Weird Science

Rozwielitka po kawie

Poniższy arty­kuł został opu­bli­ko­wany pier­wot­nie w cza­so­pi­śmie dla nau­czy­cieli Bio­lo­gia w Szkole (2/2022):

Ilustracja

Ples M., Roz­wie­litka po kawie, Bio­lo­gia w Szkole, 3 (2022), Forum Media Pol­ska Sp. z o.o., str. 53-56

Śro­do­wi­sko natu­ralne możemy zde­fi­nio­wać jako ogół oży­wio­nych i nie­o­ży­wio­nych skład­ni­ków przy­rody, takich jak ufor­mo­wa­nie terenu i jego budowa geo­lo­giczna, sto­sunki wodne, kli­mat i między innymi także orga­ni­zmy żywe. Rów­no­waga natu­ralna jest jedną z ważn­iej­szych cech śro­do­wi­ska przy­rod­ni­czego, ponie­waż ma ona miej­sce, gdy prze­miany ener­gii i mate­rii w przy­ro­dzie są zbi­lan­so­wane. Dla­tego przy­rodę powin­ni­śmy trak­to­wać jako zbiór ele­men­tów połączo­nych różn­o­rod­nymi zależn­o­ściami.

Dla bio­loga głów­nym tema­tem zain­te­re­so­wa­nia są oczy­wi­ście orga­ni­zmy żywe. W szer­szym aspek­cie bio­log stara się odpo­wie­dzieć także na pyta­nia w kwe­stii pocho­dze­nia życia w ogóle, jego ewo­lu­cji i dal­szych losów w zmie­nia­jącym się śro­do­wi­sku.

W każdej dzie­dzi­nie edu­ka­cja musi przyj­mo­wać cha­rak­te­ry­styczną formę, naj­bar­dziej odpo­wied­nią pod względem efek­tyw­no­ści prze­ka­zy­wa­nia wie­dzy. Bio­lo­gia jest jedną z przy­rod­ni­czych nauk ści­słych, czyli jej nau­cza­nie powinno być odpo­wied­nio zba­lan­so­wane, a więc opie­rać się w rów­nym stop­niu na prze­ka­zy­wa­niu infor­ma­cji teo­re­tycz­nych, jak i na ich wery­fi­ka­cji na dro­dze wszel­kiego rodzaju doświad­czeń i obser­wa­cji. W moim oso­bi­stym mnie­ma­niu roz­bu­dza­nie cie­ka­wo­ści świata – także tej wła­śnie jego strony - u wszyst­kich ludzi jest ważnym spo­łecz­nie zada­niem.

Szcze­gól­nie inte­re­su­jącym i nio­sącym duży ładu­nek edu­ka­cyjny rodza­jem zajęć jest obser­wa­cja żywych orga­ni­zmów. Dodat­kowo, jeśli tylko uda się zaan­ga­żo­wać ucz­niów w hodowlę i opiekę nad zwie­rzętami to możemy uzy­skać także roz­wi­nięcie wrażl­i­wo­ści na kon­takt z różn­ymi prze­ja­wami natury.

Ilustracja
Bijące serce roz­wie­litki
ani­ma­cja: doda­tek autora

Często pod­no­szo­nym – nie bez pew­nej dozy słusz­no­ści - zarówno przez samych nau­czy­cieli, jak i przez admi­ni­stra­cję szkół argu­men­tem jest wysoki koszt zało­że­nia i utrzy­ma­nia pomocy nau­ko­wych w for­mie hodowli orga­ni­zmów zwie­rzęcych. Oczy­wi­ście ist­nieją jed­nak spo­soby, aby obejść tego rodzaju pro­blemy. Sto­su­jąc odpo­wiedni dobór gatunku zwie­rząt i rodzaj hodowli można uzy­skać zni­komy koszt zało­że­nia i utrzy­ma­nia takiego przed­sięw­zięcia. Opieka nad zwie­rzętami powinna być mało skom­pli­ko­wana, tak by mogli sobie z tym pora­dzić ucz­nio­wie pod kon­trolą opie­kuna. Orga­ni­zmy te powinny być także mało wrażl­iwe na nie­sprzy­ja­jące warunki i niesz­ko­dliwe dla kon­tak­tu­jących się z nimi ucz­niów. W tym przy­padku liczy się też roz­miar, ponie­waż w więk­szo­ści pra­cowni szkol­nych trudno sobie wyo­bra­zić hodowlę stwo­rzeń więk­szych niż rybki akwa­riowe, myszy lub cho­miki. Z dru­giej strony nie powinny być one też zbyt małych roz­mia­rów, tak aby obser­wa­cji można było doko­ny­wać bez dużej ilo­ści dro­giego sprzętu, np. mikro­sko­pów.

Nie można też zapo­mi­nać, że doświad­cze­nia na zwie­rzętach lub ich wyko­rzy­sta­nie w edu­ka­cji wymaga zgody odpo­wied­niej komi­sji, w szcze­gól­no­ści jeśli powo­duje ból lub dys­tres u bada­nego orga­ni­zmu. Według obec­nego usta­wo­daw­stwa doty­czy to jedy­nie kręgow­ców Ver­te­brata i gło­wo­no­gów Cepha­lo­poda jako naj­wy­żej uor­ga­ni­zo­wa­nych bez­kręgow­ców Inver­te­brata. Jeśli bie­rzemy pod uwagę takie przed­sięw­zięcie, to koniecz­nie jest każd­o­ra­zowe zapo­zna­nie się z aktu­al­nie obo­wiązu­jącymi prze­pi­sami. Doświad­cze­nia na pozo­sta­łych bez­kręgow­cach (czyli innych niż gło­wo­nogi) nie wyma­gają takiej zgody i jest to dla nas bar­dzo obie­cu­jąca możl­i­wość. Nigdy nie można jed­nak poch­wa­lać bez­przed­mio­to­wego męcze­nia nawet naj­prost­szych zwie­rząt i innych orga­ni­zmów.

Przed­sta­wione kry­te­ria spełnia dosko­nałe wiele zwie­rząt. Na łamach „Bio­lo­gii…” opi­sy­wa­łem już dydak­tyczne korzy­ści jakie mogą pły­nąć z hodowli m.in. kara­czana mada­ga­skar­skiego Grom­pha­dor­hina por­ten­tosapro­sionka szorst­kiego Por­cel­lio sca­ber [1][2][3]. Innym nie­wiel­kim zwie­rząt­kiem przy­dat­nym w dydak­tyce jest też roz­wie­litka pch­ło­wata (cza­sami nazy­wana roz­wie­litką pch­licą) Daph­nia pulex – nie­wielki sko­ru­piak z pod­rzędu wio­śla­rek Cla­do­cera, której hodowlę omówi­łem w już w prze­szło­ści [4]. W tym nume­rze chciałbym sze­rzej opi­sać kon­kretne doświad­cze­nie i obser­wa­cje możl­iwe do prze­pro­wa­dze­nia przy wyko­rzy­sta­niu tego nie­po­zor­nego orga­ni­zmu.

Boha­terka

Myślę, że korzyst­nie będzie przy­najm­niej pokrótce przy­pom­nieć pod­sta­wowe infor­ma­cje na temat naszej boha­terki. Warto wie­dzieć, że roz­wie­litki Daph­nia, zwane ina­czej daf­niami są nale­żącymi do sta­wo­no­gów Anth­ro­poda sko­ru­pia­kami Cru­sta­cea z pod­rzędu wio­śla­rek Cla­do­cera [5]. Są nie­wiel­kie i żyją w wodach słod­kich - nawet w kału­żach.

Jeśli cho­dzi o stra­te­gię zdo­by­wa­nia pokarmu, to roz­wie­litki są fil­tra­to­rami: żywią się bak­te­riami, glo­nami i zawie­siną orga­niczną wych­wy­ty­waną z wody.

Skąd pozy­skać roz­wie­litki? W cie­płych mie­siącach można je po pro­stu zło­wić w leśnych sta­wach lub innych nie­wiel­kich zbior­ni­kach wod­nych. Można je też często kupić w skle­pach zoo­lo­gicz­nych, szcze­gól­nie tych spe­cja­li­zu­jących się w akwa­ry­styce, ponie­waż sta­no­wią dosko­nały pokarm dla ryb. Po szcze­góły co do samej hodowli odsy­łam do wcze­śniej wspom­nia­nego arty­kułu. Odpo­wied­nio pro­wa­dzona hodowla może latami dostar­czać obiek­tów do obser­wa­cji.

Roz­miary ciała roz­wie­li­tek w zależn­o­ści od gatunku wahają się w zakre­sie 1-6mm. Sama obser­wa­cja poru­sza­jących się w wodzie sko­ru­pia­ków pozwala odpo­wie­dzieć na pyta­nie dla­czego stwo­rze­nia te uzy­skały – szcze­gól­nie wśród anglo­sa­sów – miano „wod­nych pcheł” (ang. water fleas). Jest tak, ponie­waż poru­szają się one sko­kowo, prze­miesz­cza­jąc się przy każdym ude­rze­niu wio­sło­wa­tych czu­łek (Fot.1).

Fot.1 – Roz­wie­litki w naczy­niu z wodą
Ilustracja
Sko­kowy spo­sób poru­sza­nia się dafni
ani­ma­cja: doda­tek autora

Kara­paks, czyli chi­ty­nowy pan­cerz roz­wie­litki pch­licy jest prze­zro­czy­sty. Dzięki temu możemy z łatwo­ścią zapo­znać się nie tylko z wyglądem zew­nętrz­nym, ale także z budową narządów wew­nętrz­nych tego zwie­rzęcia (Fot. 2).

Fot.2 – Ana­to­mia roz­wie­litki

Ciało roz­wie­li­tek jest sil­nie skrócone i spłasz­czone bocz­nie. Pan­cerz tego sko­ru­piaka jest zagięty ku stro­nie brzusz­nej, co daje złudne wra­że­nie, że jest on dwu­kla­powy. Kara­paks z tyłu jest wyciągnięty w kolec o nie­ja­snej funk­cji – według niek­tórych bada­czy może on pełnić rolę obronną.

W czę­ści gło­wo­wej roz­wie­litki posia­dają jedno kuli­ste oko, pow­stałe w wyniku zla­nia się dwóch oczu zło­żo­nych. Oko to jest ruch­liwe i pozwala zwie­rzęciu na orien­to­wa­nie się w śro­do­wi­sku. Ilość oma­ti­diów jest nie­wielka, tak więc wzrok zwie­rzęcia nie pozwala na dostrze­ga­nie ostrych obra­zów, a raczej na okre­śle­nie dosyć dokład­nie kie­runku z jakiego pada świa­tło.

Eks­tre­mal­nie roz­wi­nięta jest II para czułków. Jak widać, są one sil­nie roz­ga­łęzione, ponie­waż sta­no­wią główny narząd ruchu zwie­rzęcia. Pod kara­pak­sem ukry­tych jest pięć par skróco­nych odnóży słu­żących głów­nie od fil­tro­wa­nia pokarmu z wody. Odnóża te są prak­tycz­nie w ciągłym ruchu, napędza­jąc wodę z cząst­kami pokar­mo­wymi. Z łatwo­ścią można dostrzec prze­wód pokar­mowy i komorę lęgową. Podob­nie jak u innych sta­wo­no­gów posia­da­jących ten narząd, serce jest poło­żone po grz­bie­to­wej stro­nie ciała.

Warto przyj­rzeć się bli­żej gło­wo­wej czę­ści ciała zwie­rzęcia (Fot.3).

Fot.3 – Część gło­wowa ciała roz­wie­litki

Dosko­nale widoczne są wybar­wione na ciemno struk­tury oka zło­żo­nego, którego ruchy są wyraźnie sko­re­lo­wane z kie­run­kiem pada­nia świa­tła. Roz­wie­litki posia­dają też szcząt­kowe oko nau­pliu­sowe, poło­żone poni­żej oka zło­żo­nego.

Ilustracja
Roz­gląda­jąca się ro­zwie­litka
ani­ma­cja: doda­tek autora

Przy więk­szych war­to­ściach powięk­szeń można zaob­ser­wo­wać mięśnie poru­sza­jące okiem, a także nerwy łączące je ze zwo­jem ner­wo­wym. Widoczna staje się także I para czułków, pełn­iących funk­cje czu­ciowe. Rolę gru­czo­łów tra­wien­nych pełnią parzy­ste uchyłki jelita środ­ko­wego.

Obser­wa­cje

Roz­wie­litki – jako sta­wo­nogi – posia­dają otwarty układ krwio­no­śny. W ukła­dzie tego typu krew może krążyć czę­ściowo w naczy­niach a czę­ściowo w jamie ciała [6]. U sta­wo­no­gów hemo­limfa wypełnia wolne prze­strze­nie hemo­celu (jamy ciała), nie­jako omy­wa­jąc narządy. Układ krwio­no­śny sta­wo­no­gów ma różny sto­pień skom­pli­ko­wa­nia, zależny ści­śle od posia­da­nych narządów odde­cho­wych i roz­mia­rów ciała. Bar­dziej zło­żony, mający liczne naczy­nia układ krąże­nia cechuje m.in. formy oddy­cha­jące skrze­lami. Wraz z roz­bu­do­wy­wa­niem roz­pro­wa­dza­jącego gazowy tlen sys­temu tcha­wek, sys­tem naczyń ulega daleko idącej reduk­cji [7]. Ponadto układ krwio­no­śny może zani­kać całk­o­wi­cie w przy­padku najm­niej­szych przed­sta­wi­cieli oma­wia­nego typu.

Głów­nym naczy­niem pom­pu­jącym krew jest poło­żone grz­bie­towo – czyli odmienne niż u kręgow­ców – nie­wiel­kie serce, które może być wyraźnie zaob­ser­wo­wane przez kara­paks (Fot.4). Serce roz­wie­li­tek ma pro­stą budowę.

Fot.4 – Grz­bie­towe rejony ciała roz­wie­litki, kon­tu­rem zazna­czono serce w fazie roz­kur­czu, strzałki wska­zują poło­że­nie jelita

By umożl­i­wić obser­wa­cje żywej roz­wie­litki przy­datne jest mikro­sko­powe szkiełko pod­sta­wowe z nie­wiel­kim wgłębie­niem, często w prak­tyce labo­ra­to­ryj­nej nazy­wa­nym łezką. Roz­wie­litkę z hodowli należy pobrać za pomocą pipety pasteu­row­skiej o sze­ro­kim wypły­wie. W przy­padku pipet z two­rzywa sztucz­nego wystar­czy obciąć wąski koniec rurki, by uzy­skać odpo­wied­nie narzędzie do łowie­nia roz­wie­li­tek bez ryzyka skrzyw­dze­nia ich. Sch­wy­taną roz­wie­litkę wraz z kro­plą wody trzeba następ­nie umie­ścić we wgłębie­niu na szkiełku i przy­kryć szkiełk­iem nakryw­ko­wym (Rys.1). W ten spo­sób zwie­rzę ma ogra­ni­czone możl­i­wo­ści ruchu i leży nie­jako na boku – możemy obser­wo­wać jego syl­wetkę z pro­filu. Obser­wa­cji nie należy prze­dłu­żać powy­żej kilku, kil­ku­na­stu minut – wtedy sta­wo­nóg z dużym praw­do­po­do­bieńs­twem prze­żyje i podej­mie nor­malne dla sie­bie czyn­no­ści po ponow­nym prze­nie­sie­niu do zbior­nika hodow­la­nego. Oczy­wi­ście trzeba uwa­żać, żeby cały układ doświad­czalny nie uległ prze­grza­niu, np. w wyniku dzia­ła­nia oświe­tla­cza mikro­sko­po­wego.

Ilustracja
Rys.1 – Obser­wa­cja żywej roz­wie­litki na szkiełku z łezką; a – szkiełko pod­sta­wowe z wgłębie­niem, b – szkiełko nakryw­kowe, c – obser­wo­wana roz­wie­litka

Roz­wie­litki są całk­o­wi­cie niesz­ko­dliwe dla czło­wieka, dla­tego posta­rajmy się nie zro­bić im krzywdy.

Jeśli zlo­ka­li­zu­jemy już serce, to możemy zau­wa­żyć, że narząd ten ulega naprze­mien­nym skur­czom i roz­kur­czom z dosyć dużą często­tli­wo­ścią (Fot.5).

Fot.5 – Serce roz­wie­litki, A – faza skur­czu, B – faza roz­kur­czu, strzałka wska­zuje serce

Jako, że praca serca jest dosko­nale widoczna, to kuszącą per­spek­tywą jest zba­da­nie wpływu różn­o­rod­nych czyn­ni­ków na często­tli­wość jego pracy. Jeśli dys­po­nu­jemy kamerą pod­łączoną do mikro­skopu, to licze­nia ude­rzeń serca w ciągu np. jed­nej minuty możemy doko­nać na zare­je­stro­wa­nym pliku wideo – spo­wol­nie­nie odtwa­rza­nia zna­ko­mi­cie uła­twia tę ope­ra­cję. Jeśli nie posia­damy takiej kamery to nic nie stoi na przesz­ko­dzie, aby wyko­rzy­stać apa­rat foto­gra­ficzny w jaki jest wypo­sa­żony w dzi­siej­szych cza­sach prak­tycz­nie każdy smart­fon – wystar­czy go umie­ścić przed obiek­ty­wem. W han­dlu dostępne są odpo­wied­nie uch­wyty, ale zamiast nich w celu umo­co­wa­nia tele­fonu do mikro­skopu dosko­nale spraw­dzają się na przy­kład gumki-recep­turki.

Przy­kła­dowe doświad­cze­nie może być zło­żone np. z następu­jących eta­pów:

Tem­pe­ra­tura wody w obu naczy­niach powinna być zbli­żona, ponie­waż ma ona wpływ na war­tość współczyn­nika bpm. Także oświe­tle­nie w obu przy­pad­kach powinno być podobne.

W moim przy­padku uzy­skane wyniki (uśred­nione dla 50 zba­da­nych osob­ni­ków w każdym z obu przy­pad­ków w tem­pe­ra­tu­rze 19 °C) pre­zen­tują się następu­jąco:

A – kon­trola (czy­sta woda) B – próba badana (doda­tek kofe­iny)
210,3 bpm
odchy­le­nie stan­dar­dowe: 15,4
470,1 bpm
odchy­le­nie stan­dar­dowe: 21,9

Jak widzimy, w nor­mal­nych warun­kach serce bada­nych roz­wie­li­tek biło z często­tli­wo­ścią około 200 bpm, nato­miast w śro­do­wi­sku z dodat­kiem kofe­iny nastąpił wzrost tego para­me­tru do pra­wie 500 bpm. Nato­miast po prze­nie­sie­niu roz­wie­li­tek do czy­stej wody war­to­ści tych para­me­trów wynio­sły odpo­wied­nio 219,0 bpm (odch. stand. 13,9) oraz 225,4 bpm (odch. stand. 17,3).

Jak widać, u roz­wie­li­tek znaj­du­jących się cały czas w wodzie bez żad­nych dodat­ków w poda­nej tem­pe­ra­tu­rze szyb­kość bicia serca nie zmie­niła się zna­cząco i wyno­siła nieco ponad 200 bpm. Doda­tek kofe­iny nato­miast miał dzia­ła­nie pobu­dza­jące, powo­du­jące ponad dwu­krotny wzrost war­to­ści tego para­me­tru, które jed­nak ustąpiło po prze­nie­sie­niu zwie­rząt ponow­nie do czy­stej wody. Możemy więc wnio­sko­wać, że nie­wielka dawka alka­lo­idu jakim jest kofe­ina nie spo­wo­do­wała trwa­łych efek­tów tok­sycz­nych.

Muszę jed­nak zazna­czyć, że nara­że­nie roz­wie­li­tek na wyso­kie stęże­nia wspom­nia­nych sub­stan­cji może mieć dla nich nega­tywny sku­tek.

W podobny spo­sób możemy spraw­dzić dzia­ła­nie innych czyn­ni­ków che­micz­nych, np. alko­holu, a także zmian para­me­trów śro­do­wi­ska (tem­pe­ra­tura wody, oświe­tle­nie, natle­nie­nie, dostęp­ność pokarmu) na fizjo­lo­gię sko­ru­piaka.

Na koniec

Przed­sta­wione obser­wa­cje, cho­ciaż w swo­jej isto­cie bar­dzo pro­ste, to mogą pro­wa­dzić do wielu inte­re­su­jących wnio­sków. Cho­ciaż roz­wie­litki, jak i pozo­stałe bez­kręgowce, są dla nas dosyć odle­głymi „kuzy­nami”, to wiele zja­wisk doty­czących ich fizjo­lo­gii, szcze­gól­nie na pod­sta­wo­wym pozio­mie, pozwala na snu­cie ana­lo­gii w sto­sunku do naszego życia. Na przy­kład dzia­ła­nie nie­wiel­kich dawek kofe­iny – będącej ulu­bioną używką wielu z nas - ma na te zwie­rzęta dzia­ła­nie pobu­dza­jące, to prze­sadne zwięk­sze­nie ilo­ści tej sub­stan­cji może dopro­wa­dzić do efektu prze­ciw­nego, a nawet śmierci zwie­rzęcia. Bar­dzo podobny efekt – dobie­ra­jąc odpo­wied­nio sub­stan­cję i dawkę - możemy zaob­ser­wo­wać u wszyst­kich przed­sta­wi­cieli świata oży­wio­nego, także u nas.



Lite­ra­tura:

Auto­rem foto­gra­fii i rysun­ków jest Marek Ples.

W powyższym tek­ście doko­nano nie­wiel­kich zmian edy­tor­skich w sto­sunku do wer­sji opu­bli­ko­wa­nej w  cza­so­pi­śmie, w celu uzu­pełn­ie­nia i lep­szego przy­sto­so­wa­nia do pre­zen­ta­cji na stro­nie inter­ne­to­wej.

Marek Ples

Aa