Kokolitofory - mali bohaterowie mórz i oceanów

Kokolitofory (Coccolithophores), to tajemnicze morskie żyjątka, które wpływają na klimat na Ziemi bardziej niż Wam się wydaje.

Ciepłe bajorko Darwina

Wygląda na to, że Darwin i tym razem miał rację. Ciepłe bajorka w pobliżu źródeł hydrotermalnych są lepszym środowiskiem do powstania życia niż okolice dna oceanów w pobliżu tzw. ventów

Mech i wielkie wymieranie

Pierwsze mchy pojawiły się na lądzie w ordowiku. Uruchomiona przez nie reakcja hydrolizy krzemianów doprowadziła do zlodowacenia i wielkiego wymierania.

Zagłuszanie oceanu

Ocean pełen jest dźwięków. Trzęsienia ziemi, wybuchy wulkanów i odgłosy zwierząt. Coraz częściej jednak słychać hałas ludzkich urządzeń. Hałas, który zabija wieloryby.

Kleszcze i niesporczaki w kosmosie

Nie są tak odporne jak bakterie, a jednak. Niesporczaki i kleszcze są w stanie przetrwać podróż międzygwiezdną i zasiedlić kosmos.

poniedziałek, 19 grudnia 2011

Jowisz czyli gwiazda wigilijna

Zbliżają się święta Bożego Narodzenia i tak się jakoś składa, że nawet najwięksi ateiści czy innowiercy w przeddzień tych świąt zasiadają do stołu wigilijnego. Zanim to jednak uczynią, wypatrują przez okno pierwszej gwiazdy na niebie, aby dać sygnał do wieczerzy. I tradycyjnie, większość uważając, że widzi pierwszą gwiazdę na wigilijnym niebie, jest w błędzie. Tej nocy bowiem Jowisz, największa planeta Układu Słonecznego, jest najjaśniejszym obiektem na niebie (oprócz Księżyca). Do końca stycznia Jowisza można łatwo wypatrzeć na południowym niebie, niezbyt wysoko nad horyzontem.
Jowisz jest planetą niezwykłą. Mało tego, wszystko wskazuje na to, że jest planetą bez wnętrzności czyli bez wewnętrznego, metalicznego jądra. Pewnie dlatego, że Jowisz, podobnie jak biesiadnicy przy wigilijnym stole, miał spory apetyt i skonsumował własne jądro.
Jowisz jest ogromny. Waży dwa razy więcej niż wszystkie pozostałe planety Układu Słonecznego. Jest nazywany gazowym olbrzymem, gdyż zbudowany jest głównie z wodoru i helu, które w warunkach ziemskich są gazami.
Jednak na Jowiszu na skutek olbrzymiego ciśnienia gazy te przeszły w stan płynny o cechach metalu. Do tej pory uważało się, że płynny wodór i hel otaczają jądro Jowisza zbudowane z żelaza, skał i lodu. Jądro miało być jednak niewielkie. Szacowano, że Jowisz stanowi 318 mas Ziemi, podczas gdy jądro tylko 10 mas.

Tak sobie wyobrażaliśmy wnętrze Jowisza. Widać małe, stałe jądro zbudowane z żelaza, skał i lodu. W rzeczywistości Jowisz może być w zupełności płynny wewnątrz (NASA R.J. Hall Public Domain)
Nasze wyobrażenia o wewnętrznej budowie Jowisza były jednak tylko zgrubnymi kalkulacjami. Warunki panujące we wnętrzu Jowisza są ekstremalne. Panuje tam temperatura większa niż na powierzchni Słońca (ok. 16 tys. K) i ciśnienie rzędu 40 mln atmosfer. Póki co, nie można takich warunków odtworzyć laboratoryjnie, więc posłużono się mechaniką kwantową.

W obliczeniach wzięto pod uwagę stan w jakim musiałby znajdować się główny składnik skał jądra Jowisza, czyli tlenek magnezu (MgO). Wyniki pokazały, że w takich warunkach jądro Jowisza jest płynne. Z tym, że na początku tworzenia się Jowisza jądro było stałe, a z czasem, właśnie pod wpływem rosnącej temperatury i ciśnienia, upłynniło się (Wilson & Militzer, 2011).
Wykres pokazujący pole w jakim znajduje się jądro Jowisza i Saturna (na osi pionowej temperatura, na poziomej ciśnienie) (militzer.berkeley.edu)
Pozostało pytanie, czy konwekcja w zewnętrzych warstwach płynnego wodoru i helu jest na tyle silna, że wciągnęła upłynnione jądro Jowisza do swego obiegu, czy też rozmyła się jedynie granica pomiędzy jądrem a otoczką? Być może odpowiedź przyniesie sonda NASA Juno, która za 5 lat doleci do Jowisza, aby zmierzyć jego pole grawitacyjne.
No i naturalnie, rodzi się pytanie jak to jest z jądrem w innych planetach? Być może po wstępnym etapie grawitacyjnego zbierania materii stałej w centrum planety dochodzi do tak wysokich ciśnień i temperatury, że jądra się upłynniają? I wszystkie planety konsumują swoje wnętrza? Smacznego :)

ps. 24 grudnia 2011 roku Księżyc będzie w nowiu (czyli nie będzie go widać na niebie), a o miano gwiazdy wigilijnej z Jowiszem walczyć może także Wenus, która będzie widoczna nisko nad horyzontem na wschodzie (tam skąd przyszli mędrcy). Wesołych Świąt!

Źródła:
Wilson, H., F. & Militzer, B. 2011. Rocky core solubility in Jupiter and giant exoplanets. arXiv:1111.6309v1
Ryc. w nagłówku: obraz Jana Matejki Mikołaj Kopernik Public Domain

czwartek, 15 grudnia 2011

Rozważania o oczach mozaikowych

Większość z nas ma oczy, a jeśli samodzielnie czyta ten tekst, to znaczy, że widzi i korzysta ze swego wzroku. Mało tego, większość organizmów zwierzęcych posiada jakieś-tam-oczy. Wzrok jest dla nich jednym ze sposobów na kontakt ze światem, na rozpoznanie otoczenia, wzrok wpływa na ich decyzje. Jak widać (no właśnie, widać) ten ewolucyjny wynalazek musi być bardzo pożyteczny, skoro jest tak powszechny.
Zawsze, kiedy myślę o umiejętności widzenia, przypomina mi się słynna kwestia wypowiedziana przez Czerwonego Kapturka "Babciu, a czemu Ty masz takie wielkie oczy?!". Znana wszystkim odpowiedź implikuje dwie zasadniczne postawy życiowe - patrzę i jestem widziany. Patrzący z reguły chce zobaczyć jak najwięcej, a widziany czasem chce być widoczny, czasem nie.
Jak pisze Richard Dawkins, oczy są tak oczywistą konsekwencją rozwoju życia na Ziemi, że pojawiały się w toku ewolucji wiele razy, niezależnie od siebie, u różnych grup organizmów. I mimo, że służą do tego samego, czyli do rejestrowania fotonów, realizują to w różny sposób. Dawkins twierdzi, że jest dziewięć typów oczu, jednak najbardziej popularne typy to oczy pęchęrzykowe i oczy złożone czyli mozaikowe.
W oko pęcherzykowe wyposażona jest większość kręgowców, w tym człowiek, i na temat oka ludzkiego wiemy chyba wszystko. Nieco mniej wiemy o oczach złożonych, typowych dla stawonogów, chociaż należą do najstarszych oczu jakie znamy z materiału kopalnego. Nowych danych o sposobie widzenia i powstaniu oka mozaikowego dostarczają znaleziska kambryjskich anomalokaridów (Paterson et al., 2011), morskich drapieżników sprzed ponad 500 mln lat, wyposażonych właśnie w takie oczy.

Anomalokaris w nieco bajkowej scenerii
spożywa trylobita (Apokryltaros GNU FDL)
O anomalokaridach pisałem już wcześniej (tutaj). Dla przypomnienia dodam tylko, że były to największe drapieżniki środkowokambryjsko-wczesnoordowickie (czyli ok. 520-480 mln lat temu), stojące na szczycie drabiny pokarmowej ówczesnych mórz. Uważane są za jedne z najstarszych drapieżników, ale ich pozycja taksonomiczna jest niejasna. Wszystko wskazuje na to, że spokrewnione są ze stawonogami. Anomalocaris należał do swobodnie pływającego nektonu, polował więc wybierając sobie ofiarę z otoczenia. Do tego służyły mu oczy złożone (ang. compound eyes), podobne do oczu współczesnych stawonogów.


Fig. 1. Budowa oka złożonego, elementy
omatidium: 1- fasetki soczewek; 2- stożek;
3- komórki wzrokowe; 6- wypustka nerwowa.


Oko złożone współczesnych stawonogów  składa się z szeregu tubkowatych elementów rozmieszczonych najczęściej sferycznie. Taka pojedyncza tubka nazywa się omatidium i na zewnątrz zakończona jest soczewką skupiającą światło, które wpada do wypustki nerwowej na końcu omatidium przez lejkowatą tubkę (Fig. 1). Omatidiów w sferycznym oku mozaikowym może być bardzo dużo. Wypełniając sobą całą sferyczną powierzchnię, soczewki omatidiów przyjmują kształt sześciokątnych fasetek (stąd czasami oko złożone nazywa się okiem fasetkowym).
Rekordową chyba liczbę fastek mają ważki, wynosi ona ok. 30 tys. soczewek w jednym oku. Sporo, biorąc pod uwagę wielkość współczesnej ważki (Fig. 2).

Fig. 2. Oko mozaikowe ważki może składać się z 30 tys. fasetek
(Piet Spaans, CC-ASA-2.5 Generic License)
Ważną cechą oka złożonego jest to, że omatidia są od siebie oddzielone ściankami i każde rejestruje swój własny obraz. Ponieważ w większości przypadków oczy mozaikowe są sferyczne, dysponują bardzo szerokim polem widzenia (nawet 360 st.), co powoduje, że obrazy z sąsiednich fasetek mogą być bardzo rozbieżne. Dla drapieżników, takich jak ważki, ważne jest zatem, żeby tych soczewek było możliwie jak najwięcej.
Obraz z każdej wypustki nerwowej przetwarzany jest przez system nerwowy dając ogólny pogląd na otoczenie. Szybko poruszającym się owadom, przetwarzanie milionów obrazów w krótkim czasie, może sprawiać pewien problem. Na szczęscie dla nich, nie są to obrazy takie jak odbiera oko ludzkie.

Fasetki antarktycznego kryla
(Uwe Kils, GNU FDL)
Obraz nie jest zbyt ostry, ale za to oko mozaikowe rejestruje zmiany światła, jego intensywność i polaryzację, a niektóre oczy mozaikowe mają nieco większy zakres rejestracji widma niż oko ludzkie.

Oczy złożone występują u organizmów z przeróżnych środowisk, są więc w pewien sposób zróżnicowane. Ogólnie wyróżnia się dwa typy tworzenia obrazu: superpozycyjny i apozycyjny.
W typie apozycyjnym omatidium rejestruje tylko obraz, który tworzą promienie padające równolegle do ścian omatidium (prostopadale do fasetki).
Przy superpozycji omatidium rejestruje więcej promieni a obraz obiektu składany może być nawet z 30 sąsiednich fasetek. Organizm zyskuje na jasności obrazu, ale traci szczegóły (ostrość). Jak widać oko superpozycyjne jest dobre dla nocnych marków.

Jak zatem radzą sobie drapieżniki wyposażone w oczy złożone, np. takie jak wspomniany Anomalocaris? Otóż część omatidiów zorganizowana jest w sposób przypominający dołek środkowy siatkówki oka ludzkiego (łac. fovea centralis). Tam skupiane są promienie pochodzące z obiektu, którym właśnie się interesujemy. Obiekt jest widziany ostro, zaś otoczenie jest rozmazane. Np. w  oku ludzkim do dołka środkowego trafiają tylko 2 st. całości kąta widzenia. W oku mozaikowym takie obszary ostrego widzenia cechują się spłaszczeniem powierzchni oka, wtedy sąsiednie omatidia rejestrują ten sam obraz, co pozwala go wyostrzyć.

Oko złożone ma jeszcze jedną cechę, której pozbawione jest oko pęcherzykowe. Ma niesamowitą zdolność do rejestrowania jakiegokolwiek ruchu. Wspomniane ważki, potrafią rejestrować ruch ich niewielkich ofiar z odległości kilkunastu metrów, nawet jeśli same poruszają się z dużą prędkością.

I takie właśnie oczy miał kambryjski anomalokaris (Paterson et al., 2011). Badane oczy anomalokarisa sprzed 515 mln lat (środkowy kambr) wyglądały jak 2-3 banieczki osadzone na wystających z opancerzonej głowy nóżkach. Każde z oczu składało się z 16 tys. fasetek, zatem była to liczba zbliżona do współczesnych rekordzistów. Anomalokaris widział prawdopodobnie tak jak współczesne ważki, mógł więc szybko poruszać się w wodzie, rejestrując równocześnie ruchy potencjalnych ofiar, a skupiając na nich wzrok, uzyskać wyraźny obraz.

Fig. 3. Pozycja anomalokaridów (Radiodonta) wśród stawonogów (Paterson et al., 2011)
Badania oczu anomalokarisa pokazują, że w istocie, była to grupa wymarłych stawonogów i że wspólny przodek tej grupy oraz pozostałych stawonogów też był wyposażony w oczy (Fig. 3). Jak się wydaje oczy mogły powstać wcześniej niż zewnętrzny szkielet i związane są z rozwojem drapieżnictwa, które pojawiło się na przełomie prekambru i kambru.
Dobry wzrok to był jeden z motorów napędzających wyścig zbrojeń i eksplozję życia kambryjskiego.


Źródła:
Paterson, J., García-Bellido, D., Lee, M., Brock, G., Jago, J., & Edgecombe, G. (2011). Acute vision in the giant Cambrian predator Anomalocaris and the origin of compound eyes Nature, 480 (7376), 237-240 DOI: 10.1038/nature10689


Fot. w nagłówku Thomas Shahan CC-AA-2.0
Fig. 1. Wielka Encyklopedia Radziecka CC-AA-3 Unported License

środa, 7 grudnia 2011

10 najciekawszych nowych gatunków 2011 roku

Na Ziemi ciągle pojawiają się i znikają (wymierają) różne gatunki biologiczne. Różnica pomiędzy tempem ich pojawiania się i znikania pokazuje ogólne tempo zmiany bioróżnorodności. Jeśli więcej jest tych, które wymierają, bioróżnorodność spada i przy podobnym ogólnym trendzie w różnych środowiskach, ciągnącym się dość długo możemy mówić o ogólnym wymieraniu gatunków.
Dochodzi do tego jeszcze jeden aspekt. Nasza ogólna wiedza o liczbie gatunków, i tych kopalnych, i tych współczesnych. Jedyne co wiemy, to to, że tak naprawdę nie wiemy ile gatunków żyje i żyło na Ziemi. Co chwilę znajdujemy nowe gatunki zwierząt, roślin i grzybów, nie wspominając o bakteriach.
Zbliżający się koniec roku jest dobrą okazją do podsumowania najciekawszych i najważniejszych nowych gatunków opisanych w mijającym roku.

Oto nasze zestawienie Top 10 na liście najciekawszych nowych gatunków 2011 roku.

L. embryi
10. Potwór z dewońskich cieków
Laccognathus embryi - gatunek późnodewońskiej (ok. 375 mln lat temu) ryby znaleziony w arktycznej Kanadzie (czytaj także tu). L. embryi był drapieżnikiem czającym się wśród przybrzeżnych płycizn. Był uzbrojony w ostre zęby i niewielkie oczy, umieszczone z przodu czaszki. Jego silne grzbieto-brzuszne spłaszczenie powodowało, że był w stanie poruszać w bardzo płytkiej wodzie. To niewątpliwy król późnodewońskich cieków.

Eucalantica
(Sohn & Nishida, 2011)
9. Mikro ćmy z Kostaryki
Odkryte ćmy są stosunkowo małe i bardzo kolorowe. Byłyby dobrym środkiem transportu dla Calineczki. Rozpiętość skrzydeł nie przekracza 3 cm, a długość ciała 2 cm. Ćmy należące do rodzaju Eucalantica znaleziono w Kostaryce (m.in. E. costaricae; E. icarusella) i na pograniczu meksykańsko-amerykańskim (E. vaquero). Znaleziska sugerują, że zróżnicowanie ciem w środkowej Ameryce jest znacznie większe niż sądzono i odgrywają one znacznie większą rolę w zapylaniu kwiatów niż do tej pory uważano (Sohn & Nishida, 2011).

G. agassizii
8. Nowy żółw na bazie starego
Żółw ten znany był od dawna, bo od 1861 roku, kiedy to został opisany przez Jamesa G. Coopera jako pustynny żółw Agassiza Gopherus agassizii. Podobnie jak w przypadku ciem, nowych danych biologicznych dostarczyło pogranicze USA i Meksyku. Po przeanalizowaniu materiału DNA z żółwi zamieszkujących wspomniany obszar, okazało się, że te mieszkające na północ i zachód od rzeki Kolorado to jednak inne żółwie. Nazwano je Gopherus morafkai (Murphy et al., 2011). Tym samym szacowana do tej pory wielkość populacji żółwia Agassiza znacznie się zmniejszyła i stał się on gatunkiem zagrożonym.

7. Śmiejące się cykady
Gatunek cykad pochodzi z Filipin, a odkryty został podczas ekspedycji zorganizowanej przez naukowców z Kalifornijskiej Akademii Nauk. Cykady zamieszkiwały zbocza dwutysięcznika Banahaw i wydają dźwięki przypominające śmiech, który odstraszał okolicznych mieszkańców. Bali się zapuszczać w lasy porastające zbocza tego wulkanu na największej wyspie Filipin - Luzon, bo uważali, że śmiech pochodzi od leśnych krasnoludów (zapewne niezbyt sympatycznych). Gatunek nie ma jeszcze swojej biologicznej nazwy i czeka na opracowanie przez entomologów Ireneo Lita wraz z zespołem z filipińskiego uniwersytetu Los Banos .
Przy okazji naukowcy odkryli na Filipinach prawie 300 innych nowych gatunków, ale rozwikłanie zagadki śmiejących się krasnoludów okazało się dla Filipińczyków najistotniejsze.


Para nowoodkrytych rekinów
(Stephanie Stone, California Academy of Sciences)
6. Pompowany rekin
Wspomniana wyżej ekspedycja na Filipinach pochwalić może się również nowym gatunkiem rekina. Zwierzę mierzy nieco ponad 1 metr długości, ale w chwili zagrożenia, potrafi połknąć wodę i powiększyć swe rozmiary ponad dwukrotnie. Potrafi również złapać się za ogon i zrobić z siebie wirujący okrąg. Zamieszkuje głębokie wody morskie, więc mieszkańcy Filipin nie obawiali się rekina i nowe znalezisko przyjęli z nieco mniejszym zainteresowaniem niż wspomnianych cykad. Podobnie jak one, rekin czeka na nazwę.


D. chauliodus
(Jeffrey Martz, Smithsonian Institution)
5. Dwunożny dinozaur z triasu
Odkryty w osadach górnego triasu, ok. 205 mln lat temu, w Nowym Meksyku, szkielet nazwano Daemonosaurus chauliodus. Był to dwunożny teropod, który nosił cechy anatomiczne bliższe bardziej zaawansowanym teropodom z rodzaju Coelophysis niż prymitywniejszym Herrerasauridae reprezentowanym np. przez rodzaj Tawa. Odkryty demonozaur stał się ogniwem pośrednim pomiędzy Herrerasauridae i eoraptorem, a grupą neoteropodów, do której należą również ptaki. Znalezisko pokazuje, że główne linie rozwojowe teropodów powstały już w triasie, jeszcze przed granicą trias/jura (Sues et al., 2011).

Nembrotha sp.
(Terry Gosliner, California Academy of Science)
4. Wciśnięte nagoskrzelne
Kolejne gatunki z filipińskiej ekspedycji naukowców z Kalifornii to morskie nagoskrzelne z rodzaju Nembrotha. Nagoskrzelne (Nudibranchia), kiedyś zaliczane do ślimaków morskich, trochę przypominają popularne, lądowe pomrowy, gdyż tracą zewnętrzną skorupkę w stadium dorosłym. Są jednak niesamowicie barwne i mają bardzo wyraźnie widoczne, zewnętrzne skrzela. Trzy nowe, toksyczne i bardzo kolorowe gatunki były do tej pory nieznane, gdyż większość czasu spędzają wciśnięte w szczeliny skalne.

3. Grzyby i mrówki zombie
Nowe gatunki pasożytniczych grzybów pochodzą z Brazylii. Grzyby są jednak niezwykłe, gdyż upodobały sobie mrówki cieśle (ang. Carpenter ants), a konkretnie ich mózgi. Zainfekowane mrówki robią dokładnie to, czego chcą od nich grzyby z rodzaju Ophiocordyceps. Mrówka zombie wspina się na źdźbło trawy, po czym uśmiercona przez grzyba, zastyga na szczycie stanowiąc owocnik grzyba wydający z czasem zarodniki kolejnych pokoleń Ophiocordyceps. Evans et al. (2011) opisali cztery nowe gatunki tych ciekawych pasożytów.

A. geographica i A. rostrata
(Gomez-Zurita et al., 2010)
2. Dziwne żuki z Nowej Kaledonii
Nowe gatunki żuków, nic wielkiego, Arsipoda geographica i A. rostrata. To prawda, żuczki są niewielkie, ok. 3 mm długości, ale naukowcy lubiący ostatnio analizować DNA wszystkiego co żyje, lub zostało właśnie zjedzone, przebadali treść pokarmową wspomnianych żuków. I okazało się, że żuczki żywią się roślinami, których jeszcze nie znamy, tzn. botanicy nie znają i nie sklasyfikowali ich jeszcze. Słowem, nieznane wcześniej żuki jedzą nieznane dotąd rośliny (Gomez-Zurita et al., 2010).



1. Na cześć
Miejsce pierwsze ex-equo zdobywają gatunki nazwane na cześć. Najczęściej na cześć kogoś, jakiejś znanej postaci. Wzorem do naśladowania dla innych systematyków może być biolog Kelly B. Miller, który w 2011 r. wykreował nowy gatunek żuka Stenomorpha roosevelti, na cześć amerykańskiego prezydenta. Miller ma w swoim dorobku inne żuki np. Agathidium bushi, A. rumsfeldi (chodzi oczywiście o prezydenta Georga W. Busha i jego sekretarza obrony Donalda Rumsfelda) oraz A. vaderi (tak, tak, to nieśmiertelny skądinąd Darth Vader został uhonorowany własnym gatunkiem). W Polsce chyba jeszcze nie doczekaliśmy się żadnego polityka na liście gatunków, a z innych znanych osób kojarzy mi się Trimerocephalus chopinii, trylobit którym miano w 2010 uczcić Rok Chopinowski (i zdaje się, nie uczczono..). Ale kto wie..

*  *  *

Zaproponowaną kolejność zaczerpnąłem z tygodnika Times. Można się z nią zgodzić lub nie. Można także mieć swoich faworytów w 2011 roku i zagłosować na nich na stronie International Institute for Species Exploration.


Źródła:
1. Evans, H., Elliot, S., & Hughes, D. (2011). Hidden Diversity Behind the Zombie-Ant Fungus Ophiocordyceps unilateralis: Four New Species Described from Carpenter Ants in Minas Gerais, Brazil PLoS ONE, 6 (3) DOI: 10.1371/journal.pone.0017024
2.Gómez-Zurita, J., Cardoso, A., Jurado-Rivera, J.A., Jolivet, P., Cazères, S. Mille, C. (2010). Discovery of new species of New Caledonian Arsipoda Erichson, 1842 (Coleoptera: Chrysomelidae) and insights on their ecology and evolution using DNA markers Journal of Natural History, 44(41-42): 2557-2579.
3. Murphy, R., Berry, K., Edwards, T., Leviton, A., Lathrop, A., & Riedle, J. (2011). The dazed and confused identity of Agassiz’s land tortoise, Gopherus agassizii (Testudines: Testudinidae) with the description of a new species and its consequences for conservation ZooKeys, 113 DOI: 10.3897/ZooKeys.113.1353
4. Sohn, J., & Nishida, K. (2011). A taxonomic review of Eucalantica (Lepidoptera: Yponomeutidae) with descriptions of six new species ZooKeys, 118 DOI: 10.3897/zookeys.118.956
5. Sues, H., Nesbitt, S., Berman, D., & Henrici, A. (2011). A late-surviving basal theropod dinosaur from the latest Triassic of North America Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 278 (1723), 3459-3464 DOI: 10.1098/rspb.2011.0410


Żródła rysunków: 
Fot. w nagłówku Perojevic Public Domain
L. embryi Obsidian CC-AS-A3 Unported

G. agassizii Wilson44691 Public Domain

piątek, 2 grudnia 2011

Bałtyk jest coraz płytszy

W dobie globalnego ocieplenia, przyzwyczailiśmy się, że poziom morza stale się podnosi. Topią się lądolody Grenlandii, rozmarza wieczna zmarzlina na północy Kanady, topią się górskie lodowce. Cała ta woda spływa do morza (jak wiadomo), więc ogólnym, spodziewanym trendem jest podnoszenie się poziomu morza. Od wielu lat prowadzi się pomiary średniego poziomu morza w wielu miejscach na Ziemi. Potrzebne jest to chociażby do ustalania poziomu odniesienia dla prac geodezyjnych (niwelacyjnych). Obecnie w Polsce stosuje się głównie poziom odniesienia Kronsztad (od nazwy wyspy u ujścia Newy koło Sankt Petersburga w Rosji). Inny poziom odniesienia, np. Triest (miasto na pograniczu włosko-słoweńskim), to ponad 40 cm różnicy w średnim poziomie morza.
Nie trzeba mieć wielkiej wyboraźni, by stwierdzić, że skoro globalnie poziom morza się podnosi z powodu wspomnianego na wstępie ocieplenia, to i nasz poziom odniesienia będzie się zmieniał. Aby być na bieżąco z poziomem odniesienia można przeglądać w internecie witrynę Permanent Serivce for Mean Sea Level (PSMSL). W zakładce 'Products' tejże witryny znajdujemy 'Derived Trends → Relative Sea Level Trends' i przystępujemy do intelektualnej konsumpcji.


Ponieważ wchodzę na stronę PSMSL z Polski, więc od razu widzę przed sobą mapę wybrzeży Bałtyku i zachodnich wybrzeży Europy (patrz poniżej). Uwagę przykuwają niebieskie strzałki skierowane w dół, które otaczają Bałtyk. Oznaczają one, że poziom wody w Bałtyku spada w tempie nawet do 4 mm rocznie. Szczególnie w rejonie Zatoki Botnickiej.


W tym samym czasie np. na wybrzeżach Holandii i Belgii obserwujemy odwrotny trend, poziom morza podnosi się do 4 mm na rok. Zresztą, pomniejszając mapkę, tak, aby objąć także Amerykę, zauważymy, że Bałtyk jest tu wyjątkiem.


Jak to wytłumaczyć? Sprawa wydaje się dość prosta. Taki trend odpływu wody z Bałtyku jest prawdopodobnie związany z podnoszeniem się tarczy bałtyckiej. Jest to efekt zrzucenia ze Skandynawii ciężaru pokrywy lodowca ostatniego zlodowacenia czyli izostatyczne podnoszenie tarczy bałtyckiej. Pionowe ruchy wynoszące tarczę rejestrowane były już od dawna, ale ostatnio ten trend jakby nieco się nasilił. Informacje na ten temat znajdziemy w kolejnej zakładce PSMSL 'Training & Information → Geophysical Signals'. Warto prześledzić mapkę przewidywań wynoszenia lądów uwolnionych od pokrywy lodowej ('GIA → Further Information and Predictions').

Ze wspomnianej strony PSMSL można także ściągnąć plik .kml i otworzyć go w Google Earth, żeby zobaczyć dane pomiarowe ze stacji rejestrujących. Niestety, nie znalazłem danych dla Kronsztadu. Ciekawe, co na to nasi rodzimi geodeci? Z braku Kronsztadu zamieściłem poniżej dane z Landsort w Szwecji z wyraźnie widocznym trendem spadkowym.


 Jak widać, nad wybrzeże bałtyckie będziemy mieć coraz dalej z każdym rokiem. Ale za to coraz szersze plaże.

Źródła:
1.Permanent Service for Mean Sea Level www.psmsl.org
2. Zdjęcie w nagłówku: Arkone CC-ASA-2.5 Generic License

wtorek, 29 listopada 2011

Zlodowacenia i nibynóżki

Nadchodząca zima nas tymczasowo rozpieszcza, więc spragnionym porządnych mrozów i śniegów (i nie tylko im) proponuję wycieczkę w odległe czasy, kiedy nawet plaże mórz równikowych pokryte były krą. Było to czasy tzw. Ziemi-śnieżki (ang. Snowball Earth), a działo się to wszystko pomiędzy 850-635 mln lat temu, czyli w kriogenie. Jak się wydaje, to globalne zlodowacenie znacznie przyczyniło się do rozwoju życia na Ziemi. Po jego ustąpieniu, czyli w ediakarze, znajdujemy sporo skamieniałości organizmów wielokomórkowych, które wcześniej nie występowały. W tym ujęciu globalne zlodowacenie byłoby katalizatorem przystosowań adaptacyjnych prowadzącym od prostych organizmów jednokomórkowych (eukariotów) do zorganizowanych, wielkomórkowych organizmów  czyli Metazoa. Mechanizm tych zmian nie jest do końca poznany i należy oczekiwać, że kriogen dostarczy nam jeszcze niejednego tematu do rozważań.
A oto co odkryto ostatnio...


Zacznijmy od tego, że sama teoria Ziemi-snieżki, choć bardzo spektakularna, nie do końca zyskuje aprobatę środowiska geologicznego. Jednym z dowodów na całkowite zlodowacenie Ziemi, od bieguna do bieguna, poprzez równik, są dane paleomagnetyczne. Pokazują one, że osady polodowcowe datowane na ponad 700 mln lat temu występowały w okolicach równika. Niektórzy podważają te dane, twierdząc, że nie wiemy, gdzie znajdowały się bieguny magnetyczne Ziemi, więc i pozycja paleomagnetyczna jest niepewna.

Dla porządku, należy dodać, że rozważa się głównie występowanie zlodowaceń na poziomie morza, czy też zamarzającego morza. Na równiku mogą występować lodowce, jeśli znajduje się tam odpowiednio wysoka góra, taka jak obecnie Kilimandżaro. Problem zlodowaceń równikowych dotyczy także znacznie młodszych osadów, np. ze środkowego kambru (ok. 500 mln latemu) (Runkel et al., 2010). Z braku powszechnej zgody na Ziemię-śnieżkę, niektórzy propnują Ziemię-błoto pośniegowe (ang. Slush-ball Earth), co kojarzy się ze stanem polskich dróg zimą.

Jak zwał tak zwał, w każdym razie, Ziemię nawiedziły wtedy dwa duże zlodowcenia czyli epoki lodowe: starsza o nazwie strut i młodsza o nazwie marino. Trwały dość długo, bo około 20 mln lat każda. Sekwencja osadów towarzysząca każdej z tych epok lodowych kończy się wapieniami lub dolomitami. Uważa się, że jest to zapis ocieplenia, topnienia pokrywy lodowej, podnoszenia się poziomu morza i wkraczania linii brzegowej w głąb lądów. Te osady węglanowe mogły powstać w takim właśnie, płytkomorskim środowisku. I one dostarczyły ostatnich znalezisk.

Aglutynująca otwornica z kriogenu
(Bosak et al., 2011a)
We wspomnianych wyżej węglanach bogatych w materię organiczną, pochodzących z pn. Namibii i Mongolii, znaleziono liczne szkieleciki jakichś aglutynujących organizmów, o wyglądzie beczułek lub dzbaneczków, przypominających współczesne opancerzone amebowate posiadające nibynóżkami (pseudopodia). Chodzi tu o przedstawicieli Amoebozoa wytwarzających skorupki, a nie o popularnego pełzaka-amebę. Byłyby to jedne z najstarszych cudzożywnych (heterotroficznych) eukariotów (Bosak et al., 2011a).

Zróżnicownie znalezionych skamieniałości wskazuje na to, że mogły należeć do conajmniej dwóch rodzin zbliżonych do współczesnych Amoebozoa. Co ciekawe, skorupki tych amebowatych oblepione są różnymi minerałami (pochodzącymi z różnych środowisk depozycyjnych), co może również świadczyć o tym, że oblepianie się (aglutynowanie) było już wtedy dość powszechnym sposobem na osłanianie komórki eukariotycznej.

Współczesna otwornica planktoniczna
z widocznymi pseudopodiami (Safay CC-BY-SA-2.5)
Współczesne Amoebozoa obejmują także tzw. korzenionóżki (Rhizopoda), czyli właśnie te amebowate z nibnóżkami. Z kolei, te z nich, które oblepiają się ziarenkami znalezionymi na dnie, nazywamy otwornicami aglutynującymi. Sugestia jest zatem taka, że znalezione w węglanowych osadach post-glacjalnych dolnego kriogenu dzbaneczki to właśnie aglutynujące otwornice (uff..) (Bosak et al., 2011b). Dowodem potwierdzającym te przypuszczenia, jest także skład pozlepianej skorupki. Tylko otwornice aglutynujące mogą oblepiać się różnym materiałem mineralnym, nie są wybredne pod tym względem.

Całe to znalezisko potwierdza przypuszczenia, że otwornice pojawiły na długo przed kambrem (543-488 mln lat temu). Amebowaci przodkowie otwornic zdecydowali się na budowanie pancerzyków z materiału znalezionego na dnie prawdopodobnie podczas wielkich zlodowaceń z początku kriogenu.

Jeśli dalej nie wiecie co to są otwornice, poczytajcie wiersz Wisławy Szymborskiej (chociaż pisze tylko o wapiennych otwornicach, a nie aglutynujących):

Otwornice

No cóż, na przykład takie otwornice
Żyły tutaj, bo były, a były, bo żyły.
Jak mogły, skoro mogły i jak potrafiły.
W liczbie mnogiej, bo mnogiej,
choć każda z osobna,
we własnej, bo własnej
wapiennej skorupce.
Warstwami, bo warstwami
czas je potem streszczał,
nie wdając się w szczegóły,
bo w szczegółach litość.
I oto mam przed sobą
dwa widoki w jednym:
żałosne cmentarzysko
wiecznych odpoczywań
czyli
zachwycające, wyłonione z morza,
lazurowego morza białe skały,
skały, które tu są, ponieważ są.


Źródła:
1. Bosak, T., Lahr, D., Pruss, S., Macdonald, F., Dalton, L., & Matys, E. (2011a). Agglutinated tests in post-Sturtian cap carbonates of Namibia and Mongolia Earth and Planetary Science Letters, 308 (1-2), 29-40 DOI: 10.1016/j.epsl.2011.05.030
2. Bosak, T., Lahr, D., Pruss, S., Macdonald, F., Gooday, A., Dalton, L., & Matys, E. (2011b). Possible early foraminiferans in post-Sturtian (716-635 Ma) cap carbonates Geology DOI: 10.1130/G32535.1
3. Runkel, A., Mackey, T., Cowan, C., & Fox, D. (2010). Tropical shoreline ice in the late Cambrian: Implications for Earth's climate between the Cambrian Explosion and the Great Ordovician Biodiversification Event GSA Today, 4-10 DOI: 10.1130/GSATG84A.1
4. Fot. w nagłówku: Ernest Haeckl Kunstformen der Natur Public Domain

czwartek, 24 listopada 2011

Po co nam zęby mądrości?

Większość z nas ma przykre doświadczenia wyniesione z gabinetu stomatologicznego. Zdążyliśmy się przyzwyczaić do tego, że zęby psują się nam z powodu niewłaściwego odżywiania. Przepraszam, w ogóle z powodu jedzenia. Czegokolwiek nie weźmiemy do ust, to nam szkodzi. A to za dużo cukru, a to gluten oblepi nam zęby, a to jeszcze co innego. Chorują też dziąsła. Stomatolodzy mają pełne ręce roboty, choć ich usługi nie należą do najtańszych. Na brak zajęć nie narzekają też ortodonci. Dość powszechnym problemem występującym u współczesnych ludzi jest natłok zębów, czyli brak miejsca w szczęce na kolejne, wyrzynające się zęby. Często związane jest to z ostatnimi zębami z szczęce - ósemkami, czyli tzw. zębami mądrości. Zęby te uchodzą też za najbardziej narażone na próchnicę i stwarzające problemy w leczeniu, ze względu na trudne dojście. Dentyści chętniej je wyrywają niż leczą. Ponadto, zdarza się, że wyrzynają się bardzo późno, np. po 40-ce, lub wcale. Ogólnie, uważa się je za narząd szczątkowy u człowieka, taki niepotrzebny badziew. Sam usłyszałem co najmniej dwa razy od dentysty: Usuniemy! Po co Panu te ósemki?

Ósemki jeszcze mam :) ale ciągle zastanawiam się skąd te problemy z nimi?


Punktem wyjścia do rozważań niech będzie uzębienie zwierząt, a właściwie samych ssaków. Weźmy tedy najlepszego przyjaciela człowieka, czyli psa. Dla czystości wywodu zapomnijmy na chwilę o bokserach czy pekińczykach, psich rasach o dość silnej presji selekcyjnej człowieka na wygląd ich pyska.

Uzębienie psa, widać trzy siekacze i kieł
(Rachel329, Public Domain)
Dorosły pies ma sporo zębów: 3 siekacze, 1 kieł, 4 przedtrzonowe i 2 (lub 3 w żuchwie) trzonowe (liczymy połowę, symetrycznie). Układ ten można przedstawić 3-1-4-2(3). Łącznie 42 zęby. Ale nie ma problemu z 10-kami lub 12-kami, pies ma bardzo długi pysk czyli długie szczęki. Wszystko się pomieści. Taka wysunięta twarzoczaszka to tzw. prognatyzm czaszki.

U naczelnych (Primates) sprawa z zębami wygląda zupełnie inaczej. Zębów mamy zdecydowanie mniej. Szympanse (i większość małp) oraz ludzie mają 32 zęby w układzie 2-1-2-3. No właśnie. Czujecie już o co chodzi? Zębów mamy tyle co szympans, ale szympans ma znaczny prognatyzm czaszki. Ludzie cechują się ortognatyzmem, czyli płaską twarzą. Cecha ta ewoluowała u człowieka od kilku milionów lat. Można przyjąć, że od czasu rozejścia się linii rozwojowych szympansa i człowiekowatych, czyli jakieś 6 mln lat temu (pod koniec miocenu).

Wraz z ortognatyzmem skracała nam się długość łuku szczęki i jest w niej coraz mniej miejsca na zęby. Czemu tak się działo? Wydaje się, że wszystkiemu winna dieta. Australopiteki cechowały się wystającą twarzoczaszką i wysuniętymi łopatowato do przodu siekaczami czyli uzębieniem typowym dla roślinożerców (zjadających głównie owoce). Wraz z wprowadzeniem mieszanej diety, siekacze stopniowo prostowały się, zmieniało się szkliwo. Stąd też Homo erectus, który nie gardził mięsem, miał już bardziej płaską twarz i krótszy, bardziej rozwarty łuk szczęki. I tak już zostało u Homo sapiens. No to skąd ten problem z ósemkami? Skoro tak dobrze służyły przez tysiące lat, to czemu dziś chcą je nam wyrywać?

Okazuje się, że głównym powodem była kolejna zmiana sposobu żywienia, dotycząca człowieka współczesnego. Zmiana związana z dość gwałtownym, w sensie ewolucji , przejściem od kultur łowców-zbieraczy do kultur rolniczych. To właśnie dieta rolników sieje takie spustoszenie w naszym uzębieniu, i ogólnie, wpływa na zmiany naszych szczęk. Wpływa na bolesne wyrzynanie się zębów mądrości. Ciągle jesteśmy na etapie ewolucyjnego przystosowywania się do tej diety.

Powyższa teza powstała na podstawie pomiarów szczęk ludzi reprezentujących wspomniane dwa typy kulturowe. Przeanalizowano czaszki z 11 typów kultur z całego świata. 5 typów reprezentowało czaszki łowców-zbieraczy, takich jak afrykańscy Buszmeni czy Inuici z Alaski. 6 typów to czaszki ludzi kultur rolniczych. Łącznie 322 szczęki i 295 żuchw pochodzących ze zbiorów muzealnych (von Cramon-Taubadel, 2011).

Eskimosi cieszą się, bo nie mają
problemów z ósemkami
(NARA Public Domain)
Po opracowaniu wyników pomiarów wyszło, że łowcy mają dłuższe i nieco węższe żuchwy niż rolnicy. I to w przypadku wszystkich kultur, niezależnie od szerokości geograficznej. Szczęki tak bardzo się już nie różnią. Autorka doszła do wniosku, że rozwój żuchwy, w przeciwieństwie do górnej szczęki, bardziej był uzależniony od sposobu odżywiania niż wzorca genetycznego. Krótsza żuchwa pojawiła się wśród ludów, które spożywały dużo miękkiego, przetworzonego pokarmu. Jest po prostu efektem mniejszego zapotrzebowania na silne mięśnie do przeżuwania twardego i łykowatego pożywienia myśliwych. Słabsze i mniejsze mięśnie, więc mniejsza żuchwa.
Teoria broni się też w zestawieniu z problemami ortodontycznymi współczesnych populacji post-industrialnych społeczeństw. To właśnie wśród nich mamy najwięcej problemów z prostymi zębami, z natłokiem zębów, a obrazek dziecka z aparatem ortodontycznym to już normalka.

Jeśli więc ktoś z Was zamierza zostać ortodontą, to raczej nie wśród Aborygenów czy Eskimosów. Nie będziecie tam mieli pacjentów.


Źródła:
1. von Cramon-Taubadel, N. (2011). Global human mandibular variation reflects differences in agricultural and hunter-gatherer subsistence strategies Proceedings of the National Academy of Sciences DOI: 10.1073/pnas.1113050108
2. Fot. w nagłówku: Józef Chełmoński "Bociany" Muzeum Narodowe w Warszawie, Public Domain

środa, 23 listopada 2011

Dinozaury polowały na drzewie

Zgadnijcie gdzie znaleziono fantastyczną skamieniałość, rzucająca nowe światło na zwyczaje opierzonych dinozaurów? Oczywiście, i musimy się do tego przyzwyczaić, w Chinach. Tym razem jest to rzeczywiście rzadkość, bowiem możemy zapoznać się z treścią przewodu pokarmowego małego, opierzonego dinozaura sprzed ok. 120 mln lat (wczesna kreda). Naszym bohaterem jest tym razem Microraptor gui i jego ostatnia, skrzydlata ofiara. Żeby pobudzić Waszą wyobraźnię, dodam, że drapieżnik i jego ofiara fruwały, i to prawdopodobnie nieźle, choć tylko jedno z nich było ptakiem.


Mikroraptor pochodzi z pn.-wsch. Chin, ze słynnych formacji Yixian i Jiufotang, gdzie zachowały się skamieniałości całego wczesnokredowego ekosystemu ogólnie nazywane zespołem Jehol (ang. Jehol biota). Wspomniane formacje dostarczają wielu dobrze zachowanych skamieniałości, z których szczególnie interesujące są kręgowce lądowe.

Ostatnie znalezisko mikroraptora jest jednak nad wyraz ciekawe, bo w jego skamieniałych wnętrznościach znaleziono fragmenty niestrawionego pokarmu (O'Connor et al., 2011). Okazało się, że są to kostki dorosłego ptaka. Podkreślam za autorami znaleziska, upolowanego ptaka, którego mikroraptor połknął głową w stronę żołądka. Ma to o tyle znaczenie, że ptak był zwierzęciem nadrzewnym (na co wskazuje budowa jego stopy), więc prawdopodobnie upolowany został na drzewie (lub w locie), ale raczej nie na ziemi. Świadczyć to może o tym, że ówczesne opierzone dinozaury także były zwierzętami nadrzewnymi i znakomicie radziły sobie w powietrzu. Jak się wydaje, kredowe ptaki miały w powietrzu dość mocną konkurencję, właśnie w postaci opierzonych dinozaurów czyli tzw. non-avian dinosaurs.

Shanweiniao, potencjalna ofiara mikroraptora (Nobu Tamura, GNU FDL ver. 1.2)
Kilka słów o ofierze. Należała do wymarłej grupy mezozoicznych ptaków Enantiornithes, które wyglądem przypominały współczesne ptaki, jednak wciąż posiadały zęby i wystające ze skrzydeł pazury. Z tego względu ich przynależność do ptaków jest poddawana w wątpliwość, jednak nie ma wątpliwości, że były to zwierzęta nadrzewne, ewolucyjnie lokowane gdzieś pomiędzy archeopteryksem a współczesnymi ptakami.

Mikroraptor, widać cztery skrzydła (lotki na łapach) oraz pazury na skrzydłach i długi, kostny ogon (Matt Martyniuk CC A3 Unported License)
O wiele ciekawszy wydaje się napastnik czyli mikroraptor.
Mikroraptory należą do dwunożnych, opierzonych dinozaurów z grupy dromeozaurów. Ich opierzenie zbliżone jest do współczesnych ptaków, a o umiejętności latania świadczą występujące na skrzydłach lotki. Tyle, że skrzydeł było czworo (Xu et al., 2003). Tak, mikroraptor latał rozpościerając skrzydła na swoich przednich i tylnych kończynach. Jak to dokładnie wyglądało, nie wiadomo. Brak jest żyjących odpowiedników i możemy bazować tylko na sztucznych modelach (Alexander et al., 2010). Takim modelem, do jakiego porównuje się mikroraptora jest np.  samolot dwupłatowy. Wydaje się, że mikroraptor wykorzystywał swoje opierzone łapy dla większej kontroli lotu, podobnie jak to czynią ptaki drapieżne w końcowej fazie polowania na ofiarę (np. sokoły) (Chatterjee & Templin, 2007). Takie łapy z lotkami sprawiały, że bardzo niezdarnie poruszał się po ziemi. Wszak pióra na nogach służyły mu do latania, a nie do chodzenia. Sądzi się więc, że większość czasu spędzał na drzewie.
Pozycja dromeozaurów (w tym mikroraptora) w stosunku do ptaków (Avialae) (scienceblogs.com/pharyngula)

Ewolucjonistów, którzy zajmowali się ptakami od początku dręczyło pytanie, jak wyglądał pierwszy lot? Czy odbył się z dołu do góry, czy z góry na dół? Czy pierwszy ptak wzbił się w powietrze biegnąc i trzepocąc skrzydłami, jak wystraszona kura? Czy może wdrapał się na drzewo korzystając z pazurów na skrzydłach, poczym skoczył z gałęzi rozpościerając skrzydła?

 
Rekonstrukcja mikroraptora z rozpostartymi skrzydłami

Mikroraptor gui dostarcza dowodów, że raczej było to "z góry na dół". Znalezisko ptaka w jego żołądku potwierdza przypuszczenia, że był to gatunek nadrzewny. Pytanie tylko czy upolował ptaka w locie, tak jak to robią sokoły? Jego cztery skrzydła i możliwości sterowania lotem były prawdopodobnie większe niż dwuskrzydłych ptaków i tak to pewnie wyglądało. W badanym przypadku nie ma jednak znaczenia, czy Enantiornithes był ptakiem czy nie, ważne, że było to zwierzę nadrzewne. Widać zatem, że to środowisko mogło być opanowane przez wiele grup opierzonych dinozaurów, zarówno tych z linii rozwojowej współczesnych ptaków, jak i pozostałych, takich jak dromeozaury.

Bardziej ostrożni twierdzą jednak, że koty też jedzą ptaki, a w ogóle nie latają.

Być może mikroraptor pomagał sobie łapkami
(rys. Brian Choo, http://english.cas.cn)


Źródła:
1. Alexander, D., Gong, E., Martin, L., Burnham, D., & Falk, A. (2010). From the Cover: Model tests of gliding with different hindwing configurations in the four-winged dromaeosaurid Microraptor gui Proceedings of the National Academy of Sciences, 107 (7), 2972-2976 DOI: 10.1073/pnas.0911852107  
2. Chatterjee, S., & Templin, R. (2007). Biplane wing planform and flight performance of the feathered dinosaur Microraptor gui Proceedings of the National Academy of Sciences, 104 (5), 1576-1580 DOI: 10.1073/pnas.0609975104
3. O'Connor, J., Zhou, Z., & Xu, X. (2011). Additional specimen of Microraptor provides unique evidence of dinosaurs preying on birds Proceedings of the National Academy of Sciences DOI: 10.1073/pnas.1117727108
4. Xu, X., Zhou, Z., Wang, X., Kuang, X., Zhang, F., & Du, X. (2003). Four-winged dinosaurs from China Nature, 421 (6921), 335-340 DOI: 10.1038/nature01342  
5. Enantiornithes - http://en.wikipedia.org/wiki/Enantiornithes
6. Jehol Biota - http://en.wikipedia.org/wiki/Jehol_Biota
7. Opis Microraptor gui  - http://www.forum.dinozaury.com/viewtopic.php?f=6&t=1856
8. Fot. w nagłówku holotyp Microraptor gui  Autorzy: David W. E. Hone, Helmut Tischlinger, Xing Xu, Fucheng Zhang CC A2.5 GL

niedziela, 20 listopada 2011

Po co się całujemy?

Firma United Colors of Benetton wróciła na pierwsze strony gazet. I to znów za sprawą swojej nietuzinkowej reklamy. Tym razem postawiono na pocałunek. Nie, nie, nic z tych rzeczy.. nie zobaczymy pocałunków typu Scarlet O'Hara i Rhett Butler w "Przeminęło z wiatrem", pełnych namiętności i erotyzmu. Tym razem całują się Barack Obama i przywódca Chin, Benedykt XVI i premier Izraela oraz Angela Merkel i Nicolas Sarkozy. Wywołało to ostrą reakcję nie tylko Watykanu, ale i Białego Domu. Zdjęcie, a raczej fotomontaż, Benedykta XVI już usunięto z reklamy, lecz cel marketingowy został osiągnięty. Znów głośno jest o wspomnianej firmie.

Można by na tym zakończyć wpis i niech każdy sam sobie odpowie, co czuje, patrząc na całujących, i co czuje całując się sam. Jednak idąc tropem rozmyślań nad naszym stosunkiem do pocałunku, zaczynamy się zastanawiać, po co my się właściwie całujemy?


Krótka ankieta internetowa typu "wpisz w google: pocałunek", wyrzuciła mi od razu zdjęcia kochanków i hasło z wikipedii, które zaczyna się od słów "forma intymnego kontaktu". Jeśli z hasłem z wikipedii można się zgodzić, to zawężanie pocałunku tylko do zdjęć kochanków, jest już zbytnim uproszczaniem problemu. Całujemy się przecież o wiele częściej, w zasadzie całujemy się bardzo często i to przy różnych okazjach i w różne miejsca. Wciąż jednak nie wiemy, po co się całujemy?
Odpowiedzi na to pytanie próbuje udzielić nauka o wdzięcznej nazwie filematologia. Filematolodzy, jak większość naukowców, nie udziela kategorycznych odpowiedzi na postawione w tytule pytanie. Podkreślają jednak, że pocałunek może wywodzić się od naszych dalekich, zwierzęcych przodków, który przekazywali sobie wargami uprzednio przeżuty pokarm. Przekaz następował najczęściej na linii matka-bezzębne dziecko. Zatem, każdy mały hominid od urodzenia całował się i z czasem stało się to symbolem wyrażania uczuć i podtrzymywania więzi społecznych.

Jednak od czasu przekazywania sobie pokarmu ustami upłynęło sporo pokoleń i pocałunek znaczy dzisiaj coś więcej. Obecnie uważa się, że pocałunek to transfer informacji pomiędzy całującymi się. I to bardzo efektywny, trudno bowiem o bardziej bezpośredni kontakt, często już na "dzień dobry".

Jak zauważono, pocałunek to często pierwszy krok do łóżka. No i dobrze. Pocałunek zdradza bowiem całą prawdę o partnerze. Tak, partnerze, chodzi głównie o panów. Z badań wynika, że panie całują się chętniej niż panowie, a szczególnie ważne jest dla nich, żeby całować się jeszcze przed pierwszym stosunkiem (jeśli w ogóle do niego dojdzie). Dla kobiety współżycie to szansa na zajście w ciążę, musi być więc pewna, że idzie do łóżka z właściwym mężczyzną. Pocałunek dostarcza jej takich informacji. Tzn. nie sam pocałunek, ale ślina, z która się styka. Żeby sprowokować mężczyznę do ujawnienia informacji o sobie, kobieta spędzi sporo czasu na malowaniu ust, żeby tylko dostać trochę męskiej śliny do analizy.

Pocałunek czyli badanie głównego układu zgodności tkankowej
(fot. Luminage Photography CC A3 Unported License)
Kobiety analizują w pobranej ślinie główny układ zgodności tkankowej (MHC). Jednym z pierwszych badaczy, którzy doszli do takiego wniosku, był szwajcarski biolog Claud Wedekind, który przeprowadził słynne "badanie przepoconej koszulki". Z grubsza polegało to na tym, że studenci spędzili dwie noce w jednej koszulce, potem koszulki zapakowano do jednakowych pudełek i dano do powąchania studentkom :) Aha, studenci nie mogli używać mydła, dezodorantów itp. Następnie panie studentki musiały wybrać zapach, który im się najbardziej podobał (najmniej drażnił?). Okazało się, że wybierały mężczyzn o odmiennym MHC (Wedekind et al., 1995). Odmienne MHC powoduje, że potencjalny potomek będzie miał szerszy zakres działania systemu odpornościowego, będzie po prostu bardziej odporny. Zatem pocałunek pozwala sprawdzić, czy jest między kochankami chemia i czy warto inwestować w związek. Co ciekawe, kobiety, które brały doustne środki antykoncepcyjne, miały większy rozrzut preferencji. Widać, nie zależało im na MHC, bo nie zamierzały zajść w ciążę.

Potwierdzenie tej zależności przyniosły inne badania, które ujawniły, że o ile kobiety rzadziej decydują się na seks bez pocałunku, o tyle dla faceta nie ma to aż takiego znaczenia. On po prostu nie zajdzie w ciążę. Najczęściej jest też mniej "całuśny". Zresztą nie widziałem jeszcze reklamy, gdzie facet zachęca gorącymi ustami do kupienia czegokolwiek. Kobiety chcą być całowane w usta. Za to, jeśli już mężczyznę uda się nakłonić do całowania, o wiele chętniej inicjuje on tzw. pocałunek z języczkiem. Prawdopodobnie dlatego, że ślina zawiera testosteron i podnosi libido, a poza tym, faceci wyczuwają poziom estrogenów, a więc fazę cyklu owulacyjnego kobiety.
Z kobietami jednak jest tak, że, niczego nie można być pewnym do końca. Ostatnie badania preferencji MHC pokazały, że kobiety raczej unikają zbyt dużego podobieństwa głównego układu zgodności tkankowej partnera ze swoim partnerem, niż poszukają u niego różnic (Derti et al., 2010).

OK, tyle z tematów łóżkowych. Zaczęliśmy jednak od pocałunków innego typu. Całują się przecież wszyscy. Całują się w czoło, w rękę, w głowę.. Chyba wszędzie. Po co?

Z krótkiej sondy przeprowadzonej wśród domowników dowiedziałem się, że po to, żeby okazać swoją bliskość oraz żeby rozładować napięcie. I to był strzał w dziesiątkę. Odczucie więzi (bliskość) jest regulowane przez poziom oksytocyny, zaś stres (napięcie) związane jest z wytwarzaniem tzw. hormonu stresu czyli kortyzolu. Z badań osób całujących się wynika, że pocałunek obniża poziom kortyzolu. Co ciekawe, u par o dłuższym stażu, trzymanie się za ręce również obniża poziom kortyzolu (Wilson & Hill, 2007).
Z oksytocyną jest trochę bardziej skomplikowana sprawa. Jej poziom podczas pocałunku podnosi się tylko u mężczyzn. Wybrnięto z tego, tłumacząc, że kobiety potrzebują czegoś więcej, niż pocałunku, żeby poczuć silną więź.

Z przytoczonych badań wynika, że pocałunek spełnia wielorakie funkcje i związany jest z popędem seksualnym (sterowanym testosteronem); miłością romantyczną (sterowaną hormonami szczęścia takimi jak dopamina) oraz poczuciem więzi (oksytocyna).

Do pełni zrozumienia fenomenu pocałunku brakuje nam 100% frekwencji "całuśnych" wśród ludzi i naczelnych, w ogólności. Z badań nad szympansami wynika, że tylko szympans bonobo całuje naprawdę. Z kolei u ludzi, 10% populacji nie całuje się. Najprostszym wyjaśnieniem tej przypadłości, są prawdopodobnie wzorce kulturowe, pozbawione pocałunku, a promujące inne formy kontaktu bezpośredniego (np. dotykanie się nosami u Eskimosów).

Premier Tusk nie zawsze przytula się z lewej
(fot. Europejska Partia Ludowa
CC A2 Generic License)
Skoro jednak w naszej kulturze całujemy się, przyjrzyjmy się jak to robimy. Pocałunek w kontekście seksualnym zostawmy na boku. Zajmijmy się innymi pocałunkami, z których najczęstszy, to pocałunek na powitanie, w policzek. Obrazki z kampanii Benettona są fotomontażami, więc jako wzorzec proponuję słynny pocałunek Breżniew - Honecker (w nagłówku). Widać, że obaj przywódcy bratnich narodów radzieckiego i enerdowskiego, całują się, skręcając swe głowy w prawo (czyli dotykają się lewymi policzkami, chociaż Breżniew koniecznie próbuje trafić w usta, ale z lewej strony Honeckera). Okazuje się, że większość pocałunków na powitanie, tak właśnie wygląda. Przy pierwszym pocałunku, skręcamy głowę w prawo. Przeanalizowałem inne pocałunki radzieckich przywódców. Rzeczywiście, Breżniew-Gierek, Gorbaczow, a nawet Tusk-Putin, zaczynali ściskanie się, skręcając swe ciała w prawo (czyli dotykali się lewymi stronami). Prawdopodobieństwo, że Judasz pocałował Jezusa w lewy policzek jest jak 2:1. Naukowcy tłumaczą tę asymetrię pocałunku, preferencyjnym kierunkiem skręcania głowy płodu w ostatnim okresie ciąży (Güntürkün, 2003).


Tytułem podsumowania. Całujemy się, bo tak chcą kobiety (wszędzie, np. w rękę, jak Jarosław Kaczyński). Całujemy się, bo jesteśmy zdenerwowani (w lewy policzek). Całujemy się, bo podtrzymujemy więzi rodzinne (w lewy policzek).

Źródła:
1. Derti, A., Cenik, C., Kraft, P., & Roth, F. (2010). Absence of Evidence for MHC–Dependent Mate Selection within HapMap Populations PLoS Genetics, 6 (4) DOI: 10.1371/journal.pgen.1000925
2. Güntürkün, O. (2003). Adult persistence of head-turning asymmetry Nature 421: 711.
3. Wedekind, C. et al. (1995). MHC-dependent preferences in humans. Proceedings of the Royal Society of London 260: 245-49
4. Wilson, C.A. & Hill, W.L. (2007). Oxytocin and cortisol changes after kissing in adult human heterosexual pairs. Society for Neuroscience Neuroscience Seminar 2007 http://www.mendeley.com/research/oxytocin-cortisol-changes-after-kiss
5. Post o hormonach miłości na blogu Globalny śmietnik https://globalnysmietnik.wordpress.com/2011/06/12/hormony-milosci/
6. Zdjęcie w nagłówku: Deutsche Bundesarchiv Signature: "B 145 Bild-F088809-0038"

środa, 16 listopada 2011

O tym, jak szybki był tyranozaur

Odwołania do pop-kultury w nauce są ostatnio trendy, więc i ja powtórzę wyświechtane już pytanie: Pamiętacie Park jurajski? Jeśli nie mieliście siły śledzić losów bohaterów tego klasyka fantastyki naukowej, to przypomnę, że bohaterowie przez większość filmu uciekali przed dinozaurami. Najbardziej we znaki dawał im się Tyrannosaurus rex czyli popularny T-rex. W ten sposób obraz śmigającego T-rexa wrył się w pamięć pokolenia wychowanego na filmie Spielberga. Do kwestii sprawności T-rexa odnoszono się wielokrotnie, sugerując, że jednak nie był to zbyt szybki teropod. Nie musiał biegać, bo żywił się głównie padliną, na co wskazuje budowa jego czaszki.
Ostatnio raz jeszcze powrócono do kwestii przemieszczania się tyranozaura wykorzystując analogie do poruszania się współczesnych ssaków i ptaków nielotów. Analogia też już wyświechtana, ale tym razem z nowym spojrzeniem.


Punktem wyjścia do rozważań o tempie poruszania się tyranozaura, było dość oczywiste założenie, że im większe tempo tym dłuższy krok zwierzęcia. Kalkulowano więc tempo poruszania się T-rexa na podstawie skamieniałych tropów. W latach 70-tych R. McNeill Alexander opracował nawet zależność na podstawie której można było wyliczyć prędkość teropoda (drapieżnego dinozaura) (Alexander, 1976):
v = 0.25*g0.5*DK1.67*b-1.17
Zależność geometryczna długości kroku
i wysokości bioder (Thulborn, 1989)
gdzie: v - prędkość poruszania się ptaka nielota (np. strusia); g - przyspieszenie ziemskie; DK - długość kroku mierzona pomiędzy odciskami tej samej stopy; b - wysokość bioder.

W przypadku dinozaurów wysokość bioder można było określić na podstawie wielkości odcisku stopy. Alexander wyliczył, że średnio wysokość bioder u teropodów wynosiła 4 długości stopy.
Na podstawie powyższej zależności można także było stwierdzić, czy zwierzak stąpał, truchtał czy biegł. Ważny był stosunek długości kroku do wysokości bioder czyli DK/b.  Odpowiednio DK/b <= 2.0 oznaczało chód, 2.0 < DK/b < 2.9 trucht, a DK/b => 2.9 bieg (Thulborn, 1984).
Później wprowadzono pewne modyfikacje proporcji długości odcisku stopy (OS) do wysokości bioder (b), w zależności od ogólnej budowy dinozaura (Thulborn, 1990). Odciski stopy (OS) podzielono na dwie grupy, odpowiednio, krótsze i dłuższe od 25 cm i podano dla nich przelicznik wysokości biodra (b):

OS < 0.25m
małe teropody
małe ornitopody
ogólnie, małe dwunożne dinozaury

b=4.5 x OS
b=4.8 x OS
b=4.6 x OS
OS > 0.25m
duże teropody
duże ornitopody
ogólnie, duże dwunożne dinozaury

b=4.9 x OS
b=5.9 x OS
b=5.7 x OS

Więcej problemów stwarzały duże, roślinożerne, czworonożne dinozaury (zauropody) i dla nich przelicznik wysokości biodra nie był tak oczywisty. Sugerowano przelicznik w stosunku do szerokości odcisku stopy. Ogólnie Thulborn (1990) zaproponował mnożnik ok. 6 długości odcisku stopy dla wysokości biodra zauropoda.
Ponieważ zauropody nastręczają zbyt wielu problemów, no i nie są krwiożerczymi bestiami, zostawmy kwestię ich poruszania się na boku. Wróćmy do naszego T-rexa.

Z powyższych rozważań wynika, że wyliczenie prędkości poruszania się T-rexa nie było zbyt skomplikowane. Wystarczyło postarać się o dobrze zachowane tropy tego gada, pomierzyć, wstawić do wzoru i gotowe.

Rekonstrukcja brachiozaura (cv.tu-berlin.de)

Problem w tym, że budowa i rozmieszczenie kończyn wymarłych teropodów odbiega znacznie od współczesnych analogii. Zatem przełożenie chodu czy też biegu współczesnych zwierząt na wymarłe teropody niekoniecznie prowadzi do prawdziwych rezultatów.
Aby rozwikłać problem, przeprowadzono dokładną analizę kształtu, rozmieszczenia i ciężaru mięśni kończyn dinozaurów. Na podstawie tych danych  przy pomocy oprogramowania inżynierskiego (patrz Mallison, 2009) stworzono model kroczącego dinozaura uwzględniający przemieszczanie się masy zwierzęcia po powierzchni Ziemi. Analiza komputerowa wykazała, że długość kroku uzależniona była od konstrukcji szkieletu. Ponadto, dinozaury w porównaniu np. ze współczesnymi ssaki, miały o wiele większe mięśnie pośladków, które znaczenie wpływały na ich sposób poruszania. Efekt wszystkich przemyśleń nad modelem skłonił naukowców do wniosku, że zależność Alexandra (1976) nie jest spełniona w przypadku dinozaurów (Mallison, 2011; za Kaplan, 2011).

Jak zatem poruszał się tyranozaur? U ssaków i nielotów najszybszą formą poruszania się jest bieg. Zwierzę wydłuża wtedy swój krok i w pewnej fazie ruchu występuje etap całkowitego oderwania się od ziemi. Tyranozaur nie miał tej fazy, nie odrywał się od ziemi, więc nie biegł.

Zamiast tego szybko chodził. Pomagały mu w tym silne mięśnie pośladków. Jeśli macie kłopoty ze zrozumieniem na czym polegało to szybkie chodzenie, przypomnijcie sobie Roberta Korzeniowskiego i chodziarstwo.
To taki dziwny sport, gdzie nie wolno oderwać się od ziemi, przynajmniej jedna stopa musi mieć kontakt z podłożem. Ile się przy tym trzeba napracować pośladkami to widać podczas zawodów, kiedy zawodnicy w pląsach choroby św. Wita zasuwają w stronę mety.

Takim chodziarzem był Tyrannosaurus rex.

Warto uzmysłowić sobie także, że w przypadku chodu nie długość kroku ma znaczenie, ale częstotliwość jego występowania. Nie można zatem oszacować tempa przemieszczania się zwierzęcia na podstawie tropów, jeśli nie wie się, jak często stawiały kroki. A tego wzór Alexandra nie uwzględnia.


Źródła:
1. Alexander, R.M. (1976). Estimates of speeds of dinosaurs Nature 261: 129-130.

2. Kaplan, M. (2011). Tyrannosaurs were power-walkers Nature DOI: 10.1038/news.2011.631
3. Mallison, H., Hohloch, A., & Pfretzschner, H.-U. (2009). Mechanical Digitizing for Paleontology - New and Improved Techniques Palaeontologia Electronica 12 (2-4T): 41 http://palaeo-electronica.org/2009_2/185/index.html
4. Mallison, H. (2011). Journal of Vertebrate Paleontology 31 (S150).
5. Thulborn, R.A. (1984). Prefered gaits of bipdeal dinosaurs. Alcheringa 8: 243-252.
6. Thulborn, R.A. (1989). The Gaits of dinosaurs. [W:] Dinosaur Tracks and Traces (Ed. D.D.Gillette & M.G.Lockley), str. 39-50. Cambridge University Press, Cambridge.

7. Thulborn, T. (1990). Dinosaur tracks. str. 410. Chapman and Hall, New York  
8. Dinosaur Speed Calculator http://www.sorbygeology.group.shef.ac.uk/DINOC01/dinocal1.html 
9. Rekonstrukcje 3D dinozaurów http://www.cv.tu-berlin.de/menue/abgeschlossene_projekte/3d_rekonstruktion_von_dinosauriern/fruehere_arbeiten/brachiosaurus_brancai/ 
10. Fot. w nagłówku: Deutsche Post AG Public Domain