Research Blogging - Ecology / Conservation - Polish

Bakterie mogą żyć miliony lat w osadzie

2012-05-20T05:45:03Z

Bakterie należą do najliczniejszych organizmów na Ziemi, a 90% procent z nich występuje pogrzebanych w osadach na dnie oceanu. Nie od dziś wiadomo, że bakterie wiele zniosą. Okazuje się, że mimo wszystko nie docenialiśmy ich żywotności. W osadach liczących sobie 86 milinów lat, leżących 30 m pod dnem Pacyfiku znaleziono zespół bakterii tlenowych. I nie były to skamieniałości, lecz bakterie, które wciąż konsumowały tlen. Tyle, że robiły to naprawdę bardzo, bardzo wolno - taki bakteryjny slow-food w ekstremalnym wydaniu. Po prostu, bakterie mogą żyć wiele milionów lat w osadzie. Osady pstrych łupków oceanicznych wydobyto z dna Pacyfiku w rdzeniu wiertniczym, po czym w każdej z warstw pomierzono czujnikiem zawartość tlenu. Pomierzone wartości porównano z modelem dyfuzji tlenu z powierzchni dna wgłąb osadu. Różnica pomiędzy zmierzoną ilością tlenu a tą, która powinno dostać się z oceanu do osadu, to tlen skonsumowany przez bakterie. Oczywiście, im głębiej, tym warstwy są starsze. Tak więc, 30 metrów osadu reprezentowało sporo czasu, 86 mln lat. Na podstawie wcześniejszych badań stwierdzono, że bakterie tlenowe dość szybko zużywają tlen w osadzie i ich populacja z reguły nie sięga głębiej niż 10 cm. Poniżej rozwija się świat bakterii beztlenowych. W przypadku osadów wydobytych z dna Pacyfiku mamy do czynienia z wyjątkową sytuacją (Roy et al., 2012). Bakterie tlenowe nie były w stanie skonsumować całego tlenu zawartego w osadzie i wciąż w nim żyją, kilkadziesiąt metrów poniżej dna. Po pierwsze dlatego, że jest ich niewiele, po drugie dlatego, że zużywają bardzo niewiele tlenu. Środowisko oceaniczne, w którym zachowały się te zespoły bakterii cechuje się bardzo wolnym tempem przyrostu osadów. To taka oceaniczna pustynia, uboga w składniki pokarmowe, stąd produkcja organiczna w kolumnie wody jest niewielka, a do lądu daleko, więc mało co spada na dno. Osadu przybywa około 1 mm na 1000 lat. Jeśli już coś żywego spadnie, to jest tego naprawdę mało. Dlatego też w osadzie może zachować się niezużyty tlen, który będzie pożywką dla bakterii przez wiele pokoleń. Jak wiele? Okazuje się, że bardzo, bardzo wiele. Miejsce pobrania rdzenia w płn. Pacyfiku cechuje się bardzo niską produkcją organiczną - fioletowe barwy. Jest to cecha typowa dla wielkich wirów oceanicznych na Pacyfiku (ang. gyre) (fig. SEAWiFS) Oczywiście, ważne jest też tempo zużycia tlenu przez bakterie żyjące w osadzie. Wyliczono, że te żyjące 20 m pod dnem zużywają 0,001 mikromola tlenu na litr osadu w ciągu roku. W takim tempie 1 metr sześcienny osadu dostarcza bakteriom w ciągu 10 lat tyle tlenu, ile człowiek zużywa w jednym oddechu. Zatem gdybyśmy byli taką bakterią, oddychalibyśmy mniej więcej raz na 10 lat. Jak przystało na artykuł w Science wszystko kończy się dywagacjami na temat życia pozaziemskiego. Wiadomo, tak wytrzymałe bakterie mogą się utrzymać np. pod powierzchnią gruntu marsjańskiego przez szmat czasu, więc moglibyśmy je sobie stamtąd przywieźć. Lub wysłać tam ziemskie bakterie, niech sobie kolonizują Wszechświat. Zastanawiam się tylko, ile te bakterie mają naprawdę lat? Czy nie dostały się przypadkiem do tego osadu znacznie później? Źródła: Roy, H., Kallmeyer, J., Adhikari, R., Pockalny, R., Jorgensen, B., & D'Hondt, S. (2012). Aerobic Microbial Respiration in 86-Million-Year-Old Deep-Sea Red Clay Science, 336 (6083), 922-925 DOI: 10.1126/science.1219424 fot. w nagłówku: Analiza rdzenia wiertniczego (domena publiczna)...

Roy, H., Kallmeyer, J., Adhikari, R., Pockalny, R., Jorgensen, B., & D'Hondt, S. (2012) Aerobic Microbial Respiration in 86-Million-Year-Old Deep-Sea Red Clay. Science, 336(6083), 922-925. DOI: 10.1126/science.1219424

Jak upierzenie jastrzębi dowiodło racji Huxleya

2012-05-14T13:28:07Z

Tygodnik Nature w swoim wydaniu online donosi o pracy dwóch australijskich badaczy, którzy wykazali, że polimorfizm barw przyspiesza specjację (powstawanie nowych gatunków) u pewnych ptaków, tym samym potwierdzając hipotezę promowaną już w czasach Juliana Huxleya (czyli w okolicach pierwszej połowy uprzedniego stulecia). Przyjrzyjmy się zatem powyższemu zdaniu krok po kroku… Polimorfizm to bardzo, ale to [...]...

Huxley, J. (1955) Morphism and evolution. Heredity, 9(1), 1-52. DOI: 10.1038/hdy.1955.1

Galeotti, P., Rubolini, D., Dunn, P., & Fasola, M. (2003) Colour polymorphism in birds: causes and functions. Journal of Evolutionary Biology, 16(4), 635-646. DOI: 10.1046/j.1420-9101.2003.00569.x

Hugall, A., & Stuart-Fox, D. (2012) Accelerated speciation in colour-polymorphic birds. Nature. DOI: 10.1038/nature11050

Dlaczego latem, woda nad Bałtykiem jest zimna?

2012-05-06T23:59:02Z

Latem nad Bałtykiem bywa tak, że mimo pięknej słonecznej pogody trzeba być wyjątkowo zdeterminowanym, żeby wejść do wody. Nie dlatego, że woda brudna czy fala wysoka, ale dlatego, że woda jest lodowata, wykręca kostki i stawy tuż po wejściu i jakoś szybko odechciewa się kąpieli. Być może zdarzyło się Wam poczuć ten uścisk zimy w środku lata i zastanawialiście się skąd to się bierze? Przecież jeszcze wczoraj woda była cieplutka, a w TV mówili, że woda w Bałtyku ma już ponad 20 st. C? Od teraz już będzie wiedzieć - wszystkiemu winien jest upwelling. A co to takiego? Upwelling przybrzeżny. Pyknoklina oznacza granicę zmiany gęstości wód, często związana jest ze zmianą temperatury (termoklina) lub zmianą zasolenia (haloklina) (fig. oceanmotion.org) Termin upwelling jakoś nie doczekał się polskiego odpowiednika i stosuje się go w angielskiej pisowni w Polsce. Swego czasu proponowano nazwę prąd wznoszący, spotkałem się nawet z próbą pisowni fonetycznej "apłeling", ale zdaje się, że żadna z tych propozycji nie przyjęła się na stałe. Pozostał upwelling, który oznacza wynoszenie zimnych wód dennych na powierzchnię zbiornika. Jego przeciwieństwem jest downwelling, który powoduje spływ wód powierzchniowych w stronę dna, czyli prąd opadający. Downwelling przybrzeżny (fig. oceanmotion.org) Oba prądy mogą występować w dowolnych zbiornikach wodnych, ale dla ludzkości i nauki, największe znaczenia mają oceaniczne systemy upwellingu/downwellingu. Wyróżnia się w nich dwa generalne typy tych pionowych ruchów wody: upwelling równikowy i przybrzeżny. Zaczynając górnolotnie, można stwierdzić, że wszystko powodowane jest przez ruch obrotowy Ziemi wokół własnej osi. Ziemia, jak wiadomo, obraca się z zachodu na wschód, co m.in. powoduje powstanie komórek wirowych powietrza, które przy okazji napędzają ruch powierzchniowy wody. Ten efekt inercji w układzie obrotowym to tzw. efekt Coriolisa. Z nim związany jest upwelling. Upwelling równikowy (fig. oceanmotion.org) W przypadku upwellingu równikowego mamy do czynienia ze stykiem wielkich wirów oceanicznych na granicy półkuli północnej i południowej, obracających się w przeciwnych kierunkach, które wyciągają na powierzchnię głębokie wody oceaniczne w pobliżu równika. Jak się domyślacie, ten typ upwellingu nie występuje nad Bałtykiem. UPWELLING NAD BAŁTYKIEM Nad naszym morzem występuje upwelling przybrzeżny. Sprawa jest nieco bardziej złożona niż w przypadku upwellingu równikowego, bo przecież wybrzeża Bałtyku rozciągają się w różnych kierunkach. Żeby nastąpiło wyciąganie wody z dna przez prądy wznoszące, potrzebny jest dodatkowy czynnik. Jest nim tzw. transport Ekmana. Fajny termin, który można wykorzystać na plaży do wakacyjnego nawiązania znajomości z płcią odmienną (chłopaki na to lecą). Sprawa jest tylko z pozoru skomplikowana i też jest związana z obrotem Ziemi. Wiatr wiejący wzdłuż wybrzeża może powodować zjawisko upwellingu, zgodnie z przedstawionym schematem. Tak właśnie dzieje się nad Bałtykiem. Ekman wpadł ponad 100 lat temu na to, że wskutek efektu Coriolisa przypowierzchniowy ruch wody wywołany wiatrem, odchylany jest w prawo, patrząc zgodnie z kierunku wiatru. Takie odchylenie powoduje powstanie ruchu wirowego wody zwanego spiralą Ekmana. Transport Ekmana - na środkowym obrazku widać wir cyklonalny ze skierowanym na zewnątrz kierunkiem transportu Ekmana. Powoduje to obniżania lustra wody w centrum komórki wirowej i powstanie upwellingu. Na prawym obrazku sytuacja odwrotna w wirze antycklonalnym i powstanie downwellingu (rys. Piere cb CC-SA) Mówiąc inaczej, woda będzie spiętrzana po prawej stronie na zawietrznej (wiatr w plecy), a obniżana po lewej. Spiętrzanie wody powodować będzie jej tonięcie (downwelling), zaś obniżanie lustra wody, spowoduje wyciąganie wody z dna czyli upwelling. Jak to się ma do Bałtyku? Rozkład temperatury wody na polskim wybrzeżu na przełomie września i października 2000 r. (Piliczewski, 2002) Nasze wybrzeże należy do dość wietrznych i wiatr bardzo często wieje wzdłuż wybrzeża. Jeśli wieją wiatry z zachodu, transport Ekmana będzie odchylał prądy powierzchniowe w prawo, czyli w przypadku polskiego wybrzeża, ku lądowi. Z kolei wiatry wschodnie odchylają wody powierzchniowe ku morzu i to generuje napływ zimnej wody dennej ku powierzchni. Zatem, generalna zasada jest taka, że na polskim wybrzeżu Bałtyku zachodnie wiatry powodują napływ ciepłej, nagrzanej powierzchniowej wody do brzegu, zaś wiatry wschodnie generują powstawanie upwellingu i napływ zimnych wód dennych ku powierzchni....

Kozlov, I., Kudryavtsev, V., Johannessen, J., Chapron, B., Dailidienė, I., & Myasoedov, A. (2012) ASAR imaging for coastal upwelling in the Baltic Sea. Advances in Space Research. DOI: 10.1016/j.asr.2011.08.017

Lehmann, A., & Myrberg, K. (2008) Upwelling in the Baltic Sea — A review. Journal of Marine Systems. DOI: 10.1016/j.jmarsys.2008.02.010

Dzieci i ryby.. puszczają bąki

2012-04-22T16:16:02Z

Wszyscy wiemy, że dzieci i ryby głosu nie mają. To jednak nieprawda. Już Arkady Fiedler, twierdził, że ryby śpiewają w Ukajali. Dziś wiemy, że ryby chrząkają, gwiżdżą i nocami miewają wiatry. Zupełnie jak małe dzieci. Tym tropem poszli badacze, którzy postanowili stworzyć dokładny obraz rozmieszczenia ryb w morzu na podstawie dźwięków jakie wydają one w wodzie. Jak się okazuje nie tylko w Ukajali, ale także w Zatoce Tampa na Florydzie ryby wydają dźwięki jeśli natkną się na coś niespodziewanego, a część z nich pływając sobie w nocy, cichutko sobie, jakby to powiedzieć,.. popierduje. Zatoka Tampa leży w zachodniej części Florydy. W sumie jest to rozległe ujście rzeczne tzw. estuarium, wpadające do Zatoki Meksykańskiej. Naukowcy z University of South Florida postanowili zbudować torpedę-robota, który będzie poruszał się w kolumnie wody w górę i w dół i zbierał odgłosy dobiegające z wody przez 25 sekund, co 5 minut. Robot rejestrował również swoje położenie, temperaturę wody, zasolenie i głębokość przez okrągły tydzień. Zarejestrowane dźwięki porównano ze znanymi już chrząknięciami i gwizdami. Na podstawie analizy dźwięków, zidentyfikowano rodzaj ryby okoniowatej z rodziny strzępielowatych (Epinephelus morio) (fot. w nagłówku) oraz ryb z grupy batrachowatych (Opsanus spp.). Te rybki najczęściej reagowały dźwiękiem na jakieś znalezisko. Tutaj możecie posłuchać Epinephelus morio a tutaj Opsanus spp. Ryby te wydają dźwięki przez całą dobę, dzień i noc, na głębokościach głównie poniżej 40 m. Opsanus sp. (fot. EriksonSmith CC-BY) Natomiast płycej niż 40 m nagrano dźwięki, które prawdopodobnie pochodzą z rybich bąków, czyli kolokwialnie mówiąc, pierdnęć. Podejrzenie padło na śledzie. Zapewne beztroskie śledzie bąki to gazy wypuszczane z pęcherzy pławnych tych ryb. Badacze z Florydy mają nadzieję, że dzięki rejestrowaniu dźwięków ryb, dowiedzą się więcej o ich zwyczajach i wędrówkach podwodnych. Jakby ktoś miał kłopoty z odróżnieniem małego dziecka od śledzia, może się zatem posłużyć tym kryterium - śledzie puszczają bączki pęcherzem pławnym :) ps. Wpis ten dedykuję Monice, autorce blogu "ponad siebie", która uhonorowała blog Naturalnie wyróżnieniem! Obiecuję, że za tydzień przekażę sztafetę dalej, jak tylko wrócę z Gór Świętokrzyskich. Źródła: Wall, C., Lembke, C., & Mann, D. (2012). Shelf-scale mapping of sound production by fishes in the eastern Gulf of Mexico, using autonomous glider technology Marine Ecology Progress Series, 449, 55-64 DOI: 10.3354/meps09549 fot. w nagłówku: Epinephelus marginatus by Philippe Guillaume CC-BY-SA...

Wall, C., Lembke, C., & Mann, D. (2012) Shelf-scale mapping of sound production by fishes in the eastern Gulf of Mexico, using autonomous glider technology. Marine Ecology Progress Series, 55-64. DOI: 10.3354/meps09549

Wykrakałem – i teledetekcję, i pingwiny

2012-04-15T08:17:00Z

Zaledwie kilka dni temu, pisząc o badaniach wykorzystujących teledetekcję (czyli w uproszczeniu – analizę zdjęć satelitarnych) do poszukiwania starożytnych siedzib ludzkich w Mezopotamii, wspomniałem o zamierzchłej pracy sprzed trzech lat także wykorzystującej tę technikę do lokalizacji kolonii pingwina cesarskiego (Aptenodytes fosteri) na Antarktydzie na podstawie zmiany koloru lodu/śniegu w ich okolicy na skutek dużej ilości [...]...

Fretwell, P., LaRue, M., Morin, P., Kooyman, G., Wienecke, B., Ratcliffe, N., Fox, A., Fleming, A., Porter, C., & Trathan, P. (2012) An Emperor Penguin Population Estimate: The First Global, Synoptic Survey of a Species from Space. PLoS ONE, 7(4). DOI: 10.1371/journal.pone.0033751

Wszystko czego nie wiecie o zającu

2012-04-08T06:31:03Z

Zanim zając szarak zniknie z naszych pól i zacznie kojarzyć się tylko z Wielkanocą, warto uzmysłowić sobie, że ten zwierzak jest naprawdę niezwykły. Populacja zajęcy od wielu lat systematycznie maleje. Sam nigdy nie liczyłem szaraków, ale od pewnego czasu, bywając wiosną w terenie, zauważyliśmy z kolegą, że ten popularny niegdyś mieszkaniec naszych miedz jest coraz rzadszy. Przyznam się, że ja też czytuję polską wikipedię, która donosi, że z ponad 3 mln osobników w żyjących w Polsce w latach mojego dzieciństwa o,stało nam się niespełna 0.5 mln. Głównie za sprawą lisów, które zaczęto szczepić przeciwko wściekliźnie. Szczepionka zatrzymała wściekliznę i jednocześnie zwiększyła liczebność lisów, głównych wrogów zajęcy. Mimo to, szarak ciągle uważany jest za szkodnika. A to przecież taki sympatyczny i niezwykły zwierzak. Oto kilka faktów, których pewnie nie znacie, a które przekonają Was, że zającom należy się podziw. 1. Zając to nie gryzoń. Zające kiedyś uważane za gryzonie, teraz należą do rzędu ssaków łożyskowych Lagomorpha czyli po polsku zajęczaki. Rząd składa się ze szczekuszkowatych (Ochotnidae), zającowatych (Leporidae) i wymarłych Prolagidae. W sumie do Lagomorpha zalicza się ponad 90 gatunków (i ciągle znajduje się nowe!), z czego do zającowatych należą najpopularniejsze w Polsce zające i króliki. Zając szarak to Lepus europaeus a królik europejski to Oryctolagus cuniculus. Dziś mięso zająca czy królika można kupić w sklepie na stoisku z drobiem (bo dla handlowców to drób, a nie jakieś tam Lagomorpha). Rasa Flemish Giant (fot. The Original Turtle CC-BY-SA) 2. Największym zajęczakiem jakiego znamy był Król Minorki czyli Nuralagus rex. Ważył ponad 12 kg i był ok. 6 razy większy od szaraka, żył 3.5 mln lat temu (w pliocenie) na hiszpańskich Balearach i rozrósł się do takich rozmiarów z powodu braku naturalnych wrogów. Jest jednym z przykładów gigantyzmu wyspowego. Ze współcześnie żyjących największy jest królik rasy Flemish Giant, który dochodzi do 9 kg wagi. 3. Dzięki udomowieniu królika europejskiego na Półwyspie Iberyjskim, królik został wprowadzony przez człowieka prawie na całym świecie, od Europy Zachodniej, Australii, poprzez Amerykę Płd. po płn. Afrykę i ponad 800 wyspach wokół świata. Tam gdzie nie napotkał naturalnych wrogów jego populacja rozrosła się do olbrzymich rozmiarów i stał się zwalczanym gatunkiem inwazyjnym, np. w Australii. 4. Na królika europejskiego polowano już 120 tys. lat temu (znaleziska z pd. Francji). Niektórzy sugerują, że mięso królika było podstawą diety neandertalczyka. Ta popularność królika odzwierciedlona jest w wielu kulturach świata, a najstarszy celtycki amulet z króliczej łapy datowany jest na 600 lat p.n.e. Nota bene, pieczeń z królika, jest moim zdaniem najpyszniejsza, szczególnie polędwiczka w czosnku. Inwazyjny królik europejski zdominował Australię (fot. Jeffery J. Nichols CC-BY) 5. Niezawodnym środkiem na gorączkę, jest herbatka zaparzona z zajęczych bobków i spożywana co pół godziny (podobno). Jak długo? Pewnie do czasu nadjechania pogotowia. Nie próbowałem i nie zachęcam. Cały czas zastanawiam się, z których bobków, bo zające mają dwa stadia bobków. Pierwsze stadium, ze wstępnego trawienia jest wydalane i ponownie połykane przez zająca, aby ciężko strawna celuloza zdążyła się odpowiednio nadwątlić. Bobki ostateczne są prawie pozbawione celulozy wchłoniętej przez przewód pokarmowy zająca z drugiego trawienia. 6. Zającowate mają czaszkę kinetyczną. To jest chyba najfantastyczniejsza rzecz jaką mają. Jest to wyjątek wśród ssaków, pozostałe, tak jak ludzie mają czaszkę akinetyczną. Czaszka kinetyczna, to taka, w której poszczególne elementy nie są zrośnięte ze sobą na stałe, ale mogą się względem siebie przemieszczać. Poza królikami, taką czaszkę posiadają ryby (cecha charakterystyczna) oraz węże. Pewnie widzieliście węża, który połyka zdobycz o wiele większą od siebie. To właśnie dzięki czaszce kinetycznej, wąż potrafi szeroko rozewrzeć szczęki, rozsunąć kości czaszki połączone więzadłami i pochłonąć zdobycz. Zające nie muszą pochłaniać ofiar, ale taka czaszka może pomagać im podczas uderzeń o podłoże przy długich skokach. Kości się nie łamią, tylko na chwilę się przemieszczają względem siebie, po czym wracają do pierwotnego położenia. 7. Samica królika karmi swoje młode tylko raz dziennie :( 8. W przeciwieństwie do zajęcy, króliki są gniazdownikami. Młode króliki (Oryctolagus caniculus) nie mają sierści i są ślepe. Natomiast zające (Lepus spp.) rodzą się od razu gotowe do samodzielnego życia. 9. Najstarsza skamieniałość królika pochodzi sprzed 6.5 mln lat (miocen) z hiszpańskiej Andaluzji. 10. W Polsce jest ponad 55 tys. osób o nazwisku Zając. Najliczniej zamieszkują Małopolskę. W samym Krakowie Zająców jest 1838. Państwa Królików jest w Polsce niespełna 5 tys., a najwięcej w Wołominie - 247. Źródła: S. Lumpkin & J. Seidensticker "Rabbits: The Animal Answer Guide", The John Hopkins University Press, Baltimore. First Edition 2011. ISBN-10: 0801897890 Monnerot, M., Vigne, J., Biju-Duval, C., Casane, D., Callou, C., Hardy, C., Mougel, F., Soriguer, R., Dennebouy, N., & Mounolou, J. (1994). Rabbit and man: genetic and historic approach Genetics Selection Evolution, 26 (Suppl 1) DOI: 10.1186/1297-9686-26-S1-S167 www.moikrewni.pl zdjęcie w nagłówku: -Porsupah- CC-BY-SA...

Monnerot, M., Vigne, J., Biju-Duval, C., Casane, D., Callou, C., Hardy, C., Mougel, F., Soriguer, R., Dennebouy, N., & Mounolou, J. (1994) Rabbit and man: genetic and historic approach. Genetics Selection Evolution, 26(Suppl 1). DOI: 10.1186/1297-9686-26-S1-S167

Czarna Królowa, czyli jak żyć z pracy innych

2012-04-01T15:59:02Z

Idę o zakład, że każdy z nas zna kogoś, kto nigdy niczego nie wie, nie umie, nie widział, nie wiedział, w ogóle nie czai o co chodzi. Takich ludzi nie warto o nic prosić, bo z góry wiadomo, że nic z tego nie będzie. Mamy wrażenie, że żyją jakimś cudem i bez naszej opieki nie przeżyją następnego dnia. Znacie takich? No właśnie... a jednak, przeżywają, mało tego, często nieźle sobie radzą. Nie są w swym zachowaniu odosobnieni. Im właśnie o to chodzi. Okazuje się, że przyroda tak jest już skonstruowana. Po prostu, kiedy inni mogą coś za nas zrobić, to niech to robią. Od dzisiaj możecie nazywać to teorią Czarnej Królowej. Dowody naukowe pochodzą ze świata bakterii, więc mamy najprostszy z możliwych układów na Ziemi i nie możemy zarzucić bakteriom, a właściwie sinicom, że były bez ambicji podczas naukowych obserwacji. Według teorii Czarnej Królowej, (mikro-) organizmy tracą podstawowe funkcje, kiedy w pobliżu jest inny organizm (gatunek), który robi to za nie. Wyjaśnia to dlaczego np. mikroby są uzależnione jedne od drugich. Jeffrey Morris z Michigan State University w East Lansing, wraz z kolegami, wpadli na ten pomysł obserwując morską sinicę zwaną Prochloroccus (Morris et al., 2012). To jeden z najliczniej występujących na Ziemi organizmów fotosyntetyzujących, jednak do tej pory nie udało się go rozmnożyć w warunkach laboratoryjnych (pamiętam z jakiejś pracy, że kokolitoforów też nie udało się hodować w akwarium, ale wtedy mówiono o tajemniczej "energii oceanu"). Prochlorococcus w obrazie mikroskopu skaningowego (fot. proportal.mit.edu) Prawdopodobnie dlatego, że Prochlorococcus uzależniony jest od innych bakterii, które rozkładają toksyczny nadtlenek wodoru. Właśnie na podstawie swoich obserwacji Morris sformułował nową hipotezę Czarnej Królowej (Morris et al., 2012). Nazwa wzięła się od gry karcianej zwanej kierki (ang. Hearts). W tej grze wygrywa ten kto zbierze najmniej punktów, a nasza Czarna Królowa czyli dama pik, jest najbardziej punktowaną kartą, więc każdy chętnie pozbywa się jej na rzecz przeciwnika. Takie kukułcze jajo. Dla mikroorganizmów, każda czynność - wytwarzanie białek czy noszenie całego garnituru genów - jest wysoce energochłonna, więc, podobnie jak gracze, także chętnie pozbywają się części tego balastu. W ich przypadku dość uciążliwa jest walka z nadtlenkiem wodoru H2O2. Dopóki w otoczeniu znajduje się jakiś mikrob, który rozkłada nadtlenek wodoru, wszystkie inne bakterie w pobliżu korzystają na tym. W ramach oszczędzania energii porzucają odpowiednie geny, skoro kto inny się tym zajmuje. Oczywiście, jest to igranie z ogniem. Teoretycznie, wszystkie bakterie mogłyby jednocześnie wpaść na taki sam pomysł i pozbyć się genów odpowiedzialnych za rozkład nadtlenku wodoru. Wiadomo jak to się skończy. Ale tak się nie dzieje. Czyżby część bakterii łożyła dla dobra ogółu? Nieopublikowany eksperyment potwierdził przypuszczenia. Stworzono bakterie Escherichia coli bez odporności na nadtlenek wodoru, po czym ponownie dodano jej gen odporności. Wiele, ale nie wszystkie bakterie, pozbyło się tego genu. Wygląda na to, że część organizmów to tzw. woły robocze, z których pracy korzystają inni. Jednocześnie te woły robocze są kluczowymi gatunkami dla całego ekosystemu. Bez nich system się załamuje i nie może przetrwać. Czarna Królowa pokazuje także jak powstaje układ pracusie - beneficjenci. Nazwa hipotezy, zapewne nie bez kozery, nawiązuje do znanej teorii Czerwonej Królowej i jej wyścigu zbrojeń (Rafał z Nicprostszego tak pięknie to tłumaczy). W tym przypadku mamy do czynienia z odwrotnym procesem. Zamiast nieustannej gonitwy, oddajemy nasze życie w ręce innych, niech za nas gonią. Zresztą bardzo mi to przypomina badania socjologiczne, kiedy sprawdzano jak rodzi się układ wytwórcy - złodzieje. W świecie bogatych wytwórców opłaca się być złodziejem, bo można szybko i bez wysiłku się wzbogacić. Za przykładem jednego złodzieja idą inni, aż do momentu, kiedy wytwórcy nie są już w stanie zapracować na siebie i złodziei. Nie ma kogo okradać, bo wokół sami złodzieje. Wtedy wzbogacić się może tylko wytwórca, który obroni się przed złodziejami. Teraz on znajduje naśladowców i trend się zmienia, itd. Podobno po kilku zmianach trendu układ stabilizuje się na poziomie 7 wytwórców i 4 złodziei. Kolejny przykład. Od kilku lat obserwuję wśród studentów, którym daję do opracowania pytania na egzamin. Wiem, że część pracusiów pracuje na leniwych beneficjentów. I wiem też, że studenci, w imię równego podziału pracy, dzielą się zagadnieniami po równo. Pracusie robią swoją robotę sumiennie, zaś beneficjenci olewają sprawę, w związku z tym mamy ok. 64% zagadnień dobrze opracowanych. To akurat wystarcza do zaliczenia egzaminu na poziomie 3.0. I to mnie najbardziej fascynuje, bo działa jak zbiorowa inteligencja :) Źródła: Morris, J., Lenski, R., & Zinser, E. (2012). The Black Queen Hypothesis: Evolution of Dependencies through Adaptive Gene Loss mBio, 3 (2) DOI: 10.1128/mBio.00036-12 zdjęcie w nagłówku: Nathan E CC-BY-SA flickr.com...

Morris, J., Lenski, R., & Zinser, E. (2012) The Black Queen Hypothesis: Evolution of Dependencies through Adaptive Gene Loss. mBio, 3(2). DOI: 10.1128/mBio.00036-12

Okolice kaczej kupy

2012-03-21T16:21:02Z

Pewnie wszyscy pamiętacie proroka Jonasza i jego podróż we wnętrzu wieloryba. Okazuje się, że i przyroda ma swojego Jonasza. Jest tylko kilka drobnych różnic. Współczesny Jonasz nazywa się wodożytka przybrzeżna (Hydrobia ulvae) i jest ślimakiem. Podróżuje nie we wnętrzu wieloryba, tylko w jelitach kaczek krzyżówek (Anas platyrhynchos). No i jeszcze jedna, drobna, ale istotna różnica. Proroka Jonasza wieloryb wypluł na plażę, zaś nasza wodożytka wydostaje się z drugiej strony kaczki. Ze strony aboralnej, czyli z tej, z której wychodzi kacza kupa. Przenieśmy się na chwilę w okolice kaczej kupy. Jeśli przyjrzymy się jej z bliska, to okaże się, że można w niej znaleźć sporo niestrawionych części tego co kaczka zjadła. Oznacza to, że te resztki przeszły całą drogę od przełyku po odbyt kaczki, co zajęło dobre kilka godzin. W tym czasie kaczka przemieszcza się i przenosi ze sobą zawartość układu pokarmowego. Dość dobrze udokumentowano w ten sposób rozsiewanie przez ptaki nasion różnych roślin. Jest to mechanizm do tego stopnia powszechny, że niektóre rośliny uzależniły się od układu pokarmowego ptaków. Klasycznym przykładem jest tzw. drzewo ptaka dodo (Sideroxylon grandiflorum) endemiczne drzewo z Mauritiusa. Muszelki wodożytki przybrzeżnej (Hydrobia ulvae) (fot. G.U. Tolkiehn CC-BY) Tym razem jednak postanowiono sprawdzić jak zachowują się bezkręgowce zjadane czasem przez kaczki przy okazji grzebania w wodoroślach. Kaczki karmiono wodożytką i czekano aż zrobią kupę. Potem grzebano w niej i sprawdzano czy ślimaczek jeszcze żyje. Najwięksi twardziele wytrzymywali aż 5 godzin we wnętrznościach kaczki, co przekłada się maksymalnie na 300 km lotu krzyżówki (van Leeuwen et al., 2012). Za chwilę kaczor krzyżówki wyląduje i wodożytka będzie mogła skolonizować nowe tereny (fot. Bert de Tilly CC-BY-SA) Wywnioskowano, że taka przeżywalność ślimaków nie wzięła się z niczego, tylko jest do rodzaj adaptacji tych mięczaków potrzebny do kolonizacji nowych terenów. Jak wiadomo, ślimak nie jest zbyt szybkim zwierzakiem, więc wykorzystuje krzyżówki do przenoszenia się w inne miejsca. Ten rodzaj rozsiewania przez zwierzęta - zoochoria - może być powszechniejszy niż do tej pory sądzono. Jak widać, latać można za darmo, tyle że w kaczym g... :) Źródła: van Leeuwen, C., van der Velde, G., van Lith, B., & Klaassen, M. (2012). Experimental Quantification of Long Distance Dispersal Potential of Aquatic Snails in the Gut of Migratory Birds PLoS ONE, 7 (3) DOI: 10.1371/journal.pone.0032292 fot. w nagłówku Ulrich Prokop CC-BY-SA License...

van Leeuwen, C., van der Velde, G., van Lith, B., & Klaassen, M. (2012) Experimental Quantification of Long Distance Dispersal Potential of Aquatic Snails in the Gut of Migratory Birds. PLoS ONE, 7(3). DOI: 10.1371/journal.pone.0032292

Kokolitofory - mali bohaterowie mórz i oceanów

2012-03-19T06:03:03Z

Ostatnio sporo miejsca poświęca się CO2. Już chyba nawet dzieci w przedszkolu wiedzą, że jest to gaz cieplarniany i że jego stężenie w atmosferze znacznie wzrosło w ciągu ostatnich dziesięcioleci. Ekolodzy alarmują, że grozi nam globalne ocieplenie, a duże stężenie CO2 w wodzie morskiej rozpuszcza wapienne szkielety koralowców, którym grozi zagłada. Jednak w tej wizji apokalipsy prawie wcale nie przedstawia się innych mieszkańców mórz i oceanów, którzy pełnią kluczową rolę (nie boję się tego słowa) w obiegu węgla w przyrodzie. Kokolitofory (Coccolithophores), bo o nich mowa, to tajemnicze morskie żyjątka, które wpływają na klimat na Ziemi bardziej niż Wam się wydaje. Kokolitofory w procesie fotosyntezy wychwytują dwutlenek węgla, ale jednocześnie w procesie biologicznego wytrącania węglanu wapnia uwalniają CO2. To balansowanie pomiędzy wychwytywaniem a uwalnianiem ditlenku węgla jest częścią biologicznej pompy węgla. Ponieważ odbywa się to na olbrzymią skalę w oceanach, jest jednym z podstawowych czynników regulujących obieg CO2, i węgla w ogólności, w przyrodzie. Kokolitofory należą do samożywnych (autotroficznych) organizmów jednokomórkowych, które wymykają się popularnej taksonomii. Przyjęło się nazywać je glonami wapiennymi lub złotowiciowcami. Ale tak naprawdę nie należą do roślin. Różni je od nich typ chlorofilu. Rośliny mają zasadniczo chlorofil a i b, zaś kokolitofory a oraz c. Ponadto nie są zabarwione zielonym chloroplastem, lecz żółtawo-brązowawym barwnikiem zwanym fukoksantyną. Tego nie znajdziecie na wikipedii, więc dodam, że oprócz dwóch wici mają jeszcze jedną, tajemniczą antenkę zwaną haptonema. Schemat budowy kokolitofora, widać dwie wici i haptonemę oraz chloroplast zabarwiony fukoksantyną. Te czarne ząbki na zewnątrz (ang. base plate scale) to kokolity budujące kokosferę (rys. Bown 1998) Ponieważ są to organizmy jednokomórkowe, to na tym podstawowym poziomie złożoności, przyjęło się organizmy dzielić na Unikonta - te z jedną wicią; Bikonta - z dwiema wiciami; i Heterokonta - czyli dwie wici i antenka (haptonema). Jeśli nie możecie się odnaleźć w tym schemacie, to pomyślcie o ludzkim plemniku. Ma tylko jedną witkę. Czyli naszym dalekim przodkiem był jednokomórkowiec z grupy Unikonta. Do tej grupy należą też grzyby oraz takie tam amebowate i pokrewne. Grupa Bikonta (nie mylić z popularnymi dziennikarzami) to wszelkiego rodzaju rośliny, otwornice, promienice itp. A owe Heterkonta, to właśnie nasze kokolitofory, które podobnie do innych Heterokonta mają ten brązowawy barwnik, więc nazwano je hurtem Chromista. Z natury są więc kolorowe i ci z Was, którzy byli nad morzem pewnie widzieli na plaży brązowawe wodorosty. One też należą do Chromista, to brunatnice, a najpopularniejszy nad Bałtykiem to oczywiście morszczyn. W sumie do Heterokonta zalicza się w tej chwili ponad 100 tys gatunków, w tym znane z lekcji biologii okrzemki. Morszczyn pęcherzykowaty (Fucus vesiculosus) na plaży. Chromist, nie roślina (fot. Stemonitis CC-BY-SA) Zakładam, że już wiecie, w jakiej grupie są kokolitofory. Mają one jednak jeszcze jedną wyjątkową cechę. Ich komórki otaczają się wapiennym szkielecikiem. Komórka jest mniej więcej kulista, a szkielecik składa się z okrągłych tarcz stykających się ze sobą w ten sposób, że szczelnie pokrywają komórkę. Taka osłonka to kokosfera, a pojedyncza tarcza to kokolit. Wszystko to są maleństwa, bo kokolit ma od 2 do 20-30 mikrometrów. Gołym okiem tego nie widać. Jest to tak małe, że do badań używa się albo mikroskopów skanningowych, albo optycznych o powiększeniach rzędu x1000. Zakwit kokolitoforów na Morzu Barentsa. Widać zmętnienie wody pokrywające setki km kwadratowych (fot. NASA) Jednak w tych małych organizmach jest ogromna siła. One sezonowo zakwitają, tzn. kiedy temperatura, nasłonecznienie i składniki odżywcze osiągną pewien próg zaspokojenia potrzeb kokolitoforów zaczyna się szaleńczy podział komórek i w krótkim czasie woda oceaniczna zamienia się w mleko na obszarze nawet kilkuset km2. Najlepiej widać to na zdjęciach satelitarnych. Współcześnie takim najpopularniejszym gatunkiem kokolitofora jest Emiliania huxleyi. Badania nad zakwitami tego gatunku pomogą nam zrozumieć co tak naprawdę dzieje się w oceanach. Dlaczego? Nasza bohaterka Emiliania huxleyi widziana pod mikroskopem skanningowym. Widać całą kokosferę złożoną z tarczowatych kokolitów zachodzących na siebie (fot. Alison R. Taylor CC-BY) Kokolitofory są jednym z głównych producentów biomasy w oceanach. Jako organizmy samożywne stoją na początku łańcucha pokarmowego, więc to od nich zależy co się będzie działo dalej z rozwojem kolejnych drapieżników, na rekinach, wielorybach i człowieku skończywszy. Jako autotrofy pochłaniają CO2 i tu możemy im przyklasnąć, ale jako organizmy biokalcyfikujące (wytrącające węglan wapnia - CaCO3) już nas martwią. Tzn. głównie interesuje nas jak wygląda różnica pomiędzy wychwytywaniem a wydalaniem CO2 przez kokolitory, czyli wspomniany już balans. Pamiętajmy też, że kiedy kokolitofor umiera (więdnie?) na dno oceanu dostają się ogromne ilości węgla pogrzebane w osadzie jako biomasa oraz wapienny osad. Zatem cykl życiowy kokolitoforów jest jednym z głównych czynników wpływających na obieg węgla w przyrodzie. Mówiąc inaczej, rozwój kokolitoforów w strefie fotycznej powoduje redukcję CO2 przy powierzchni wody i wchłanianie CO2 z atmosfery w mechanizmie organicznej pompy węgla - węgiel ląduje na dnie oceanu w postaci mułu wapiennego oraz materii organicznej....

Beaufort L, Probert I, de Garidel-Thoron T, Bendif EM, Ruiz-Pino D, Metzl N, Goyet C, Buchet N, Coupel P, Grelaud M.... (2011) Sensitivity of coccolithophores to carbonate chemistry and ocean acidification. Nature, 476(7358), 80-3. PMID: 21814280

Richier, S., Fiorini, S., Kerros, M., von Dassow, P., & Gattuso, J. (2010) Response of the calcifying coccolithophore Emiliania huxleyi to low pH/high pCO2: from physiology to molecular level. Marine Biology, 158(3), 551-560. DOI: 10.1007/s00227-010-1580-8

Umrzeć ze strachu

2012-02-27T03:20:38Z

Jest coś na rzeczy w teorii o tym, że ludzie, którzy się mniej stresują, żyją dłużej. W chwilach stresu nasze ciało zalewa fala hormonów i innych chemicznych związków produkowanych przez organizm, które krótkoterminowo pomagają nam ze stresem walczyć – tudzież walczyć z tym, co stres powoduje. Na dłuższą metę jednak organizm tego dobrze nie znosi, [...]...

McCauley, S., Rowe, L., & Fortin, M. (2011) The deadly effects of “nonlethal” predators. Ecology, 92(11), 2043-2048. DOI: 10.1890/11-0455.1