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

Czytaj więcej

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

Czytaj więcej

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

Czytaj więcej

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"

Czytaj więcej

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*g^0.5*DK^1.67*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 

Czytaj więcej

Odmłodzone sagowce

Sagowce, m.in. popularne ostatnio rośliny doniczkowe, ze względu na podobieństwo liści mylnie nazywane "palemkami", często podawane są za przykład tzw. żywej skamieniałości. Żywa skamieniałość to współczesny organizm, reprezentujący powszechną niegdyś grupę, obecnie wymarłą. Taki świadek dawnych czasów. Wśród roślin, obok sagowców, należy do nich także miłorząb, a ze zwierząt, chyba najczęściej podawane jako przykład żywych skamieniałości są ryby trzonopłetwe (słynna Latimeria). Z analiz porównawczych skamieniałości i współczesnych okazów wynika, że żywe skamieniałości niewiele różnią się od swoich przodków. W przypadku sagowców, wydaje się, że nie zmieniły się od ponad 200 mln lat (od triasu). Wskazuje się też, że linia rozwojowa sagowców oddzieliła się od miłorzębowych ponad 250 mln lat temu, czyli jeszcze w późny permie.
Podobieństwo do odległych przodków stworzyło wrażenie, że współczesne sagowce wywodzą się w prostej linii z permsko-triasowych gatunków. Okazuje się jednak, że są znacznie młodsze.

Wspomniałem wcześniej, że sagowce nie są palmami. Mało tego, nie są nawet roślinami kwiatowymi czyli okrytozalążkowymi (Angiospermata). Należą natomiast do roślin nagonasiennych (Gymnospermata), czyli do tej samej grupy, co rośliny iglaste (Conifera) oraz miłorzębowe (jeden żyjący obecnie gatunek Ginkgo biloba czyli miłorząb dwuklapowy). Linia sagowców wyodrębniła się prawdopodobnie z karbońsko-permskich paproci nasiennych. Sagowce i spokrewnione z nimi benetyty powszechnie występowały w mezozoiku (trias, jura i kreda) (Fig. 1).

Fig. 1. Ewolucja świata roślin, na fioletowo sagowce i miłorzębowe dominujące w triasie 250-200 mln lat tem (rys. A. R. Hemsley, palaeobotany.org)

Do tej pory wydawało się, że, podobnie jak ryby trzonopłetwe czy miłorząb dwuklapowy, sagowce reprezentowane współcześnie przez jeden rodzaj Cycas są konserwatywną grupą, wywodzącą się bezpośrednio gdzieś z mezozoiku.
Ostatnia badania przeprowadzone na grupie 199 gatunków reprezentujących wszystkie współcześnie żyjące sagowce wykazały, że pochodzą one z linii rozwojowych, które pojawiły się dopiero po koniec miocenu czyli zaledwie ok. 12 mln lat temu (Nagalingum et al., 2011). Nie są więc bezpośrednimi potomkami mezozoicznych sagowców!
Na podstawie badań udało się także ustalić moment rozdzielenia linii sagowców i miłorzębowych. Nastąpiło to ok. 271 mln lat temu, czyli już w połowie permu.

Wyniki badań są o tyle zaskakujące, że obecne sagowce występują na wielu kontynentach, które w miocenie były już od siebie mocno oddalone (Ameryka Śr., pd-wsch. Azja, Afryka czy Australia) (Fig. 2). Wcześniej tłumaczono to jako relikt wspólnego występowania na superkontynencie Pangei, teraz badacze skłonni są uważać, że jednoczesna ewolucja sagowców pod koniec miocenu, to efekt globalnych zmian klimatycznych.

Fig. 2. Zasięg występowania współczesnych sagowców (rys. Esculapio GNU FL)

 Jeszcze bardziej zaskakujące jest stwierdzenie Nagalignum et al. (2011), że większość współczesnych roślin nagozalążkowych (datę powstania rodzajów ustalono średnio na 32 mln lat temu) jest ewolucyjnie młodsza od okrytozalążkowych.
Dowodzi to olbrzymiej przebudowy świata roślin w kenozoiku. Mówiąc kolokwialnie: kwiatki są starsze od szyszek.

Źródła:
1. Nagalingum, N., Marshall, C., Quental, T., Rai, H., Little, D., & Mathews, S. (2011). Recent Synchronous Radiation of a Living Fossil Science, 334 (6057), 796-799 DOI: 10.1126/science.1209926
2. fot w nagłówku Adrian Pingstone Public Domain

Czytaj więcej

Pij mleko, będziesz mieć biegunkę

Z moich obserwacji wynika, że krowie mleko ma całą rzeszę zagorzałych zwolenników, którzy nerwowo reagują na informację, że jego spożycie wcale nie leży w ludzkiej naturze. Można nawet stwierdzić, że jest wbrew ludzkiej naturze. Jestem pewien, że wśród Czytelników znajdzie się niejedna osoba, która po wypiciu mleka ma.... mówiąc wprost, biegunkę. A jak to się ma do hasła reklamowego "Pij mleko! Będziesz wielki"?

Cały problem z mlekiem wynika z tego, że człowiek spożywa je przez całe swoje życie. Jest w tym zupełnie odosobnionym ssakiem, gdyż pozostałe spożywają mleko tylko będąc oseskami, czyli przez ok. 3% swojego życia. Dzieje się tak dlatego, że później zanikają u nich enzymy laktazy i galaktozydazy potrzebne do rozkładu cukru prostego znajdującego się w mleku, czyli laktozy. U dzieci enzymy te zanikają w wieku ok. 4 lat. Spożycie mleka w późniejszym wieku, wobec braku enzymów rozkładających laktozę, kończy się fatalną biegunką. Nierozłożona laktoza zatrzymuje wodę w jelitach, a przy udziale bakterii ulega fermentacji tworząc kwas mlekowy i duża ilość gazu. Jak widać, skutki opłakane i już na samą myśl odechciewa się mleka.

Dlaczego więc mleko stało się tak popularne i część ludzi bez problemu radzi sobie z trawieniem?
Trzeba sięgnąć do początków upowszechniania się spożycia mleka wśród ludzi. Wiąże się to niewątpliwie z powstaniem i rozwojem osiadłych kultur rolniczych, które wyparły kultury łowiecko-zbierackie. Rolniczy tryb życia okazał się bardziej rozwojowy od łowieckiego. Zapewne miało to związek z trybem bogacenia się ludzi. Rolnik szybciej dorabiał się pokaźnego stada, dzięki któremu był atrakcyjniejszy wśród panien na wydaniu. Mógł wśród nich przebierać, mieć ich wiele, a przy tym wiele dzieci. Same korzyści. Do dziś u wielu ludów prestiż narzeczonego mierzony jest pogłowiem jego stada. Bywa, że krów, a bywa, że reniferów. Jak widać wszystko jedno, ważne, żeby był bogaty.
Od hodowli krów do spożycia mleka, droga bardzo krótka. Z resztek mleka zachowanych w naczyniach do przerobu mleka, wiemy, że był to produkt dość powszechny już 6000-7000 lat temu.

Czyżby pierwsi rolnicy cierpieli na chroniczną biegunkę? Niekoniecznie. Z pomocą przyszły badania genetyczne. Udało się zlokalizować gen odpowiedzialny za zanik enzymu laktazy i okazało się, że ci którzy chętnie piją mleko bez żadnych konsekwencji są nosicielami mutacji, która sprawia, że enzym ten nie zanika i wytwarzają go przez całe życie.
Obecnie jesteśmy skłonni uważać, że ta mutacja zaczęła się upowszechniać wraz z rozwojem hodowli bydła. Po prostu, przeżywali tylko ci, którzy tolerowali mleko.

Jeśli powyższy wniosek jest prawdziwy, mutacja powinna być szczególnie popularna wśród potomków najstarszych hodowców bydła, a nieliczna wśród ludów łowiecko-zbierackich. I tak rzeczywiście jest. Największy odsetek ludzi tolerujących mleko w stadium dorosłym występuje wśród Europejczyków (np. Szwedzi w 98% populacji tolerują laktozę), ale już Aborygeni czy Chińczycy mają z trawieniem laktozy problemy (tylko kilka procent z nich ją trawi). Amerykanie swego czasu przeprowadzili badania nad wprowadzeniem akcji typu "Szklanka mleka dla każdego ucznia" i okazało się, że odsetek nietolerancji laktozy jest zdecydowanie większy u Afroamerykanów (ok. 60%) niż u Euroamerykanów (ok. 5%). Generalnie, nietolerancja laktozy jest powszechna wśród mieszkańców Afryki i Azji (nawet do 100% populacji na Dalekim Wschodzie). Pamiętajmy o tym i nie częstujmy gości z dalekich krajów "zdrowym" polskim mlekiem. Ewentualnie od razu wskażmy im najkrótszą drogę to toalety.

Kolejny cios mleku zadali archeologowie. Na Bliskim Wschodzie znanych jest kilka stanowisk gdzie dokopano się do osiedli rolniczych założonych w miejscach starszych osad łowców-zbieraczy. Badaczy zaskoczył bardzo duży odsetek pochówków małych dzieci wśród rolników, w porównaniu z łowcami. Na podstawie zmian szkieletów maluszków stwierdzono, że cierpiały one na alergię spowodowaną piciem mleka krowiego i umierały. Dlaczego więc je karmiono? Pewnie dlatego, że matka mogła wcześniej odstawić dziecko od piersi, zostawić np. z babcią i zając się pracą, np. wyplataniem koszyków. Odstawienie dziecka od piersi powodowało przerwanie laktacji i powrót owulacji, więc rodziło się więcej dzieci. Co prawda więcej też umierało, ale bilans musiał być lepszy niż u łowców, więc już tak zostało.

Slogan "Pij mleko! Będziesz wielki!" ma jednak w sobie ziarenko prawdy. Nie jestem pewien, czy lobby mleczarskie świadomie go wprowadziło, ale dotknęło także innego problemu. Chodzi o to, że krowie mleko jest dobre dla cielaka, a nie dla człowieka. Czym się różni jedno od drugiego, to każdy z nas wie. Tu jednak chodzi o tempo wzrostu cielaka i człowieka. Cielaki rosną bardzo szybko, dzieci troszkę wolniej (jakieś 15 razy wolniej). Żeby zapewnić składniki pokarmowe dla szybko rosnących cieląt, krowie mleko zawiera trzykrotnie więcej tłuszczu, białka, cukru i związków mineralnych. Układ pokarmowy cielaka radzi sobie z tymi dobrodziejstwami, dziecka niekoniecznie. Do sloganu należy zatem dodać: Będziesz wielki, jeśli jesteś cielakiem!
Duża zawartość białka krowiego (głównie kazeiny) powoduje, że jest ono rozpoznawane przez organizm dziecka jako zagrożenie. Stąd prawie 50% dzieci ma alergię na mleko.

W świetle powyższych rozważań inaczej należy spojrzeć na niechęć niektórych dzieci do mleka. W tej chwili nietolerancję laktozy uważa się za stan normalny, zaś tolerancję za stan anormalny (chorobowy).

Mówiąc w skrócie, picie mleka to stan anormalny. Normą jest nie picie.
Już nie chcę pisać, że pijący są chorzy, ale na pewno są nosicielami mutacji genetycznej.

PS. Z dedykacją dla Karolinny z okazji urodzin

Źródła:
1. Konarzewski, M., 2005. Na początku był głód. PIW Warszawa. 222 str. ISBN 83-06-02954-2
2. http://pl.wikipedia.org/wiki/Nietolerancja_laktozy
3. Fot. w nagłówku Public Domain

Czytaj więcej

Tektonika i diamenty czyli co porusza kontynenty?

Tektonika kier (płyt) kontynentalnych to obowiązujący obecnie paradygmat w naukach geologicznych, poparty wieloma obserwacjami. Dzięki satelitom GPS możemy obserwować ruch kontynentów w czasie rzeczywistym. W zasadzie wszystko jest jasne. Skorupa oceaniczna tworzy się w grzbietach śródoceanicznych zwanych strefami przyrostu dna oceanicznego, spredingu oceanicznego (spreading seafloor zones) lub strefami ryftu, po czym zapada się na krańcach oceanu, zanurzając się pod lżejszą płytę kontynentalną w tzw. strefie subdukcji. Prowadzi to do ciągłego ruchu kontynentów.
Wszystko super, ale tylko teoretycznie.

Tak naprawdę, powyższy model sprawdza się jedynie w przypadku Oceanu Spokojnego. Atlantyk i Ocean Indyjski pozbawione są w zasadzie stref subdukcji. Wygląda to tak, jakby Afryka stała w miejscu, a jedynie grzbiety atlantycki i indyjski odsuwały się od niej, popychając wszystkie kontynenty przed sobą, aż do Pacyfiku lub zderzenia z Eurazją. Sprawę komplikuje jeszcze fakt, że przecież wschodnia część Afryki też odsuwa się od reszty kontynentu, co możemy obserwować w dolinach ryftowych Wielkich Rowów Afrykańskich. Osobnym problemem są plamy gorąca (hot spots), które występują na Ziemi w stałych miejscach, niezależnie od stref ryftowych, jakby ich ruch kontynetów nie dotyczył. Jak sobie z tym poradzić?

Rozmyślania należy rozpocząć od zebrania kilku podstawowych danych. Po pierwsze, dlaczego w ogóle dno oceaniczne przyrasta? Żeby odpowiedzieć na to pytanie, trzeba było zaglądnąć pod skorupę oceaniczną, do wnętrza Ziemi i zobaczyć jak jest zbudowana. Oczywiście, tak głęboko jeszcze się nie dowierciliśmy, więc skorzystano z innych metod.

 

Rozchodzenie się fal sejsmicznych we wnętrzu Ziemi; P - fale podłużne; S - fale poprzeczne

Z pomocą przyszły fale sejsmiczne wywoływane przez trzęsienia ziemi. Z grubsza można je podzielić na fale podłużne i poprzeczne. Obie rozchodzą się z różną prędkością. Szczególnie ważne jest także to, że fale podłużne mogą się rozchodzić we wszystkich ośrodkach, a fale poprzeczne tylko w ośrodkach o stałym stanie skupienia (skałach). Fale podłużne są o ok. 10% szybsze od poprzecznych. Pomiary rozchodzenia się fal sejsmicznych we wnętrzu Ziemi ujawniły jej wewnętrzną budowę. Okazało się, że pod skorupą oceaniczną jest płaszcz ziemski zbudowany z uplastycznionych skał, a pod nim jądro Ziemi. Jądro ma swoją płynną część zewnętrzną, która stanowi barierę dla rozchodzenia się poprzecznych fal sejsmicznych.

Całość procesów dotyczących przyrostu dna oceanicznego rozgrywa się w płaszczu ziemskim. Ponieważ przyrost ten odbywa się poprzez wydostawanie się gorącej magmy z wnętrza Ziemi w postaci tzw. pióropuszy płaszcza, odpowiedzialnością obarczono konwekcję w płaszczu. Konwekcja tłumaczyła też grzęźnięcie zimnej skorupy oceanicznej w płaszczu, która opadając w stronę jądra, stopniowo się ogrzewa, po czym znów konwekcyjnie unosi i wydostaje na powierzchnię w strefach ryftu. Wszystko to odbywa się w olbrzymich komorach konwekcyjnych w płaszczu ziemskim. Wyszedł piękny model, prawda? Tylko co z konwekcją pod Atlantykiem skoro nie ma tam stref subdukcji? A plamy gorąca?

Konwekcję w płaszczu pod Atlantykiem odłóżmy na razie na bok. Zajmijmy się plamami gorąca. Najsłynniejszą chyba plamą gorąca jest hawajski hot spot. Wydostająca się z niej magma wychodzi na powierzchnię przez kratery hawajskich wulkanów, a przesuwająca się nad plamą gorąca płyta spowodowała, że mamy cały archipelag wysp hawajskich. Najstarsze, to pozostałości po nieczynnych już wulkanach, gdyż odpłynęły już sponad hawajskiej plamy gorąca. Wniosek z Hawajów jest prosty. Plamy gorąca nie przemieszczają się. To skorupa ziemska porusza się względem nich.

 Jak powiązać nieruchome plamy gorąca z pióropuszami płaszcza? Jeśli mechanizm wydostawania się gorącej magmy z płaszcza jest ten sam, to musi być jakieś wspólne rozwiązanie.

Trzeba zatem sięgnąć do historii Ziemi i prześledzić ruch kontynentów. Jeśli plamy gorąca nie przemieszczają się, powinnyśmy odnaleźć wygasłe wulkany, które powstały, kiedy skorupa znajdowała się ponad plamą. Przesuwając kontynenty do ich położenia z okresu powstania wulkanu nad hot spotem, otrzymamy lokalizację plam gorąca na przestrzeni dziejów.
Rozwiązania dostarczają diamenty.

Diamenty tworzą się pod wpływem ogromnego ciśnienia, ponad 150 km pod powierzchnią, w obrębie płaszcza ziemskiego. Niektóre z diamentów mogły powstać nawet na głębokościach rzędu 660-1700 km. Na powierzchnię wynoszone są w kominach skał wulkanicznych zwanych kimberlitami, stowarzyszonych często z plamami gorąca. Znanych jest kilkanaście tysięcy kimberlitów, ale najsłynniejsze są te położone pod starymi częściami skorupy ziemskiej (kratonami, np. w RPA). Po zestawieniu lokalizacji kimberlitów z uwzględnieniem ruchu kontynentów, okazało się, że większość z nich występuje w pobliżu dużych prowincji magmowych, czyli miejsc gdzie w przeszłości dochodziło do intensywnego wulkanizmu.

Miejsca te nazwano strefą tworzenia się plam (pióropuszy) gorąca (Plum Generation Zone - PGZ) (Torsvik et al., 2010). Najciekawsze dla naszych rozważań jest to, że strefa tworzenia się plam gorąca (nie lubię określenia pióropuszy gorąca) otacza głównie Afrykę! Ale jeszcze ciekawsze jest to, że druga taka strefa umieszczona jest symetrycznie, po drugiej stronie globu, pod obecnym Pacyfikiem! (Fig. 1).

Fig. 1. Obszary gwałtownego zwolnienia fal poprzecznych Tuzo i Jason. Prędkość fali podana w skali poziomej (dVs). PGZ - strefa tworzenia się pióropuszy gorąca; LIP - duża prowincja magmowa; gwiazdka w żółtym kółeczku - aktywne wulkany na plamach gorąca (wg Burke'a, 2011).

Uwzględniając ruch kontynentów, okazało się, że większość dużych prowincji magmowych w przeszłości, np. permskie trapy syberyjskie, umieszczona była dokładnie we wspomnianej strefie (Torsvik et al., 2010).
Na dobitkę dodam, że strefy tworzenia się plam (pióropuszy) gorąca otaczają rozległe obszary cechujące się gwałtownym zwalnianiem fal poprzecznych na pograniczu płaszcza i jądra ziemskiego. Obszary wyhamowania fal poprzecznych nazwano Tuzo (Afryka) i Jason (Pacyfik) (Burke, 2011) (Fig. 1).

Patrząc na przekrój przez Ziemię, uwzględniający strefy Tuzo i Jasona, jasne staje się co napędza tektonikę kier. Tuzo i Jason powodują wybrzuszenie geosfery ziemskiej i dzięki nim wszystko, co jest na zewnątrz Afryki, niejako spływa ku obniżonym miejscom. Ryft śródatlantycki generowany jest w strefie tworzenia się plam gorąca wokół Afryki. Właściwie fig. 2 jest tak wymowna, że nie wymaga komentarza.

Fig. 2. Z cyklu niesamowite przekroje, przekrój przez Ziemię na wysokości równika. Widać stałe jądro wewnętrzne (inner core), płynne jądro zewnętrzne (outer core), dolny płaszcz ziemski (lower mantle), górny płaszcz (upper mantle). Pomiędzy strefami Jason i Tuzo występują strefy grzęźnięcia płaszcza ziemskiego (sinking mantle), który schodzi do powierzchni jądra (wg Burke'a, 2011).

Sprawa istnienia Tuzo i Jasona staje się genialnie oczywista, jeśli przeglądniemy mapy paleogeograficzne. Okazuje się, że Tuzo i Jason istnieją już od proterozoiku i wszystko na Ziemi kręciło się wokół nich (Torsvik et al., 2010). Cała tektonika kier. Ich rozmieszczenie na wysokości równika, na antypodach, sprawia wrażenie, że powstały one w wyniku ruchu obrotowego Ziemi.

Źródła:
1. Burke, K. (2011). Plate Tectonics, the Wilson Cycle, and Mantle Plumes: Geodynamics from the Top Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 39 (1), 1-29 DOI: 10.1146/annurev-earth-040809-152521
2. Torsvik, T., Burke, K., Steinberger, B., Webb, S., & Ashwal, L. (2010). Diamonds sampled by plumes from the core–mantle boundary Nature, 466 (7304), 352-355 DOI: 10.1038/nature09216 
3. Post o przyszłych kontynentach Następna Pangea
4. Fig. w nagłówku: Wiek dna oceanicznego - NOAA Public Domain

ps. Tuzo i Jason nawiązują do imion  Jasona Morgana i Johna Tuzo Wilsona, słynnych geofizyków (szczególnie Wilson zasłynął jako twórca tzw. cyklu Wilsona). Burke (2011) utworzył te nazwy jako akronim od zwrotów The Unmoved Zone Of Earth's deep mantle (TUZO) oraz Just As Stable ON the opposite meridian (JASON).

Czytaj więcej

Skąd się wzięły ziemskie oceany?

Bez wody nie byłoby życia na Ziemi. Wydaje się nawet, że woda jest jednym z koniecznych składników do podtrzymywania życia gdziekolwiek we Wszechświecie. Skąd jednak woda wzięła się na Ziemi? Jak dotąd nie dano jasnej odpowiedzi.

Do tej pory uważano, że woda została przyniesiona na Ziemię w postaci tzw. suchego lodu towarzyszącego kometom na etapie wczesnego formowania się Układu Słonecznego. Ten etap nazywa się etapem wielkiego bombardowania, bowiem dochodziło wtedy do masowych kolizji różnych obiektów w świeżo utworzonym dysku protoplanetarnym. W efekcie kolizji z pyłu, poprzez planetzymale i protoplanety, powstały obecne planety, a liczba kolizji systematycznie malała. Pozostałością etapu tworzenia się planet w Układzie Słonecznym jest pas asteroid pomiędzy Marsem a Jowiszem, oraz tzw. pas Kuipera na zewnątrz Układu Słonecznego. Te pasy wciąż dostarczają niewielkich obiektów, które krążą pomiędzy planetami od czasu do czasu zderzając się z nimi.
Ta koncepcja pojawienia się wody na Ziemi była jednak czysto teoretyczna. Szukano dowodów, a najlepszym dowodem potwierdzającym tezę, jest obserwacja na żywo, stąd też poszukiwano na niebie obiektów przypominających nasz młody Układ Słoneczny. Uwagę swą skierowano na gwiazdy typu pomarańczonych karłów, ze względu na ich stabilność, sprawiającą, że tzw. eko-strefa wokół nich pozostaje niezmienna przez wiele milionów lat, poza tym są 10x częściej spotykane od Słónca.
Jednym z takich pomarańczowych karłów jest TW Hydrae (z gwiazdozbioru Hydry) oddalony od nas o 176 lat świetlnych. Ostatnie obserwacje pokazują, że wokół TW Hydrae występuje dysk protoplanetarny, z którego wyparowywuje woda.


Obserwacje prowadzone były z przez teleskop Kosmicznego Obserwatorium Herschela wyniesiony na orbitę przez Europejską Agencję Kosmiczną do prowadzenia obserwacji w zakresie dalekiej podczerwieni.
Teleskop ten zaobserwował w pobliżu TW Hydrae linie emisyjne odpowiadające parującej wodzie, i to w obu postaciach izomerowych wodoru, orto- i parawodoru, które wchodzą w skład cząsteczki wody. Ortowodór posiada oba protony o spinie skierowanym w tym samym kierunku, zaś parawodór protony o spinie skierowanym przeciwnie. W tzw. normalnych ziemskich warunkach, 3/4 wodoru to ortowodór.
Woda pochodzi z dysku planetarnego krążącego wokół pomarańczowego karła. Oszacowano, że ilość wody zawartej w dysku odpowiada masie kilkunastu tysięcy zasobów ziemskich oceanów.
Porównano również udział ortowody do parawody w stosunku do komet z Układu Słonecznego i okazało się, że w pobliżu TW Hydrae jest on znacznie niższy. Świadczyć to może o tym, że komety zbierają zróżnicowaną wodę w wewnętrznych częściach pierścienia protoplanetarnego w początkowej fazie tworzenia się układów planetarnych.

Uderzenie komety w protoplanetę w młodym układzie planetarnym - wizja artysty (NASA/JPL-Caltech)

Występowanie wody w wewnętrznych częściach dysku związane jest też z temperaturą. Musi być ona odpowiednia, aby woda mogła występować w stanie ciekłym lub pary wodnej. Szacuje się, że powyżej 3 jednostek astronomicznych (1 jednostka to odległość Ziemi od Słońca), woda występowuje tylko jako lód, stanowiąc rezerwuar wody dla planet położonych bliżej Słońca. W przypadku naszego Układu, może to być Pas Kuipera. W wewnętrznych częściach dysku, przy temperaturze powyżej 250 st. Kelvina (czyli powyżej -23 st C) sublimacja lodu do pary wodnej wiąże tlen w cząsteczkach wody.
Obserwacje TW Hydrae potwierdzone zostały niedawno przez teleskop Spitzera NASA, który zanotował deszcz komet wokół gwiazdy Eta Corvi, które uderzyły w skalną planetę. Z analizy widma wynika, że występują tam nanodiamenty, które tworzą się przy udziale węgla organicznego. Obserwacje te pokazują jak mógły wyglądać początki istnienia Układu Słonecznego.

Zatem woda na Ziemi pochodzi z nieba! A konkretnie, z początkowych etapów tworzenia się dysku protoplanetarnego z krążącej wokół młodej gwiazdy mgławicy pyłu.


Źródła:
1. Hogerheijde, M., Bergin, E., Brinch, C., Cleeves, L., Fogel, J., Blake, G., Dominik, C., Lis, D., Melnick, G., Neufeld, D., Panic, O., Pearson, J., Kristensen, L., Yildiz, U., & van Dishoeck, E. (2011). Detection of the Water Reservoir in a Forming Planetary System Science, 334 (6054), 338-340 DOI: 10.1126/science.1208931
2. NASA's Spitzer Detects Comet Storm in Nearby Solar System http://www.jpl.nasa.gov/news/news.cfm?release=2011-322
3. TW Hydrae http://en.wikipedia.org/wiki/TW_Hydrae
4. Fot. w nagłówku: Kometa 17P/Holmes. Autor: Ivan Eder Wikimedia Commons 

Czytaj więcej