A tőrfarkú rákokat joggal nevezhetjük élő kövületeknek, ugyanis már 300 millió éve szinte változatlan formában vannak jelen a Földön. Ez azt jelenti, hogy már a dinoszauruszok előtt megjelent első, a maihoz hasonlatos alakjuk. Azonban ma már lassan a kihalás szélére sodródnak, ugyanis élőhelyük csökkenése mellett az emberek is túl sok példányt fognak be. Ez azért van, mert az állat vére egy koagulogén nevű fehérjét tartalmaz, amelyhez hasonlót még nem sikerült szintetizálni a tudósoknak, illetve kedvelt állat a preparátorok köreiben is.
Azok a tengeri ízeltlábúak, melyek a mai tőrfarkú rákokhoz hasonló formát mutatnak, már az Ordovícium korban (485,4 millió és 443,8 millió évvel ezelőtt) megjelentek a Földön. Rendkívül ősi csoportról van szó, hiszen ebben az időszakban sem emlősök, sem madarak, sem hüllők nem voltak még jelen, és a kétéltűek megjelenésére is még százmillió évig kellett várni. Tehát nem igazán volt még élet a szárazföldön. Annak ellenére, hogy a nevük a rákokra utal, rendszertanilag inkább a skorpiókhoz és a pókokhoz állnak közelebb. Ennek oka, hogy a csáprágósok (Chelicerata) altörzsébe tartoznak, amely a pókszabásúakkal közös. Ezen belül pedig a rákszabásúak (Merostomata) osztályába sorolják őket [1].
Felépítése
Testüket 3 részre lehet tagolni: első része a prosoma, azaz az előtest, amiből az angol „horseshoe crab” vagyis lópatkó rák elnevezésük ered. Ez a testük legnagyobb része, ahol az idegrendszeri központjuk és a szervek nagy része található, amit egy lemez véd. Az állatnak tíz szeme van, különböző helyeken a testén, de ezeken kívül is vannak még fényérzékelő receptoraik a „farok”, az a telson közelében [2]. Az előtest simán ívelt felső felületén helyezkedik el egy pár oldalsó összetett szem és egy sokkal kisebb középső szempár, amelyek képesek érzékelni az ultraibolya fényt. Ezek fontos szerepet játszanak a párkeresésben, míg az állat többi szeme inkább a fény változásait, a mozgást és a holdfényt érzékeli [3] [1]. A előtest alatt hat pár végtag található: az első pár az úgynevezett csáprágók (chelicereae), amelyek kizárólag a férgek, vékony héjú puhatestűek, rákok és más zsákmányállatok megragadására szolgál. A következő pár az állkapcsi tapogatók (pedipalpus), amelyek a hímeknél a pókokhoz hasonlóan a párzásban vesznek részt. Az utánuk következő négy lábpár már igazi járóláb, a helyváltoztatást szolgálják. Az utolsó lábak töve mögött egy pár elcsökevényesedett függelék, az úgynevezett chilaria található.
A test középső hasi része az utótest (opisthosoma), amely háromszög alakú, oldalain tüskék helyezkednek el. Ezek a tüskék mozgathatóak, és az állat védelmét szolgálják. A has alsó részén a mozgató izmok és a légzéshez használt kopoltyúk találhatók [1] [3].
A harmadik rész a farok, a telson, amely formáját tekintve nagyon hasonlít egy tőrre, innen kapta az állat magyar elnevezését is. A telson hosszú és hegyes, elsőre talán félelmetesnek is tűnhet, azonban nem veszélyes, nem rendelkezik méreganyaggal sem. Funckióját tekintve az állat arra használja, hogy meg tudja magát fordítani abban az esetben, ha a hátára fordulna.
A nőstények nagyobbak, mint a hímek: a legnagyobb ismert faj, a Limulus polyphemus nőstényei fejüktől a farokig 46-48 centiméteres hosszúságot képesek elérni, míg a hímek körülbelül 36-38 centiméter hosszúra nőnek meg [3].
Összesen 4 tőrfarkú fajt különböztetünk meg
| Latin név | Magyar elnevezés | Élőhely |
| Carcinoscorpius rotundicauda | Mangrove tőrfarkú rák | Dél- és Délkelet-Ázsia |
| Limulus polyphemus | Atlanti vagy amerikai tőrfarkú rák | Egyesült Államok atlanti partvidéke és a Mexikói-öböl délkeleti része |
| Tachypleus gigas | Indo-csendes-óceáni, indonéziai, indiai vagy déli tőrfarkú rák | Dél- és Délkelet-Ázsia |
| Tachypleus tridentatus | Kínai vagy japán tőrfarkú rák | Délkelet- és Kelet-Ázsia |
Táplálkozása
A tőrfarkú rákok leginkább férgekkel, kagylókkal, puhatestűekkel és elpusztult halakkal táplálkoznak, de időnként algát is fogyasztanak. A táplálékot lábaikkal a szájukhoz húzzák, majd a szájnyílást körülvevő függelékekkel veszik fel [3].
Szaporodása, életciklusai
Mélytengeri életmódjuk ellenére szaporodni feljönnek a felszínre, ami a késő tavaszi és kora nyári időszakra esik. A hímek érkeznek meg először, majd várnak a nőstényekre. Amikor a nőstények a partra érnek, a hímeket vonzó illatanyagokat, úgynevezett feromonokat bocsátanak ki, és ezzel jelzik, hogy itt az ideje a párzásnak. Leginkább éjszaka, dagály idején, valamint új- és teliholdkor párosodnak. Párzáskor a kisebb hím a nagyobb nőstény páncéljának tetejére kapaszkodik speciális elülső karmaival a vízben, és együtt kúsznak a partra. A parton a nőstény kis mélyedéseket ás, ahová több ezer petét rak le, majd a hím ezután hímivarsejtjeivel befedi azokat. A fészkek általában közvetlenül a magas vízállás alatt vannak. Ezt a folyamatot minden pár többször is megismételheti több tízezer petével [2] [3].
A párzási időszak befejeztével a kifejlett tőrfarkúak visszatérnek az óceán mélyére, egészen a következő tavaszig. A peték számos tengerparti madár, vándormadár, teknős és hal táplálékául szolgálnak.
A kikelt lárvák nagyon hasonlóak a felnőtt példányokhoz, de telsonjuk még nagyon apró. A lárvák életük első évét a sekély területek homokos alján táplálkozva töltik, és ahogyan fejlődnek, úgy vándorolnak az egyre mélyebb vizekbe. A következő 10 évet vedléssel és táplálkozással töltik. Teljes kifejlődésük nagyjából 16-17 évet vesz igénybe. Az ivarérettséget 9-12 évesen érik el, és összesen kb. 20 évig élnek [3].
Áldás vagy átok?
A tőrfarkú rákok szervezete rendkívül ellenálló a kórokozókkal szemben. Talán ez lehet az oka, hogy évmilliókon keresztül változatlan formában tudtak fennmaradni, míg körülöttük komplett ökoszisztémák tűntek fel, virágzottak és pusztultak el. A védekezés a nyitott keringési rendszerükbe nagyon könnyen bejutó kórokozók ellen alakult ki. Vérüknek szürkés színe van, azonban ha levegővel érintkezik, akkor a légköri oxigén hatására inkább kék színűvé válik, ami a réztartalmának köszönhető. A vérükben az emberi fehérvérsejtekhez hasonló, úgynevezett amőbociták vannak, amelyek funkciójukat tekintve az amőbákhoz hasonlóan állábakkal mozgó védekező sejtek. Az amőbociták azonnal működésbe lépnek, ha kórokozó jelenlétét érzékelik, majd ezt követően kibocsájtják a koagulogén nevű fehérjét, amely géles burkot képez a baktérium körül, ezzel mozgásképtelenné téve azt [1].
Emiatt lettek a tőrfarkú rákok rendkívül fontosak a gyógyszeripar számára. 1956-ban Frederick Bang amerikai tudós felfedezte a koagulogén nevű fehérjét, ezzel lehetővé téve kutatótársa, Jack Levin hematológus számára a „Limulus Amebocyte Lysate” (LAL) teszt kifejlesztését. A teszt a Gram-negatív baktériumok és más szennyező anyagok kimutatására szolgál, amelyek a szervezetbe bejuttatott folyadékokban (például gyógyszerek és intravénás oldatok) vagy az orvosi műszerek és tartályok felületén jelenhetnek meg. Az Egyesült Államok Élelmiszer- és Gyógyszerügyi Hivatala először 1977-ben engedélyezte a teszt használatát. Amikor ezek a szennyezők kapcsolatba kerülnek az LAL-lal, a koagulogén reagál a Gram-negatív baktériumokkal vagy az endotoxinnal (a baktérium sejtfalához kötött mérgező anyag), és akár egy trillió részecske koncentrációban is gélt képez körülöttük. Ez azt jelenti, hogy egy ezer köbméteres medencében akár egy milliliternyi toxin is kimutatható lesz. A baktériumok jelenlétét vizsgáló más módszerekhez képes a LAL-teszt gyors: körülbelül 45 percen belül választ ad. A koagulogén kinyeréséhez azonban vért kell lecsapolni a még élő tőrfarkúakból, amelyeknek így a vérzésből eredő halálozási aránya nagyjából 30 százalék [1].
Mi az a Gram-negatív baktérium?
A Gram-negatív baktériumok olyan mikroorganizmusok, amelyeket a Gram-színezés nevű laboratóriumi módszerrel lehet azonosítani. A Gram-színezés egy olyan eljárás, amely segít megkülönböztetni a baktériumok sejtfalának kémiai szerkezetét. A Gram-negatív baktériumok azok a baktériumok, amelyek a kék-piros színezést követően kékesszürke színt fognak mutatni a mikroszkóp alatt. A baktériumok rendkívül nagy fajgazdagsággal rendelkeznek és számos kórokozó is megtalálható közöttük. Ilyen például az Escherichia coli (E. coli), a Salmonella, a Pseudomonas, és a Neisseria [6].
Ezeknek a baktériumoknak a külső hártyája gazdag egy lipopoliszacharidnak nevezett molekulában. Abban az esetben, ha ilyen baktériumok kerülnek be a véráramba, a lipopoliszacharidok számos kóros folyamatot indíthatnak el, például magas lázat és vérnyomásesést okozhatnak. Ezek miatt a lipopoliszacharidot gyakran endotoxinként említik. [7].
Mik azok az endotoxinok?
Az endotoxinok olyan lipopoliszacharidok (LPS), amelyek egy hidrofil poliszacharidból és egy lipofil lipiddoménből állnak. A lipopoliszacharidok a Gram-negatív baktériumok fő felszíni antigénjei, amelyek a gyulladásos reakciók erős serkentői. Már nagyon alacsony koncentrációban is kifejtik hatásukat, és részt vesznek a szepszis, a szeptikus sokk és az endotoxémia patogenezisében. Az LPS a baktériumok sejtfalából szabadul fel, amikor antibiotikumok vagy a komplementrendszer elpusztítja azokat. A keringési rendszerbe kerülő LPS beindítja a monociták és makrofágok gyulladásos válaszát, ami olyan pro-inflammatorikus citokinek, mint a TNF-α és az IL-1β termeléséhez vezet. Ezen felül aktiválja az adaptív immunválaszhoz szükséges ko-stimuláló molekulák termelését is. Súlyos esetekben azonban a gyulladás elszabadul, és végül szepszishez vagy szervi elégtelenséghez vezethet [8], [9].
A tőrfarkú rákok vadászata nem most kezdődött. Már a XIX. században is milliószámra fogták ki párzási időszakban a part menti vizekben heverő állatokat, hogy trágyázásra használják őket. 1603-ban Samuel De Champlain francia felfedező észrevette, hogy az amerikai őslakosok elpusztult példányokat ástak be a kukoricamezőkbe, amit a telepesek is átvettek. Amikor az USA a XIX. század vége felé megindult az iparosodás irányába, néhány tengerparti vállalat úgy döntött, hogy nagy üzletet csinál ebből. Ahelyett, hogy a mocsaras partokon gázolva gyűjtötték volna be a rákokat, mint elődeik, inkább tőrfarkú-„kikötőket” építettek New Jersey és Delaware partjainál. Amikor az apály levonult, hálók, drótoszlopok és fából készült platformok együttese kényszerítette az ívó állatokat a ketrecekbe. A legtöbb esetben a munkások ezután összegyűjtötték, és a partvonal mentén szépen egymásra halmozták őket, hogy kiszáradva elpusztuljanak [10]. Miután végeztek a strandon, egy feldolgozóüzembe küldték őket, porrá őrölték, és „cancerine” nevű műtrágyaként árulták.
Tőrfarkúak milliói pusztultak el, mielőtt a mesterséges műtrágyák az 1970-es években fokozatosan felváltották ezt a gyakorlatot.
A keleti part mentén öt vállalat (amelyek Dél-Karolinában, New Jerseyben, Massachusettsben, Virginiában és Marylandben működnek) uralja a tőrfarkú rákok lecsapolásának piacát, és jelentős profitot termelnek ezen az üzleten. Miután a tőrfarkúakat kifogták a sekély vizekből, azokat speciális acélpultokon helyezik el a vérvételhez. Ezt követően bemetszést ejtenek az állat testén a szívhez közel, majd a vérüket üvegekbe csurgatják. Egy liter kinyert LAL-reagens értéke meghaladja a 15 ezer dollárt. Ez jelenlegi árfolyamon számolva több mint 5 millió forintot jelent. Fontos megjegyezni, hogy az állatoknak ez az eljárás nem feltétlenül jelenti a biztos halált, mivel a fenntarthatóság elveit követve a kiszedett példányokat 24 –72 órán belül visszahelyezik a vízbe, az eredeti fogási területtől messze. Ezzel próbálják elkerülni, hogy ugyanazokat a tőrfarkúakat rövid időn belül ismét befogják [11] [12].
Ma már van egy olyan minőségű szintetikus alternatívánk, amelyet Európában a LAL-al egyenértékű tesztanyagként minősítettek, azaz többé nincs szükségünk az élő állatok vérére. Az Egyesült Államokban ennek ellenére nem csökken a gyűjtés, hanem növekszik. 2021-ben több mint 700.000 tőrfarkú vérét csapolták le. Ez több, mint eddig bármelyik évben azóta, hogy a hatóságok 2004-ben elkezdtek nyilvántartást vezetni a felhasznált állatokról. Mióta megjelent az új, LAL-t helyettesítő tesztanyag, a kihalászott rákok száma több mint kétszeresére nőtt. Évente legalább 80 millió vizsgálatot végeznek el világszerte a tőrfarkú vérből kinyert koagulogén felhasználásával.
Az iparág illetékesei ragaszkodnak ahhoz, hogy viszonylag kevés állat veszti életét a folyamat miatt (10-30 %). Ennek bizonyítására vagy cáfolására a New Hampshire-i Egyetem kutatói jeladókat szereltek a felhasznált állatok páncéljára, aminek célja az aktivitásuk követése volt. Az eredmények azt mutatták, hogy a rákok 82%-os arányban túlélték a megpróbáltatást, de aktivitásuk csökkent. Ez a fáradékony, letargikus állapot pedig megnehezítheti a következő párzási időszakot, hiszen a még lábadozó nőstények kevesebbet párosodnak, és kevesebb petét raknak, ami a populáció csökkenését eredményezi [12].
A Természetvédelmi Világszövetség (IUCN) a veszélyeztetett fajok listájába sorolta az amerikai tőrfarkú rákot (Limulus polyphemus) 2016-ban, 2018-ban pedig a japán tőrfarkú rákot (Tachypleus tridentatus) is. A másik két fajra vonatkozó adatok továbbra sem meggyőzőek. Bár az amerikai populáció nagyságával kapcsolatban továbbra sincs elegendő információnk, a meglévő adatok alapján mégis megállapíthatjuk, hogy a faj populációja 90%-os csökkenést mutat az 1990-es évekhez képest [1].
Az emberek által végzett gyűjtögetés, és a ragadozók, például a cápák, sirályok, rókák és a mosómedvék vélhetően hozzájárultak az amerikai tőrfarkú rákok populációjának csökkenéséhez [4]. A pusztulás egyéb forrásai közé tartozik az élőhely elvesztése, a petecsempészet és a halászhálókba való véletlen befogás [1]. A szövetségi kormány veszélyeztetettnek nyilvánította az egyik part mentén vonuló madárfajt, a sarki partfutót (Calidris canutus rufa), amely közvetlenül függ a rákok petéitől. Vonulásuk közben megszokott állomásuk a tőrfarkú rákok ívási helye, ahol energiájuk legnagyobb részét a frissen lerakott petékből nyerik. Azonban az elmúlt 40 évben a madárfaj populációjának mintegy 94%-a eltűnt. Ennek egyik legfőbb oka pedig a rákok számának csökkenése az Atlanti-óceán partvidékén [12]. A tőrfarkúak egyedszámának csökkenése tehát beláthatatlan következményekhez vezet az ökoszisztémában.
Irodalomjegyzék:
[1] The editors of Encyclopedia Britannica, „Horseshoe crab (chelicerate)”, [Online]. Elérhető: https://www.britannica.com/animal/horseshoe-crab
[2] Florida Fish and Wildlife Conservation Commission, „Facts about horsehsoe crab and FAQ”, [Online]. Elérhető: https://myfwc.com/research/saltwater/crustaceans/horseshoe-crabs/facts/
[3] The National Wildlife Federation, „Horseshoe crab”, [Online]. Elérhető: https://www.nwf.org/Educational-Resources/Wildlife-Guide/Invertebrates/Horseshoe-Crab
[4] „Coagulogen of Tachypleus tridentatus”. [Online]. Elérhető: https://www.horseshoecrab.org/info/lifecycle.html
[5] „Kromogén endotoxin vizsgálati reagensek”. [Online]. Elérhető: https://www.acciusa.com/products-and-services/bet-products/lal-reagents/
[6] Martin Exner, Sanjay Bhattacharya, Bärbel Christiansen, Jürgen Gebel, Peter Goroncy-Bermes, Philippe Hartemann, Peter Heeg, Carola Ilschner, Axel Kramer, Elaine Larson, Wolfgang Merkens, Martin Mielke, Peter Oltmanns, Birgit Ross, Manfred Rotter, Ricarda Maria Schmithausen, Hans-Günther Sonntag and Matthias Trautmann, „Antibiotic resistance: What is so special about multidrug-resistant Gram-negative bacteria?”, [Online]. Elérhető: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5388835/
[7] Gergely Lajos, Orvosi mikrobiológia, 2. Átdolgozott kiadás. Budapest: Alliter Kiadói és Oktatásfejlesztő Alapítvány, 2003.
[8] S. Harm, C. Schildböck, K. Strobl, és J. Hartmann, „An in vitro study on factors affecting endotoxin neutralization in human plasma using the Limulus amebocyte lysate test”, Sci Rep, köt. 11, sz. 1, o. 4192, febr. 2021, doi: 10.1038/s41598-021-83487-4.
[9] S. Razin és S. Rottem, Membrane lipids of prokaryotes. in Current topics in membranes and transport, no. v. 17. New York: Academic Press, 1982.
[10] Sam Brasch, „When Horseshoe Crabs Went to Fertilizer”, [Online]. Elérhető: https://modernfarmer.com/2014/03/horseshoe-crabs-went-fertilizer/
[11] Dr. Molnár Csaba, „A kék vér átka”, [Online]. Elérhető: https://molnarcsaba.wordpress.com/2017/11/06/a-kek-ver-atka/
[12] „Coastal biomedical labs are bleeding more horseshoe crabs with little accountability”, [Online]. Elérhető: https://www.npr.org/2023/06/10/1180761446/coastal-biomedical-labs-are-bleeding-more-horseshoe-crabs-with-little-accountabi
