Anomalokarid - kambryjski filtrator

Anomalokaridy uchodzą za drapieżniki stojące na końcu łańcucha pokarmowego we wczesnym paleozoiku. Często przedstawia się je jako krążące niczym rekiny, duże stawonogi penetrujące przybrzeżne wody kambryjskich mórz w poszukiwaniu ofiary, np. trylobita. Tymczasem...anomalokarid Tamisiocaris borealis z wczesnego kambru był spokojnie pływającym filtratorem, zagarniającym plankton swymi rozrośniętymi czułkami wprost do otworu gębowego, podobnie jak część współczesnych skorupiaków. Po raz kolejny pada więc sakramentalna konkluzja - jak mało wciąż wiemy o ekosystemie wczesnopaleozoicznych mórz. I to zdanie padnie pewnie jeszcze nie raz.

Anomalokaridy to jedne z bardziej fascynujących zwierząt jakie żyły w kambrze i ordowiku. Nazwa całej grupy pochodzi od rodzaju Anomalocaris odkrytego przez Walcotta w słynnym stanowisku łupków z Burgess, opisywanym pierwotnie jako fragment krewetki (a konkretnie - anomalnej krewetki). Z biegiem czasu okazało się, że ta "krewetka" to część większej całości: odnóża gębowe dużego stawonoga. Na tyle odmiennego od tego co znamy z późniejszych epok geologicznych, że dzisiaj grupa ta stanowi wymarłą rodzinę Anomalocarididae.

Z dotychczasowych ustaleń wynikało, że anomalokaridy były drapieżnikami osiągającymi prawie 1 metr długości, aktywnie szukającymi pokarmu. Z pewnością należały do nektonu, a budowa oczu anomalokaridów sugerowała, że mogły dość szybko rejestrować ruch w otoczeniu, w związku z czym mogły zapewne łatwo zmieniać kierunek płynięcia - podobnie do nieco nerwowego sposobu pływania drapieżnych rekinów. Kolejną ich charakterystyczną cechą były wspomiane już potężne odnóża gębowe, którymi być może chwytały zdobycz podając ją do okrągłego otworu gębowego, który przypomina nieco plaster ananasa z puszki.

Tamisiocaris borealis znany był już wcześniej, jako prawdopodobny anomalokarid, oznaczony jednak na podstawie niekompletnego fragmentu tegoż charakterytycznego dla anomalokaridów odnóża. Kolejna wyprawa do północnej Grenlandii przyniosła potwierdzenie jego pokrewieństwa z anomalokaridami oraz sensacyjne odkrycie, będące przedmiotem tego wpisu. Otóż, odnóża gębowe tamisiokarisa pokryte były, uwaga!, gęstym grzebieniem długich czułków z poprzecznymi włoskami. Przypominały swą budową odnóża szczętek (Euphausiacea), czyli kryli, zwane szczecinkami filtracyjnymi.

Rekonstrukcja odnóży gębowych tamisiokarisa (a) i prawdopodobna sekwencja ruchów odnóza (b) (Vinther et al., 2014).

Jak by na to nie spojrzeć, taka budowa odnóży tamisiokarisa nie czyniła z niego szczytowego drapieżnika (ang. top predator). Najpewniej tamisiokaris wachlował tymi odnóżami w ten sposób, że zagarniał wodę sprzed siebie w stronę otworu gębowego, a razem z wodą rozmaite zwierzątka, które się w niej znajdowały. Z analizy rozstawu poprzecznych rzęsek umieszczonych na wspomnianym grzebieniu wynika, że tamisiokaris żywił się mezozooplanktonem, czyli żyjątkami od 0.5 do 20 mm.

I tu dochodzimy do sedna sprawy. Po pierwsze, filtrujący anomalokarid świetnie wpisuje się w ewolucyjne adaptacje środowiskowe znane z przykładu rekinów czy waleni, które zaczynały wyłącznie jako drapieżniki. Po drugie, tempo przystosowania anomalokaridów do filtrowania już we wczesnym kambrze jest naprawdę duże, co może świadczyć o dużej presji środowiskowej. Po trzecie, tego mezozooplanktonu musiało być już we wczesnym kambrze sporo, skoro tak duże zwierząta żywiły się takim drobiazgiem.

Dieta kambryjskich filtratorów (Vinther et al., 2014)

Co zatem jadły? Z kambru, a nawet z proterozoiku znane są akrytarchy, ale ten fitoplankton jest za mały i pewnie służył za pożywienie innym, np. Vetulicolia. Pozostają zatem inne stawonogi, np. skorupiaki typu widłonogi (Copepoda). Wygląda na to, że kambr to w istocie była eksplozja życia, ale ja dodałbym jeszcze - stawonogowa eksplozja życia.

Na deser wywiad z autorem artykułu w Nature i piękne animacje tamisiokarisa.

Źródła:
Vinther, J., Stein, M., Longrich, N.R. & Harper, D.A.T., 2014. A suspension-feeding anomalocarid from the Early Cambrian. Nature, 507: 496-499.

Czytaj więcej

Czy koniki polne uratują świat?

Tak. Parę lat temu stwierdzono, że odżywianie się szarańczą zamiast schabowym czy gulaszem, skutecznie zmniejszy pogłowie bydła i trzody chlewnej. I, być może, świnie i krowy wylądowałyby tylko w zooach (jak mówi moja córka). Spowodowałoby to ograniczenie emisji metanu - gazu cieplarnianego, czyli spowolnienie efektu cieplarnianego. Teraz okazuje się, że koniki polne mają znacznie szerszy potencjał zbawczy. Mogą zwiększyć pochłanianie dwutlenku węgla z atmosfery w procesie fotosyntezy. Wystarczy je nieustannie denerwować.

Pomysł jest genialny w swej prostocie. Koniki polne i wszelka szarańcza, odżywiają się głównie trawami czy też pędami i listkami roślin. Gdy konik jest spokojny i zadowolony z siebie, nie grozi mu żadne niebezpieczeństwo, to konik spokojnie zjada trawę i całe to odżywcze zielsko. Stado zrelaksowanych koników czy szarańczy jest w stanie wygryźć wszystko, do cna. Nie zostanie nic. Co innego konik polny zdenerwowany.

Taki konik nie może spokojnie skupić się na konsumpcji. Nerwowo rozgląda się wypatrując niebezpieczeństwa. Jeśli coś skubnie, to tak nerwowo, nie do końca. Trawa przeżyje inwazję zdenerwowanej szarańczy. Jeśli przeżyje, będzie mogła kontynuować wzrost i w procesie fotosyntezy pochłaniać CO₂ z atmosfery. Trawa wygryziona do gołej ziemi, nie. Ot, cała zagadka.

Co może zdenerwować konika polnego? Na przykład obecność drapieżnika, który mógłby je w trakcie konsumpcji zaatakować. Sprawa jest poważna, gdyż w obecności drapieżnika denerwującego koniki polne, trawa jest w stanie pobrać prawie półtora raza więcej węgla z atmosfery, oczywiście w postaci CO₂. Wyliczono to eksperymentalnie porównując rozmiar spustoszeń spowodowanych przez zrelaksowane koniki polne z tymi wyrządzonymi przez koniki zaniepokojone obecnością drapieżnych pająków (Strickland et al., 2013).

Plaga szarańczy w Australii wyjada trawę na boisku piłkarskim (fot. Mattinbgn CC-BY-SA)

Oczywiście, malkontenci mogą stwierdzić, że to nie koniki polne ratują świat przed globalnym ociepleniem, tylko drapieżne pająki. Ale zaprawdę, to nie drapieżniki jedzą trawę!

Idąc tym tropem dochodzimy do wniosku, że wszystkie roślinożerne zwierzęta należałoby denerwować. Zdenerwowana zebra nie będzie tak bardzo skubać sawanny, wystarczy, że w pobliżu będzie się czaił jakiś lew. Przykłady można łatwo mnożyć. Łatwo się też zapędzić. No bo przecież najłatwiej denerwować ludzi.

Źródła:
Strickland, M., Hawlena, D., Reese, A., Bradford, M., & Schmitz, O. (2013). Trophic cascade alters ecosystem carbon exchange Proceedings of the National Academy of Sciences DOI: 10.1073/pnas.1305191110

Fot. w nagłówku ToniVC via Compfight cc

Czytaj więcej

Pszczelarze również zabijają pszczoły

Batalia o życie pszczół zakończyła się zwycięstwem pszczelarskiego lobby. Zakazano stosowania szkodliwych pestycydów - donosi ogólnopolski portal. Tymczasem prawda jest bardziej skomplikowana. Pszczelarze również zabijają pszczoły, podając im, w zamian za podebrany wcześniej miód jego substytuty zawierające cukry proste (syrop glukozowo-fruktozowy).

Nie jest to czcza gadanina, tylko wyniki badań opublikowanych parę dni temu w poważnym czasopiśmie naukowym, do jakich zalicza się PNAS - Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America czyli Rozprawy Państwowej Akademii Nauk Stanów Zjednoczonych.

Problemy z pszczołami w dużych pasiekach notowano już parę lat temu w Stanach Zjednoczonych. Z biegiem czasu okazało się, że zjawisko pomoru pszczelego ma o wiele szerszy zasięg i dotyczy także Europy. Nie znano dokładnie przyczyn tego zjawiska a pszczelarze i tzw. ekolodzy szybko znaleźli, jak się zdaje, winnych. "Nieoceniony" Onet.pl donosi:

Jako główne przyczyny wymierania pszczół wymienia się pasożyty, zmiany klimatu i chemizację rolnictwa. Tę ostatnią naukowcy wskazują jako szczególnie istotną. Spośród wielu chemicznych środków stosowanych w rolnictwie, jako wyjątkowo niebezpieczne dla pszczół wskazuje się pestycydy z grupy neonikotynoidów.

W tym samym tekście pszczelarze utyskują, że w tym roku zginęła conajmniej 1/5 pszczelich rodzin. Problem dotyczy oczywiście nie tylko pszczelarzy, którzy żyją ze sprzedaży miodu, ale także nas wszystkich, gdyż pszczoły zapylają większość kwiatów roślin spożywanych przez człowieka. Zresztą, można samemu poczytać o apokaliptycznej wizji świata bez pszczół.

Ni ma miodu ;( (Photo Credit: Max xx via Compfight cc)

Jednak w świetle badań entomologów z University of Illinois (Mao et al., 2013) prawda prezentuje się nieco bardziej skomplikowanie. Większość dowodów pszczelarskiej zbrodni wskazuje na stosowanie przetworzonych produktów hydrolizy węglowodanów, czyli cukrów prostych, którymi karmione są pszczoły pozbawione przez człowieka miodu. Wiadomo jednak, że pszczoły karmi się cukrem od czasów, kiedy cukier jest tańszy od miodu. Dlaczego więc dopiero teraz nastąpił pszczeli kolaps?

Prawdopodobnie jest to związane z wprowadzaniem coraz to nowych generacji środków ochrony roślin. Jak już wspomniałem, wcześniej cukier nie szkodził pszczołom, gdyż nie były narażone na kontakt z nowymi rodzajami pestycydów. Ich układ odpornościowy radził sobie doskonale jeszcze w latach 70-tych ze stosowanymi wówczas środkami ochrony roślin. Obecnie sobie nie radzi a zastępowanie miodu fruktozą prowadzi do spadku odporności pszczół i ich chorób czy pomoru.

Jako największy problem i główną przyczyną obecnego wymierania pszczół wskazuje się na ich zmniejszony kontakt z para izomerem kwasu kumarowego. p-Kwas kumarowy znajduje się w ściankach pyłku roślin, a nie w nektarze, który przyciąga pszczoły. Podczas zbierania nektaru, pyłek wraz z p-kwasem kumarowym przyczepia się do odnóży pszczół, i w dużym skrócie mówiąc, przyczynia się do jej detoksykacji. Tymczasem karmienie pszczół fruktozą przez pszczelarzy i tym samym odciąganie ich od pyłku roślinnego ogranicza kontakt z kumaryną i spadek odporności pszczół.

Ziarna pyłku roślin (fot. L. Howard, Darmouth College)

Może dodawać pyłek do cukru i w ten sposób ratować pszczoły?

Źródła:
Mao, W., Schuler, M., & Berenbaum, M. (2013). Honey constituents up-regulate detoxification and immunity genes in the western honey bee Apis mellifera Proceedings of the National Academy of Sciences DOI: 10.1073/pnas.1303884110

Fot. w nagłówku: pszczoła oblepiona pyłkiem - Photo Credit: Gustavo (lu7frb) via Compfight cc  

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