Cała prawda o heteromorfach

Dzięki uprzejmości Piotrka Menduckiego (kamyk.pl) do moich rąk trafiła niedawno książka Heteromorph. The rarest fossil ammonites. Nature at its most bizarre autorstwa Wolganga Grulke. Książka polecana przez Londyńskie Towarzystwo Geologiczne z pewnością należy, podobnie jak tytułowe heteromorfy, do rzadkich na rynku wydawniczym pozycji. Śmiem nawet twierdzić, że rozjedzie się jedynie wśród ludzi zafascynowanych amonitami, a szczególnie ich wyjątkową grupą jaką są heteromorfy. Czy słusznie? Nie.

Heteromorph to właściwie nie książka, tylko księga. A nawet album. Wrażenie albumu potęguje format książki, oprawa, kredowy papier o podwyższonej gramaturze, staranny skład oraz wspaniałe ilustracje i zdjęcia. No i ten zapach farby drukarskiej, który zawsze towarzyszy obcowaniu z albumem. Naprawdę, sięgając po książkę, machinalnie zaczyna się ją oglądać jak album z dziełami sztuki, z wysmakowanymi rzeźbami, których niepowstydziliby się najwięksi artyści - z heteromorfami. Przy czym występuje tzw. efekt Wow! Zresztą zobaczcie sami na stronie heteromorph.com.

Piotrek Menducki z synem i heteromorfem w jednym z nadwiślańskich odsłonięć.

Co to są heteromorfy? To pewna grupa wymarłych głowonogów - amonitów, które mają skorupę zwiniętą inaczej niż klasyczne amonitowe spirale. U heteromorfów wszystko jest możliwe, wyprostowana lub zwinięta wokół jednej, dwóch, trzech a nawet czterech osi skorupa. Albo wszystko naraz. Jednocześnie heteromorfy należą do rzadko spotykanych skamieniałości, w przeciwieństwie do klasycznych amonitów, które trafiają się bardzo często.

Przeróżne kształty kredowych heteromorfów.

Jak wspomina Grulke, trzeba było przerzucić 1000 ton skał przy pomocy olbrzymiej koparki, której wynajęcie kosztowało 1000$ dziennie, żeby odnaleźć jednego heteromorfa. Ale to nie koniec, kolejne dwa dni trzeba było, żeby wypreparować tę skamieniałość przy pomocy sprzętu wartego 10000$. Czy na coś takiego może się porwać ktoś, kto nie zakochał się w heteromorfach?

Heteromorfy jako dzieło sztuki.

Dlaczego więc uważam, że to album nie tylko dla fascynatów, pomimo że dotyczy tak wąskiej grupy skamieniałości? Dlatego, że książka ta potrafi przemówić do każdego i wprowadzić go w świat nie tylko heteromorfów, ale całej grupy głowonogów, wytłumaczyć czym różni się łodzik od amonita. Dowiemy się niemal wszystkiego o głowonogach z punktu widzenia paleontologa. A wspaniałe ilustracje nie pozwolą nam znudzić się literkami. To może być jedna z tych książek, które młodego człowieka zainspirują, tak jak mnie kiedyś zainspirował Zdenek Burian i jego książka Zanim pojawił się człowiek. Trzeba tylko nauczyć się angielskiego.

Książka do nabycia tutaj → http://www.heteromorph.com/order
A do obejrzenia, od listopada do końca grudnia 2014 r. w Bibliotece Instytutu Nauk Geologicznych Uniwersytetu Jagiellońskiego.

ps. W książce, oprócz Piotra Menduckiego (na zdjęciu powyżej), wspomniani są jeszcze pozostali z polskich fascynatów heteromorfów - Maciej Duda oraz Stanisław Giemza.

Czytaj więcej

Co łączy salamandrę i Oskara Pistoriusa?

Salamandra może okazać się największym przyjacielem człowieka. Nie dlatego, że salamandry są miłe i towarzyskie, ale dlatego, że posiadają jedną, bardzo ciekawą umiejętność. Chodzi o ich zdolność do regeneracji utraconych części ciała. To rzeczywiście niesamowite - salamandrom odrastają kończyny, zupełnie takie same jak te utracone. Potrafią jednak znacznie więcej. Genetycy już rozszyfrowali mechanizm regeneracji tkanek u salamander. Być może kwestią czasu jest wyzwolenie tego mechanizmu u pozostałych kręgowców, w tym u człowieka. Ostatnio też dowiedzieliśmy się, że ten mechanizm regeneracji jest bardzo stary i istniał już 300 mln lat temu, u karbońskich temnospondyli. 

O tym, że jaszczurka zwinka (Lacerta agilis) potrafi odrzucić ogon, który jej potem odrasta, wielu z Was pewnie już wie. Zjawisko to nosi nazwę autotomii i występuje głównie u bezkręgowców, które w razie zagrożenia pozbywają się różnych części ciała, które później się regenerują. Jednak salamandry są pod tym względem wyjątkowe.

Salamandry to płazy, są więc bliżej spokrewnione z człowiekiem niż bezkręgowce, stanowią jednocześnie jedyną grupę kręgowców, którym odrastają amputowane kończyny. U owodniowców (Amniota) taka cecha nie występuje. Zatem salamandry to nasi najbliżsi krewni, którzy mają taką zdolność regeneracji.

Jak pisałem wcześniej, to nie wszystko co potrafią salamandry. Ich zdolność do regeneracji tkanek wydaje się wprost nieograniczona. Oprócz kończyn salamandry potrafią odtworzyć niemal każdą tkankę swojego ciała. Dotyczy to także tkanek mięśnia sercowego, oka, rdzenia kręgowego czy nawet części mózgu. Wydaje się również, że ta umiejętność trwa u nich przez całe życie. Nawet 20-letnie salamandry radzą sobie z amputowaną kończyną, która odrasta im niczym zupełnie nowa.

Schemat regeneracji kończyny u salamandry sprzed odkrycia ścieżki aktywacji kinaz ERK (Kumar et al., 2007)

Genetycy wzięli zatem na warsztat salamandry i dokładnie przyjrzeli się jakiż to mechanizm wyzwala u nich regenerację tkanek. Okazuje się, że sprawcą są struktury białkowe, tzw. kinazy aktywowane mitogenami. A dokładnie grupa kinaz nazywana w skrócie ERK (ang. extracellular signal-regulated kinases). Generalnie, kinazy mają wpływ na ekspresję genów, podziały i różnicowanie komórek. Zaś zdolność do długotrwałej i stałej aktywacji ERK u salamander powoduje, że komórki są przeprogramowywane i ulegają podziałowi tak, jak te występujące w brakujących (amputowanych) tkankach. Cały proces rozpoczyna się od komórek, które znajdują się blisko miejsca amputacji. Komórki te wykonują swoisty "reset" i zachowują się tak jak komórki macierzyste, które rozpoczynają podział według planu brakujących tkanek (Yun et al., 2014). W ten sposób salamandry potrafią wyhodować sobie dowolny, brakujący organ.

Różnica w aktywacji ERK u salamander i ssaków (Yun et al., 2014)

Teraz więc można przejść do najsłynniejszego ostatnio człowieka z amputowanymi nogami - Oskara Pistoriusa. Gdyby udało się u człowieka pobudzić ERK, podobnie jak u salamander, Oskar nie rozpoczynałby kariery jako paraolimpijczyk. Miałby swoje nowe nogi. Na razie jednak musimy zadowolić się wyjaśnieniami dlaczego ludzie nie mogą tak jak salamandry.

Proces odrastania utraconej kończyny wymaga stałej aktywacji ERK, aż do ukończenia całkowitej regeneracji. U ludzi, inaczej niż u salamander, proces ten jest częściowy i krótkotrwały. Jak na razie udało się go podtrzymać tylko przez kilka godzin. Dla porównania salamandry potrafią aktywować ERK przez kilka dni. Czy wobec tego, można będzie zmusić ludzkie komórki do salamandrowego resetu?

Micromelerpeton credneri - późnokarbońska skamieniałość temnospondyla, w której odkryto zregenrowane kończyny (Fröbisch et al., 2014)

Wiele wskazuje na to, że tak. Między innymi dlatego, że proces regeneracji utraconych kończyn jest bardzo stary i prawdopodobnie nasz dewoński, wspólny z płazami przodek już go posiadał. Dowodów dostarczyło znalezisko późnokarbońskiego temnospondyla (tzw. płaza tarczogłowowego) z rodzaju Micromelerpeton. W dobrze zachowanych skamieniałościach, liczących sobie 300 mln lat, udało się zidentyfikować odrośnięte fragmenty kończyn.

Pozycja filogenetyczna salamander pokazująca wspólną dla tzw. płazów i ryb kostnych zdolność do regeneracji. Obcięte rączki oznaczają brak takiej zdolności u owodniowców (Amniota), ryb chrzęstnych i plakoderm (Fröbisch et al., 2014).

Identyfikacja polegała na tym, że zauważono nietypowe ułożenie palców w kończynach, które spowodowane zostało błędami wzrostu tkanek podczas regeneracji. To zdarza się u salamander dość często, szczególnie kiedy kończyna była amputowana kilkakrotnie lub uszkodzenie wyjątkowo źle się goi, np. rozległe zmiażdżenie. Wtedy właśnie dochodzi do anormalnego odtworzenia kończyny w którym jest więcej lub mniej palców lub też są zrośnięte. Takie właśnie cechy znaleziono w materiale kopalnym (Fröbisch et al., 2014).

Jak się wydaje umiejętność regeneracji była wspólna dla wszystkich nieowodniowych tetrapodów (zwyczajowo nazywanych płazami), a być może także dla ryb kostnych (Fröbisch et al., 2014).

Źródła:

Zdjęcie w nagłówku → Photo Credit: cotinis via Compfight cc

Fröbisch, N. B. et al., 2014. Early evolution of limb regeneration in tetrapods: evidence from a 300-million-year-old amphibian. Proceedings of the Royal Society B, 281 (1794): 20141550.

Yun, M. H. et al., 2014. Sustained ERK Activation Underlies Reprogramming in Regeneration-Competent Salamander Cells and Distinguishes Them from Their Mammalian Counterparts. Stem Cell Reports, 3 (1): 15-23. 


http://www.foxnews.com/health/2014/06/19/salamanders-may-hold-key-to-regrowing-human-limbs-study-finds/

Czytaj więcej

Raz jeszcze - czy dinozaury są przodkami ptaków?

Wydawać by się mogło, że problem został rozwiązany definitywnie: ptaki pochodzą od dwunożnych dinozaurów, teropodów - tak się uważa. Pozostałe linie rozwojowe teropodów nazwano nawet wspólnie non-avian theropods (nieptasie teropody). Tymczasem, nieduża skamieniałość, wielkości wróbelka - Scansoriopteryx - rzuca odmienne światło na ten pogląd. Scansoriopteryx był do niedawna uważany właśnie za przedstawiciela ptasich teropodów (avian theropods), z których wywodzą się współczesne ptaki. Okazało się jednak, że skansoriopteryks w ogóle nie jest dinozaurem.

Scansoriopteryx (=Epidendrosaurus) znaleziony został w osadach górnej jury należących do tzw. Daohugou Biota w obrębie formacji Tiaojishan. Formacji leży w słynnej chińskiej prowincji Liaoning, znanej głównie z występowania dolnokredowych skamieniałości, tzw. Jehol Biota. Jak widać Scansoriopteryx jest mniej więcej wieku niemieckiego archeopteryksa, który funkcjonuje już od dawna jako klasyk: pra-ptak noszący cechy zarówno gadzie, jak i ptasie. Obie skamieniałości zaliczane były do ptasich teropodów (avian theropods). Scansoriopteryx był uznawany za ptasiego teropoda spokrewnionego z maniraptorami.

Rekonstrukcja skansoriopteryksa, skala 1 cm (Czerkas & Feduccia, 2014)

Najnowsze badania z wykorzystaniem mikroskopowej technologii 3D wykazały jednak, że skansoriopteryks nie ma podstawowych cech szkieletu typowych dla dinozaurów (Czerkas & Feduccia, 2014). Oznacza to tyle, że Scansoriopteryx był opierzonym archozaurem, który żył w koronach drzew, podobnie do mikroraptorów, niewątpliwych przedstawicieli dinozaurów. Problem w tym, że mikroraptor jest znacznie młodszy, pochodzi z kredy. Zatem Czerkas i Feduccia (2014) proponują aby właśnie wśród niewielkich, opierzonych archozaurów typu skansoriopteryksa szukać przodków ptaków. Nie wśród dinozaurów.

A tak wyobraża sobie skansoriopteryksa Vasix.

Gdyby przyjąć takie spojrzenie, oznaczałoby to, że linie dinozaurów i pra-ptaków rozeszły się jeszcze w triasie, mniej więcej w czasie, kiedy żyła opisywana już na łamach tego bloga longiskwama. Inna sprawa to same pióra, które mogły pojawić się także już w triasie i u wielu linii archozaurów, także tej prowadzącej do teropodów i zachować się również u archozaurów jurajskich nie będących dinozaurami.

Źródła:
Czerkas, S.A. & Feduccia, A., 2014. Jurassic archosaur is a non-dinosaurian bird. Journal of Ornithology. DOI: 10.1007/s10336-014-1098-9

Obrazek w nagłówku → http://theropod.tumblr.com/post/20185810215/prehistoric-birds-scansoriopteryx-climbing 

Czytaj więcej

Najstarsza publiczna toaleta świata

Duże ssaki roślinożerne mają bardzo często jedno, wspólne miejsce gdzie załatwiają swoje potrzeby. Wspólna defekacja spełnia ważną rolę w życiu społecznym stada, ale ma też swoje implikacje biologiczne i ekologiczne. Jak do tej pory takie zachowania znane były tylko u ssaków i to nie starszych niż poźnokenozoiczne (czyli nie więcej niż ~25 mln lat wstecz). Ostatnie znaleziska w Argentynie przesuwają znacznie wiek najstarszych latryn. I to o prawie 200 mln lat, do późnego triasu. Jak się domyślacie, w późnym triasie defekacji we wspólnej latrynie nie dokonywały ssaki, lecz tzw. gady ssakokształtne, czyli synapsydy. W nowoodkrytym stanowisku były to dicynodonty.

Jak wspomniałem we wstępie, wspólne latryny (np. osławione toalety publiczne czy obozowe "sławojki") opisywane były wyłącznie u ssaków. Pomijając oczywiście człowieka i inne naczelne, znamy je m.in. u słoni, tapirów, koni, antylop. Jak widać, szczególnie powszechne są u dużych ssaków roślinożernych żyjących stadnie. Sądzi się, że wspólna defekacja umożliwia ssakom komunikację, rozmnażanie, obronę przed drapieżnikami oraz ogranicza ryzyko przenoszenia pasożytów. Same korzyści. Jednak do tej pory nie udało się znaleźć dowodów na starsze niż późnokenozoiczne latryny. Na dodatek wydawało się, że wyłącznie ssaki wpadły na pomysł publicznych toalet.

Argentyńskie koprolity dicynodontów złożonej w publicznej toalecie (Fiorelli et al., 2013)

Nowe znalezisko z północno-zachodniej Argentyny to osiem sporych rozmiarów nagromadzeń koprolitów (skamieniałych odchodów). W każdym nagromadzeniu doliczono się setek lub tysięcy koprolitów pozostających w miejscu złożenia od 220 mln lat (in situ). Koprolity przypisuje się dicynodontom z rodzaju Kannemeyeria, które, jak się okazuje także korzystały z publicznych latryn. Koprolity są różnych rozmiarów, od 0.5 do 35 cm, sądzić należy zatem, że do wspólnych latryn zmierzały wszystkie osobniki w stadzie, od najmłodszych już lat.

Kannemeyeria (już jest w latrynie?) - Dmitry Bogdanov CC BY-SA 3.0

Źródła:
Fiorelli, L.E., Ezcurra, M.D. et al., 2013. The oldest known communal latrines provide evidence of gregarism in Triassic megaherbivores. Scientific Reports, 3: 3348. doi:10.1038/srep03348

Zdjęcie w nagłówku - by Rolandi http://www.deviantart.com/art/Communal-Latrines-417744497

Czytaj więcej

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

Najważniejsze odsłonięcia geologiczne w Górach Świętokrzyskich

Poniżej przedstawiam mapę z lokalizacją najważniejszych i dobrze znanych odsłonięć geologicznych w rejonie świętokrzyskim. Pominąłem tu klasyki turystyczno-krajoznawcze typu gołoborza. W zasadzie, na mapie znajdują się miejsca, które pokazuje się studentom podczas zajęć terenowych w Górach Świętokrzyskich.

Opisy do większości z nich, a konkretnie do 25, znajdziecie m.in. w książce wydanej w 2012 r. przez geologów z Wydziału Geologii Uniwersytetu Warszawskiego pt. Góry Świętokrzyskie : 25 najważniejszych odsłonięć geologicznych pod redakcją naukową Stanisława Skompskiego.

Książka chyba nie jest dostępna w księgarniach i należy o nią pytać w bibliotekach (ISBN 978-83-932617-1-0) lub bezpośrednio na Wydziale Geologii UW.

Impulsem do opublikowania poniższej mapy była informacja o uruchomieniu portalu Outcropedia, gdzie, wzorem Wikipedii, każdy może nanieść na Google Maps jakieś ciekawe odsłonięcie. Na Outcropedii na razie nie ma polskich odsłonięć (stan z 27 stycznia 2014 r.), być może pojawią się z czasem. Póki co, te z Gór Świętokrzyskich możecie znaleźć na poniższej mapie :)
Pokaż Odsłonięcia geologiczne w Górach Świętokrzyskich na większej mapie

Czytaj więcej

Promosaurus - poradnik promocji nauki

Od kilku miesięcy należę do grona wybrańców - posiadaczy drukowanego egzemplarza "Promosaurusa - poradnika promocji nauki" wydanego pod redakcją Piotra Żabickiego i Edyty Giżyckiej przez Centrum Innowacji, Transferu Technologii i Rozwoju Uniwersytetu (CITTRU) działające na Uniwersytecie Jagiellońskim. Pora zatem na kilka słów tytułem recenzji.

Tak więc mam w ręku poradnik i nie wiem czy najpierw go czytać czy poić nim oczy. "Promosaurus" pod względem edytorskim nawiązuje do znanego już z wydań NIMB-a charakterystycznego składu tekstu i oprawy graficznej. Ma zatem wyrazisty styl, który już chyba na zawsze będę kojarzył z CITTRU. To niewątpliwa zaleta i jednocześnie pierwszy ważny przekaz dla popularyzatorów nauki - "po pierwsze primo" macie przykuwać uwagę! I to się "Promosaurusowi" z pewnością udało.

Dzieło chętnie bierze się do ręki i mimowolnie zaczyna kartkować. Temu typowi mimowolnych czytaczy odpowiada po części skład tekstu, w którym jest mnóstwo insertów, które, umieszczone na marginesach, przykuwają wzrok i przekazują kondensat całości strony. Przy tej okazji doceniłem wartość elektronicznej wersji poradnika, w której można bezpośrednio kliknąć w linki internetowe i zobaczyć treść odsyłacza. W wersji papierowej, kilkulinijkowy link z nieoczywistym ciągiem znaków jest raczej bezużyteczny. Aż się prosi, żeby umieścić przy nich kody kreskowe np. typu Aztec.

No, ale widocznie redakcja uznała, że "Promosaurus" dystrybuowany będzie głównie w internecie, więc problemu oczywiście nie ma. Dotyczy to także, maławej czcionki w insertach w stopce, która w wersji papierowej jest na granicy rozdzielczości mojego nieuzbrojonego oka. Ponieważ jednak mam dostęp do obu wesji poradnika, wypada zauważyć, że najlepiej korzysta mi się z niego naprzemiennie - czytająć wydruk i klikając na linki w wersji pdf.

Pora zatem na treść. "Promosaurus" skierowany jest do naukowców i studentów, jak we wstępie zaznacza Piotr Żabicki. Wstęp okraszony jest obrazkiem ichtiostegi i wspomnieniem z wizyty w Muzeum Ewolucji i, jak mniemam, stąd nazwa przewodnika. Skojarzenie oczywiście bardzo luźne, ale może stanowić formę kampanii promocyjnej. Parę dni temu studenci Wydziału Biologii i Nauk o Ziemi (BiNoZ) zaproponowali grę miejską "Gdzie jest BiNoZaur-Wally? Vol. 2" co jakoś skojarzyło mi się z "Promosaurusem". Jeśli udałoby się w ten deseń pociągnąć promocję pozostałych wydziałów Uniwersytetu, może wreszcie UJ pokazałoby jakiś spójny obraz łączący tak odmienne wydziały jak Chemię i Filologię czy Prawo i Administrację.

Wróćmy jednak do poradnika, gdzie zespół autorski jest tak zróżnicowany jak wydziały na Uniwersytecie. Stąd też poradnik nie podaje gotowych przepisów jak promować naukę i jak odnieść sukces. Może to i dobrze, bo znamy już aż nadto poradniki typu "7 sposóbów na dobrą stronę internetową" czy "10 sposobów na zwiększenie oglądalności Twojego blogu". Efektem takich gotowców, są powtarzalne schematy, które przynoszą skutek odwrotny do spodziewanego.

Jest więc "Promosaurus" zbiorem luźnych impersji na temat promocji nauki w różnych wydaniach. Odbieram też poradnik jako zachętę do działania dla początkujących. Oczywiście, każdy z Autorów "Promosaurusa", uważa, że naukę promować należy i to jak najszerzej. Przeważają poglądy, że najlepiej promować to czym się zajmujemy osobiście. Lech Mankiewicz uważa wręcz, że [cyt.]: środowisko "popularyzatorów nauki" ma bowiem istotną słabość, która przejawia się brakiem wglądu w sedno sprawy. Jak widać, takich popularyzatorów omnibusów nie należałoby traktować serio. Cóż, wiele w tym racji, z drugiej jednak strony, w nauce pojawiły się tak wąskie specjalizacje, że przedstawianie ich szerszej publiczności jest problematyczne i odbywać się może sporadycznie. Do tego dochodzą trudności w tłumaczeniu terminów angielskich na polskie, których po prostu nie ma, bo nasi pradziadowie nie przewidzieli w swoim słowniku miejsca na odkrycia naukowe. Mamy zatem spolonizowane terminy angielskie, które są tak samo niezrozumiałe jak angielskie. Przykłady każdy może sobie sam wymyślić. Pozostaje więc tematyka na tyle ogólna, żeby była zjadliwa dla odbiorcy.

Wydaje mi się, że racji nie ma również Krzysztof Ciesielski pisząc, że mamy całkiem bogaty rynek książki popularnonaukowej. Otóż nie mamy. Wystarczy się przejść do jakiejkolwiek księgarni. Dział popularnonaukowy, jeśli w ogóle go znajdziemy, jest bardzo skromny, a często królują w nim pozycje pseudonaukowe typu "Zakazana archeologia". Wspomniany Lech Mankiewicz też widzi tę mizerię, pisząc, że wydawcy zwijają swoje redakcje naukowe, a dziennikarz naukowy, to gatunek zdecydowanie zagrożony (s. 19). Mnie kompozycja działu popularnonaukowego w księgarniach często żenowała, wskazując, że poziom edukacji w Polszcze kiepski jest. Piszę tu o dużym mieście akademickim, a jak wygląda sytuacja na prowincji? W księgarniach królują książki dla dzieci, podręczniki dotowane przez MEN oraz książki kucharskie.

Jak widać, popularyzatora nauki w Polsce czeka ciężki los. Książki i czasopisma nie sprzedają się w nakładach zapewniających zwrot kosztów, bo rynek jest zbyt mały. Prawda niestety jest taka, że promowanie czy popularyzowanie nauki w kategorii przedsięwzięcie biznesowe na polskim rynku jest bardzo ryzykowne. Dla odmiany nauka i jej popularyzacja w wydaniu anglojęzycznym może liczyć na miliard potencjalnych odbiorców. Myli się również ten, kto porównuje frekwencję na wszelkiej maści Nocach Muzeum i Naukowców z popularnością nauki. Noce Muzeów to rodzaj rozrywki, forma spędzenia wolnego czasu, która nie przeradza się w zainteresowanie nauką, a przynajmniej nie widać takiego prostego przełożenia. To jednorazowy akt. Czy jest zatem formą promowania i popularyzowania nauki? W pewnym sensie tak, ale myślę, że taką formę spełniają również "parki jurajskie", gdzie przecież nie o naukę idzie, a o komercję jedynie.

Jest w "Promosaurusie" także i o tym, by komercjalizować naukę, współpracować z biznesem, traktować naukę jak produkt, który można sprzedać. Można i tak, ale czy wtedy nauka będzie jeszcze nauką? Jakoś umknęły mi dyskusje w polskich mediach roztrząsające różnice pomiędzy wynalazczością, inżynierią a nauką. Nauką nie można sterować i niczego nakazać. Nauka to słynna już Eureka! Olśnienie! To fascynacja pozornie nieistotnym odkryciem, które z czasem nabiera praktycznego znaczenia. U źródeł każdego wynalazku leży cała seria obserwacji, prowadzonych często od starożytności. Wystarczy sięgnąć po historię elektryczności.

Naukowcem nie może być nikt, kto tego nie zrozumie lub nie doświadczył na własnej skórze. Dużo o tym w "Promosaurusie". A ja w takich wypadkach mówię o Koperniku, który zajmował się czymś na co w jego czasach kompletnie nie było zapotrzebownia, a jednak stał się dumą polskiej nauki. Podobnie Maria Curie, robiła coś co nikomu w jej czasach nie było potrzebne.

Trochę odkleiłem się od tematu, wracam więc na łono "Promosaurusa". Jeden z bardziej konkretnych tekstów, o tym jak i gdzie promować naukę w internecie napisała Ilona Iłowiecka-Tańska. Autorka zaczyna od wskazania jak promocję badań naukowych traktuje się na stronach internetowych flagowych okrętów polskiej nauki, czyli Uniwersytetu Jagiellońskiego i Uniwersytetu Warszawskiego. Przykład ten pokazuje, że promocja i popularyzacja nauki na polskich uczelniach traktowana jest jak zbędny balast. Trudno się nie zgodzić z tą tezą. Towarem na polskich uczelniach nie jest nauka tylko edukacja.


Kolejna rzecz. Pomimo tego, że "Promosaurus" zaczął się od wspomnienń z Muzeum Ewolucji, to nie ma w nim tekstu nikogo, kto reprezentowałby jakąkolwiek instytucję typu muzeum powołaną do promowania i popularyzowania nauki (oprócz CITTRU). Bardzo mnie to zastanowiło, bo przewodnik jako taki, kierowany jest do naukowców i studentów, ale w rzeczy samej instytucjonalna promocja nauki w Polsce kompletnie leży. I nie są temu winni naukowcy, a tym bardziej studenci.

Pisząc z pozycji naukowca, mam wrażenie, że zachęcając mnie do popularyzowania i promowania nauki proponuje mi się kolejną rzecz do zrobienia, a rozliczać będzie z czego innego. Nikogo nie będzie interesowało ile mam wpisów na blogu, jaką poczytność, ani ilu było słuchaczy na otwartych wykładach. Ważne będzie jakiego mam "hirsza" wg Web of Science, ile mam karentowych publikacji, grantów i wdrożeń, wypromowanych magistrantów i doktorantów. Bo po to jestem naukowcem. Uważam, że powinno być rozgraniczone promowanie i popularyzowanie nauki od jej uprawiania. Oczywiście znajdą się tacy, którzy będą świetni w jednym i drugim, niemniej jednak będą to wyjątki.

Myślę, więc, że grono odbiorców "Promosaurusa" powinno obejmować także instytucje do tego powołane. Mamy na Uniwersytecie Jagiellońskim kilka muzeów, niechaj one, z mocy swej misji będą łącznikiem pomiędzy gabinetem naukowca a publicznością. Podobną misję powinny pełnić akademickie serwisy internetowe redagowane przez powołane do tego redakcje. Jeśli wszyscy zaczniemy robić to co do nas należy, wtedy może być naprawdę dobrze.

Wiem, że wpis pełen jest dygresji odbiegających od recenzji samego poradnika. Myślę, jednak, że łatwość dostępu spowoduje, że Czytelnik sam po niego sięgnie i dowie się wielu ciekawych, przydatnych czy też polemicznych tez. I dotyczy to nie tylko tych, którzy czują, że promocja nauki to ich żywioł. "Promosaurus" wart jest tego, żeby zajrzeć do niego i zastanowić się nad sposobem promowania i popularyzacji nauki w Polsce.

Dlatego uważam, że każdy kto dotarł do końca tych wynurzeń powinien kliknąc tutaj.

Czytaj więcej

Karmiące matki faworyzują synów?

Tym razem chodzi o mleko karmiących piersią matek. Okazuje się, że skład mleka różni się w zależności od płci dziecka oraz sytuacji ekonomicznej kobiety. Pod tym względem człowiek (matka) nie różni się od makaków, fok czy jeleni - uogólniając, od innych ssaków. Ma to związek, jak się wydaje, z odmienną strategią rozrodczą dorosłych już chłopców i dziewczynek oraz z ich oczekiwanym statusem społecznym. Badania porównawcze prowadzono w Kenii i USA, ale schemat jest podobny, niezależnie od tego w jakich warunkach żyją karmiące matki.
Raz bogatszy pokarm otrzymuje dziewczynka, raz chłopczyk. Jak to się ma do gender?

W Kenii matki dobrze sytuowane faworyzują swoim mlekiem synów, dając im mleko o średniej zawartości tłuszczu ok. 2.8%, podczas gdy córki dostają tylko 1.74%. Z kolei biedne kobiety mają w swoich piersiach tłustsze mleko dla dziewczynek (2.6%) a dla chłopczyków tylko 2.3%. Podobne dane uzyskano badając mleko matek w stanie Massachusetts w USA. Bogate Amerykanki faworyzują swoim mlekiem synów. To bardzo podobne wyniki, jakie uzyskano w badaniach szarych fok, czerwonych jeleni czy makaków rezus.

Cóż, wydaje się, że mechanizm takich zachowań jest głęboko zakorzeniony w ewolucji ssaków, w tym ludzi. Kiedy czasy są ciężkie, opłaca się inwestować w córkę, której strategia życiowa jest bardziej zachowawcza (bezpieczniejsza) i która może liczyć na to, że znajdzie się "pod opieką" jakiegoś bogatego biznesmana.
Natomiast, jedynie chłopcy, którym pisany jest sukces społeczno-materialny będą mogli poszczycić się licznym potomstwem. Pokazuje to, że mechanizm poligamii, w której dużą rolę odgrywa dominujący samiec (alfa) odgrywa (odgrywał?) dużą rolę także u ludzi.
W Kenii byłoby to zrozumiałe - bogaty mężczyzna może mieć dużo kobiet, biedny żadnej, więc nie opłaca się w niego inwestować. Ale w USA..? Widocznie działa podobna reguła.

Jak to się ma do kultury gender? Nijak, matki od samego początku, czy tego chcą czy nie, faworyzują poprzez swój pokarm synów lub córki, mając na uwadze szanse na prokreację swoich dzieci w przyszłości. Innymi słowy, zachowania typowe dla płci (gender) mają swoje biologiczne podłoże zmierzające do sukcesu reprodukcyjnego, który jest podstawą inwestycji w dziecko. Nie opłaca się inwestować w chłopca, który nie będzie w przyszłości samcem alfa i nie zapewni licznych wnuków swoim rodzicom. Podobnie u dziewczynek. Kultra gender zakłada, że te wzorce są narzutem kulturowym, ale badania pokazuję, że niezależnie od kultury (czy braku kultury) inwestycja w potomostwo przebiega podobnie.

Co ciekawe, u makaków oprócz białka i tłuszczu, mleko dla męskich potomków ma wyższy poziom kortyzolu, co być może działa także u ludzi i ma wpływ na rozwój chłopców.

Tak czy siak, chłopcy czy dziewczynki są tacy jacy są i mają swoje ewolucyjnie zaprogramowane biologiczne cele, zanim zacznie się je wychowywać. Potem to już zupełnie inna sprawa.



Źródła:
Fujita, M., Roth, E., Lo, Y.-J., Hurst, C., Vollner, J. and Kendell, A. (2012), In poor families, mothers' milk is richer for daughters than sons: A test of Trivers–Willard hypothesis in agropastoral settlements in Northern Kenya. Am. J. Phys. Anthropol., 149: 52–59. doi: 10.1002/ajpa.22092

Notka w Scientific American

Fot. w nagłówku byronpeebles (CC-BY-SA)

Czytaj więcej

Czy Zachodnia Antarktyda przeczy wpływowi człowieka na topnienie lądolodu?

Rdzeń lodowy z wydobyty z Ziemi Ellswortha (Zachodnia Antarktyda) dostarczył dowodów na to, że obecne topnienie lodowców w tym rejonie nie przekracza naturalnych zmian. Tym samym antropogeniczny wpływ na zmniejszanie się czapy lodowej w Zachodniej Antarktydzie został poddany pod wątpliwość.

Rdzeń lodowy przebadany został przez zespół brytyjskich badaczy w ramach programu iSTAR Brytyjskiej Służby Antarktycznej (BAS - British Antarctic Survey). Reprezentował on zapis 308 lat (od 1702 do 2009 roku) zmian klimatycznych Zachodniej Antarktydy, które interpretowano m.in. na podstawie fluktuacji składu izotopów stałych tlenu.
Stwierdzono, że klimat w tym rejonie uzależniony był od zmian temperatury wód powierzchniowych oraz ciśnienia atmosferycznego w tropikalnych częściach Pacyfiku (słynne zjawiska El-Niño i La-Niña). Zapis izotopowy w rdzeniu pokazuje, że obecne topnienie w rejonie Ziemi Ellswortha zapoczątkowane zostało pod koniec lat 50-tych XX w., a jego amplituda podobna jest do tych obserwowanych na Półwyspie Antarktycznym i centralnej części Zachodniej Antarktydy.

Nie to jednak jest najciekawsze w tych badaniach. Otóż, obecne tempo topnienia nie jest wyjątkowe w skali ostatnich 300 lat. Krzywe izotopowe, interpretowane jako zapis temperatury, miały w owym czasie bardziej dramatyczne zmiany, czyli okresy gwałtownych ociepleń i ochłodzeń. Do takich sytuacji dochodziło w połowie XIX i w XVIII wieku.

Wniosek z tego płynie taki, że to, co obserwujemy obecnie wcale nie musi być związane z działalnością człowieka, gdyż skala zjawiska nie przekracza naturalnych zmian jakie zachodziły w zachodniej Antarktyce w ciągu ostatnich 300 lat (Thomas et al., 2013).

Ciekaw jestem, jak sprawy potoczą się dalej, gdyż Zachodnia Antarktyda, obok Grenlandii, podawana była jako przykład gwałtownych zmian spowodowanych tzw. globalnym ociepleniem, wiązanym z uwalnianiem przez człowieka sporych ilości CO₂ do atmosfery. W poście poświęconym zmianom poziomu morza wywołanym topnieniem Grenlandii zwróciłem uwagę na to, że Wschodnia Antarktyda notuje obecnie przyrost czapy lodowej, w przeciwieństwie do Zachodniej. Teraz okazuje się, że i w Zachodniej Antarktydzie topnienie można tłumaczyć pre-industrialnymi czynnikami działającymi w przyrodzie.

Nie jest to pierwszy tego typu głos. Podobne badania prowadzono na antypodach, w rosyjskiej Arktyce, gdzie na podstawie rdzenia 1000-letniego stwierdzono, że topnienie lodowców arktycznych jest bardziej złożonym problemem i wcale nie musi wynikać tylko z wpływu człowieka (Opel et al., 2013). W Arktyce w XV i XVI wieku dochodziło do gwałtownych zmian, związanych ze zmianą cyrkulacji atmosferycznej.

Trochę inna skala - krzywa izotopowa tlenu oraz poziom morza na przestrzeni ostatnich 100 mln lat i rozwój czapy lodowej na Antarktydzie (Miller et al., 2008).

Nie jestem ani sceptykiem, ani denialistą, ani też zwolennikiem globalnego ocieplenia. Zawsze, jako człowiek przyzwyczajony do myślenia kategoriami czasu geologicznego, twierdziłem, że 100 czy 150 lat pomiarów to za mało, żeby cokolwiek przesądzać. Patrząc z perspektywy 50 czy 500 mln lat ani obecne stężenie CO₂ ani topnienie lądolodów nie robi wrażenia. Z tej perspektywy ciągle żyjemy w epoce lodowej.

Źródła:
Elizabeth R. Thomas et al., 2013. A 308 year record of climate variability in West Antarctica. Geophysical Research Letters, 40: 5492-5496.

Miller, K.G. et al., 2008. A View of Antarctic Ice-Sheet Evolution from Sea-Level and Deep-Sea Isotope Changes During the Late Cretaceous-Cenozoic. Proceedings of the 10th International Symposium on Antarctic Earth Sciences. Whashington.

Notka prasowa BAS - New ice core record shows climate variability in West Antarctica

Fot. w nagłówku by Elizabeth R. Thomas - Baza w zachodniej Antarktyce

Czytaj więcej

Jak długo żyją małże i co nas to obchodzi?

Małże żyją długo. Analizy łuków przyrostowych skorupki małży z gatunku Arctica islandica wskazują, że należą one do najdłużej obecnie żyjących zwierząt na Ziemi. Osobnik, którego wiek obliczano, rozpoczął swój żywot w czasach "gdy wymarła polska szlachta" czyli za króla Olbrachta. Niestety, małż już nie pobije swojego rekordu, bo podczas badań uczeni rozerwali skorupki i uśmiercili biedaka. Ale i tak rekord pozostał - 507 lat.

Historia liczenia daty "urodzin" Arctica islandica rozpoczęła się dobrych parę lat temu, gdy u wybrzeży Islandii wyłowiono małże o dużej liczbie łuków przyrostowych na skorupce. Dokładna analiza wykazała, że łuki te reprezentują roczne przyrosty skorupki małża, podobnie jak roczne przyrosty słojów drzew. Zabrano się więc do liczenia ileż to łuków, czyli lat, mają małże islandzkie. W 2006 roku wyliczono, że 405. Znaczyło to, że żyją od 1601 roku.

Arctica islandica (fot. Manfred Heyde CC-BY)

Ostatnio jednak wrócono do obliczeń i okazało się, że łuków jest jeszcze więcej, bo 507 (Munro & Blier, 2012). Zatem uśmiercony małż żył od 1499 roku, czyli od czasów króla Jana Olbrachta. A. islandica doczekała się więc miana Matuzalema wśród zwierząt (Schoene et al., 2005). Takie małże to gratka dla paleoklimatologów, gdyż w łukach przyrostowych zachowały się proporcje składu izotopów stałych tlenu i węgla w wodzie, w której żył małż, odpowiednio do czasu ich powstania. A stąd już łatwa droga do analiz paleośrodowiskowych.

Przekrój przez skorupę małża. Widać linie przyrostu z zaznaczoną datą 1816. Zapis kończy się w 1868 r. Można sprawdzić (wg Schoene et al., 2005).

Zapis izotopowy odczytany z muszli A. islandica (wg Schoene et al., 2005).

Badania nad długowiecznością małży dostarczyły też informacji o starzeniu się organizmów tkankowych, do których należysz także Ty Drogi Czytelniku. Być może znaleziono eliksir młodości i niebawem będziemy żyli po kilkaset lat, jak małże (dobra okazja do podniesienia wieku emerytalnego). Okazuje się bowiem, że źródłem długowieczności małży jest ich odporność na biologiczny proces utleniania lipidów. Mówiąc wprost, małże mają niski wskaźnik peroksydacji lipidów (PI). Im mniejsze PI tym dłużej żyją.

Źródła:
Munro, D. & Blier, P.U. 2012. The extreme longevity of Arctica islandica is associated with increased peroxidation resistance in mitochondrial membranes. Aging Cell, 11: 845-855.

Schoene, B. et al., 2005. Climate records from a bivalved Methuselah
(Arctica islandica, Mollusca; Iceland). Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 228: 130-148.

Fot. w nagłówku: bathyporeia (flickr.com)

Czytaj więcej

Topnienie lądolodu grenlandzkiego spowoduje... obniżenie poziomu morza

Tak, to prawda. Wbrem obiegowej opinii, stopnienie lądolodu grenlandzkiego nie spowoduje podniesienia poziomu morza na całym świecie. Można nawet uogólnić i stwierdzić, że nie wpłynie to na eustatyczne podniesienia poziomu morza. Są natomiast takie rejony świata, gdzie poziom morza wręcz obniży się. I to znacznie. Nawet do 100 m. Wiem, że w mediach szerzy się klimatyczny defetyzm i ogólnie wciska się ludziom, że zmniejszająca się czapa lodowa na Grenlandii spowoduje zalanie olbrzymich obszarów nadmorskich w Europie, w tym także i w Polsce. Dlaczego ja tak nie uważam?

Zacznę do tego, że Ziemia to nie drewniana, ani żelazna kula z rozlaną po powierzchni wodą, która wypełnia zagłębienia. Ziemia ma dość skomplikowany kształt. Na tyle skomplikowany i niepowtarzalny, że nazwano go geoidą. Geoida ma wybrzuszenia i zagłębienia, których powierzchnia nie pokrywa się z elipsoidalną linią referencyjną stosowaną do pomiarów wysokości. Trudno więc porównać ze sobą poziomy morza w różnych układach odniesienia. Linia "zero" jednego układu odniesienia może różnić się od takiej samej linii w drugim układzie nawet o 50 cm lub więcej w samej tylko Europie. Dla porównania - układ odniesienia Triest (Adriatyk) różni się od układu Kronsztad (Bałtyk) o +0.67 m w stosunku do powierzchni referencyjnej elipsoidy. Trudno więc orzec, czy zmiany poziomu morza np. w układzie Kronsztad dotyczą wyższego poziomu morza czy też odkształcenia geoidy.

Dopiero do kilkunastu lat znamy w miarę dokładny kształt geoidy, który można stosować jako globalny poziom odniesienia w pomiarach satelitarnych. Dlatego też dopiero od niedawna można mówić o globalnych zmianach. W dalszym jednak ciągu pomiary trwają i należy spodziewać się kolejnych, dokładniejszych odwzorowań powierzchni geoidy. Ostatni model grawitacyjny Ziemi EGM2008 pochodzi sprzed paru lat (np. Pavlis et al., 2012). Odkształcenia geoidy powodują, że część wody spływa do zagłębień w geoidzie, więc tam należy spodziewać się wzmożonego napływu wód, większego niż w miejscach wyniesionych. Np. wschodnie wybrzeża USA są obniżone w stosunku do Grenlandii o prawie 150 m (patrz poniższy rysunek). Nierównomierny rozkład materii w skorupie ziemskiej powoduje też nierównomierny rozkład potencjału grawitacyjnego. To jedna z przyczyn, dla której poziom morza nie będzie podnosił się równomiernie na całym świecie, jak w laboratoryjnej menzurce.

Kształt geoidy ziemskiej wg modelu EGM2008 z widocznymi odchyleniami w stosunku do referencyjnej elipsoidy (NGA).

Powyższy akapit zawiera także dalsze wytłumaczenie dotyczące lądolodu grenlandzkiego, który - jak się domyślacie - sporo waży. Z wyliczeń P.J. Petersena wynika, że lądolód grenlandzki waży 2.66946 x 1018 kg. To oczywiście dużo, więcej niż jesteśmy w stanie sobie wyobrazić. Taka masa lodu ma swój potencjał grawitacyjny, który przyciąga wodę oceanu i powoduje jej podniesienie w pobliżu Grenlandii. Gdy zdejmiemy z niej lądolód, Grenlandia stanie się lżejsza, a wtedy woda oceaniczna odpłynie od niej. Przyciąganie grawitacyjne Grenlandii z lądolodem powoduje wygięcie powierzchni oceanu w promieniu dochodzącym do 2000 km, zatem większość pn. Atlantyku ma powierzchnię grawitacyjnie podniesioną (rysunek poniżej).

Grawitacyjne ugięcie powierzchni oceanu w pobliżu obiektu o dużej masie (góra); zmiany poziomu morza w zależności od tego który lądolód stopnieje (wg Battersby'ego, 2013).

I tu pojawia się kolejna kwestia. Ciężki lądolód wgniata skorupę kontynentalną Grenlandii w plastyczny płaszcz ziemski. Gdy lód zniknie, lżejsza Grenlandia podniesie się. I teraz uwaga - stopnienie lądolodu to mniejsza grawitacja i podniesienie izostatyczne Grenlandii, które spowodują obniżenie poziomu morza u wybrzeży tej wyspy o około 100 m. Siedząc dostatecznie długo na brzegu Grenlandii zobaczymy, że morze cofa się i opada. Podobne zjawisko zachodzi na tarczy bałtyckiej, która ciągle jeszcze podnosi się po zrzuceniu lądolodu ostatniego zlodowacenia, powodując, że Bałtyk staje się coraz płytszy.

Zjawisko obniżenia poziomu morza dotknie w zasadzie całą Europę. Oczywiście im dalej od Grenlandii, tym obniżenie poziomu morza będzie słabsze, ale np. Islandia, Irlandia czy zachodnia Szkocja doczekają się obniżenia poziomu morza, zamiast ogłaszanego nieustannie podniesienia. W Polsce pewnie też poziom morza opadnie, ale nieznacznie (uwaga - nie biorę pod uwagę innych składowych zmian poziomu morza).

Oczywiście, zjawiska te nie zachodzą z dnia na dzień. Trudno więc dokładnie powiedzieć w jakim tempie będzie odbywało się izostatyczne podnoszenie tarczy grenlandzkiej i przyległych do niej obszarów. Z teoretycznych rozważań wynika, że Arktyka wolna od lodu spowoduje ostatecznie podniesienie poziomu głównie w południowym Atlantyku i pd. Pacyfiku - przy założeniu, że czapa lodowa Antarktydy pozostanie nietknięta. Pewien wpływ na poziom morza ma także woda z górskich lodowców, ale podobnie do Grenlandii, ona także spowoduje zdjęcie ciężaru z gór i ich izostatyczne podniesienie, a więc relatywne obniżenie poziomu morza.

Rekordowy zasięg lodu antarktycznego z września 2012 (NASA).

Z obserwacji ostatnich lat wynika, że faktycznie dość szybkiemu topnieniu Arktyki towarzyszy przyrost czapy lodowej na Antarktydzie, szczególnie w jej wschodniej części. W 2012 r. odnotowano rekordowy zasięg pokrywy lodowej Antarktydy, przy jednoczesnym, rekordowo małym lądolodzie grenlandzkim. Jak widać ubytkowi lodu w Arktyce towarzyszy przyrost lodu na antypodach. Czy te procesy równoważą się? Trudno powiedzieć. Jednocześnie notuje się wiarygodne dane o podnoszeniu się poziomu morza. Wydaje się jednak, że jest to w większości efekt przyrostu objętości wody wskutek podniesienia jej temperatury (termalnej ekspansji oceanu).

Jak wynika z powyższego obrazka wg Cazenave (tak, to Anny) i Nerema (2004), obecnie ekspansja termiczna ma największe znaczenie. Ci sami autorzy przedstawiają również zestawienie (patrz poniżej), z którego wynika, że udział lodu grenlandzkiego i antarktycznego w zmianach poziomu morza był na początku XXI w. trudny do oszacowania.

Świeżutkie dane z tego roku pokazują trendy zmiany masy lądolodu Antarktydy i Grenlandii, które również wskazują regiony gdzie dochodzi do przyrostu masy, szczególnie we wschodniej Antarktydzie (obrazek poniżej).

Trend zmiany masy lądolodu Antarktydy (a) i Grenlandii (b). Barwy od zielonej w stronę czerwieni i bieli wskazują przyrost masy lodu. Od zieleni w stronę granatu - ubytek masy (wg Barletta et al., 2013).

Myślę, że przyjdzie nam po prostu poczekać jeszcze trochę na analizę efektów globalnego wzrostu temperatury. Być też może, że nie dożyjemy jednoznacznego opracowania i problem pozostawimy wnukom.

Źródła:
Fot. w nagłówku: Christine Zenino (CC-BY)

Barletta, V.R. et al., 2013. Scatter of mass changes estimates at basin scale for Greenland and Antarctica. The Cryospherei, 7: 1411-1432. doi:10.5194/tc-7-1411-2013
Battersby, S., 2013. Where melting ice means retreating seas. New Scientist, 2915.
Cazenave, A. & Llovel, W., 2010. Contemporary Sea Level Rise. Annual Review of Marine Science, 2: 145-173. doi: 10.1146/annurev-marine-120308-081105
Cazenave, A. & Nerem, R.S., 2004. Present-day sea level change: observations and causes. Reviews of Geophysics, 42: 2003RG000139
Church, J.A. et al., 2010. Understanding Sea-Level Rise and Variability. Blackwell Publishing Ltd.
Mitrovica, J.X. et al., 2001. Recent mass balance of polar ice sheets inferred from patterns of global sea-level change. Nature, 409: 1026-1029.

Czytaj więcej

Co ma sperma i katar do liczby Reynoldsa?

Plemnik jest malutki, sperma gęsta, a droga do jaja daleka. Krótki żywot plemnika nie jest usłany różami. Byłby również zupełnie bezowocny, gdyby plemniki nie zdawały sobie sprawy z ograniczeń jakie nakreśla im liczba Reynoldsa. Wiedzą jednak w jakim świecie żyją, podobnie jak nasz organizm, który broni się katarem przed infekcją bakteryjną.

Zanim jednak przejdziemy do istoty samej liczby Reynoldsa, oderwijmy się na chwilę od plemników i spermy i pomyślmy o wodzie. Z pewnością pływając podczas wakacji zastawialiście się nad lepkością wody. Gdyby woda miała lepkość powietrza, trudno byłoby nam się utrzymać na jej powierzchni. Opadlibyśmy od razu na dno. Chyba, że bylibyśmy akurat na wczasach odchudzających i nasza masa spadłaby do kilku miligramów, wtedy lepkość powietrza mogłaby być wystarczająca do utrzymania nas na powierzchni.

Można też rozpatrzyć drugi przypadek, gdy lepkość wody w jeziorze ma lepkość smoły czy płynnego asfaltu. Wtedy nasza masa może być niewystarczająca do zanurzenia się. Musielibyśmy nieco przybrać na wadze, albo wyładować spodenki kąpielowe ołowiem. Zauważyliście, że nie zmieniamy w obu przypadkach swojej wielkości? Zatem chudnąc czy przybierając na wadze zmieniamy swoją gęstość.

W obu powyższych przypadkach pływanie jest bardzo trudne lub niemożliwe. Zdajemy sobie sprawę, że nasz ruch w wodzie uzależniony jest od lepkości wody oraz naszej masy (gęstości). No dobrze, macie rację, przecież pływanie odbywa się poprzez ruch ramion i nóg, więc dodajmy do naszych rozważań prędkość. Wszystkie te cechy dotyczące nas, czyli nasza masa (gęstość) + wymachiwanie kończynami, nazwijmy siłą inercji. Te siły inercji muszą przezwyciężyć lepkość wody czyli siły lepkości. Jesteśmy już na tropie liczby Reynoldsa.

Liczba Reynoldsa to właśnie stosunek siły inercji do siły lepkości. Jak to wikipedia ujmuje - stosunek sił czynnych do sił biernych, czyli lepkości płynu. Nazwa liczby pochodzi od nazwiska fizyka Osborne'a Reynoldsa, który w 1883 r. opisał moment przejścia przepływu laminarnego w turbulentny. Reynolds posłużył się przezroczystą rurą i barwioną cieczą, której parametry zmieniał, tak, aby uzyskać odpowiedni przepływ na końcu rury. Raz laminarny, raz zaburzony - turbulentny.

Liczba Reynoldsa (oznaczana Re) jest bezwymiarowa, nie ma metrów, kiligramów, a nic, żadnej miary. Z proporcji wyliczonych przez Reynoldsa, wynikało, że jeśli Re przekroczy 2000 wtedy przepływ zmienia się z laminarnego w turbulentny. Dziś wiemy, że Re dla progu reżimu przepływu turbulentnego wynosi dokładnie 2040 (Eckhardt, 2011).

Zmiana reżimu przepływu (brewbooks via Compfight cc)

Łatwo zgadnąć, że systemy z taką samą liczbą Reynoldsa cechują się tym samym reżimem przepływu. Możemy regulować siłą inercji lub siłą lepkości. Gdyby w rzekach, zamiast wody płynęła gliceryna lub syrop na kaszel, większość progów wodnych byłoby bardzo spokojnych. Żeby uzyskać ten dramatyczny efekt turbulencji wody, należałoby zwiększyć jej inercję, np. poprzez zwiększenie prędkości. Ale ponieważ jest, tak jak jest, wszystko co żyje w rzekach czy morzach przystosowało się do lepkości wody, a nie gliceryny i porusza się w wodzie całkiem sprawnie, wykorzystując jej turbulencję.

Dla porównania wieloryb ma niesamowitą inercję, w związku z czym liczba Reynoldsa wyliczona dla jego płynięcia będzie o wiele większa od tej dla tuńczyka. W rzeczy samej: Re dla wieloryba przy prędkości 10 m/s wynosi 300 000 000, a dla tuńczka płynącego z tą samą prędkością tylko 30 000 000.

Mogłoby się wydawać, że w powietrzu, gdzie jest mała lepkość, te liczby będą podobne. Tak, ale siła inercji latających obecnie zwierząt jest niewielka. Dla przykładu kaczka krzyżówka w locie to tylko Re=300 000, a ważka 30 000. Mucha domowa w locie ma zaledwie Re=120. Miłośników medycyny informuję, że krew w aorcie ma Re=3 400.

Imponująco wygląda Re dla obiektów wymyślonych przez człowieka. Oczywiście, największy Boeing 747 ma niebywałe Re= 2 000 000 000, ale papierowy samolocik już tylko 47 000 (patrz tabelka Flow Regimes).

Jeszcze ciekawiej zapowiada się świat malutkich Re. Dochodzimy tu sedna tematu. Małe organizmy, o niewielkiej inercji będą miały niesamowicie niską liczbę Reynoldsa. Np. mała bruzdnica (wielkości dziesiątych części milimetra) ma Re=0.025, a bakterie poruszające się z prędkością 0.01 mm/s mają Re=0.00001.

Wyobrażacie sobie, że wieloryb porusza się bez problemów. W jego przypadku siły inercji są tak duże, że jeden ruch ogona powoduje, że płynie i płynie i płynie. Bakteria z kolei musi się okropnie umordować, żeby się poruszyć. Jej życie zdominowane są przez siły lepkości. Wiem, już wiecie - tak, katar to taka obrona organizmu przed bakteriami. Katar jest gęsty i lepki, zatem liczba Reynoldsa dla bakterii w katarze jest jeszcze mniejsza niż podana powyżej. Bakteria w zasadzie nie może ruszyć się w gęstym śluzie z nosa. Podobno, gdyby pchnąć palcem bakterię, to zdołałaby przebyć zaledwie 1/10 średnicy atomu wodoru i stanęłaby. W katarze pewnie jeszcze mniej. Dlatego katar jest potrzebny.

Podobnie do bakterii w katarze żyje się plemnikowi w spermie (myślę, powiedzmy, o plemnikach kręgowców). Liczba Reynoldsa dla takiego plemnika jest tylko nieco większa od Re dla bakterii w katarze, ale i tak jest to ułamek jedności. Jednak zadanie plemnika w spermie jest inne. Plemnik musi się poruszać. Jak więc sobie radzi? Okazuje się, że sposób na poruszanie się w świecie niskich liczb Reynoldsa jest prosty, ale odmienny od prezentowanego przez dorosłe kręgowce czy owady. Plemniki i bakerie mają wić (flagellę), która kręci się wkoło, powodując, że poruszają się one ruchem korkociągu. To pozwala zniwelować niską liczbę Reynoldsa.

Różnica pomiędzy ruchem wici (flagellum) a rzęski (cilia) (CC wikipedia)

Gdyby zamiast wici miały np. rzęski jako rodzaj odnóży, nie posunęłyby się ani na krok. Przypomniała mi się przy okazji taka historia z melasą w Bostonie. Tam ludzie uwięzieni w cieczy w wysokiej gęstości ginęli, bo nie mieli pojęcia o życiu w świecie niskiej liczby Reynoldsa.

Żeby się o tym przekonać, obejrzyjcie dwa doświadczenia, w których włożono roboty do gęstego syropu.

Przypadek pierwszy - ruch klasyczny ogona, Re niska, brak ruchu (turbulencji).

Przypadek drugi - ruch obrotowy typu korkociąg, Re niska, ruch postępowy pomimo braku turbulencji.

Źródła:
Bruno Eckhardt (2011). A Critical Point for Turbulence Science, 333 DOI: 10.1126/science.1208261
zdjęcie w nagłówku: Alamy by The Telegraph

Czytaj więcej

Skąd się wzięło złoto na Ziemi?

Przez wiele lat obowiązywała teoria, że ciężkie pierwiastki takie jak złoto, platyna, ołów czy uran powstały w eksplozji gwiazdy typu supernowa. Ostatnio jednak pojawił się pogląd, że miejsce narodzin tych cennych pierwiastków jest bardziej ekstremalne. Złoto mogło powstać w efekcie kolizji dwóch ultragęstych obiektów typu gwiazdy neutronowe.

Od strony lirycznej temat gwiezdnego pyłu, z którego powstaliśmy, jest już bardzo mocno wyeksploatowany przez artystów czy poetów. Że nie wspomnę o "z prochu powstałeś....". Tak, to prawda, wszystkie pierwiastki, występujące na Ziemi powstały znacznie wcześniej, w różnych etapach ewolucji Wszechświata. Węgiel i tlen, z których jesteśmy w większości zbudowani, pochodzi z wnętrz gwiazd, gdzie panowały duże temperatury i wysokie ciśnienia jako efekt spalania gwiezdnego wodoru. Pierwiastki te zostały wyrzucone w przestrzeń kosmiczną podczas eksplozji kończącej życie gwiazdy - eksplozji supernowej.

Astrofizycy mieli jednak wątpliwości, czy eksplozje supernowych są w stanie wytworzyć warunki potrzebne do powstania ciężkich pierwiastków, takich jak złoto, które ma 79 protonów, 79 elektronów i 118 neutronów. Czyli całkiem sporo jak na jeden atom. Większość pierwiastków jest znacznie lżejsza i prawdę mówiąc, złoto i platyna to takie kosmiczne ekstrawagancje.

Wyjaśnienia powstania ciężkich pierwiastków mogą dostarczyć gwiazdy neutronowe, które same są wytworem eksplozji supernowej lub kolapsu gwiazd typu biały krzeł. Gwiazdy neutronowe nie są duże, natomiast są niezwykle gęste. Podobno łyżeczka materii gwiazdy neutronowej waży 6 miliardów ton. Tak niezwykła gęstość powoduje, że atomy pierwiastków nie są w stanie utrzymać swojej struktury i wskutek grawitacji gwiazdy neutronowej następuje ich kolaps. Materia we wnetrzu gwiazdy neutronowej wygląda jak ośrodek składający się głównie z neutronów (stąd nazwa).

Porównanie wielkości gwiazdy neutronowej i Manhattanu (źr. NASA)

Gwiazdy neutronowe mogą występować parami jako pozostałość po układach gwiazd podwójnych. W takim układzie krążą one wokół wspólnego punktu, zbliżając się do siebie z biegiem czasu. Kończy się to wszystko wielką kolizją. Jak wyliczono, tego typu kolizje w układzie gwiazd neutronowych podwójnych zdarzają się raz na 100 tysięcy lat w galaktykach podobnych do naszej Drogi Mlecznej.

Trzeba zatem mieć szczęście, żeby zaobserwować na niebie taką właśnie eksplozję. Takie szczęście przydarzyło się 3 czerwca 2013, gdy teleskopy NASA zauważyły w gwiazdozbiorze Lwa krótki rozbłysk promieni gamma (ang. gamma-ray burst). W to miejsce zwrócono czym prędzej teleskopy w Chile i teleskop Hubble'a. Udało się wtedy zobaczyć poświatę po rozbłysku gamma. Porównano ją z modelami i okazało się, że zaobserwowano chmurę składającą się z dużej liczby ciężkich pierwiastków, utworzonych właśnie podczas wcześniejszej kolizji (Berger et al. 2013).

Rozbłyski gamma są bardzo krótkie. Omawiany, odległy od nas o prawie 4 mld lat świetlnych, trwał zaledwie 0.2 sekundy. W takim rozbłysku światło bardzo szybko potrafi przyćmić całą galaktykę. Po raz pierwszy udało się bezpośrednio wykazać, że za takie rozbłyski odpowiadają kolizje gwiazd neutronowych. Scenariusz takiej kolizji wygląda w ten sposób, że większość materii gwiazd neutronowych zapada się tworząc czarną dziurę, a tylko części udaje się wydostać w przestrzeń kosmiczną. To właśnie powoduje rozbłysk gamma.

Materia, która wydostała się spod grawitacji czarnej dziury powstałej podczas kolizji gwiazd neutronowych jest bardzo bogata w neutrony i stąd stosunkowo łatwo dochodzi w niej do tworzenia się pierwiastków ciężkich, tak jak np. złoto. Podczas kolizji dwóch gwiazd neutronowych może utworzyć się tyle złota ile 10 mas Księżyca (wg niektórych jeszcze więcej). Wg cen rynkowych wartość tego złota wynosi ok. 10 000 000 000 000 000 000 000 000 000 $.

Co ciekawe, platyny powstało podobno siedem razy więcej niż złota. W ogóle, podczas takich kolizji powstają prawie wszystkie pierwiastki z tablicy Mendelejewa.

Obecnie większość złota na Ziemi skoncetrowana jest wskutek grawitacji w pobliżu jądra Ziemi. To co udaje nam się znaleźć na powierzchni pochodzi z okresu tzw. wielkiego bombardowania Ziemi meteorytami, który rozpoczął się jakieś 200 mln lat po uformowaniu się planety (Willbold et al., 2011).

Źródła:
E. Berger, W. Fong, & R. Chornock (2013). Smoking Gun or Smoldering Embers? A Possible r-process Kilonova Associated with the Short-Hard GRB 130603B arXiv DOI: arXiv:1306.3960  

Matthias Willbold, Tim Elliott, & Stephen Moorbath (2011). The tungsten isotopic composition of the Earth’s mantle before the terminal bombardment Nature, 477, 195-198 DOI: 10.1038/nature10399

Fot. w nagłówku: NASA 

Czytaj więcej