Wyrusz w podróż do świata wiedzy

Gadologia stosowana, część 2

Czy wiecie, że niektóre gady, płazy i ryby posiadają „trzecie oko” umiejscowione na ciemieniu? Skąd się wzięło? Do czego służy? Czy węże mogę patrzeć w dwóch kierunkach?

gadologia3Inny rodzaj badań prowadzi się metodami immunocytochemicznymi, dzięki czemu można stwierdzić, kiedy w obrębie organizmu pojawia się określony hormon. Na szkiełko z przygotowaną, wcześniej tkanką aplikuje się przeciwciało, które łączy się z antygenem. Następnie, za pomocą przeciwciała drugiego rzędu, które łączy się z powstałym kompleksem wizualizuje się reakcję – określa się, czy hormon już pojawił się na tym etapie rozwoju zarodka.

Lista opublikowanych przez zespół dr hab. Weroniki Rupik z Katedry Histologii i Embriologii Zwierząt Wydziału Biologii i Ochrony Środowiska Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach jest imponująca. Dzięki ich badaniom otrzymaliśmy między innymi szczegółowy opis rozwoju nadnercza u zaskrońca (będący podstawą sporych rozmiarów monografii, napisanej w języku angielskim), rozwój gruczołu tarczycowego (u zaskrońca i jaszczurki), pokrycia ciała (u zaskrońca), rozwoju mięśni (u jaszczurki). Analiza różnicowania rozwoju naskórka zarodków gadów prowadzona jest we współpracy z Profesorem Rogerem H. Sawyerem z Department of Biology, University of South Carolina USA oraz Dr. Eraqi Radwan Ragab Khannoon z Fayoum University – Faculty of Science – Zoology Department. Badania nad rozwojem mięśni prowadzone są we współpracy z zespołem prof. Małgorzaty Daczewskiej z Zakładu Biologii Rozwoju Zwierząt Uniwersytetu Wrocławskiego. Kolejna badania dotyczą rozwoju trzustki oraz rozwoju języka i narządu Jacobsona u obu tych gatunków. Narząd Jacobsona (łac. organum vomeronasale) zwany także narządem przylemieszowym jest narządem zmysłu, służącym rozpoznawaniu substancji chemicznych, jest więc narządem powonienia. Analiza procesów rozwojowych języka gadów prowadzona jest we współpracy z zespołem prof. dr hab. Hanna Jackowiak z Zakładu Histologii i Embriologii Zwierząt Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu.
Z zespołem badawczym z Uniwersytetu Śląskiego współpracuje także dr hab. Krzysztof Jasik ze Śląskiego Uniwersytetu Medycznego. Z pokrycia ciała gadów pobiera się kleszcze i roztocza, które przenoszą pasożyty, a następnie analizuje się patogeny, które w nich się znajdują.

gadologia4Kolejnym ważnym osiągnięciem zespołu jest odnalezienie zęba jajowego. To charakterystyczna struktura przejściowa, niezbędna do opuszczenia jaja, które musi zostać nacięte. Młody zaskroniec opuszcza skorupkę przez kilka godzin, a następie – najprawdopodobniej – traci ów ząb. Jednak anatomia gadów kryje w sobie jeszcze więcej tajemnic i niezwykłości. Jedną z nich jest siatkówka oka, która jest jednym z elementów zegara biologicznego. Inne ośrodki mechanizmu zegara biologicznego znajdują się w podwzgórzu oraz w szyszynce.

Niezwykłe jest także „oko ciemieniowe” zwane też „trzecim okiem”, które gady mają umiejscowione na górze czaszki. Jest wyposażone w soczewkę i siatkówkę, i przykryte powłoką ciała. Pełni ono funkcję kompasu, być może odczytuje pole magnetyczne ziemi i reaguje na światło spolaryzowane oraz promieniowanie podczerwone (czyli pomaga w odczuciu temperatury). Nie wiadomo, czy generuje obraz, być może taką funkcję pełniło w przeszłości. Gadzie „trzecie oko” jest pozostałością po ewolucyjnych „przodkach”. lecz możemy się tylko domyślać, jak wyglądało miliony lat temu.

Do takich badań potrzebna jest benedyktyńska cierpliwość. Ogromną trudność sprawia specyficzne ułożenie narządów u gada oraz – w przypadku zarodków – ich rozmiar. Na wczesnych etapach rozwoju narządy są zaledwie zawiązkami, trudnymi do odnalezienia oraz opisania.

Do anatomicznych badań procesów rozwojowych zwierząt wykorzystuje się tak zwane „gatunki modelowe”, i tak dla ssaków jest nim mysz. Gady nie posiadają jak na razie jednego takiego gatunku, być może stanie się nim właśnie Zaskroniec zwyczajny.

Gadologia stosowana, część 1

Embriologia Zaskrońca zwyczajnego, którego możemy spotkać w trakcie letniej, górskiej wędrówki, kryje w sobie znacznie więcej tajemnic, niż się pozornie wydaje.

gadologia1Zespół badawczy kierowany przez dr hab. Weronikę Rupik z Katedry Histologii i Embriologii Zwierząt Wydziału Biologii i Ochrony Środowiska zajmuje się badaniem rozwoju zarodkowego gadów, wpisując się w ponad dwudziestoletnią historię poznawania embriologii tych zwierząt na Uniwersytecie Śląskim w Katowicach. Jaszczurka zwinka (Lacerta agilis) oraz Zaskroniec zwyczajny (Natrix natrix) są pospolitymi gatunkami występującymi w naszym kraju, a z drugiej – to właśnie ten zespół jako pierwszy przeprowadza badania podstawowe dotyczące dotyczące rozwoju zarodkowego tych gadów. Są jedyną taką grupą badawczą w Polsce oraz jedną z nielicznych w Europie i na świecie. Embriologia gadów jest rzadko uprawiana, przede wszystkim z powodu słabej dostępności materiału, trudności związanymi z hodowlą oraz brakiem przewodników metodycznych niezbędnych do prowadzenia badań.

Pamiętajmy, że wszystkie zwierzęta należące do tej grupy są w Polsce pod prawną ochroną, a zatem przed rozpoczęciem badań trzeba otrzymać odpowiednie zgody. Niezwykle trudno jest uzyskać żywe zarodki w hodowli, a okres ich intubacji jest stosunkowo długi. Nie istnieją też żadne przewodniki ani instrukcje objaśniające procedury takich badań. Zespół dr hab. Weroniki Rupik przeciera ścieżki, którymi podążą kolejne grupy – to oni eksperymentują, ustalają reguły, tworzą metodykę. Swoje doświadczenia przedstawiają w monografiach i artykułach publikowanych w wysoko punktowanych zagranicznych czasopismach naukowych.

Badanie rozpoczyna się od pozyskania odpowiedniego okazu zapłodnionych samic. Zajmuje się tym doktor Robert Maślak z Uniwersytetu Wrocławskiego. Zespół posiada zgodę na zajmowanie się co najwyżej dwiema samicami rocznie z każdego z dwóch gatunków. Problem polega na tym, że rozwój zarodków w organizmie zwierzęcia zależy od temperatury – obserwowane ocieplenie klimatu i anomalie pogodowe nastręczają wielu trudności. Składanie jaj odbywa się od połowy czerwca aż do września. Pomocne są przy tym tablice rozwojowe, opracowane przez nich samych dla Zaskrońca zwyczajnego.

gadologia2Odłowione samice składają jaja w laboratorium, po czym są wypuszczane w miejsce odłowu. Zapłodnione jaja trafiają do inkubatora, po 30 dniach pojawiają się młode zaskrońce, po 25-28 – młode jaszczurki. Nie wszystkie jaja są wykorzystywane do badań, pobiera się tylko tyle zarodków, ile jest koniecznie niezbędne do wykonania zaplanowanych procedur. Pozostałe są po około tygodniu, kiedy młode nauczą się same jeść, wypuszczane do lasu w miejsca skąd wcześniej odłowiono samice. Dzięki temu mają szansę na przetrwanie.

Niemożliwe jest badanie zarodków przed złożeniem jaj – taka procedura byłaby zbyt inwazyjna i z dużą pewnością doprowadziłaby do śmierci samicy i najprawdopodobniej także zarodków.

Rozwój zarodkowy gadów jest stosunkowo słabo poznany. Pobrane zarodki utrwala się, a następnie bada histologicznie, a więc analizuje się budowę tkankową poszczególnych narządów. Dzięki mikroskopowi świetlnemu, a także elektronowemu, transmisyjnemu i skaningowemu można obejrzeć a następnie opisać ich rozwój na każdym z etapów.

Część druga już za tydzień!

Kryptobioza niesporczaków, cześć 2

Jak ludzie mogą wykorzystać niezwykłe zdolności niesporczaków do przetrwania? Co sprawia, że organizmy mierzące około milimetra okazują się jednymi z najbardziej odpornych na szkodliwe warunki zwierząt na świecie?

niesporczaki7W 2007 roku profesor Ingemar Jönsson, szwedzki ekolog pracujący obecnie na uniwersytecie w Kristianstad, wysłał w kosmos (wraz z rosyjską misją FOTON-M3) cztery gatunki niesporczaków (w stanie wysuszonym). Tam, na orbicie naszej planety, dokonano szeregu badań i eksperymentów. Okazało się, że ani próżnia, ani promieniowanie kosmiczne, ani nawet pewne dawki światła słonecznego nie wpływają na te małe organizmy. (Na pełne światło solarne, czyli takie, które operuje na danym obiekcie bez żadnej osłony, zwłaszcza atmosferycznej, w niewielkim stopniu odporny był tylko jeden gatunek). Cysty ochraniają wodne niedźwiadki także przed wysokim ciśnieniem – nawet do 1200 atmosfer!

Od tego momentu zaczął się boom na badania tych niewielkich organizmów – w kosmos wyruszyły kolejne misje. Pomimo to na całym świecie jest obecnie kilkudziesięciu liczących się badaczy zajmujących się wodnymi niedźwiadkami i tylko kilku badających ich ultrastrukturę – należy do nich dr hab. Izabela Poprawa z Katedry Histologii i Embriologii Zwierząt Wydziału Biologii i Ochrony Środowiska Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach, która zajmuje się oogonezą, czyli procesem rozmnażania niesporczaków.

Co sprawia, że są tak wytrzymałe? Tego niestety nie wiadomo. Badania, ze względu na ich niewielki rozmiar, są bardzo trudne. Jak na razie opublikowano genom jednego gatunku – Hypsibius dujardini, a nad kolejnym gatunkiem trwają badania, być może analiza dalszych danych przyniesie odpowiedzi na najważniejsze pytania. Wszystko bowiem wskazuje na to, że odpowiedzialny za ich niezwykłą wytrzymałość może być jakiś gen lub grupa genów. Odkrycie go byłoby niezwykle ważne.

niesporczaki3Jak dotąd wyniki badań prowadzone nad kryptobiozą niesporczaków pomogły stworzyć suche szczepionki, które nie wymagają przechowywania w niskich temperaturach. Wbrew pozorom to sprawa wielkiej wagi, bo w wielu miejscach na świecie, gdzie pomoc medyczna i humanitarna jest bardzo potrzebna, nie ma warunków na trzymanie medykamentów w lodówkach.

A do czego jeszcze można wykorzystać niesporczaki? Możemy puszczać wodze fantazji, ale kusząca jest przede wszystkim ich zdolność do kryptobiozy – „zawieszenia” życia. Załóżmy, że decyduje o tym gen, nazwijmy go roboczo „genem nieśmiertelności”, za pomocą którego można zmodyfikować DNA człowieka. Niekoniecznie sam gen miałby być ratunkiem dla nieuleczalnie chorych, ale skoro niesporczaki budzą się po kilkudziesięcioletniej drzemce niepostarzałe ani o jeden dzień – być może człowiek mógłby podobnie jak one przeczekać kilka dekad. Biorąc pod uwagę oszałamiający rozwój nauk medycznych należy spodziewać się, że już wtedy choroby, z którymi boryka się nasza cywilizacja, będą uleczalne. Ów „gen nieśmiertelności” sam w sobie budzi ogromne nadzieje na przedłużanie biologicznego życia ale wciąż jest to tylko sfera naszej fantazji i marzeń.

W swoją pierwszą misję kosmiczną niesporczaki wyruszyły niespełna dziewięć lat temu. Biorąc pod uwagę jak trudne i czasochłonne są badania tych niewielkich organizmów – to bardzo niewiele. I należy zakładać, że jeszcze nas zaskoczą.

Kryptobioza niesporczaków, cześć 1

Zaczęło się od tego, że pewien Szwed wystrzelił je w kosmos. Okazało się, że te niespore organizmy są w stanie przeżyć warunki próżni i promieniowanie kosmiczne. Oto najprawdopodobniej najbardziej wytrzymałe zwierzęta na ziemi.

niesporczaki2Niesporczaki zwane również wodnymi niedźwiadkami (water bears) są bezkręgowcami, z grubsza podobnymi do niedźwiedzia. Tyle tylko, że mają osiem nóg i mierzą nie więcej niż półtora milimetra. Jak to się już nieraz w nauce okazywało – ogromny potencjał tkwi w tym, co najmniejsze. Zwierzęta z typu Tardigrada mają zdolności do kryptobiozy, czyli przechodzenia w stan życia utajonego. Zatrzymują czynności życiowe, aby przetrwać niesprzyjające warunki. Ta cecha sprawa, że interesują się nimi biolodzy, fizycy i kosmologowie.

O niesporczakach opowiada nam dr hab. Izabela Poprawa z Katedry Histologii i Embriologii Zwierząt Wydziału Biologii i Ochrony Środowiska Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach. Te małe organizmy narażone na niskie temperatury tworzą cysty przetrwalnikowe (kriobioza) – „podwijają” odnóża, głowę, kurczą się, a wytwarzane przez nie krioprotektanty sprawiają, że zamarzające płyny ciała nie tworzą kryształów, które mogłyby zniszczyć komórki. Nie mogą co prawda usunąć ze swojego systemu całej wody, ale to wystarcza, aby przetrwały temperaturę bliską zera absolutnego (- 272 stopnie Celsjusza).

Cysty tworzą także nicienie i wrotki, to reakcja organizmów na niekorzystne warunki środowiska. Niesporczaki są w tym jednak mocno wyspecjalizowane, mogą przetrwać naprawdę skrajne warunki.

niesporczaki4Ich metabolizm spada niemal do zera, to stan bardziej efektywny niż hibernacja, gdyż niesporczaki nie starzeją się w trakcie kryptobiozy. Można powiedzieć, że to takie małe „śpiące królewny”. W temperaturze -50 stopni Celsjusza mogą przeżyć nawet kilka lat. Co ważne, cysty przetrwalnikowe tworzą także w trakcie wysychania (anhydrobioza). Udokumentowano 20 letni okres przetrwania niesporczaków w stanie wysuszonym. Istnieje również doniesienie o 120 latach przetrwania niesporczaka, Włosi odzyskali te niezwykłe żyjątka z mchu zasuszonego ponad wiek wcześniej, jednak nie można tego uznać za pewnik gdyż nie wiadomo w jakich warunkach był przechowywany mech i czy w międzyczasie nie był nawadniany. Po ustaniu niekorzystnych warunków niesporczaki wybudzają się z kryptobiozy i rozpoczynają aktywne życie.

Zanim wrócimy do kosmicznych podbojów niesporczaków powiedzmy jeszcze trochę o nich samych. Są bardzo drobne – mierzą od 50 mikrometrów do 1200 mikrometrów (mikrometr to jedna milionowa metra, równa się 10 do 6 m, czyli 0, 000 001 × 1 m), a zatem od 0,05 do 1,2 milimetra. Badanie tych organizmów nastręcza zatem ogromnych trudności, obserwować można je tylko używając mikroskopu stereoskopowego.

niesporczaki6Żyją praktycznie wszędzie – w morzu, w wodzie słodkiej, w mchach, porostach, a nawet w źródłach siarkowych. Są roślinożerne, ale zdarzają się wśród nich także drapieżniki. Na razie opisano ponad 1100 gatunków tych bezkręgowców, ale prawdopodobnie może ich być nawet do 10 000 gatunków. Typ Tardigrada dzieli się na trzy gromady: Eutardigrada, Heterotardigrada oraz Mesotardigrada. Z tą trzecią gromadą wiąże się ciekawa historia.

Należy do niej tylko jeden gatunek – Thermozodium esakii, znaleziony w roku 1937 w gorących źródłach siarkowych w pobliżu Nagasaki w Japonii. Niestety – preparat z okazem zaginął, a miejsce występowania (jedyne opisane stanowisko) zostało zniszczone przez trzęsienie ziemi. Po trzęsieniu tym trzęsieniu ziemi nie udało się odnaleźć osobników wspomnianego gatunku. Obecnie status taksonomiczny tej gromady jest niepewny i być może zostanie ona zlikwidowana.

Część druga już za tydzień!

Faunatycy

Jeśli znajdują zwłoki w lesie, zabierają je ze sobą. W zaciszu poddają ciała magicznym procesom, preparują je i ożywiają. Ich pracownia przypomina laboratorium szalonego naukowca. Wypełniają je słoje z formaliną i gabloty pełne eksponatów. Oto Faunatycy.

faunatycy2Gdy okazy nie trafiają na wystawę, stają się pomocami dydaktycznymi dla studentów zoologii Wydziału Biologii i Ochrony Środowiska Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach. Faunatycy hodują boa dusiciele, w akwarium żyją ślimaki wodne oraz przedziwne ryby przypominające węże, jest też ropucha aga, straszyki, modliszki i kilka krabów pustelników.

Sporo czasu członkowie koła spędzają w terenie. Pozyskiwanie owadów jest czasochłonne, bez względu na zastosowaną metodę. Można używać czerpaka, albo pułapki, a także chwytać pojedynczo wcześniej upatrzone gatunki. W nocy z kolei stosuje się odpowiednio podświetlony ekran. Owady są stosunkowo łatwe do wypreparowania: każdy okaz nabija się na szpilce lub nakleja na kartonik i suszy w cieplarce. Tylko większe egzemplarze pozbawia się wnętrzności i uzupełnia watą. Chyba że są to mszyce, które trzeba wygotować w kilku odczynnikach, pozbawić wnętrzności i rozłożyć na szkiełku mikroskopowym. Fiolka z naftalenem zabezpiecza zbiory przed zgubnym wpływem szkodników. Ostatnim, ale bodaj najważniejszym etapem jest odpowiednie opisanie: każdy okaz musi posiadać informację o czasie, miejscu i osobie, która dokonała znaleziska, a także nazwę gatunkową. Zamknięte w gablotach owady pokazuje nam przewodniczący Faunatyków Arkadiusz Imiela oraz opiekun naukowy Koła – doktor Łukasz Depa.

faunatycy1Zajmują się nie tylko preparowaniem. Są jednym z najprężniej rozwijających się kół naukowych na Uniwersytecie Śląskim – prowadzą badania naukowe i publikują ich rezultaty. Ze względu na profil zainteresowań pracowników Katedry Zoologii bliskie są im owady i wokół tej gromady stawonogów koncentrują swoje badania. Jednym z ważniejszych projektów Koła było badanie owadów uwięzionych i zamkniętych w żywicach drzew iglastych. Polegało ono na zbieraniu fragmentów żywicy z zatopionymi okazami i porównywaniu zbioru z listą gatunków żyjących w danym miejscu. Pozwoliło to stwierdzić, że pewne zależności ekologiczne w obrębie określonego ekosystemu maja odzwierciedlenie w owadach zatopionych w żywicy.

Najczęściej wyjeżdżają w Beskid Niski, gdzie udało im się stwierdzić kilka nowych dla tej krainy gatunków (a więc takich, których występowania nie stwierdzono wcześniej w tym rejonie). Ponieważ szacuje się, że na świecie nie odkryto jeszcze od 5 do 30 milionów gatunków owadów (podczas gdy dotąd opisano około miliona) możliwe, że któremuś z członków uda się przyczynić do rozwoju entomologii opisując jeden z nich. Szanse na to wzrosną, gdyby udało się pojechać w niezbadane dotychczas rejony świata.

Najnowszym projektem jest badanie morfologicznie podobnych gatunków prostoskrzydłych, mrówek i pluskwiaków. Na przykład samice niektórych gatunków koników polnych są niemal identyczne, wyglądem i budową ciała różnią się za to, choć dyskretnie, samce. Trzeba zatem na poziomie genetycznym przeanalizować podobieństwa, co być może pozwoli stwierdzić, czy gatunki te są rzeczywiście odrębne i jak wielkie są w istocie różnice między nimi.

faunatycy3Badania takie są dość skomplikowane – znaleziony materiał doprowadza się do mechanicznego rozpadu komórek, następnie za pomocą odczynników, w specjalnych laboratoryjnych warunkach, izoluje się z nich DNA a następnie uzyskuje sekwencje fragmentów odcinków DNA. Ostatnim i najważniejszym etapem jest porównywanie uzyskanych wyników.

Wyniki swoich badań członkowie koła prezentują na konferencjach naukowych (postery zdobią ściany ich pracowni) a także publikują w punktowanych czasopismach, między innymi w „Acta entomologica silesiana”. Zajmują się także popularyzacją nauki – biorą udział w Nocy Biologów (w tym roku przygotowali kilka spotkań) oraz w Jarmarku Wiedzy. Faunatycy wciąż szukają nowych członków, ludzi z pasją. Cały czas się rozwijają – jest ich około dwudziestu i dzielą się na kilka sekcji, zajmujących się entomologią, preparatyką, paleozoologią, histoanatomią. To jeden z lepszych okresów w historii Koła, trwającej już półtora dekady.

Życiodajna matryca, część 2

Inżynieria tkankowa i medycyna regeneracyjna są wielką nadzieją dla wielu chorych. Dzięki biologii, genetyce, naukom medycznym i technicznym coraz bardziej powszechne są zabiegi odtwarzania fragmentów organizmu za pomocą komórek macierzystych.

Istnieją dwa sposoby na pozyskanie komórek macierzystych z organizmu człowieka – z krwi pępowinowej w trakcie porodu (i wtedy bankuje się je w odpowiednich warunkach na długie lata), albo z ciała dorosłego. W tym drugim przypadku pobiera się je najczęściej z talerza kości biodrowej.

matryca_3Są trzy możliwe kierunki przeszczepu – kiedy z komórek wyhodujemy potrzebny organ i przeszczepimy go do własnego organizmu (to przeszczep autologiczny), kiedy przeszczepimy go do innego organizmu reprezentującego ten sam gatunek (przeszczep allogeniczny, możliwy jedynie wtedy, gdy występuje tzw. zgodność tkankowa, i kiedy przeszczepimy go do organizmu reprezentującego inny gatunek, czyli do zwierzęcia (to przeszczep ksenogeniczny, stosowany niezwykle rzadko i przede wszystkim w celach badawczych).

Rozpatrzmy przykład nowotworu krwi, czyli białaczki. Kiedy zachorujemy potrzebujemy przeszczepu zdrowych tkanek. Najlepsza jest do tego krew pępowinowa, a jeśli jej nie posiadamy – potrzebujemy komórek pobranych ze szpiku kostnego, które na szczęście tworzą linię komórek krwi. Potrzebujemy dawcy, bo nie możemy użyć własnego szpiku, gdyż ten nosi już piętno nowotworu! Pamiętamy głośny przypadek Adama „Nergala” Darskiego, lidera formacji Behemoth, który znalazł dawcę dzięki Fundacji DKMS. Przeszczep dał muzykowi drugie życie i całkowity powrót do zdrowia, a fakt, że był celebrytą spowodował medialne nagłośnienie jego przypadku, wskutek czego do fundacji zgłosiło się wielu nowych dawców.

Wracając do szpiku kostnego. Znajdują się w nich także pluripotencjalne komórki macierzyste, mające charakter zarodkowy (to jak gdyby „pamiątka” po tym etapie życia człowieka) – i są nadzieją współczesnej medycyny. Można je w warunkach laboratoryjnych namnożyć i poprzez dodawanie odpowiednich substancji aktywujących określone geny, przekształcić w określony typ komórki.

Jakie części ciała możemy odtwarzać dzięki takiej metodzie? Przede wszystkim skórę – przydatną na przykład w przypadku rozległych oparzeń. Buduje się także jelita – na rurkach biodegradowalnych hoduje się fragment nabłonka jelita, który wszczepia się do organizmu, w miejsce tego, które zostało poddane resekcji. Dzięki temu nie występuje ryzyko odrzutu.

Podobnie leczyć można skutki zawału mięśnia sercowego – specjalnie przygotowane komórki macierzyste wstrzykuje się w chore miejsce, zmienione zawałem, które zostaje odbudowane. Problemy sprawia jeszcze regeneracja gałki ocznej (zwłaszcza siatkówki), mózgu, układu nerwowego, całego serca, nerki – przede wszystkim ze względu na skomplikowaną budowę tych narządów.

Badania prowadzone na jelitach owadów, wijów i skorupiaków prowadzone przez dr hab. Magdalenę Rost-Roszkowską w Katedrze Histologii i Embriologii Zwierząt na Wydziale Biologii i Ochrony Środowiska Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach są niezwykle ważne, bowiem znacznie prościej bada się organizmy o mniej skomplikowanej budowie ciała. Są łatwiejsze do znalezienia i hodowania, niektóre z nich odgrywają też pewną rolę w gospodarce. Ustalenia będące efektem tych badań można implementować w medycynie.

matryca_4Co ciekawe: niektóre komórki można od-różnicować z powrotem do stanu komórek macierzystych, a następnie ponownie zróżnicować do formy innej tkanki. Tak robi się z hepatocytami wątroby, czy fibroblastami skóry właściwej, które przekształca się w pierwszej kolejności w komórki macierzyste, te namnaża się, a następnie różnicuje w dowolny typ komórki ciała. To o tyle ważne, że o wiele prościej i taniej jest pobrać komórki z wątroby, niż ze szpiku kostnego. Ostatnio odkryto, że komórki mezenchymatyczne miazgi zębowa ósemek (i wszystkich niewyrzniętych zębów człowieka) bardzo łatwo podlegają od-różnicowaniu w komórki macierzyste. Mówi się nawet, że jeśli kiedykolwiek dojdzie do klonowania człowieka – stanie się to właśnie dzięki ósemkom. Może więc nie są one aż tak niepotrzebne, jak to się wydaje? Może warto zastanowić się przed pochopną ich resekcją?

Na razie hodowanie zapasowych organów „na wszelki wypadek” jest niemożliwe, przede wszystkim ze względu na problemy z ich przechowywaniem i wysokie koszty.

Trudno nie popadać w optymizm, kiedy myśli się o „mokrej”, biologicznej odmianie transhumanizmu. Komórki macierzyste są ukrytą wewnątrz naszych ciał matrycą do budowania samych siebie od nowa, oczywiście przy udziale biologii i medycyny. Istnieje też potencjalnie możliwość wyhodowania nowych, lepszych organów, ale to już zadanie dla genetyków.

Badania nad komórkami macierzystymi są niezwykle ważne, ale i budzą wiele kontrowersji. Pamiętajmy o Tomie Lincolnie i jemu podobnych, bohaterach filmu Wyspa (reż. M. Bay, USA 2005), którzy sklonowali siebie po to, aby w każdej chwili mieć swobodny dostęp do „magazynu” swoich organów. To jak na razie science fiction, ale nauka często przegania ekstrapolacje pisarzy.

Zobacz artykuły opublikowane przez zespół dr hab. Magdaleny Rost-Roszkowskiej w prestiżowym czasopiśmie naukowym PLOS ONE:
Structure and Ultrastructure of the Endodermal Region of the Alimentary Tract in the Freshwater Shrimp Neocaridina heteropoda (Crustacea, Malacostraca)
Cell Death in the Epithelia of the Intestine and Hepatopancreas in Neocaridina heteropoda (Crustacea, Malacostraca)

Życiodajna matryca, część 1

Długowieczność i życie bez chorób jest odwiecznym marzeniem Człowieka. Progres w biologii i naukach medycznych oraz badania nad komórkami macierzystymi są najbardziej prawdopodobną drogą do spełnienia tego marzenia.

matryca_1Histologia to nauka o tkankach roślin i zwierząt, ich budowie, rozwoju i funkcjach, zajmuje się więc badaniem mikroskopijnej budowy organizmów. Dr hab. Magdalena Rost-Roszkowska z Katedry Histologii i Embriologii Zwierząt na Wydziale Biologii i Ochrony Środowiska Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach zajmuje się budową i funkcjonowaniem układów pokarmowych bezkręgowców – owadów, skorupiaków i wijów.

Szkodliwe czynniki zewnętrzne wpływają na organizm przede wszystkim przez powietrze oraz pokarm. A zatem jelito musi stanowić, obok powłoki ciała (czyli skóry), naturalną barierę, swoistą tarczę ochronną przed wpływem czynników zewnętrznych, i zapewniającą homeostazę (z gr. homoíos – równy, stásis – trwanie; utrzymywanie stałych parametrów w danym systemie).

W układzie pokarmowym bezkręgowców znajdują się komórki macierzyste (komórki regeneracyjne) umożliwiające samoodnowę lub regenerację fragmentów uszkodzonego jelita. Ale badania dotyczą także procesów starzenia się i śmierci komórkowej. Apoptoza to proces zaprogramowanej śmierci, dzięki któremu organizm pozbywa się komórek już zużytych; autofagia to trawienie przez komórkę obumarłych elementów jej samej (to proces bliski kanibalizmowi, należy do grupy procesów metabolicznych); nekroza wreszcie to martwica i cały szereg procesów, które dzieją się w żywym organizmie po obumarciu komórki. Jak wpływ środowiska, czyli obecność metali ciężkich, ksenobiotyków (toksyn), brak wody, pożywienia, zachwiania temperatur wpływa na te procesy? Czy je aktywizuje? Przyspiesza?

matryca_2Kiedy patogeny, czyli organizmy wywołujące stany zapalne i procesy chorobowe, takie jak bakterie, wirusy, grzyby, riketsje (rodzaj bakterii) atakują organizm, to komórki nabłonkowe jelita wyłapują je, wchłaniają, a następnie umierają, w pewnym sensie – wraz z nimi. Stanowią zatem tarczę ochronną, która jest odnawialna dzięki wspomnianym wcześniej komórkom macierzystym (regeneracyjnym).

Komórki macierzyste występują w każdym organizmie, także w organizmie człowieka. Są swoistą „życiodajną matrycą”. Charakteryzują je dwie możliwości: teoretycznie mogą dzielić się (namnażać) nieograniczoną ilość razy (podobne właściwości wykazują tylko komórki nowotworowe), a także mogą różnicować się do innych typów komórek. Występują w dwóch odmianach: zarodkowych i dorosłych. Te pierwsze pochodzą – jak wskazuje ich nazwa – z komórek zarodka, są totipotencjalne (mogą zróżnicować się do każdego typu komórek, nawet tworzących łożysko) lub pluripotencjalne (różnicujące się do wszystkich typów komórek tworzących ciało zarodka). Dlatego właśnie w ostatnich latach modne stało się pobieranie ich i bankowanie. Komórki macierzyste dorosłe występują w młodych, dojrzałych, a nawet starych organizmach. Ich zdolności do różnicowania się są nieco bardziej ograniczone.

Można zatem powiedzieć, że ich budowa charakteryzuje się stanem pierwotnym, i same w sobie, przed zróżnicowaniem, nie pełnią żadnej funkcji. Występują w każdej tkance – przekształcają się w komórki funkcyjne, gdy otrzymują informację z otoczenia – i wtedy zastępują obumarłe komórki. Badania prowadzone przed dr hab. Magdalenę Rost-Roszkowską pomagają nam poznać zasady rządzące tymi procesami.

Część druga już za tydzień!

Konkurs Ekskursji

Uwaga, uwaga! Ogłaszamy mały konkursik. Trzy pytania, jedna nagroda, tydzień na znalezienie odpowiedzi (oczywiście na łamach naszego bloga). Na maile czekamy do środy, 9 marca pod adresem:  blogekskursja@gmail.com. Decyduje kolejność odpowiedzi.

konkurs

Na zwycięzców czeka: płyta Igora Strawińskiego, kubek termiczny, smycz, Usiołek i długopis :)

1) W którym roku Grzegorz Mendel opublikował swoje prace dotyczące genetyki?

2) Jeden z amerykańskich wynalazców i informatyków sformułował prawo dotyczące mocy obliczeniowej komputerów. Jak ono brzmi i kim był jego autor?

3) Kiedy i w jakim celu powstał Polski Atlas Etnograficzny?

Inna biologia, część 2

Na hałdach żyje wiele gatunków zwierząt i roślin. Dr hab. Agnieszka Babczyńska wybiera pająka. Coś sprawia, że musi on składać więcej jaj, ażeby więcej jego potomstwa przetrwało w tych warunkach, w warunkach, w których podwyższone jest stężenie cynku, ołowiu, temperatura i panuje susza. Działa tu selekcja naturalna – gatunek, który poradzi sobie z trudnościami i przetrwa, będzie już gatunkiem innym, zmienionym. Hałda to „mini-galapagos”.

004W laboratorium modyfikuje się warunki życia, czasem dodając szkodliwe czynniki i w ten sposób sprawdza ich wpływ na organizmy. Dr hab. Alina Kafel oraz dr hab. Maria Augustyniak badają światłówki od pokoleń hodowane na diecie z dodatkiem kadmu. Ta hodowla ma już ponad sto pięćdziesiąt pokoleń (jedno pokolenie Spodoptera exigua żyje w tych warunkach około sześciu tygodni, pająk – około roku). Badanie tych zwierząt to podglądanie mikroewolucji, zachowań organizmu strategii obronnych i zmian materiału genetycznego. Tak naprawdę wszystko sprowadza się do białka, do produkcji nowych cząsteczek które, tak, jak enzymy pomagają naprawiać uszkodzenia.

Badania nad owadami, prowadzone na akceptowalnym etycznie poziomie, prowadzi się po to, aby sprawdzić, jak organizm radzi sobie z zagrożeniami i wpływem negatywnych czynników środowiskowych. Biorąc pod uwagę fakt, że człowiek żyje w niezbyt przyjaznym środowisku – wiedza taka na pewno okaże się przydatna. Jednym z ważniejszych (a przede wszystkim wciąż niezbadanych) zagrożeń jest jakość żywności i zawartych w niej środków konserwujących. W pewnym sensie jest to wielki eksperyment na Homo sapiens, który nie jest „zaplanowany” i nie wiadomo, jakie będą jego skutki. Badanie wpływu negatywnych czynników środowiskowych na zwierzęta pomoże nam być może przygotować się na jego skutki.

Dzięki badaniom terenowym oraz laboratoryjnym na zwierzętach modelowych poznajemy zasady działania mechanizmów obronnych istot żywych. Co działa, jak skutkuje i jak organizmy przesuwają zasoby energii, aby odnieść jak najmniejsze straty. I przeciwnie: poznajemy też ich słabe strony i wiemy jak ograniczyć ekspansję owada będącego szkodnikiem dla naszych plonów i nie zaszkodzić przy tym innym organizmom.

cricket-796465_1920W Katedrze Fizjologii Zwierząt i Ekotoksykologii Wydziału Biologii i Ochrony Środowiska Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach prowadzona jest jeszcze jedna hodowla – świerszcza domowego (Acheta domesticus). Od dwudziestu lat bada się dzięki niej mechanizmy starzenia owadów poprzez selekcjonowanie długożyjących i krótkożyjących osobników.

W takiej izolowanej populacji dochodzić może do selekcji osobników zmutowanych. Przypomnijmy, że wyznacznikiem gatunku jest to, że jego osobniki mogą się krzyżować i wydawać płodne potomstwo – nie wszystkie mieszańce międzygatunkowe mają takie możliwości. Powstałe w naturalny sposób mutacje są często letalne albo obojętne dla gatunku – dotyczą na przykład koloru oczu. Czasem jednak mutacja może przynosić wyjątkowo korzystne dla przeżycia cechy. Taka cecha będzie się rozpowszechniała w populacji. To zrozumiałe, że świerszcz lub pająk z dodatkową parą odnóży lub dwoma głowami – po prostu ma nikłe szanse na przeżycie.

Do każdego badania musimy być jak najlepiej przygotowani – pod względem naszych umiejętności, wiedzy oraz sprzętu. Nie można pozwolić sobie, także ze względów etycznych, na to, aby badania, które czasem wymagają uśmiercenia zwierzęcia (owada lub pająka), szły na marne.

Sto pięćdziesiąt pokoleń światłówki to już alternatywna ewolucja w skali mikro, podług reguł której powstało inne życie, a więc w pewnym sensie – inny świat.

Inna biologia, część 1

Jednym z najlepiej poznanych przez człowieka zwierząt jest… wywilżna karłowata, czyli popularna „muszka owocówka”. Co innego pająki. Te ciągle nas zaskakują…

006Uniwersytet Śląski w Katowicach znajduje się w regionie, w którym jeszcze całkiem niedawno kwitł przemysł ciężki. Jego ślady wciąż odnaleźć można w glebie, powietrzu i wodzie. Zanieczyszczenia sprawiały, że króciutki fragment ewolucji, na niewielkim terenie, mógł pod wpływem czynników środowiskowych przebiec nieco inaczej. Chodzi przede wszystkim o zmiany w metabolizmie, rozmnażaniu i tempie rozwoju tych osobników, które broniąc się przed negatywnym wpływem musiały inaczej zarządzać energią. Część z niej muszą bowiem poświęcić na przykład na oczyszczanie organizmu z toksyn.

Presja środowiska sprzyja naukowcom: populacje owadów żyjących na hałdach na katowickim Wełnowcu różnią się znacząco od tych, które żyją na Jurze Krakowsko-Częstochowskiej.

Dr hab. Alina Kafel wraz z dr hab. Marią Augustyniak zajmują się światłówką naziemnicą (Spodoptera exigua), dr hab. Agnieszka Babczyńska – pająkami. W Katedrze Fizjologii Zwierząt i Ekotoksykologii Wydziału Biologii i Ochrony Środowiska Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach badają wielopoziomowe przystosowania tych zwierząt: poprzez manipulowanie czynnikami stresowymi.

Światłówka jest nocnym motylem, ćmą – i agrofagiem, a więc organizmem szkodliwym dla płodów rolnych. Występuje w różnych rejonach świata, i z roku na rok coraz łatwiej znosi chłodniejsze klimat. Na razie nie występuje w Polsce, bowiem nie jest w stanie diapauzować w trakcie okresu zimowego. Ale i tak hodowla światłówki jest dość uważnie pilnowana. Jeśli zimy byłyby u nas choć trochę lżejsze, nawet z paru osobników mogłaby powstać cała populacja. Biorąc pod uwagę, że światłówka żeruje na około pięćdziesięciu gatunkach, najprawdopodobniej stworzyłaby niemałe zagrożenie dla naszych rodzimych upraw…

mine-214670_1920Kopalniana hałda ma kilka etapów życia. W pierwszych latach jest płona, później następują powolne przemiany – wskutek oddziaływania wiatru, opadów atmosferycznych, przemieszczania się cząstek – zaczyna wytwarzać się materia organiczna, pojawia się gleba, którą zasiedlają organizmy. Tak powstają bardziej przyjazne dla życia nisze ekologiczne, w końcu hałda wraca do środowiska naturalnego, ale nie zostaje pozbawiona szkodliwych pierwiastków.

Takie zjawiska jak wietrzenie skał lub erozja mogą przyczyniać się do zwiększenia biodostępności różnych substancji, w tym szkodliwych dla organizmów. Są to zmiany długotrwałe – liczone w skali czasu geologicznego. Do tych zmian organizmy mają szansę się przystosować. Tylko niektóre „katastrofy”, takie jak erupcja wulkaniczna, pożar lub upadek meteorytu powodują szybką zmianę warunków życia dla organizmów. Prowadzą one zwykle do wyginięcia wielu istnień. Zmiany antropogeniczne, powodowane przez człowieka, liczone są w miesiącach, latach lub dziesiątkach lat. Trwają one z reguły dostatecznie długo by część organizmów mogła się przystosować – to właśnie efekt działania przemysłu i tym szczególnie interesują się naukowcy z Uniwersytetu Śląskiego.

Natura walczy o odzyskanie hałdy, ale zajmowany przez nią teren nigdy już nie wróci do swojej naturalnej, pierwotnej kondycji. Niektóre pierwiastki, na przykład metale ciężkie, zmieniają życie w tym miejscu nieodwołalnie. Człowiek, poprzez swoje działania, może przyspieszyć rekultywację terenu. Na hałdach rosną drzewa, na przykład brzozy, które wręcz oczyszczają teren. Nie ma oczywiście możliwości hodowania na nich roślin uprawnych.

Część druga już za tydzień!