαϊκής Οδηγίας Πλαίσιο για τα Ύδατα (ΟΠΥ 2000/60/ΕΚ). Σύμφωνα με την ΟΠΥ, για την εκτίμηση της οικολογικής ποιότητας ενός υδάτινου σώματος, συγκρίνεται η δομή της βιοκοινότητας των  βιοδεικτών (π.χ. διάτομα, ασπόνδυλα, μακρόφυτα και ψάρια) σε επηρεασμένες από ανθρωπογενείς δραστηριότητες θέσεις, με τη δομή της βιοκοινότητας  των οργανισμών αυτών σε επιλεγμένες θέσεις «αναφοράς», οι οποίες θεωρείται ότι δεν επηρεάζονται ή επηρεάζονται ελαφρώς από ανθρωπογενείς αλλοιώσεις. 

Στην Κύπρο, τα διάτομα χρησιμοποιούνται ως βιοδείκτες παρακολούθησης της ποιότητας ποτάμιων υδάτινων σωμάτων στα πλαίσια της εφαρμογής της ΟΠΥ.

Τα πρώτα δείγματα διατόμων από ποτάμια της Κυπρου, συλλέχθηκαν το 2005-2006 στο πλαίσιο έργου του Τμήματος Αναπτύξεως Υδάτων. Έκτοτε διεξάγονται  δειγματοληψίες σε συστηματική βάση, για το εθνικό πρόγραμμα παρακολούθησης της ποιοτικής κατάστασης των ποταμών, μέσα από τις οποίες έχουν προκύψει μέχρι σήμερα 523 τάξα διατόμων. Με τη συνέχιση του προγράμματος παρακολούθησης, προκύπτουν νέα είδη για την επιστήμη, τα οποία προστίθενται στον εθνικό κατάλογο ειδών, καθώς και νέα ενδημικά είδη που εντοπίζονται μόνο στα ποτάμια της Κύπρου. Ένα τέτοιο είδος είναι το Ulnaria acuscypriacus που περιγράφηκε για πρώτη φορά το 2018.

Εικόνα 3: Παραδείγματα διατόμων που εντοπίζονται στα ποτάμια της Κύπρου. Από αριστερά προς δεξιά: Navicula radiosa, Fragilaria candidagilae, Encyonema ventricosum, Diploneis krammeri, Cyclotella meneghiniana.

Είναι πολύ ενδιαφέρον πως ένας μικροοργανισμός που πολλοί δεν έχουν γνώση για την ύπαρξη του, αποτελεί ένα αναπόσπαστο κομμάτι της λειτουργίας του οικοσυστήματος που μας συντηρεί και μας επιτρέπει μελετώντας τον να λαμβάνουμε σημαντικές πληροφορίες για το περιβάλλον που βρίσκεται. Σε επόμενο άρθρο θα δώσουμε πληροφορίες για τις παραδοσιακές και καινοτόμες μεθόδους βιοπαρακολούθησης με τη χρήση διατομών. 

Βιβλιογραφία:
Cox, E. J. (2014). Diatom identification in the face of changing species concepts and evidence of phenotypic plasticity. Journal of micropalaeontology, 33(2), 111-120.

Lobo, E. A., Heinrich, C. G., Schuch, M., Wetzel, C. E., & Ector, L. (2016). Diatoms as bioindicators in rivers. In River Algae (pp. 245-271). Springer, Cham.

Lopez, P. J., Descles, J., Allen, A. E., & Bowler, C. (2005). Prospects in diatom research. Current opinion in Biotechnology, 16(2), 180-186.

Sharma, N. K., & Rai, A. K. (2011). Biodiversity and biogeography of microalgae: progress and pitfalls. Environmental Reviews, 19(NA), 1-15.

WAT-DIMON- Novel DNA-based test for the identification of benthic diatoms of European Freshwater Waterbodies (EUROSTARS/0519/0005) [Internet]. Iaco.com.cy [cited 2021 Dec 5]. Available from: http://www.iaco.com.cy/wat-dimon-novel-dna-based-test-for-the-identification-of-benthic-diatoms-of-european-freshwater-waterbodies-eurostars-0519-0005/

New collaboration in the framework of the Eurostars project E-Wat-Dimon [Internet]. Oikotoxicologia.org. 2020 [cited 2021 Dec 5]. Available from: https://oikotoxicologia.org/eurostars-project-e-wat-dimon/

Πηγή εικόνας 1: SURREALISM. SCIENCE. CYNICISM [Internet]. Tumblr.com. [cited 2021 Dec 5]. Available from: https://surrealismsciencecynicism.tumblr.com/post/37575375526/diatoms-are-simply-the-most-beautiful-microscopic

Πηγή εικόνας 2: WAT-DIMON- Novel DNA-based test for the identification of benthic diatoms of European Freshwater Waterbodies (EUROSTARS/0519/0005) [Internet]. Iaco.com.cy [cited 2021 Dec 5]. Available from: http://www.iaco.com.cy/wat-dimon-novel-dna-based-test-for-the-identification-of-benthic-diatoms-of-european-freshwater-waterbodies-eurostars-0519-0005/

Πηγή εικόνας 3: Τμήμα Αναπτύξεως Υδάτων [Internet]. Gov.cy. [cited 2021 Dec 5]. Available from: http://www.moa.gov.cy/wdd

Το έργο Wat-Dimon – Developing DNA-based test for the identification of benthic diatoms of European freshwater bodies, χρηματοδοτείται από το Ίδρυμα Έρευνας και Καινοτομίας -στα πλαίσια του προγράμματος Eurostars- τα Ευρωπαϊκά Ταμεία Περιφερειακής Ανάπτυξης και τα Διαρθρωτικά Ταμεία. Υλοποιείται με τη συμβολή των Laboratorios Tecnologicos de Levante, Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο Κύπρου και I.A.CO Environmental & Water Consultants.