Gotowi na arsen?
Jest powszechnie znaną toksyną, a to między innymi za sprawą literatury kryminalno-detektywistycznej. Na jej kartach nie brakuje bowiem opisów trucia niewygodnych osób arszenikiem, czyli trójtlenkiem arsenu. Ale arsen to nie tylko metaloid rodem z beletrystyki. To w wielu miejscach świata problem dnia codziennego.
Paracelsus, szwajcarski lekarz, przyrodnik i filozof żyjący w latach 1493–1541, powiedział: „Tylko dawka czyni, że dana substancja nie jest trucizną”. Dziś wiemy, że nie tylko odpowiednie stężenie czyni arsen niebezpiecznym, ale przede wszystkim forma, w jakiej występuje. Nieorganiczne związki, w których arsen występuje na III i V stopniu utlenienia, charakteryzują się największą toksycznością, a na domiar złego są znakomicie przyswajane drogą pokarmową. Z kolei niektóre organiczne związki tego metaloidu, jak np. arsenobetaina, są niemal obojętne dla organizmów żywych. Z tego właśnie powodu ocena bezpieczeństwa produktu żywnościowego wymaga oznaczenia poszczególnych form arsenu, a nie tylko jego całkowitej zawartości.
Według szacunków aż 140 milionów ludzi na świecie zmuszonych jest na co dzień pić wodę skażoną arsenem. To problem przede wszystkim Indii oraz Bangladeszu. Na terenie tych państw utwory geologiczne są naturalnie bogate w łatwo wymywane przez wodę i dobrze w niej rozpuszczalne związki tego metaloidu. Podobna sytuacja występuje również w niektórych miejscach Stanów Zjednoczonych (np. w Kalifornii czy Arizonie), ale woda przeznaczana na cele pitne jest tam poddawana procesom uzdatniania skutecznie zmniejszającym stężenia arsenu i dostosowującym je do rygorystycznych norm.
Niestety, Bangladeszu zwyczajnie nie stać na podobne rozwiązania, studnie z wodą pitną znaczone są więc farbami. Zieloną, kiedy stężenia nie są niebezpieczne, czerwoną – gdy są one zbyt wysokie. Skuteczność takiej metody w warunkach powszechnego ubóstwa jest jednak wątpliwa. Pomimo pomocy udzielonej Bangladeszowi wciąż średnio jedna z pięciu studni jest źródłem toksycznej wody. Nie dziwi więc widok ludzi z charakterystycznymi, pigmentowanymi, ciemnymi plamkami na zewnętrznej części dłoni i stóp – to jeden z objawów chronicznego narażenia na arsen. Skutków, i to poważniejszych, jest jednak o wiele więcej. Arsen uszkadza nerwy obwodowe, jest rakotwórczy, zaburza rozwój dzieci. Truje jednak nie tylko ludzi. Jest toksyną totalną, zwłaszcza w formie nieorganicznej. Wystrzegają się jej bakterie, grzyby, rośliny i zwierzęta.
Skoro jednak arsen jest tak powszechny w niektórych rejonach globu, a zarazem niezwykle niebezpieczny, to może natura chociaż częściowo znalazła sposób, aby sobie z nim radzić? Kilka lat temu światem naukowym wstrząsnęła informacja o bakteriach wyizolowanych z przepięknego jeziora Mono, które w warunkach laboratoryjnych miały wbudowywać arsen w miejsce fosforu w cząsteczce DNA. Odkrycie to, opublikowane na łamach zacnego periodyku „Science”, miało być pierwszym dowodem na istnienie organizmów nie tylko tolerancyjnych wobec arsenu, ale co więcej – wykorzystujących go w tak istotnej funkcji biologicznej, jaką jest synteza kwasów nukleinowych!
Czyżby więc na Ziemi istniała odrębna ścieżka ewolucji organizmów, tocząca się jakby równolegle z tą, którą dotychczas opisywała nauka? Nic bardziej mylnego. Dziś wiemy już, że w opisanych powyżej badaniach popełniono istotne błędy metodologiczne, które skierowały naukowców do nieprawidłowych wniosków. Nie oznacza to jednak porażki biologii w walce z arsenem. Sprytnym przystosowaniem charakteryzują się bowiem niektóre gatunki grzybów. Potrafią przekształcać pobrany z podłoża arsen nieorganiczny we wspomnianą wcześniej arsenobetainę – praktycznie nietoksyczną organiczną formę, którą kumulują w grzybni i owocnikach. Ucieszą się również smakosze popularnej pieczarki, bo ta z kolei potrafi rosnąć na podłożach zanieczyszczonych nieorganicznym arsenem i nie akumulować go w swoich owocnikach. Podgrzybek brunatny, cel poszukiwań grzybiarzy, potrafi za to wyrosnąć na terenach przemysłowych i kumulować niebezpieczne dla człowieka ilości arsenu nieorganicznego w częściach jadalnych. Stawiajmy więc nie na ilość, a na jakość – i zbierajmy grzyby z miejsc dalekich od źródeł zanieczyszczeń.
Czy człowiek mógłby wykształcić jakiekolwiek mechanizmy tolerancji w obliczu podwyższonej obecności arsenu w środowisku? Na to ważne i niezwykle ciekawe pytanie jedni odpowiedzą, że to mało prawdopodobne, bo nasz organizm to bardzo złożony system, mało plastyczny i niezwykle wolno reagujący na zmiany środowiskowe. I będzie w tym sporo racji. Spójrzmy np. na Skandynawów – stosunkowo wysoce izolowaną europejską populację żyjącą od zarania dziejów na obszarach o niskiej twardości wód, a więc niewielkiej zasobności w związki magnezu i wapnia. Spodziewaną adaptacją byłoby zatem np. wykształcenie bardziej skutecznych dróg czy mechanizmów pozyskiwania wapnia z pokarmu stałego.
Jednak to właśnie Skandynawię charakteryzuje jedna z najwyższych w Europie częstość osteoporozy – choroby będącej skutkiem niedoboru tego pierwiastka. Dlatego też tak duże zaskoczenie, a zarazem fascynację wywołały wyniki badań opublikowane w tym roku przez zespół Mattias Jakobsson i Karin Broberg. Odkryli oni niewielką populację ludzką, która jako jedyna na świecie posiada wyspecjalizowany mechanizm tolerancji arsenu. To pierwsze doniesienie o ludzkiej adaptacji do obecności podwyższonych stężeń tego pierwiastka w środowisku.
Badaniami objęto niewielką i bardzo izolowaną populację w argentyńskim San Antonio de los Cobres, miasteczku leżącym w północnej Argentynie, w Andach, na wysokości 3770 m n.p.m. Erupcje wulkanów w przeszłości doprowadziły do odłożenia się znacznej ilości arsenu na tym terenie i w związku z tym okoliczne wody zawierają jego bardzo wysokie stężenia. Badacze zaobserwowali, że wśród mieszkańców San Antonio de los Cobres występuje z niespotykaną wcześniej częstością mutacja w genie AS3MT, która umożliwia syntezę enzymu metylotransferazy arsenowej. Enzym ten umożliwia z kolei metylację nieorganicznych form arsenu, znacznie zmniejszając toksyczność tego pierwiastka, ale – co najważniejsze – ułatwiając i przyspieszając jego wydalenie z organizmu.
To niezwykłe przystosowanie genetyczne umożliwia badanej populacji spożywanie wody, w której stężenie arsenu przekracza 20-krotnie poziomy uznawane za bezpieczne! Okazuje się więc jednak, że w warunkach silnego i stałego stresu środowiskowego (a jest nim niewątpliwie podwyższona obecność arsenu) wysoce izolowane populacje ludzkie (o niewielkiej wymianie puli genowej) mogą podlegać bardzo skutecznemu zjawisku selekcji naturalnej. W tym przypadku selekcja ta wspiera przeżycie potomstwa z mutacją umożliwiającą syntezę metylotransferazy arsenowej.
Odkrycia te niestety nie mogą stanowić pocieszenia dla mieszkańców Indii czy Bangladeszu, cierpiących z powodu zatrucia arsenem obecnym w wodzie pitnej. Są jednak niezwykłym dowodem na to, że organizm ludzki może na drodze ewolucji dostosować się do obecności toksyn w środowisku życia. Czy dotyczy to tylko arsenu? Na to pytanie na pewno warto szukać odpowiedzi.
Piotr Rzymski
Ilustracja: Piotr Rzymski (CC BY-ND 2.0)
Źródła:
Carina M Schlebusch, Lucie M Gattepaille, Karin Engström, Marie Vahter, Mattias
Jakobsson,Karin Broberg. 2015. Human adaptation to arsenic-Rich environments. Molecular Biology and Evolution doi: 10.1093/molbev/msv046
Mirosław Mleczek, Przemysław Niedzielski, Marek Siwulski, Piotr Rzymski, 0Monika Gąsecka, Piotr Goliński, Lidia Kozak, Tomisław Kozubik. 2015. Importance of low substrate arsenic content in mushroom cultivation and safety of final food product. European Food Research and Technology DOI: 10.1007/s00217-015-2545-4
http://www.who.int/ipcs/features/arsenic.pdf
Komentarze
Witam po tej stronie bloga.
W Lądku Zdroju i paru innych uzdrowiskach zachwalane są lecznicze walory wód bogatych w kwas arsenowy.
„Arsen: wody arsenowe zawierają ten pierwiastek przede wszystkim w postaci związków kwasu arsenowego, arseninów. Arsen nie jest jak żelazo materiałem budulcowym krwinek czerwonych, jednak pobudza aktywność krwiotwórczą szpiku (erytropoezę). Poza tym arsen wpływa hamująco na ogólną przemianę materii, co zaznacza się przyrostem masy ciała podczas kuracji pitnych wodami arsenowymi.”
Nie korzystam z takich terapii, ale jak zawsze w takich przypadkach rodzi się we mnie pytanie dla kogo są one przeznaczone? Dla każdego, kto zapragnie ich zażyć?
W 2000 roku FDA zarejestrowało Triseno, lek zawierające trójtlenek arsenu, przeznaczony do stosowania w nawrotach bądź opornych przypadkach ostrej białaczki promielocytowej. Salwarsan, arsenoorganiczny środek, stosowano niegdyś w leczeniu kiły. William Withering, zwolennik stosowania arsenu w terapiach medycznych z okresu XV wieku, twierdził, że trucizny w niskich dawkach są najlepszymi lekami, a najlepsze leki w nadmiarze są truciznami.
Nie zmienia to wciąż faktu, że przewlekłe picie wody zawierającej nieorganiczne formy arsenu jest sytuacją do której większość populacji ludzkiej nie jest przystosowana i rodzi to realne problemy zdrowotne w niektórych miejscach świata.
P.S. Dziękuję za powitanie 🙂
Polacy są znani z odporności na spirytus etylowy, dawki uznane za śmiertelne im nie szkodzą. W dodatku osiągneli tą odporność w okresie zaledwie kilkuset lat. Może wysłać delegację meneli do Bangladeszu?
A mnie poruszyło zdanie o Skandynawach, którzy „powinni” wykształcić.. coś tam. Nie ważne co. Zadziwia mnie dość dziwaczne jak na naukowca spojrzenie na ewolucję. Nie jest to na szczęście spotykane co jakiś czas twierdzenie o ewolucji jako o walce każdego z każdym, gdzie „wygrywa najlepszy” (kompletna i debilna bzdura), ale i tak – według mnie – chyba nie ma nic wspólnego z ewolucją. Bo jeśli brak wapnia prowadzi do kumulacji schorzeń i obniża długość życia nawet o wiele lat to – zakładając, że występuje już po okresie rozmnażania w trudnych warunkach klimatycznych Skandynawii, może właśnie obniża koszty społeczne opieki nad starszymi. Dzięki temu łatwiej było wypłynąć w morze i rabować majątki Słowian czy Brytów. Porywać ich kobiety i się z nimi rozmnażać.
Ale nawet nie o to nawet chodzi. Wydaje się, że twierdzenie, że pewna własność „powinna” się wykształcić bo zapewnia dłuższą i zdrowszą wegetację to raczej pobożne życzenie z dzisiejszego punktu widzenia, że się każdemu należy (od życia i społeczeństwa), niż prawidłowe myślenie o ewolucji, która jednak chyba innymi zasadami się kieruje.
Czy nie lepiej by było na ewolucję patrzeć realistycznie niż sentymentalnie i z pretensjami? Co na to Pan Panek?
P.S.
Osobno podkreślam, że nie jest moim zamiarem obrażanie autora ani podważanie jego kompetencji. Po prostu zauważam pewne zjawisko, bardziej nawet w polityce, i zwracam na nie uwagę. To tylko głos w dyskusji a nie awantura.
Wywołany do odpowiedzi oczywiście potwierdzam, że w ewolucji nic nie powinno. Natomiast zakładam, że u kolegi z bloga jest to po prostu żargonowy skrót myślowy. Faktem jest, że nie unikniemy teleonomii i dopóki wszyscy wiedzą, o co chodzi, używamy takich skrótów, zamiast stwierdzeń bardziej opisowych.
Z tą osteoporozą i niedoborem wapnia, to nie jest taka prosta zależność. Należy jeszcze uwzględnić rolę witaminy D.
Prosta suplementacja preparatami wapnia bywa mało skuteczna, a może się przyczynić do zwapnienia naczyń krwionośnych, a nie kości.
Stosowane w terapii osteoporozy bisfosfoniany też mają swoje działania niepożądane, ale przynajmniej nie powodują dodatkowych tzw. cardiovascular endpoints.
A co z niedowapnionymi skandynawskimi krowami?
Po każdym ocieleniu – kroplówki z wapniem i fosforem?
W żadnym wypadku nie uważam, że ewolucja cokolwiek powinna. Tym bardziej promować długowieczność, z której ma nic nie wynikać dla populacji. Osteoporozę proszę traktować jako znany powszechnie skutek niedoboru, uwidaczniający się najczęściej u osób starszych z powodu zmian związanych z wiekiem, u kobiet dodatkowo ze zmianami hormonalnymi po menopauzie. Niedobór Ca i Mg, m.in. z powodu skrajnie miękkiej wody w tym regionie jest jednak także bardziej prawdopodobny u osób młodszych. Niewystarczający status obu, jak wiadomo, mieć wpływ na płodność. Wyszedłem jednak z założenia, że piszę tekst popularno-naukowy do ogółu i posługiwanie się rozpoznawanymi skutkami niedoboru ułatwia przekazanie treści. A te dot. adaptacji do spożywania wysokich stężeń As w wodzie. W innym wypadku w co drugie zdanie musiałbym stawiać „,ale…”.
Co do witaminy D – pełna zgoda markot. Walenie końskich dawek Ca w suplemencie też działa słabo. Suplementy to w ogóle osobny, ciekawy temat, no ale o tym to już drugi Piotr pisał 😉
Ale młodzi nie piją kranówy o walorach deszczówki, tylko wody mineralne, mleko, jedzą jogurty i muesli, przebywają więcej na świeżym powietrzu, tańczą i uprawiają sporty, a ruch ma niebagatelne znaczenie dla wzmocnienia struktury kości.
Popularna w Skandynawii owsianka ratuje najwyraźniej tamtejsze populacje przed wymarciem 😉
@ZWO.
1. W społeczeństwach plemiennych ludzie starsi też byli potrzebni, jako doświadczeni doradcy (elders), znachorzy, kapłani, opiekunowie i nauczyciele młodego pokolenia. Nie byli obciążeniem.
2. Również boli mnie przedstawianie ewolucji jako zamierzonego działania bo to sugeruje Stwórcę. Jedynym celem było przetrwanie genów dzięki adaptacji. Propagujmy prawdę.
@przymski
Myślę, że się Pan myli twierdząc, że należę do tych, którym masło na chleb łopatą się nakłada. Istnieje pewne zjawisko, które coraz bardziej się rozszerza i ja zwracam na nie uwagę. Tak, jak kiedyś ewolucja myliła się niektórym z walką klas tak teraz ma podobno dbać o wieczną szczęśliwość. Szczególnie jeśli naród wybrany na to zasługuje i mu się to należy. Oczywiście Pan tego nie twierdzi. Jednak każda nieostra wypowiedź w tym kierunku przesuwa nieco granicę percepcji społecznej uprawdopodabniając (ale słowo!) później głupoty życia publicznego. Nawet sobie Pan nie wyobraża jak duża na Panu spoczywa odpowiedzialność. I na tę odpowiedzialność zwracam uwagę. O nic więcej.
@JackT
Napisałem wyraźnie: „w trudnych warunkach klimatycznych Skandynawii”. Proste. Natomiast twierdzenia o społecznej roli starszych „jako doświadczeni doradcy” to mrzonki zawiedzionych rencistów. Szczególnie kiedy w zimie i tak baby nie miały co robić a żarcia brakowało. Tyle w tym prawdy co w opowieściach Engelsa o pochodzeniu rodziny i matriarchacie. Choć działa do dzisiaj.
P.S: A polski zwyczaj wystawiania starych na mróz żeby stwardnieli spotykało się jeszcze w 20 wieku.
Szkoda, że komentujący nie zauważają, że w przytoczonym przykładzie (z wapniem) zjawisko adaptacji, którego niektórzy mogliby się spodziewać, wcale nie zachodzi, co w gruncie rzeczy stoi w zgodzie z tym,
co napisał ZWO. Pomijając już te zupełnie niepotrzebne wstawki o
narodzie wybranym, politycznych kontekstach, Stwórcy itp., bo tych autor raczej na myśli nie miał. Właściwy temat artykułu rozmył się gdzieś w komentarzach, a szkoda, bo jest ciekawy.
@ZWO.
Pisałem o „społeczeństwach plemiennych” a nie o współczesnych emerytach. Od nich rzeczywiście poza zdrowaśką albo międzynarodówką niczego się nie nauczysz. Ale Ty będziesz tak samo bezwartościowy, z wiekiem.
Rzeczywiście w sytuacjach głodu bezproduktywni mogli być eliminowani.
O „polskim zwyczaju wystawiania na mróz” nie słyszałem.
@JakckT
Chciałbyś.
Tylko, że ja już od wielu lat pobieram 2 pensje. Z których jedna nazywa się renta. I nie zanosi się na zmianę. Przy okazji kończę remont domu.
P.S.
Oczywiście, zauważyłem, że młodzi wcale nie są chętni do „nauki od starszych”. To bajki, które sobie starsi myślą bo by chcieli. I tak pewnie było zawsze.
Są dwie odpowiedzi:
1. Być wzorcem i nie wymagać wobec siebie „szacunku”. To się nawet udaje jeśli jest się nowocześniejszym od młodych.
2. Każdy niech żyje swoim życiem i zostawi młodych w spokoju. Ale tu się starym wątroba skręca bo przecież oni „tak się poświęcali” i tak by chcieli pouczać „młodzież”.
A w międzyczasie tej dyskusji badacze z Warszawy wykazują, że dostępne na polskim rynku produkty żywnościowe pochodzące ze środowiska wodnego, np. ryby czy bezkręgowce charakteryzuje bardzo niewielka zawartość arsenu. W nieciekawym świetle znów przedstawiły się glony, tym razem makro. A konkretnie Hijiki (Hizikia fusiformis), brunatnica – w tej arsenu nieorganicznego było najwięcej ze wszystkich objętych badaniem produktów. Ciężko być glonojadem…
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26400115
Ach gdzież tam
Arsen jest sexy
a ponoć w ryżu jest dużo arsenu (prawda?) i co na to azjaci?