Bakterie mogą żyć miliony lat w osadzie

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 milionów 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 głębinowych czerwonych iłów oceanicznych wydobyto z dna Pacyfiku w rdzeniu wiertniczym, po czym w każdej z warstw osadu pomierzono czujnikiem zawartość tlenu. Tak zmierzone 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 czyli od przełomu koniaku i santonu do dzisiaj (koniak i santon to niższe piętra górnej kredy). 86 mln lat temu w oceanach roiło się od gadów morskich i amonitów, a na lądach panowały dinozaury - zatem było to naprawdę dawno temu.

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 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)

Czytaj więcej

Ile wody jest na Ziemi?

Wydawać by się mogło, że Ziemia - Błękitna Planeta ma nieprzebrane zasoby wody. Ale.. ile wody jest na Ziemi naprawdę? Przyznam, że kiedy dowiedziałem się, nie mogłem uwierzyć i moje myśli długo powracały do tych wyliczeń. Chodzi oczywiście o całkowite zasoby wody - tej słonej w morzach i oceanach; tej słodkiej, płynącej w rzekach, jeziorach i zamarzniętej w lodowcach; tej podziemnej, krążącej w skałach podłoża oraz tej występującej w postaci pary wodnej.

Służba Geologiczna Stanów Zjednoczonych (USGS) obrazowo przekonuje nas, że gdybyśmy zebrali całą tę wodę do jednego naczynia w kształcie kuli, to miałaby ona.... no właśnie, jak myślicie? Jakaż może być średnica takiej kuli? Dla przypomnienia dodam, że prawie 71% powierzchni Ziemi znajduje się pod wodą, a ok. 96.54% tej wody, to woda słona.

Kula, w której zmieści się cała woda na Ziemi (rys. Jack Cook, Woods Hole Oceanographic Institute)

Otóż kula, w której zmieści się cała woda na Ziemi ma średnicę 1385 km. Tak, ja też się zdziwiłem. Mała ta kula. Wierzyć się nie chce. A może pomylili się w obliczeniach? W Europie zmieściłoby się kilka takich kul... Podobno, jest to mniej niż trzecia część kuli wielkości Księżyca (to porównanie akurat nie przemawia do mnie). W każdym razie, gdyby taką kulę zrobić tylko ze słodkiej wody, to byłoby to maleństwo o średnicy 160 km.
[Edit] (Dodam, że dokładnie nie wiem, o jaką wodę słodką chodzi. USGS podaje 'available fresh water' a wymiary kuli sugerują, że nie wchodzi w nią woda uwięziona w lodowcach czy też podziemna. Kula o średnicy 160 km ma objętość około 2 145 280 km³ (4,19 x 80³). Podziękowania dla Michała Łaszczyka za uwagi).

Duża kula, to całkowita ilość wody ziemskiej, malutka, z prawej strony, to woda słodka
(rys. Jack Cook, Woods Hole Oceanographic Institute)

Większość wody słodkiej w stanie płynnym znajduje się pod ziemią - jest to około 8.4 mln km³. Znacznie więcej wody zamrożonej jest w lądolodach Antarktydy i Grenlandii - 29.2 mln km³.

12900 km³ wody występuje w atmosferze w postaci pary wodnej. Gdyby nagle cała ta para wodna skropliła się i spadła na Ziemię, to ulewa ta pokryłaby powierzchnię lądów ok. 3 cm warstwą wody. Do atmosfery każdego dnia odparowuje jej ok. 1170 km³.

We wspomnianej na wstępie kuli łącznie mieści się 1386 milionów km³ wody. To bardzo dużo litrów - 1 386 000 000 000 000 000 000. Liczba jest na tyle abstrakcyjna, że nic nie mówi. Z bardziej obrazowych porównań, i to w amerykańskim stylu, można sobie wyobrazić Ziemię wielkości piłki do koszykówki. Wtedy cała woda na Ziemi będzie wielkości piłki do ping-ponga, a słodka woda wielkości ziarna kukurydzy. Na koniec warto zajrzeć do poniższej tabeli - bardzo pouczająca lektura.

Ile wody jest na Ziemi - udział procentowy

Źródło wody	Objętość w km3	Udział %
Oceany i morza	1,338,000,000	96.54
Lodowce	24,064,000	1.74
Wody podziemne	23,400,000	1.69
- słodkie	10,530,000	0.76
- słone	12,870,000	0.93
Para wodna w glebie	16,500	0.001
Wieczna zmarzlina	300,000	0.022
Jeziora	176,400	0.013
- słodkie	91,000	0.007
- słone	85,400	0.007
Atmosfera	12,900	0.001
Bagna	11,470	0.0008
Rzeki	2,120	0.0002
Woda w organizmach	1,120	0.0001

Źródła:

fot. w nagłówku: jjjohn CC-BY-SA (flickr.com)

Czytaj więcej

Ekstremalnie miniaturowe mamuty z Krety

Najnowsze analizy materiału kostnego z północno-wschodnich krańców Krety wskazują, że na wyspie tej występowały ekstremalnie małe mamuty. Mamuty z Krety są wspaniałym przykładem miniaturyzacji wyspowej. Jednocześnie uświadamiają nam, że jeszcze nie tak dawno w rejonie Morza Śródziemnego roiło się od różnej maści słoniowatych.

Nie tak dawno, w tym przypadku oznacza plejstocen, czyli okres od ok 2,5 mln do 12 tys. lat temu. Plejstocen nazywany też epoką lodowcową większości kojarzyć się może właśnie z mamutami, nosorożcami włochatymi oraz słoniami leśnymi. Mamuty, ze względu na przypisywane im spektakularne rozmiary, dość często pojawiają się w mediach i chyba każdy je kojarzy właśnie z plejstocenem.

Znaleziska kości kreteńskich słoniowatych traktowano przez ostatnie 100 lat z podobnym podejściem. Ponieważ reprezentowały one stosunkowo małe osobniki, zaliczano je do gatunków wymarłych słoni leśnych (Palaeoloxodon antiquus). Słonie leśne były dość popularne w Europie południowej przez cały plejstocen. Najdłużej utrzymały się na jednej z greckich wysp - Tilos, gdzie żyły jeszcze 4 tys lat temu (starożytni Egipcjanie stykali się z nimi)! Ogólnie rzecz biorąc, słonie leśne były duże, większe od obecnych słoni prawie dwukrotnie, ale bardzo często obserwowano ich skarłowaciałe gatunki, występujące na rozlicznych wyspach Morza Śródziemnego. Do tego worka, miniaturowych słoni leśnych, wrzucono kości z Krety, które zaklasyfikowano jako Palaeoloxodon creticus.

Najczęściej tak wyobrażamy sobie mamuty (rys. J. Smit, domena publiczna)

Mamuty podobnie jak słonie leśne, są typowe dla plejstocenu, jednak ich rozprzestrzenienie było znacznie większe. Występowały na całym przedpolu lodowca od Ameryki Płn., przez Azję do Europy. W rzeczywistości nie były sporo większe od słoni leśnych, ale trochę tak. Znano też przykłady karłowatych form mamutów. Do tej pory za najmniejszego mamuta uważano odkrytego na Sardynii Mammuthus lamarmorai (Palombo et al., 2012).

Nasz grecki bohater, od teraz Mammuthus creticus, był jednak znacznie mniejszy od mamuta z Sardynii. Mniej więcej o połowę. Dorosły osobnik miał ok. 1 metra wysokości w kłębie (tyle co dwu-trzyletnie dziecko) i ważył ok. 300 kg (taki trochę kucyk pony). Jest więc najmniejszym znanym mamutem, porównywalnym wielkością do najmniejszych słoni leśnych (Herridge & Lister, 2012).

Lokalizacja (a) i skamieniałości M. creticus (d-f).
Na fot. (d) i (e) widać dolny ząb trzonowy, fot. (f) to kość udowa. Zwróć uwagę na skalę (za: Herridge & Lister, 2012)

Jak pisałem we wstępie, jest to piękny przykład miniaturyzacji wyspowej. Autorzy piszą nawet, że jest to "ekstremalna miniaturyzacja". Prawdopodobnym przodkiem tego miniaturowego mamuta mógł być albo Mammuthus meridionalis albo Mammuthus rumunus. Pierwszy z nich żył w Europie od początku plejstocenu i wymarł 800 tys. lat temu. Gdyby przodkiem okazał się M. rumunus, mogłoby to oznaczać, że dotarł on na Kretę już 3,5 mln lat temu - jeszcze w pliocenie. Wystarczająco dawno, żeby zmniejszyć się do rozmiarów kucyka pony. Miniaturowy mamut z Sardynii razem z mamutem z Krety reprezentują dwie osobne linie miniaturyzacji mamutów (trochę to brzmi, jak opis linii do produkcji mikroprocesorów).

Kiedy więc będziemy oglądać "Epokę lodowcową 4 lub 6" pamiętajmy, że zanim 250 tys lat temu pojawił się olbrzymi mamut włochaty (Mammuthus primigenus), w Europie mieliśmy całą plejadę miniaturowych słoniowatych.

Źródła:
Obraz w nagłówku: Kromaniończyk w jaskini, Charles R. Knight (domena publiczna)


Herridge, V., & Lister, A. (2012). Extreme insular dwarfism evolved in a mammoth Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences DOI: 10.1098/rspb.2012.0671

Palombo, M., Ferretti, M., Pillola, G., & Chiappini, L. (2012). A reappraisal of the dwarfed mammoth Mammuthus lamarmorai () from Gonnesa (south-western Sardinia, Italy) Quaternary International, 255, 158-170 DOI: 10.1016/j.quaint.2011.05.037

Czytaj więcej

Dlaczego latem, woda nad Bałtykiem jest zimna?

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, potrzebne są dodatkowe czynniki. Są nimi wiatry wiejące z różnych kierunków i 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 kierunkiem 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.

Przykład upwellingu w rejonie Helu z przełomu kwietnia i maja 2000 r. Po lewej prędkość ruchu wody na głębokości 20 m, po prawej temperatura wody przypowierzchniowej (Kowalewski, 2005)

Zjawisko to jest dość częste i występuje w różnych rejonach nawet kilka razy do roku. Regionem, chyba najbardziej nawiedzanym przez upwelling w Polsce jest Półwysep Helski (tzn. jego wybrzeże od strony otwartego morza) , zaś stosunkowo rzadko upwelling występuje w rejonie Zatoki Pomorskiej i Łeby. Z szacunków wynika, że ponad 30% polskiej strefy brzegowej objęte jest zimnymi prądami wstępującymi. W niektórych przypadkach, różnica temperatury wody między brzegiem a otwartym morzem może dochodzić do ponad 14^oC (Piliczewski, 2002; Lehmann & Myrberg, 2008; Kozlov et al., 2012).

Przykład upwellingu z litewskiego wybrzeża. Po lewej zarejestrowana temperatura powierzchniowa wody, po prawej kierunek i siła wiatru. Jak widać, transport Ekmana przy północnym wietrze spowodował odpływ wody od brzegu i zassanie zimnej wody dennej. Różnica temperatur między wodą przybrzeżną a otwartego morza wyniosła grubo ponad 10 st. Celsjusza (Kozlov et al., 2012).

ps. W następnych postach, jeszcze przed wakacjami, postaram się napisać więcej o upwellingach w Bałtyku i tym, co się z nimi wiąże. 

Źródła:
Fotografia w nagłówku: Mierzeja Helska - Szymon Nitka CC-BY

Kowalewski, M., 2005. The influence of the Hel upwelling (Baltic Sea) on the nutrient concentrations and primary production - the result of an ecohydrodynamic model. Oceanologia 47 (4):567-590.

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, 74 DOI: 10.1016/j.jmarsys.2008.02.010

Piliczewski, B., 2002. Temperatura wody. [W:] W. Krzymiński i in. (red). Warunki środowiskowe polskiej strefy południowego Bałtyku w 2000 roku. IMGW Oddział Gdynia. ISBN 83-88829-57-2

Czytaj więcej

O tym, jak spotkać minoga w Polsce

Minogi należą do jednych z najbardziej zagrożonych wyginięciem kręgowców w Polsce. Wędkarze uważają je za ryby. Można je także znaleźć w atlasie ryb Polski, tymczasem z rybami mają one niewiele wspólnego. Może tylko płetwę grzbietową i wygląd przypominający węgorza. Minogi, w przeciwieństwie do ryb, nie posiadają ani prawdziwej czaszki, ani żuchwy (szczęk). Są zatem bezżuchwowcami (bezszczękowcami, Agnatha), zaś współczesne ryby, wszystkie bez wyjątku, to szczękowce czyli Gnathostomata. Minogi nie mają też ości tak jak ryby kostne. Mają za to chrzęstny szkielet, nieco podobny do ryb chrzęstnych (np. rekinów) i tylko kilka luźnych płytek w okolicach otworu gębowego, które tworzą namiastkę chrzęstnej puszki mózgowej. Należą do najstarszej linii ewolucyjnej kręgowców (Vertebrata) zwanej Hyperoartia (Janvier, 1997).

Minóg strumieniowy znaleziony w Kierdonce k/Barda.
Widać dwie, niezrośnięte płetwy grzbietowe nieco nachodzące na siebie (czerwony pasek).

W ostatnim tygodniu kwietnia udało nam się natknąć na te zwierzątka w potoku Kierdonka (dopływ Czarnej Staszowskiej) niedaleko Barda (gmina Łagów, woj. świętokrzyskie). Minogi, które o tej porze wypływają składać jaja, wypatrzył Sławomir Bober. Na podstawie pobieżnych obserwacji stwierdziliśmy, że był to minóg strumieniowy (Lampetra planeri). 9 lat wcześniej, także w Górach Świętokrzyskich, w bezimiennym dopływie Belnianki tarło minogów obserwował Michał Stachacz:

W bardzo czystym potoku ze żwirowatym dnem minogi dobierały się w pary i wykopywały jamki unosząc ziarna żwiru pyszczkami. Następnie pary minogów skręcały się ze sobą, tworząc podwójną helisę i energicznie drgały przez kilka sekund. W tym czasie samica składała jaja a samiec polewał je nasieniem, tak, jak ma to miejsce u większości ryb kostnoszkieletowych. Nie miałem możiwości wykonania zdjęć dynamicznych, gdyż dysponowałem wtedy jedynie fotograficznym aparatem analogowym Zenit 12.

Każdy, kto minogi zna, powie: nic wielkiego, łapać nie można, są pod ochroną... Jednak szybko przejrzawszy różne internetowe fora wędkarskie zorientować się można, że minoga żywego niewielu widziało, i niewielu wie o nim więcej niż w atlasie napisano.

Cechą charakterystyczną minogów jest ich otwór gębowy w kształcie okrągłej przyssawki, uzbrojony w haczykowate wyrostki. Ponieważ nie mają szczęk, nie są to jeszcze zęby. Protozęby pojawiają się dopiero u konodontów - nieco młodszej ewolucyjnie grupie kręgowców. Minogi znane są już z osadów sprzed ponad 350 mln lat (dewonu) i w zasadzie bez większych zmian w budowie przetrwały do dzisiaj. Janvier (1997) wspomina nawet, że być może są starsze i pochodzą z syluru. Można je zatem traktować jako żywą skamieniałość, a ich obserwacje pozwalają wyobrazić sobie życie pierwszych kręgowców na Ziemi.

Charakterystyczne otwory skrzelowe i oczy minoga. Widać też okrągły otwór gębowy.

Oprócz charakterystycznego, okrągłego otworu gębowego, minogi mają na bokach tułowia, w pobliżu głowy siedem dziurek-otworów skrzelowych i pojedynczy otwór "nosowy" na szczycie głowy, umieszczony pomiędzy dużymi oczami. Otwór ten pełni u nich rolę "węchu". Pomimo dużych oczu, minogi widzą niezbyt wyraźnie, gdyż nie mają mięśni pozwalających na akomodację oka. Żyją w wodach morskich i lądowych, ale jaja składają zawsze w rzekach i strumieniach. Większość współczesnych minogów żyje raczej w chłodnych wodach strefy umiarkowanej półkuli północnej. Tylko dwa rodzaje występują na półkuli południowej. Większość swego życia minogi spędzają w stadium larwalnym (nawet do 7 lat). Wędrowne minogi morskie, po przeobrażeniu do stadium dorosłego wracają do morza, gdzie żyją rok lub dwa, by powrócić do rzek na tarło i zakończyć życie (Janvier, 1997).

Minogi morskie pasożytujące na palii jeziorowej (ryba łososiowata) (fot. USGS).

W stadium dorosłym większość minogów jest pasożytami ryb, do których przyczepia się swym otworem gębowym, wgryza wspomnianymi wyrostkami i zasysa krew, wpuszczając jednocześnie wydzielinę gruczołów uniemożliwiającą krzepnięcie krwi. Przylegają tak ściśle do ciała żywiciela, że cała wymiana gazowa - oddychanie - odbywa się przez otwory skrzelowe w obu kierunkach - woda jest wciągana i wypuszczana przez nie tam i z powrotem. Oprócz tego, wszystkie minogi mogą zjadać małe bezkręgowce.

Minóg pacyficzny "liżący kamień". Widać pojedynczy otwór nosowy (fot. Jeremy Monroe CC-BY)

Siła ssąca otworu gębowego pozwala minogom na wpływanie do rwących nurtów, gdzie nie dają się porwać wodzie przysysając się do kamieni na dnie. Mogą też podróżować w ten sposób przysysając się do ryb. Charakterystyczne obcałowywanie kamieni na dnie dało nazwę minogom. Łaciński termin Lampetra znaczy tyle co "liżący kamienie" (właściwie, jest to kombinacja łaciny i greki: lambere + petra). Minogi, jako przysmak kulinarny, znane i poławiane są od dawna. Ich populacja zaczęła się jednak gwałtownie kurczyć ostatnimi laty, głównie ze względu na zanieczyszczenie wód, które szczególnie dotyka larwy minogów. Pewnie dlatego, że larwy nie mają ssącego otworu gębowego i odżywiają się wyłapując drobinki z osadu, w którym są zagrzebane. W pewnym stopniu, do zaniku minoga przyczyniły się także budowle hydrotechniczne, które uniemożliwiły minogom wędrownym odbywanie tarła (Witkowski, 2010).

MINOGI W POLSCE

Obecnie w Polsce występują cztery gatunki minogów, reprezentujące trzy odrębne rodzaje: Eudontomyzon mariae (minóg ukraiński zwany też ukraińskim minogiem strumieniowym), Lampetra fluviatilis (minóg rzeczny), Lampetra planeri (minóg strumieniowy) oraz Petromyzon marinus (minóg morski) (Brylińska, 2000; Witkowski, 2010; Nowak et al., 2010). Minóg morski i rzeczny należą do minogów wędrownych (anadromicznych), zaś strumieniowy i ukraiński do rezydentalnych (Witkowski, 2010).

Minóg rzeczny (Lampetra fluviatilis) to najbardziej rozpowszechniony w Polsce bezżuchwowiec. Należy do minogów wędrownych, których stadium dorosłe żyje w morzu, a na tarło wpływa do rzek. Dorasta do 40 cm i to jego można najczęściej znaleźć w menu nadmorskich barów rybnych. W okresie tarła minóg rzeczny nie odżywia się, gdyż zanika u niego przewód pokarmowy. Ostatnio stwierdzono jego występowanie jedynie w północnej części Polski.

Minóg morski (Petromyzon marinus) jest chyba największym polskim minogiem. W cytowanej powyżej pracy odnotowano osobnika 90 cm o wadze 1.42 kg. O wędrownych minogach, rzecznym i morskim możecie poczytać więcej u Witkowskiego (2010).

Minoga ukraińskiego (Eudontomyzon mariae) opisano w Polsce po raz pierwszy 50 lat temu i w sumie najmniej o nim wiadomo. W trakcie obserwacji w terenie łatwo go pomylić z innymi minogami, więc być może jest go znacznie więcej niż do tej pory przypuszczano. Badania DNA wskazują też, że chyba powinien zostać wcielony do tego samego rodzaju co minóg rzeczny i strumieniowy czyli do Lampetra (Nowak et al., 2010).

MINÓG STRUMIENIOWY (Lampetra planeri)

Minóg strumieniowy, bohater tej notki, teoretycznie występuje w zasadzie w całej Europie, z wyjątkiem krajów bałkańskich takich jak Grecja, Chorwacja, Albania czy Serbia. Znajdowany jest w czystych, wartko płynących i dobrze natlenionych wodach potoków i małych rzeczek. Larwy minoga strumieniowego żyją zagrzebane w piaszczysto-mułowym osadzie, bogatym w detrytus roślinny. W Polsce odnotowano go na 22 stanowiskach podczas monitoringu w 2010 w dorzeczu Odry, Wisły (w tym nowe stanowisko w potoku Syhłowaty - Kukuła et al., 2008) i rzek przymorskich. Poza tym występuje także w Czarnej Hańczy (dorzecze Niemna) i Dzikiej Orlicy (dorzecze Łaby) (Marszał, 2011).

Larwa minogów zwana jest ammocoetes. Ta dość skomplikowana nazwa wzięła się stąd, że kiedyś larwy brano za osobny gatunek i nadano im łacińską nazwę Ammocoetes sp. Potem okazało się, że to jednak tylko stadium larwalne i w końcu przeobraża się w postać dorosłą minoga. Różnica w wyglądzie pomiędzy stadiami jest być może niewielka, ale znacząca. Larwa jest ślepa - ma oczy ukryte pod skórą - stąd też nazywa się ją ślepicą. Poza tym bywa większa od postaci dorosłej. W przypadku minoga strumieniowego larwa mierzy ok. 20 cm, zaś postać dorosła do 18 cm. Minóg strumieniowy  spędza jako larwa od 2.5 do 3.5 roku. Po tym okresie, w okolicach lipca ślepica rozpoczyna metamorfozę do postaci dorosłej i po przezimowaniu odbywa tarło. Po czym, jak wszystkie minogi zdycha.

Tarło minogów w dopływie Belnianki w 2003 r. (fot. Michał Stachacz).

Do tarła dochodzi gdy temperatura wody przekroczy 9^oC. W Polsce to akurat przełom kwietnia i maja. Właśnie dlatego Sławkowi Boberowi udało się wypatrzyć je w nurcie Kierdonki. W trakcie godów minogi są aktywne w ciągu dnia i tworzą dość liczne grupy. Poza tarłem unikają światła dziennego, więc tym bardziej trudne są do zaobserwowania. W trakcie godów samiec wykopuje w dnie niewielkie gniazdko, do którego później samica złoży ikrę. W tym czasie samice przyczepiają się otworem gębowym do kamieni leżących na dnie i czekają na samca, który podpłynąwszy owija się wokół samicy. Razem celują do wykopanej jamki, gdzie samica składa jaja a samiec oblewa je nasieniem. Składanie jaj trwa podobno kilka sekund.

Tarło minogów wypatrzone w 2003 r. w dopływie Belnianki (fot. Michał Stachacz)

CZERWONA KSIĘGA

Minogi w Polsce są ściśle chronione i wszystkie znajdują się na liście gatunków zagrożonych wyginięciem w Czerwonej Księdze Gatunków Zagrożonych (IUCN Red List) (Witkowski, 2001). W przypadku minogów strumieniowych nie ma jeszcze powodów do paniki, bo jak na razie jest to najniższy stopień zagrożenia - LC - Least Concern. Z raportu IUCN wynika, że sytuacja minogów w Polsce polepsza się. Jeszcze w 1996 r. ich stopień zagrożenia wyginięciem był wyższy - NT - Near Threatened. Populacja zwiększyła się prawdopodobnie wraz z polepszeniem się jakości wód powierzchniowych (oczyszczalnie ścieków, kanalizacja itd.), a stan monitorowanych siedlisk minoga strumieniowego jest wysokiej jakości i uzasadnia nadzieję przetrwania populacji (Marszał, 2011). 

Z drugiej strony Witkowski (2010) podkreśla stan najwyższego zagrożenia dla gatunków minogów wędrownych (anadromicznych), czyli minoga morskiego i rzecznego, porównując je z zagrożonymi rybami wędrownymi takimi jak troć wędrowna czy jesiotr bałtycki. Witkowski (2010) uważa, że minóg morski jest krytycznie zagrożony (CR) wymarciem. Minóg rzeczny, w zależności od rejonu jest gatunkiem zagrożonym (EN) lub w dorzeczu Odry krytycznie zagrożonym (CR). Jest to zatem jeden z najbardziej zagrożonych wyginięciem polskich kręgowców.

W raporcie IUCN brak danych z 1996 r. jedynie dla minoga ukraińskiego.

Majowa kanikuła sprzyja wędrówkom, więc jeśli będziecie w pobliżu wartko płynącego strumienia, zajrzyjcie w jego wody. Minogi strumieniowe najliczniej występują w dorzeczu górnej Wisły. Wyjątkowo liczną populację minoga strumieniowego stwierdzono w Białce (Białej Lelowskiej) płynącej przez Wyżynę Krakowsko-Częstochowską, gdzie stanowił ponad 48% ichtiofauny (Epler, 2005). Liczna populacja minoga strumieniowego występuje również w Czarnej Staszowskiej a zwłaszcza jej dopływie - Łukawce.

Minogi pewnie jeszcze mają swoje gody. Może uda Wam się spojrzeć w oczy zwierzątku, które nie zmieniło się od kilkuset milionów lat, na przekór Czerwonej Królowej.

ps. Jak zaznaczono wyżej minoga wypatrzył Sławomir Bober, a tekst powstał przy współudziale Michała Stachacza. 

Źródła:
Zdjęcie w nagłówku: Minóg pacyficzny fot. Dave Herasimtshuk CC-BY (naiad.org)

Brylińska, M. (red.), 2000. Ryby słodkowodne Polski. PWN, Warszawa, pp. 521.

Epler, P., 2005. Wojewódzki Program Ochrony Zasobów Wodnych dla województwa świętokrzyskiego ze szczególnym uwzględnieniem restytucji i ochrony ryb dwuśrodowiskowych, oraz przywrócenia możliwości wędrówek ryb. Urząd Marszałkowski Województwa Świętokrzyskiego. Departament Rozwoju Obszarów Wiejskich, Mienia i Geodezji.

Janvier, P., 1997. Hyperoartia. Lampreys. Version 01 January 1997 (under construction) in Tree of Life Web Project

Kukuła, K., Bylak, A., Wojton, A. & Tabasz, S., 2008. Nowe stanowisko minoga strumieniowego Lampetra planeri (Bloch, 1784) w dorzeczu górnego Sanu. Roczniki Bieszczadzkie 16: 425-428.

Marszał, L., 2011. Minóg strumieniowy Lamptera planeri (Bloch, 1784). Monitoring gatunków i siedlisk przyrodniczych ze szczególnym uwzględnieniem specjalnych obszarów ochrony siedlisk Natura 2000. Wyniki monitoringu.

Nowak, M., Szczerbik, P., Klaczak, A., Epler, P. & Popek, W., 2010. Diversity of lampreys and fishes of the Upper Vistula River drainage, Poland: present state and future challenges. AACL Bioflux 3(5):325-332.

Witkowski, A., 2001. Lampetra planeri (Bloch, 1784) Minóg strumieniowy. W: Głowaciński Z. (red). Polska czerwona księga zwierząt. Kręgowce. PWRiL, Warszawa, s. 325-327.

Witkowski, A., 2010. Anadromiczne minogi w Polsce: minóg morski Petromyzon marinus L. i minóg rzeczny Lampetra fluviatilis (L.) - stan i zagrożenia. Chrońmy przyrodę ojczystą 66 (2): 89-96

Czytaj więcej

Dzieci i ryby.. puszczają bąki

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

Czytaj więcej

O tym, jak niesporczaki i kleszcze zasiedlą kosmos

Kiedy mówimy o początkach życia na Ziemi i utkniemy w martwym punkcie, zawsze możemy podeprzeć się teorią panspermii, czyli pozaziemskiego pochodzenia życia. To taki nieładny wybieg, który niczego nie wyjaśnia, a jedynie pozwala nam przejść do rozważań nad ewolucją życia. Panspermia tylko przenosi nas w inne miejsce w Kosmosie, ale problemy powstania samoreplikujących się struktur organicznych pozostają nadal nierozwiązane. Mało tego, nie bardzo wiadomo, skąd to życie konkretnie miałoby przybyć do nas. Wobec braku perspektyw na jakąkolwiek kandydatkę - rodzicielkę życia, stwierdzono przewrotnie, że jedynym, znanym nam miejscem gdzie istnieje życie we Wszechświecie jest Ziemia, więc to ona będzie je rozsiewać. Taka odwrotna panspermia (Hara et al., 2012). Jak to możliwe?

Pomysł nie jest zupełnie nowy, ale tym razem Japończycy wyliczyli prawdopodobieństwo takiego zdarzenia. Oczywiście punktem wyjścia była 100% pewność, że życie znamy tylko na Ziemi, zatem stąd będzie wysyłane do innych planet. Żeby tam się dostało musi jednak pokonać przestrzeń międzyplanetarną, gdzie narażone będzie przede wszystkim na zabójcze promieniowanie kosmiczne. Gdy jednak wyposażymy nasze mikroorganizmy w jakąś osłonę, wtedy mogą się uchronić. Osłoną mogą być kilkucentymetrowe fragmenty skorupy ziemskiej wyrzucone w kosmos, czyli ziemskie meteory.

Krater Chicxulub na Jukatanie (rys. NASA)

Do takiej sytuacji może dojść podczas uderzenia w Ziemię dużej asteroidy, np. podobnej do tej, która przyczyniła się do wyginięcia dinozaurów pod koniec kredy, zostawiając nam krater Chicxulub na płw. Jukatan. Tę asteroidę Hara i in. (2012) wzięli do swoich obliczeń. Szacuje się, że miała ona ok. 10 km średnicy i ważyła biliony ton, więc wyrzuciła sporo materiału poza pole grawitacyjne Ziemi. Skrupulatni badacze wyliczyli, że w określonych warunkach na Europę - księżyc Jowisza mogło spaść 300 milionów kawałków skorupy Ziemi, a na Enceladus - księżyc Saturna 500 milionów! Oczywiście na Marsa i Księżyc jeszcze więcej.

Na tym nie koniec teorii odwróconej panspermii. Meteory wyrzucone z Ziemi mogły także opuścić Układ Słoneczny i dotrzeć do którejś z pobliskich gwiazd, np. Gliese 581, czerwonego karła oddalonego od nas o 20 lat świetlnych. Wokół tej gwiazdy istnieje ekosfera z planetą na której może występować woda w stanie płynnym. Hana z kolegami wyliczyli, że ok. 1000 meteorów mogło dolecieć do tej planety w ciągu miliona lat, więc życie przyniesione z Ziemi miało ponad 60 mln lat żeby dostosować się do tamtych warunków (lub nie).

To jeszcze nie koniec. Prawie równolegle z wyliczeniami Japończyków ukazały się artykuły o niezwykłych kleszczach (zresztą też z Japonii) oraz o jajach niesporczaków.

Kleszcz pospolity Ixodes ricinus (fot. Bartłomiej Bulicz CC-BY-SA)

Zacznę od kleszczy (Ishigaki et al., 2012). Kleszcze pozbierano w parku, po czym wsadzono pod mikroskop skaningowy i sfilmowano jak ruszały odnóżami. Potem wyjęto, włożono do pojemnika i one nadal żyły! Kleszcze przeżyły ciśnienie wysokiej próżni 0.0015 Pa oraz wiązkę elektronów, bodajże 1.5 kV (czyli taka sieć średniego napięcia)!. Warunki porównywalne z przestrzenią kosmiczną.

Dorosły niesporczak (fot. Goldstein lab - tardigrades CC-BY-SA)

A teraz niesporczaki (Tardigrada). To pierwsze zwierzaki które wystawiono za okno sondy kosmicznej, która przez 10 dni krążyła dokoła Ziemi. Przeżyły. Jednak w przeciwieństwie do kleszczy, niesporczaki wysuszono i krążyły wokół Ziemi jako mumie. Po powrocie, z powrotem je nawodniono i dopiero wtedy ożyły. Kleszcze cały czas były obserwowane na żywca .

Jaja niesporczaków. Po lewej mumia, po prawej nawodnione (skala 0.1 mm)
(fot.  Horikawa et al., 2012)

Jednak nie dano spokoju niesporczakom (znowu Japończycy, Horikawa et al., 2012). Zabrano się za ich jaja. Okazało się, że niesporczaki mają zdecydowanie 'twarde jaja' (ale po wysuszeniu). Ponad 70% takich pozbawionych wody jaj przetrwało temperaturę -320^oF (-196^oC) i +122^oF (+50^oC). Przetrwały też 1690 Gy promieniowania! Człowiek nie przeżyje nawet procenta takiej dawki w ciągu dnia.

Hara et al. (2012) postulują nawet ideę, że życie mogło przy pomocy meteorów przeskakiwać z jednych układów planetarnych do innych. Czyli jednak panspermia.. Autorzy wyliczają, że życie mogło powstać ok. 10 mld lat temu gdzieś w naszej Galaktyce, a potem we fragmentach meteorów włączonych w jądra komet podróżować w Kosmosie, by ostatecznie trafić na Ziemię jakieś 4.5 mld lat temu. Im dłużej o tym myślę, tym bardziej mnie to fascynuje. Nie zdziwiłbym się, gdyby któregoś dnia okazało się, że eksplozja kambryjska, czy fauna z Ediacara to też efekt panspermii ;)

Na koniec już, wypada wspomnieć, że najbardziej odporne na wszystko są bakterie. Potrafią przetrwać promieniowanie 5000 Gy. I to pewnie one towarzyszyć będą niesporczakom i kleszczom w opanowywaniu kosmosu.

Źródła:
Horikawa, D., Yamaguchi, A., Sakashita, T., Tanaka, D., Hamada, N., Yukuhiro, F., Kuwahara, H., Kunieda, T., Watanabe, M., Nakahara, Y., Wada, S., Funayama, T., Katagiri, C., Higashi, S., Yokobori, S., Kuwabara, M., Rothschild, L., Okuda, T., Hashimoto, H., & Kobayashi, Y. (2012). Tolerance of Anhydrobiotic Eggs of the Tardigrade to Extreme Environments Astrobiology DOI: 10.1089/ast.2011.0669

Ishigaki, Y., Nakamura, Y., Oikawa, Y., Yano, Y., Kuwabata, S., Nakagawa, H., Tomosugi, N., & Takegami, T. (2012). Observation of Live Ticks (Haemaphysalis flava) by Scanning Electron Microscopy under High Vacuum Pressure PLoS ONE, 7 (3) DOI: 10.1371/journal.pone.0032676

Tetsuya Hara, Kazuma Takagi, & Daigo Kajiura (2012). Transfer of Life-Bearing Meteorites from Earth to Other Planets Journal of Cosmology, 7(2010), 1731 arXiv: 1204.1719v1

Bardzo fajny wpis o kleszczu pod SEM na blogu Szescstopni

Zdjęcie w nagłówku: eviloars CC-BY-SA (flickr.com)

Czytaj więcej

Wypalanie traw i dinozaury w płomieniach

Sezon wiosennego wypalania traw w pełni. Strażacy dwoją się i troją, a my w wolnych chwilach możemy zająć się pożarami w czasach dinozaurów, czyli w mezozoiku. Pożary na Ziemi są tak stare jak lądowa materia organiczna i tak powszechne jak stężenie tlenu. Zależność jest prosta - im więcej tlenu, tym częstsze pożary. W dziejach Ziemi mamy dwa takie okresy kiedy tego tlenu w atmosferze było znacznie więcej niż obecnie. Pierwszy to przełom karbonu i permu - koniec palezoiku, a drugi to koniec mezozoiku czyli kreda.

Tym razem przyjrzyjmy się kredzie (145 - 65 mln lat temu). Okazją do rozważań (oprócz wiosennego wypalania traw) są dwa świeżutkie artykuły: Marynowskiego (2012) oraz Brown i innych (2012). Oba dotyczą pożarów mezozoicznych choć Brown et al. (2012) skupiają się głównie na kredzie. Kreda, znana ze swego specyficznego cieplarnianego klimatu, jest też okresem kiedy stężenie tlenu było o wiele wyższe niż obecnie. Nie ma zgody co do konkretnej wartości stężenia tlenu, ale spośród wielu danych, wszystkie wskazują na więcej niż 21% pod koniec kredy. Skrajnie wartości przyjmują nawet ponad 30% (Brown et al., 2012), ale są pewnie przesadzone (patrz komentarze poniżej).

Przy takim stężeniu tlenu temperatura samozapłonu jest bardzo niska. Poza tym palić się może prawie wszystko co rośnie na ziemi. Nawet roślinność bagienna. Istny raj dla wypalaczy traw, których jednak brakowało w kredzie. W kredowym klimacie cieplarnianym nie byli jednak potrzebni. Temperatury były znacznie wyższe niż obecnie, zatem niewiele brakowało do samozapłonu. Poza tym klimat był o wiele bardziej niestabilny, więc wyładowania atmosferyczne były znacznie częstsze. I to one wzniecały pożary.

Spopielone liście paproci kredowych (Brown et al., 2012)

Okazuje się, że pożary roślinności były normą pod koniec kredy. Spośród wielu stanowisk osadów lądowych z tego okresu znaleziono mnóstwo węgli drzewnych i popiołów świadczących o tym, że stale coś musiało się palić. Częste pożary pełniły wieloraką funkcję w złożonym ekosystemie kredowym.

Po pierwsze, ogień zużywa sporo tlenu, więc jego stężenie było niejako kontrolowane częstotliwością pożarów. Taki mechanizm samoregulacji. Z drugiej strony pożary sieją spustoszenie wśród pokrywy roślinnej przyspieszając erozję. Przy często zdarzających się burzach i wezbraniach wody, ten mechanizm powoduje częste powodzie. Prowadziło to do wypłukiwania wielu związków mineralnych i odprowadzania ich do oceanu, co z kolei powodowało wzrost produkcji organicznej w morzach. Stąd tak popularne w kredzie czarne łupki bogate w węglowodory - obecnie główne złoża ropy i gazu ziemnego. Dowody na takie właśnie środowisko życia dinozaurów przynoszą analizowane sekwencje osadowe z węglami drzewnymi.

Wody powodziowe tuż po pożarze niosą mnóstwo spopielonej materii organicznej (Brown et al., 2012)

Kreda jawi się jako świat płomieni, które prawdopodobnie były również motorem napędzającym ewolucję roślin okrytozalążkowych. Dinozaurom nie było lekko. Musiały walczyć z dymem i ogniem, podobnie jak dzisiejsi strażacy. Tyle, że one miały małe mózgi i nie miały wyboru. Czy jest jakaś analogia pomiędzy nimi a wiosennymi podpalaczami?

Źródła:
Marynowski, L. (2012). Mezozoiczne pożary - ich rozprzestrzenienie i znaczenie w trakcie zdarzeń globalnych Przegląd Geologiczny 60 link
Brown, S., Scott, A., Glasspool, I., & Collinson, M. (2012). Cretaceous wildfires and their impact on the Earth system Cretaceous Research DOI: 10.1016/j.cretres.2012.02.008

Fot. w nagłówku: John McColgan PD


[Edit] Ponieważ szablon blogu przyciął komentarze i sporo informacji umknęło, pozwolę sobie wkleić poniżej całą dyskusję, łącznie z poprawionymi linkami do cytowanych artykułów. Myślę, że dzięki Wam komentującym post zyskał bardzo dużo [MK] 


makroman pisze...

Moje wątpliwości co do płomiennego przyspieszacza erozji zlikwidowało by znalezienie skamieniałości świadczących o spopielaniu także korzeni.

Co do reszty to zgoda

12 kwietnia 2012 09:32

Mariusz Kędzierski pisze...

Zakładam, że palą się tylko nadziemne części roślin. Po pożarze, kiedy nie ma pokrywy roślinnej znacznie obniża się tzw. warstwa graniczna, więc wiatr z łatwością może wysuszać i wywiewać cząstki gleby. Tylko w przypadku bardzo wysokich temperatur podziemna część będzie uwęglona.
Poza tym, zanim powróci wegetacja, woda z ulewnych deszczów wymyje ziemię razem z korzeniami niespalonych roślin. To może działać tak jak wyrąb lasów, gdzie korzenie drzew zostają w glebie.
Dla mnie to spojrzenie na kredę pokazuje po raz kolejny, że dogmat o aktualiźmie jest mocno przereklamowany :)

12 kwietnia 2012 10:39

Tomasz Skawiński pisze...

Późnokredowe "wypalanie" (czyli po prostu pożar) traw (oczywiście z dinozaurami w tle) to bardzo prawdopodobny obrazek, ale pamiętam dobrze, jak jeszcze całkiem niedawno mówiono, że żadne dinozaury nie mogły jeść trawy (ani tym bardziej wypalać), bo ta powstała dopiero 40 mln lat temu.

Druga refleksyjka, tym razem co do klimatu kredowego. Powszechnie przyjmuje się, że był to okres cieplarniany - i faktycznie, większa część kredy rzeczywiście cechowała się znacznie wyższymi temperaturami niż obecnie, ale istniały też okresy, kiedy średnia roczna temperatura prawdopodobnie nie przekraczała ok. 10 °C (choć to i tak cieplej niż współcześnie w Polsce), jak miało to miejsce we wczesnej kredzie na terenach dzisiejszej prowincji Liaoning (gdzie indziej pewnie też, ale jakoś się tym nie interesowałem). Pewnie nawet padał tam śnieg, a i pożarów nie było zbyt dużo :)

12 kwietnia 2012 23:44

Arctic Haze pisze...

Co do klimatu kredy, to był on chłodny tylko z początku. Była w literaturze przedmiotu dyskusja czy na granicy jury z kreda nie było epoki lodowej. Dowodami na jej istnienie miały być kamyczki (dropstones) gubione przez góry lodowe w osadach morskich wysokich szerokości geograficznych i chyba jakieś mniej lub bardziej wątpliwe moreny ("podejrzane" gliny zwałowe). W sumie wygląda na to, że były aktywne lodowce ale nie było lądolodu. Czyli było cieplej niż w chwili obecnej gdy mamy Antarktydę i Grenlandię pod lodem. A potem było już tylko cieplej (chociaż Bornemann i inni 2008 http://dx.doi.org/10.1126/science.1148777 próbowali się doszukać krótkiej epoki lodowej 91,2 mln lat temu). Artykuł przeglądowy na ten temat to Price 1999 "The evidence and implications of polar ice during the Mesozoic", Earth-Science Reviews 48 1999 183–210.

Mam też wątpliwości co do tych 30% tlenu w kredzie. Stwierdzenie takie pada we wpisie: "Skrajnie wartości przyjmują nawet ponad 30% (Brown et al., 2012)". Problem w tym, że artykuł Brown et al. 2012 nie powinien być źródłem tego stwierdzenia. W abstrakcie jest tam napisane: "This increased fire activity has been linked to elevated atmospheric oxygen concentrations, predicted as in excess of 21% throughout this period and 25% during some stages". Czyli nie 30%, a 25% - a i to w porywach. Co ciekawe w tekście artykułu nie pada nawet 25%, a raczej "trochę ponad 21%". Oto co piszą o tym:

"Models have varied in their predictions of Cretaceous atmospheric oxygen concentration (Berner et al., 2003; Bergman et al., 2004; Berner, 2006, 2009; Glasspool and Scott, 2010)(Fig. 1 ). Berner (2009) predicted levels below present until the Albian, rising just above 21% thereaf ter. Bergman et al. (2004) predicted levels significantly above present throughout the Cretaceous but reaching their highest during the Cenomanian. Similarly, Glasspool and Scott (2010) predicted levels above present throughout the Cretaceous but more moderately so and peaking at about the Albian e Cenomanian transition".

Te 30% występują jedynie na wspomnianym rysunku (Fig. 1). Wygląda na to, że Glasspool i Scott 2010 rekonstruują wartości miedzy 25% a 30% przez kilka milionów lat w środkowej kredzie, a bardzo zgrubna rekonstrukcja Bergman i inni 2004 http://lgmacweb.env.uea.ac.uk/ajw/Reprints/Bergman_Lenton_Watson_AmJSci_2004.pdf nawet ponad 30%. Jednk u nich ta ich nadwyżka istnieje nadal w trzeciorzędzie co raczej wygląda na błąd ich modelu COPSE niż na rzeczywistość. Ich model ma inne podejrzane wyniki, jak na przykład brak spadku koncentracji tlenu na granicy permu i triasu, o którego wpływie na ewolucje kręgowców tak przekonywająco pisze Peter D. Ward w swojej książce "Out of thin air" (polecam!).

Fakt nie komentowania tych wartości w artykule oraz pewna rozbieżność miedzy abstraktem a treścią artykułu świadczą moim zdaniem o tym, że recenzent (był może sam Berner) kazał im poskromić entuzjazm bo tak naprawdę ta nadwyżka tlenu w kredzie mieści się w granicach błędu metod rekonstrukcji na podstawie modeli biogeochemicznych.

Zatem radziłbym poprawić te 30% we wpisie bo to budzi niepotrzebną sensację w sytuacji gdy tak naprawdę nie wiemy o ile, a nawet czy w ogóle koncentracja tlenu była wtedy wyższa(ja bym napisał, że "prawdopodobnie była nieco większa niż dzisiaj", mniej więcej jak Brown i inni w tekście swego artykułu).

13 kwietnia 2012 09:09

Mariusz Kędzierski pisze...

@Tomasz Skawiński: Trawy to raczej w kredzie nie jadły, analogia dotyczyła pożarów, które co roku o tej porze otaczają mnie, więc poczułem się przez chwilę jak te dinozaury w kredzie. Z drugiej strony, parę lat temu ukazał się art. (ale nie pamiętam już gdzie) i późnokredowym dino znalezionym w Indiach, który miał w przewodzie pokramowym coś co wyglądało na roślinę spokrewnioną z ryżem. Miał to być dowód na to, że już w kredzie mogły być pierwsze trawy (zapewne niezbyt jeszcze powszechne).

13 kwietnia 2012 10:26

Mariusz Kędzierski pisze...

@Arctic Haze: Debata o klimacie kredy pewnie będzie jeszcze powracać nie raz. Ostatnio ukazał się art. Follmiego o klimacie wczesnej kredy w którym autor pisze: "Early Cretaceous climate oscillated between “normal” greenhouse, predominantly arid conditions, and intensified greenhouse, predominantly humid conditions" (Cretaceous Research 35:230-257). Jak widać, nie wspomina o zlodowaceniach. Raczej przeciwnie. Z całego mezozoiku trias wydaje się najchłodniejszy, zaś na przełomie keloweju i oksfordu Dromart et al (2003) postulują 2 mln epokę lodowcową. W kredzie rzekome dropstony znajdowano również w angielskim chalku, ale dopóki sam nie zobaczę tego na własne oczy nie uwierzę. Widziałem już takie dropstony w turonie, które później okazały się debrytami (spływy gęstościowe - debris flow).
Co do wartości tlenu, w istocie, napisałem na podstawie fig. z art. Brown, ale te wartości Bernera jednak funkcjonują w obiegu (patrz np.: Nick Lane "Tlen. Cząsteczka, która stworzyła świat", Prószyński i s-ka, ISBN 83-7337-936-3, również gorąco polecam), zaznaczyłem w tekście, że są to skrajne wartości (nawet), więc chyba dobrze się zabezpieczyłem :) W moim odczuciu, rzeczywiście, te 30% to bardzo dużo, i jak pisze Lane: "w 25% stężeniu nawet wilgotna materia organiczna spala się z łatwością"; więc 30% to paliłoby się wszystko, łącznie z tropikalnymi lasami. Z drugiej strony, cytowany Marynowski podaje dla późnej kredy wartości % tlenu niewiele różniące się od obecnych (w skrajnych przypadkach 23-24% wg krzywej Bernera z 2009) i twierdzi, że do wzniecenia pożaru roślinności wegetatywnej potrzeba conajmniej 545 st. C.
A propos pożarów w historii Ziemi polecam też art Bowmana i in. 2009 (tak, tak, to ten od słoni w Australii).

13 kwietnia 2012 10:58

makroman pisze...

1 - zawartość tlenu w "kredowej" atmosferze to rzecz dla wydźwięku artykułu kluczowa.
2 - jeśli istotnie sięgała ona 30% MUSI to mieć odzwierciedlenie w budowie ówczesnego życia i w taki sposób powinno buc weryfikowane.
3 - to czy płonęły trawy czy paprotniki nie ma większego znaczenia, te drugie palą się podobnie, jednak ze względu na inną budowę przyziemnych partii roślin inaczej będzie ich dopalania przebiegało- trawy po prostu spalą się i zgasną, nie naruszając korzeni, zaś paprotniki będą tliły się niczym papierosy - stąd moje wcześniejsze pytanie. W atmosferze 30% tlenowej nastąpi krótki gwałtowny quasi wybuch, opalenie części nadziemnych i samoczynne wygaśniecie, znacznie groźniej jest w atmosferze uboższej, zamiast "fuknięcia" mamy intensywne spalanie które uszkadza również system korzeniowy - czyli faktycznie wpływa na przyspieszenie erozji.
4 - teza o pożarach regulujących stężenie O2 w powietrzu, jest co najmniej problematyczna.

13 kwietnia 2012 11:47

Mariusz Kędzierski pisze...

Zacytuję Lane'a: "Jak wiemy, zawartość tlenu w powietrzu może wzrastać tylko wtedy, gdy ilość tlenu produkowanego w reakcji fotosyntezy przewyższa ilość tlenu zużywanego w procesach oddychania oraz utleniania skał i gazów pochodzenia wulkanicznego. Dzieje się tak, kiedy duże ilości materii organicznej zostają wyłączone z obiegu. Szczątki organiczne odcięte od dopływu powietrza nie ulegają utlenieniu, nie zamieniają się w dwutlenek węgla, a nieużyty tlen pozostaje w stanie wolnym. A ponieważ jak wspomniałem, zwęglone drzewa łatwiej wyłączyć z obiegu materii niż zwyczajny martwy materiał roślinny, ostatecznym wynikiem pożarów jest wzrost ilości odłożonego w ziemi węgla i w efekcie wzrost poziomu tlenu w powietrzu. To z kolei jeszcze bardziej zwiększa prawdopodobieństwo pożaru i w konsekwencji ilość tlenu wzrasta, aż do zniszczenia życia na lądzie. Dopiero wtedy gdy ustanie fotosynteza roślin lądowych, poziom tlenu zacznie powoli spadać [..]" itd.
Ten mechanizm jest nieco uproszczony do do redukcji poziomu tlenu włącza się jeszcze roślinny enzym rubisco, ale w tak to właśnie wygląda.
Raz uruchomiony mechanizm przy przekroczeniu progu tzw. okna ognia, zdaje się byc samonapędzający, więc nie dziwi mnie, że pod koniec kredy te stężenia mogły być duże i pożary częste (aż do wymierania pod koniec kredy).

13 kwietnia 2012 14:13

Mariusz Kędzierski pisze...

I jeszcze dodam, że współcześnie martwe drewno wraca do obiegu dopiero po kilkudziesięciu latach. Jeśli zostanie zwęglone do postaci węgla drzewnego, to dopiero w piecu :)
Widać to na przykładzie węgli karbońskich, gdzie większość węgla pochodzi z węgli drzewnych. To jest potężny mechanizm wyłączania węgla z obiegu.
Co do odpowiedzi świata organicznego na wysokie stężenie tlenu, to Brown i koledzy stwierdzili, że właśnie to głównie wpłynęło na rozwój roślin okryzalążkowych.

A być może przyczyniło się też do upowszechnienia się latania wśród ptaków (gęstość powietrza), być może też gigantyzm wśród dinozaurów był tym spowodowany. Pospekulować zawsze można :)

13 kwietnia 2012 14:26

Tomasz Skawiński pisze...

@Mariusz Kędzierski: Artykuł o "trawiastych koprolitach" tytanozaura z mastrychtu był w Science (Prasad i in. 2005; http://www.cerealsdb.uk.net/CerealsDB/Documents/PDFs/Dinosaur_coprolites_and_the%20_early_evolution_of_grasses_and_grazers.pdf). Autorzy sugerują, że trawy wyewoluowały jeszcze zanim Indie oddzieliły się od reszty Gondwany (jeśli tak, to całkiem sporo dinozaurów mogło mieć z tymi roślinami kontakt), na co miałaby wskazywać obecność przedstawicieli co najmniej pięciu współczesnych kladów traw.

13 kwietnia 2012 15:05

Mariusz Kędzierski pisze...

Własnie! O ten artykuł mi chodziło. Byłem pewien, że będziesz wiedział :)

13 kwietnia 2012 15:11

Mariusz Kędzierski pisze...

Przepraszam Czytelników i Komentujących jeśli Wasza przeglądarka obcina komentarze z prawej strony. Mam wrażenie, że jest to spowodowane wklejaniem długich linków (dłuższych niż szerokość kolumny). Szablon bloggera nie jest w stanie podzielić takiego linku, więc rozszerza kolumnę komentarza poza ramkę. Żeby uniknąć takiej sytuacji można linki zapisywać w postaci kodu htmla href=, wtedy powinno być dobrze i ułatwi to korzystanie z linków (będą "klikowalne").

13 kwietnia 2012 15:26

 Tomasz Skawiński pisze...

Oj, więc to chyba moja wina :( Przepraszam i obiecuję poprawę w przyszłości.
Nie ma możliwości edytowania komentarza? Nawet dla moderatora/administratora?

13 kwietnia 2012 15:57

 makroman pisze...

Biorąc pod uwagę iż lwia cześć tlenu "produkowana" jest w morzach i oceanach (teraz tak jest i nie ma żadnych przesłanek by uważać że wtedy było inaczej)argumentacja Lane'a jest co najmniej wątpliwa.
to samo się tyczy "magazynowania" węglą w spalonym drewnie...

Od siebie dodam iż tak węgiel drzewny jak i kamienny w momencie kontaktu z tlenem ulegają samoczynnemu procesowi utleniania. czasami na skutek tego dochodzi do samozapłonów, natomiast składowane na hałdzie z biegiem czasu wyraźnie tracą na kaloryczności.
Inaczej mówiąc do odłożenia węgla dochodzi w wyniku zasypań, lawin błotnych, gwałtownych powodzi (namuł) w przeciwnym wypadku - spalone czy nie i tak stosunkowo szybko ulega procesom redukcji.

13 kwietnia 2012 16:03

 Mariusz Kędzierski pisze...

Nie, to nie Twoja wina, tylko szablonu bloggera :)
Juz kiedyś zdarzył mi się taki przypadek, ale wtedy nie wiedziałem dlaczego. Teraz też nie wiem na 100% ale domyślam się, że to o to chodzi.
Komentarze jak na razie nie są moderowane, nie było takiej potrzeby, a po opublikowaniu już można je tylko usunąć lub oznaczyć jako spam.
Ale może to jest jakaś myśl, z tym moderowaniem, hm..
Trzymaj się i nie zniechęcaj do dalszych komentarzy, proszę :)

13 kwietnia 2012 16:04

 Mariusz Kędzierski pisze...

@makroman: martwe drewno potrzebuje w naszym klimacie kilkudziesięciu lat aby się rozłożyło, węgiel drzewny jeszcze więcej.
Węgle kamienne na Ziemi nie tworzyły się zawsze, ale własnie w okresach zwiększonej zawartości tlenu (głownie karbon-perm oraz kreda-paleogen). Szybkie, czyli przed rozłożeniem drewna (węgla drzewnego), pogrzebanie jest warunkiem koniecznym, ale niewystarczającym.

13 kwietnia 2012 17:29

Tomasz Skawiński pisze...

Jeśli tylko będę miał coś ciekawego do napisania ;)

13 kwietnia 2012 17:41

Czytaj więcej