Stränder kan vara en lekplats

När bakterier och alger hittar ett välkomnande substrat börjar de skapa vad som motsvarar en mikroskopisk stad. För att säkra sina gränser bygger invånarna ett fuktigt täcke. Det är ett tunt lager av slem, även känd som en biofilm. Vissa bakterieskyddande biofilmer kan överleva i veckor – till och med månader.

Många biofilmsbor i strandsand är ofarliga. Andra, kända som patogener, kan orsaka infektionssjukdomar. Om du råkar svälja några av dem kan du få diarré. Att gräva i groddrig sand ökar risken för magsjukdomar, särskilt hos barn. Vissa patogener kan leda till ögon- och öroninfektioner. Bryt upp vissa sandsamhällen och patogener kan bli luftburna. Att andas in dessa kan utlösa lunginfektioner, vilket gör det svårt att andas.

Hälsooro över att röra vid strandsand driver många forskare att leta efter var patogener lurar – och var de ursprungligen kom ifrån. Andra forskare studerar om egenskaper hos stränder, såsom vågornas höjd eller kraft, påverkar var på en strand dessa patogener kommer att bygga sina hem.

Hur bakterier blir strandade

Stränder är hem för vilda djur – från krabbor eller grodor till insekter och fåglar. Ingen överraskning, dessa varelser kan ge vissa bakterier. När måsar går längs sanden för att äta en måltid eller flyger över huvudet, kommer de med jämna mellanrum att fälla bajs. Deras avföring kommer att ha bakterier. Växter som sköljer ut på stränder kan ge ett välkomnande hem till mikrober som är involverade i grönskans förfall.

Regn tvättar ko- och grisbajs, eller gödsel, bort från jordbruksmarker. Avfall från husdjur och vilda djur rinner bort från gräsmattor och gator. Allt detta bakteriefyllda avfall kommer så småningom att rinna nedströms ut i sjöar, floder och hav.

Men de mest talrika patogenerna på stränderna kommer från människor. Den mänskliga tarmen vimlar av bakterier. Vissa är ofarliga och andra är patogener. Som med andra djur, utsöndrar människor några av dessa tarmmikrober i deras bajs.

När det väl spolas ner i toaletten går detta avfall – känt som avlopp – genom rör för bortskaffande. Forskare har hittat mer än 100 olika patogener i avloppsvatten. Vissa av dem kan dyka upp i mycket höga koncentrationer.

Bostäder leder vanligtvis avloppsvattnet till septiktankar eller en stads avfallsbehandlingsanläggning. Septiktankar är behållare under marken som filtrerar och fångar upp många patogener. Avloppsreningsverk är anläggningar som behandlar avfall för att döda eller filtrera bort patogener från vattnet som passerar genom dem. Men septiktankar kan läcka ut i grundvattnet. Därifrån kan bakterier sippra in i nedströms floder, sjöar eller havet. Ännu värre är att vissa samhällen skickar avloppsvatten direkt i vattendrag utan att behandla det.

Joan Rose arbetar vid Michigan State University i Lansing. Som folkhälsomikrobiolog studerar hon patogener i vatten. “Vi hittar mer hela tiden”, säger Rose. Mikroberna bärs ofta nedför bäckar till havets kuster där vågor, strömmar och tidvatten senare avsätter dem på stränder.

De huvudsakliga föroreningskällorna kommer att skilja sig från en strand till en annan. För att komma in på källan till patogener som finns på stränderna de studerar samlar Rose och hennes team in kustvatten, strandsand och jordar. Sedan spanar de efter eventuellt bakteriellt DNA i sina prover och kartlägger typerna. På detta sätt letar de efter en “signatur” av de uppströmskällorna för dessa bakterier.

Brottsplatsutredare i tv-program gör ofta DNA-analyser för att identifiera de misstänkta, säger Rose. “Vi kan göra samma sak för bakteriellt DNA.”

Hennes team spårar bakterier från avföring i 64 floder som rinner ut i Lake Michigan och Lake Huron. Det är två av de stora sjöarna. Längs vissa strandlinjer fäller måsarna det mesta av denna avföring, hittar de. I andra kustområden är huvudproblemet avrinning av gårdsgödsel eller dålig rening av mänskligt avloppsvatten. Och i ytterligare andra har de spårat de flesta bakterierna till läckande septiktankar.

Testa vattnet — och sanden

Enligt lag måste statliga hälsomyndigheter övervaka vattnet längs stränder där människor simmar efter de typer av bakterier som vanligtvis finns i avföring från människor och andra däggdjur. Under sommaren provtas vattnet minst en gång varannan vecka.

De flesta av dessa fekala bakterier kommer inte att skada människor. De orsakar helt enkelt inte mänskliga sjukdomar. Men när vatten innehåller många av dessa bakterier, fungerar det som en varning för att patogener också kan gömma sig där. Av denna anledning kallas de i stort sett ofarliga fekala bakterierna bioindikatorer. Det betyder att de pekar på ett möjligt dolt hälsohot. När statliga myndigheter hittar höga koncentrationer av bioindikatorbakterier i vattnet vid en strand, varnar de folk att inte bada där.

Patogener som utsöndras i mänsklig avföring tenderar att vara de farligaste. Så Rose hävdar att stränder där mänskliga fekala bakterier är vanligast bör vara högsta prioritet för uppföljning av övervakning och sanering.

I en nyligen genomförd studie av floderna Rose och kollegor har övervakat, fann forskarna ett tecken på läckande septiktankar. Deras bevis: Vattenprover i områden med mer än 1 621 septiktankar hade mycket högre halter av bakterier associerade med mänsklig avföring än områden med få septiktankar.

“Vi kan inte fixa allt på en gång”, säger Rose. “Vi måste spendera klokt för att skydda vattendrag och stränder.” Så de typer av information som hennes team upptäckte i Michigan kan hjälpa samhällen att bestämma vilka områden – och föroreningskällor – som ska städas först.

Roses team publicerade sina resultat i augusti 2015 i Proceedings of the National Academy of Sciences.

Det är viktigt att övervaka vattnet längs stränderna. Men vatten i ett hav, en sjö eller en flod kan naturligt späda ut föroreningar inom några timmar – och ännu snabbare om det finns starka strömmar eller höga vågor. Bakterier i sand kan överleva mycket längre. Genom att endast testa vatten riskerar hälsomyndigheter att missa höga halter av fekala mikrober som lurar i strandsand.

Vissa studier har visat att ett prov av strandsand kan innehålla 10 till 100 gånger fler fekala bakterier (mätt som kolonienheter per gram) än ett vattenprov (mätt som kolonienheter per milliliter). Det betyder att sanden förmodligen också innehåller fler skadliga bakterier än vad vattnet gör, enligt Helena Solo-Gabriele. Hon arbetar vid University of Miami i Florida. Som miljöingenjör studerar hon hur föroreningar rör sig genom miljön och påverkar människors hälsa.

Att övervaka strandsand – såväl som vatten – kan också hjälpa forskare att bättre förstå var patogener frodas, säger Solo-Gabriele

Men att testa sand är inte alls lika lätt som att ta prover på vatten. För att prova 100 liter vatten, öser någon ut så mycket vatten och testar det för bioindikatormikrober. Vatten rör sig och blandas lätt upp, ner och runt. Så ett vattenprov kan vara lika representativt som ytterligare 50 yards (cirka 45 meter) bort.

Men bakterierna som klumpats på sandbitar i en slemmig biofilm rör sig inte – än mindre blandas – lika lätt. Det är ett problem för forskarna. De kommer inte att veta vilka delar av stranden som kan vara mest smutsiga. Och det kan göra det svårt att veta var man ska gå ut och mäta. Många stränder förändras varje timme när tidvattnet skvalpar in och slocknar. Och när vågorna slår kan de ta bort ytskiktet på en strand och exponera djupare sand. Så en strand kan vara renare tidigt på morgonen än efter att folk har tillbringat dagen där.

När det kommer till sand, säger Rose, “Vi har fortfarande mycket detektivarbete att göra. Hur mycket sand ska samlas in? Var ska vi hämta det? Hur djupt ska vi ösa? Ska vi göra provtagning först på morgonen? Hur mycket påverkar tidvatten kvaliteten på sanden?” Svaren, påpekar hon, kan vara mycket viktiga.

Mikrobers sandiga gömställen

Under extremt högvatten kan strandade tång, fekala bakterier och sand åter skölja ner på stranden mot vattnet. Den kommer till vila i ett område som kallas intertidal zone. Detta område, där barn ofta leker, är torrt under lågvatten men täckt av vatten vid högvatten. Så småningom kan tidvattnet tvätta bakterier och andra mikrober från den tidvattenstrandsand ut i grunt kustvatten. Detta riskerar att utsätta vadare och simmare för bakterier. Den processen sker upprepade gånger.

Solo-Gabriele och kollegor granskade nyligen forskning som undersökte var bakterier samlas i strandsand. De granskade också data om hur dessa bakterier kan röra sig fram och tillbaka mellan stranden och vattnet. Teamet publicerade sin recension i februarinumret av Jtidningen från Marine Biological Association of the United Kingdom.

“Vi ser många låga avföringsbakterier i vattnet, och plötsligt ser vi en hög spik,” säger s Solo-Gabriele. “Då ser vi fler låga siffror ett tag och ytterligare en topp.” Hon tror att dessa spikar kan komma från bakterier som byggs upp i vrak vid högvattenlinjen och sedan flyttar ut i vattnet när tidvattnet avtar. Om hälsotjänstemän inte råkar övervaka vattnet när patogener spikar kan de missa perioden med högre risk.

Strändernas strukturella egenskaper kan också påverka exponeringen för fekala bakterier. Bakterier tenderar att koncentreras under ganska långa perioder i lugna vatten. Där vattnet blir hackigt tenderar vågor att späda ut och sprida bakterier. Den utspädningen kan minska risken för infektion för simmare genom att utsätta dem för lägre nivåer av bakterier.

Solo-Gabriele och kollegor undersökte nyligen vattenkvaliteten vid 262 av Floridas kuststränder längs Atlanten och Mexikanska golfen. Golfen har 76 lågvågsstränder, som står för nästan hälften av stränderna där. Atlanten har bara 10 lågvågsstränder men 96 stränder med höga vågor.

Som Solo-Gabriele och kollegor förutspådde, tenderade vattnet vid Gulfs stränder att ha mer frekventa toppar av höga bakterier. Till exempel hade 10 golfstränder högt bakterieantal mer än 9 av var 100:e dag. Under tiden gjorde inga stränder vid Atlantkusten. Teamet publicerade sina resultat i mars Marine Pollution Bulletin.

En handfull sand på stranden kan vara ett växthus för skadliga bakterier. När forskare lär sig mer om var dessa mikrober kommer ifrån och var de trivs, är nästa steg att utveckla nya och billiga verktyg för att noggrant övervaka strandsand. Detta kommer att göra det möjligt för samhällen att skapa mer aktuella och korrekta varningar för att skydda folkhälsan.