Czy koniki polne uratują świat?

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

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

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

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

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

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

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

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

Fot. w nagłówku ToniVC via Compfight cc

Czytaj więcej

Stężenie 400 ppm dwutlenku węgla w atmosferze osiągnięte

Kiedy w Polsce obchodziliśmy Dzień Flagi, w obserwatorium na Hawajach zarejestrowano rekordowy poziom stężenia dwutlenku węgla (CO₂) w atmosferze. Wieczorem, 2 maja 2013 r., po zachodzie słońca, kiedy ustała fotosynteza, stężenie CO₂ w atmosferze dobiło do rekordowego poziomu 400 ppm czyli do 0.04%. To najwyższa wartość od czasu zainstalowania czujników w 1958 r. Mało tego, to największe stężenie w ciągu ostatnich 800 tys. lat.

Obserwatorium znajduje się w pobliżu szczytu hawajskiego wulkanu Mauna Loa (Mauna Loa Observatory - MLO) i dostarcza obecnie danych pomiarowych z najdłuższej, nieprzerwanej obserwacji stężenia CO₂ w atmosferze ziemskiej. Krzywa zmian nazywana bywa krzywą Keelinga od nazwiska Charlesa Davida Keelinga, który w 1956 zainicjował program pomiaru stężenia ditlenku węgla w atmosferze a w 1958 roku doprowadził do otwarcia obserwatorium na Hawajach.

Obserwatorium na Hawajach (MLO)

Od 2 maja stężenie CO₂ cały czas oscyluje wokół 400 ppm, co prawda średnia dobowa jest nieco niższa, ale maksymalne stężenie 3, 7 i 8 maja przekraczało 0.04% CO₂ w atmosferze. Kiedy rozpoczęto rejestrację pod koniec lat 50-tych - stężenie wynosiło w granicach 315 ppm. Szacuje się, że tzw. średnia przed-industrialna to 280 ppm.

Stężenie dwutlenku węgla w atmosferze od 2 do 8 maja 2013 r. zmierzone w obserwatorium na Hawajach.

400 ppm rejestrowano już w ubiegłym roku w arktycznych stacjach pomiarowych, ale to właśnie wskazania hawajskich mierników, ze względu na swoje położenie na środku oceanu traktowane są jako średnia dla całej Ziemi. Tak więc możemy uznać, że właśnie 2 maja 2013 r. padł globalny rekord nie pobity od conajmniej 800 tys. lat.

Stężenie ditlenku węgla w ostatnich 800 tys. lat. Widać olbrzmi skok obecnego stężenia. Część badaczy sądzi, że przekroczyliśmy granicę, gdzie stężenie będzie przyrastało w sposób wykładniczy (wg Scripps Institution of Oceanography).

Średnie stężenie dobowe CO₂ niebawem spadnie o kilka ppm-ów, co jest związane z rozpoczęciem wegetacji roślin półkuli północnej. Rośliny w procesach fotosyntezy pobierają dwutlenek węgla z atmosfery, stąd charakterystyczny ząbkowany przebieg krzywej Keelinga, związany z porami roku. Jak się domyślacie, najwyższe stężenie CO₂ spodziewane jest tuż przed rozpoczęciem wiosennej fotosyntezy na półkuli północnej, gdzie znajduje się większość lądów. Spadek jednak nie przekracza 10 ppm i w przyszłym roku bariera 400 ppm będzie pokonana znacznie wcześniej.

Krzywa Keelinga. Zielona linia oznacza 400 ppm (wg MLO).

Jaka będzie przyszłość? Stężenie będzie rosło, przynajmniej przez najbliższe lata. Za naszego życia świętować będziemy przekroczenie 450 a może i 500 ppm. W ubiegłym roku ludzie wyemitowali do atmosfery 36 miliardów m³ CO₂, o 1 miliard więcej niż w poprzednim roku. I to tylko z powodu recesji. Magiczna wartość krytycznego stężenia dwutlenku węgla przesunięta została na 450 ppm. Tej granicy nie powinniśmy przekroczyć, podobno. Zakłada się, że przy stężeniu 450 ppm CO₂ średnia temperatura na Ziemi wzrośnie o 2^oC. Póki co, nie jesteśmy na to przygotowani, przynajmniej my Polacy. Wystarczy popatrzeć na to jak się budujemy.

Źródła:
ESRL Global Monitoring Division - Mauna Loa Observatory (MLO)
Fot. w nagłówku - Plaża na Hawajach Photo Credit: Justin Ornellas via Compfight cc

Czytaj więcej

Myszy i ludzie i próchnica

Próchnica zębów to efekt przyjęcia rolniczego trybu życia. W skali czasu ewolucji człowieka jest to więc problem stosunkowo młody. Jakieś 10 tysięcy lat. Wtedy człowiekowi zaczęły psuć się zęby. Wydaje się, że było to spowodowane dość gwałtowną zmianą diety. Wzbogaceniem pożywienia w gluten, żywność przetworzoną a przede wszystkim w cukry. Ale jest jeszcze coś, czego do niedawna nie brano pod uwagę. Rolniczy tryb życia zbliżył człowieka do gryzoni, a szczególnie do myszy. I to dzięki myszkom ludzie nabawili się próchnicy. Jak to możliwe?

Próchnica zębów u człowieka powodowana jest głównie przez Gram-dodatnią beztlenową bakterię Streptococcus mutans. Znajduje się ona w tzw. florze bakteryjnej jamy ustnej każdego człowieka i razem z polisacharydami tworzy wokół zębów bakteryjny biofilm. Nic złego nie dzieje się do czasu kiedy sfermentowane cukry z pożywienia nie sięgną bakteryjnego biofilmu. Wtedy tworzą się niszczące zęba kwasy. Jeśli zdarza się to od czasu do czasu, naturalne procesy remineralizacji uzupełniają ubytki. Jeśli jednak spożycie cukrów (węglowodorów) jest zbyt częste, ząbki zaczynają się psuć. Ale co z tymi myszami?

Streptococcus mutans - czy to paciorkowiec, który pochodzi od gryzoni? (fot. CDC PD)

Ano - bakteria S. mutans jest bardzo blisko spokrewniona ze Streptococcus ratti, której naturalnym środowiskiem jest jama ustna szczurów i myszy. Wiele wskazuje na to, że S. mutans z jamy ustnej człowieka jest ewolucyjnym potomkiem S. ratti. Wraz z upowszechnieniem się rolnictwa i zbliżeniem człowieka do myszy, bakterie z jamy ustnej gryzoni przeniosły się do jamy ustnej człowieka, gdzie przekształciły się z biegiem czasu w nowy gatunek (Cornejo et al., 2012). Czytelnikom pozostawiam przyjemność wymyślenia sposobu w jaki bakterie przedostały się jednej jamy do drugiej oraz, czy ludzie w ramach wymiany też czymś zarazili myszki.

I tak, ok. 10 tysięcy lat temu flora bakteryjna jamy ustnej człowieka wzbogaciła się o nowy gatunek bakterii, na którą nasze zęby nie były przygotowane.

Oczywiście, pomysł mysiej bakterii ma swoich sceptyków, którzy podkreślają główną rolę nadmiernego spożycia cukrów w rozwoju próchnicy. Jako przykład podaje się Aborygenów, u których próchnica pojawiła się nagle wraz "europejskim" cukrem. Ale czy ktoś znał wcześniejszy skład flory bakteryjnej jamy ustnej Aborygenów?

Źródła:
Cornejo, O., Lefebure, T., Pavinski Bitar, P., Lang, P., Richards, V., Eilertson, K., Do, T., Beighton, D., Zeng, L., Ahn, S., Burne, R., Siepel, A., Bustamante, C., & Stanhope, M. (2012). Evolutionary and Population Genomics of the Cavity Causing Bacteria Streptococcus mutans Molecular Biology and Evolution DOI: 10.1093/molbev/mss278

fot. w nagłówku  Photo Credit: PKMousie via Compfight cc

Czytaj więcej

Po co nam dwie dziurki w nosie?

 Zagadka dwóch dziurek w nosie rozwiązana! Od dziś wiadomo, że dwie dziurki służą do wąchania stereo. Mechanizm przestrzennego węchu stwierdzono u amerykańskiego kreta Scalopus aquaticus. Jak każdy kret, tak i ten jest ślepy, ma dość przytępiony zmysł dotyku a jednak potrafi w skuteczny sposób zdobywać pokarm. Drogę do zdobyczy bezbłędnie wskazuje mu węch stereo. Ta cecha jest być może wspólna dla wielu ssaków.

Doświadczenie, któremu poddano kreta było dość proste. Krecik wychylał się z norki otoczonej półokręgiem z wydrążonymi wzdłuż niego otworami, w których umieszczano jedzenie. Za każdym razem gdzie indziej. I za każdym razem ślepy kret bezbłędnie trafiał do dziury z pokarmem, i to w ciągu niespełna 5 sekund. Ogólna prawidłowość była taka, że najpierw kret wychylał czubek nosa i ruszał nim "tam-i-z-powrotem" i w ciągu sekundy decydował o kierunku dalszego wysuwania się - prosto do celu.

Co też tam wywąchały nasze kreciki? (Photo Credit: jrwi via Compfight cc)

Żeby utrudnić kretowi życie i przetestować jego przestrzenny węch, zatkano mu jedną dziurkę nosa. Też trafiał, ale szło mu już gorzej i znosiło go w jedną stronę. W lewo, gdy zatkano mu prawą dziurkę i w prawo gdy zatkano lewą. Brakowało mu po prostu drugiej dziurki do korekty kierunku - z zatkaną dziurką był monowęchowy.

Sama konstatcja węchu stereo jest ciekawa, gdyż do tej pory uważano, że krety lokalizują swoją zdobycz dzięki słuchowi i wąsom czuciowym na pysku. Miałyby pod tym względem gorzej od np. gwiazdonosa. W rzeczywistości okazuje się, że węch jest ich najbardziej rozwiniętym zmysłem.


Artykuł z opisanym eksperymentem ukazał się w Nature Communications i jest w wersji Open Access, więc polecam szczególnie.

ps. Stereoskopowe widzenie, stereofoniczne słyszenie, to może stereoodorowe węszenie? Co sądzicie drodzy Czytelnicy?

Źródło
fot. w nagłówku  Photo Credit: jackhynes via Compfight cc

Catania, C.K., 2013. Stereo and serial sniffing guide navigation to an odour source in a mammal. Nature Communications 4, 1441. doi:10.1038/ncomms2444

Czytaj więcej

Związki partnerskie u mięczaków

Trudno ostatnio uciec od tematu związków partnerskich. Przysłuchując się zupełnie mimowolnie dyskusji publicznej na ten temat, odkryłem, że właściwie chodzi tak naprawdę o to, kto z kim i dlaczego. W swej naiwności nie spodziewałem się, że prawie całość dyskusji będzie skupiała się na związkach homoseksualnych oraz że przy okazji odgrzebany zostanie transseksualizm posłanki Grodzkiej. Patrząc na rzecz chłodnym okiem przyrodnika, pomyślałem - Całe szczęście, że nie jesteśmy mięczakami!

Tak, mięczaki są pod względem seksualności wyjątkowo barwne. Pisanie ustawy o związkach partnerskich dla mięczaków wymagałoby zapewne jeszcze większej liczby mięczako-posłów i budziłoby jeszcze większe emocje w mięczakowej (mięczaczej?) populacji mięczako-wyborców. Redaktor Mięczak musiałby zaprosić do studia więcej opcji związków partnerskich, bo mięczaki są bardzo często gynandromorfami lub zmieniają w ciągu życia płeć. Tak po prostu, bez operacji. Zresztą nie tylko one, ale akurat o mięczakach będzie tym razem.

Obojniakami nie będę się zajmował, bo ich ustawa o związkach partnerskich nie rusza. Z góry przepraszam liczną rzeszę obojniaczych mięczaków. W przypadku ślimaków płucodysznych (Pulmonata), 100% ich obojniaczej populacji może czuć się w tej chwili zawiedziona. Na szczęście problem obojniactwa dotyczy tylko 9% małży i 3% ślimaków przodoskrzelnych (Prosobranchia) (Heller, 1993).

Będzie za to o zmianie płci w ciągu życia u mięczaków, a szczególnie ślimaków. O tym, że u wielu grup organizmów płeć nie jest zdeterminowana raz na zawsze, ale może zmieniać się w ciągu życia samorzutnie, lub w zależności od warunków. Wśród kręgowców takim przykładem są ryby. U mięczaków zmiana płci występuje samorzutnie także w przypadku ślimaków. Jest to tzw. płeć protandryczna. Co ciekawe, ostatnio podkreśla się znaczenie stresu na przebieg zmiany płci (Merot & Collin, 2012).

Dominujący samiec stresuje rybki w ławicy, które przechodzą na płeć żeńską (Photo Credit: stuandgravy via Compfight cc )

W przypadku ryb stres spowodowany monopolizacją zasobów i agresją ze strony dominującego samca podnosi poziom kortyzolu u pozostałych ryb. To z kolei prowadzi do zahamowania wytwarzania się androgenów i powoduje samorzutne przejście na płeć żeńską zdominowanych rybek. Także u mięczaków stres prowadzi do samorzutnej zmiany płci. Ogólna teoria głosi, że wzrost śmiertelności wśród mięczaków powoduje zmniejszenie się optymalnych rozmiarów mięczaka podlegającemu zmianie płci.

Crepidula moulinsi (fot. Udo Schmidt CC-BY-SA)

Sprawdzenie tej prawidłowości wymagało poddania ślimaków z rodzaju Crepidula testom na głodzenie i pragnienie. Swoją drogą to ślimaki te cieszą się szczególną popularnością wśród badaczy transseksualnych mięczaków.
A w badaniach wyszło, że wygłodzone i spragnione ślimaki wcześniej porzucały swoje męskie cechy płciowe i dłużej przebywały w tzw. fazie przejściowej. Powodowało to, że wychodząc z fazy przejściowej i stając się samicami, były większe niż podczas bezstresowego życia. Mało tego, ślimaki nigdy nie powracały do męskich cech. W przypadku polepszenia się warunków po prostu szybciej przechodziły z fazy przejściowej do żeńskiej (Merot & Collin, 2012).

Tytułem podsumowania przestrzegam przed prostym przenoszeniem wniosków z mięczaków na ludzi. Ale może niepotrzebnie.

Źródła
fot. w nagłówku -  Photo Credit: Christopher Wenger via Compfight cc

Heller, J., 1993.  Hermaphroditism in molluscs. Biological Journal of the Linnean Society 48: 9-42.

Merot, C., Collin, R., 2012. Effects of stress on sex change in Crepidula cf. marginalis (Gastropoda: Calyptraeidae). Journal of Experimental Marine Biology and Ecology 416-417: 68-71.

Czytaj więcej

Korwin-Mikke, jemioła i co z tego wynika

Jemioła większości z nas kojarzy się z krzaczkiem zwisającym nad naszymi głowami podczas świąt Bożego Narodzenia. Łatwo zapomnieć o niej przez resztę czasu, gdy tymczasem nad naszymi głowami zwisa przez okrągły rok ponad 1300 gatunków jemioły, które pasożytują na tysiącach gatunków drzew na całym świecie. W tym sezonie świąteczno-noworocznym jemioła w mediach wywołana była już niezliczoną ilość razy. Ja zapamiętałem sobie jednak wpis Janusza Korwina-Mikke, który we właściwy dla siebie sposób, stwierdził, że biskupi miewają czasami dobre pomysły. A dotyczyło to decyzji biskupa anglikańskiego, który, gdy Anglię naszła plaga jemioły, ogłosił, że pod jemiołą całować się wolno. W purytańskich czasach młodzieńcy ochoczo rzucili się na jemiołę, znosząc ją do domów. Efekt był podwójny - likwidacja pasożytniczej jemioły i zwiększony przyrost naturalny.

Pana Janusza cenię za wiele rzeczy, pamiętam jego występy w sejmie I kadencji, jednak mam wrażenie, że ostatnio hołduje zasadzie "nie znam się, to się wypowiem". Jemioła (Viscum spp.) to nie do końca pasożyt, to w istocie półpasożyt - samodzielnie przeprowadza fotosyntezę, jest jednak podłączona do tkanek drzewa-żywiciela, z którego pobiera wodę i sole mineralne. Jej rola w ekosystemie nie jest jednak negatywna, co może sugerować termin pasożyt czy półpasożyt. Właściwie, można zaryzykować twierdzenie, że jemioła jest pożyteczna, potrzebna i sprzyja bioróżnorodności.

Jemiołuszka przepada za jemiołą (fot. jweckst)

Najłatwiej chyba pożyteczną rolę jemioły przedstawić na przykładzie dość znanego ptaszka - jemiołuszki. Jak sama nazwa wskazuje, jemiołuszka żywi się owocami (jagodami) jemioły. Oczywiście nie tylko, ale jeśli tylko może, preferuje ten pokarm nad innymi. Dzięki temu wywiązał się ciekawy układ jemioła - jemiołuszka, dzięki któremu ptak je to co lubi, a jemioła może się rozmnażać. Jej nasiona uwięzione w owocu, przechodzą bez problemu przez układ trawienny jemiołuszki i mają szansę zakiełkować na gałęzi po wydaleniu przez ptaka.
Przykład pokazuje, że owoce jemioły mogą być pokarmem dla wielu zwierząt, w tym ptaków, ssaków czy owadów. Mało tego, plątanina zielonych pędów jemioły jest świetnym miejscem gniazdowania wielu gatunków ptaków.

Przykład z jemiołuszką pokazuje, że układ jemioła - ptak może być uzależniający. Szczególnie dla jemioły. Obecnie znamy 90 gatunków ptaków reprezentujących 10 rodzin, które specjalizują się w objadaniu owocami jemioły. Słodkim nektarem jemioły odżywiają się także niektóre gatunki kolibrów.

To jednak nie wszystko. Niedocenianą, ale ogromną rolę spełniają też obumarłe gałązki jemioły, które opadną na leśne podłoże. Okazuje się, że opadła jemioła zawiera o wiele więcej składników odżywczych w swych liściach niż liście drzewa-żywiciela. Właśnie ze względu na swój półpasożytniczy sposób życia. Stanowią więc liście jemioły doskonałe pożywienie dla zwierząt, które zimą mają kłopoty ze znalezieniem pełnowartościowego pokarmu.

Doświadczenia przeprowadzane w lasach eukaliptusowych Australii pokazały, że jemioła może pełnić w ekosystemie kluczową rolę, a opad obumarłych gałązek jemioły jest w chyba najważniejszy. Do wniosków takich badacze doszli usuwając jemiołę z rzeczonego zagajnika eukaliptusowego i obserwując zmiany w ekosystemie. Po trzech latach stwierdzono, że jedna piąta gatunków kręgowców zamieszkujących poprzednio teren badań zniknęła. Większość z nich zjadała insekty penetrujące podłoże lasu, zatem wniosek nasuwał się sam. Populacja insektów była regulowana dostępnością opadłych liści jemioły. I to one pełnią w ekosystemie ważniejszą rolę niż owoce, za którymi tak przepadają jemiołuszki.

Kolejny wniosek, jaki mnie się nasunął, to taki, że po wycałowaniu się pod jemiołą powinniśmy odnieść ją do lasu. Niech służy aż do wiosny.

Źródła: 
Watson D.M. & Herring M. (2012). Mistletoe as a keystone resource: an experimental test, Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 279 (1743) 3853-3860. DOI: 10.1098/rspb.2012.0856 

fot. w nagłówku flickr.com http://www.flickr.com/photos/allerleirau/

Czytaj więcej

Bakteryjne ogniwa paliwowe

 Do ekologicznych źródeł energii, oprócz paneli słonecznych i wiatraków, dołączyć można także bakterie wytwarzające prąd elektryczny. Planując budowę domu, warto się nad tym zastanowić. Opracowany niedawno system pozwala na wygenerowanie prądu elektrycznego zdolnego do pokrycia rocznego zapotrzebowania na energię dla niewielkiego gospodarstwa domowego. Wszystko czego potrzeba do uzyskania prądu to trochę bakterii oraz niewielka działka, gdzie odkładałaby się materia organiczna. Jej rozkładem zajmowałyby się bakterie, wytwarzając przy okazji prąd elektryczny. Okazuje się, że z takiej bakteryjnej mini-elektrowni można będzie uzyskać wydajność rzędu 3.2 Watt/m². W sumie, ze 100 m² powierzchni fermentujących roślin można będzie wyciągnąć 2800 kWh/r. Dla porównania, w Polsce gospodarstwo dwuosobowe rocznie zużywa około 3100 kWh energii elektrycznej.

Dla nieobeznanych z tematem brzmi to nieco fantastycznie. Dla nieco bardziej zorientowanych kojarzyć może się z biopaliwami. Te, w Polsce często łączone są z tzw. biokomponentami, które, zgodnie z unijnymi dyrektywami mają być dodawane do oleju napędowego. Tym razem chodzi jednak o coś zupełnie innego. Chodzi o tzw. ogniwa paliwowe (ang. fuel cell), a nawet więcej, chodzi o bakteryjne ogniwa paliwowe. Ogólnie rzecz biorąc całość prac nad bakteryjnymi ogniwami paliwowymi związana jest z bio-elektrochemicznymi procesami jakie zachodzą przy udziale bakterii. Po części pokrywa się to z ideą samych ogniw paliwowych, znanych już od połowy XIX w.

Ideę ogniwa paliwowego streścić można w prosty sposób: to energia uzyskiwana z reakcji chemicznego utleniania dostarczanego do niej paliwa. Wygląda to w ten sposób, że paliwo jako darczyńca (donor) elektronów (ang. donor) gromadzi się na anodzie oddzielonej od akceptora elektronów (ang. acceptor) specjalną membraną, która przepuszcza tylko protony. Ruch elektronów z anody do katody, czyli prąd elektryczny, odbywa na zewnątrz membrany się przez odbiornik energii. Jako membrany (ang. PEM - Polymer Electrolyte Membrane) stosuje się obecnie polimery fluorowe. Warto jeszcze dodać, że ogniwa paliwowe, w odróżnieniu od tzw. zwykłych baterii, nie wymagają wcześniejszego naładowania. Nie magazynują prądu, ale za to wytwarzają go już od momentu rozpoczęcia reakcji utleniania.

Schemat działania ogniwa paliwowego: 1) wodór; 2) ruch elektronów; 3) odbiornik; 4) tlen; 5) katoda; 6) membrana; 7) anoda; 8) woda; 9) jony (żr. wikipedia)

Jak łatwo się można zorientować, wykorzystanie takiego ogniwa niesie ze sobą wymóg dostarczania paliwa, co może być ekonomicznie nieopłacalne. Kolejnym progiem jest sprawność energetyczna samego ogniwa. Teoretycznie może ona wynosić do 83%, jednak w praktyce, w przypadku pojazdów mechanicznych uzyskuje się w tej chwili ok. 40% sprawność. Niewątpliwym jednak atutem jest ekologiczna czystość odpadów podczas uzyskiwania takiej energii. W obecnie stosowanych ogniwach paliwowych, paliwem dostarczanym do ogniwa jest najczęściej wodór, zaś produktem ubocznym woda (para wodna). Jak widać kolejnym atutem są także w zasadzie niewyczerpane źródła wodoru.

Ale - właśnie problem z dostawą wodoru do układu ogniwa paliwowego powoduje, że ogniwa wodorowe są obecnie drogie i trudno sobie wyobrazić coś w rodzaju takiego ogniwa zaopatrującego dom w energię elektryczną. Gdybyśmy chcieli zrealizować taki pomysł musielibyśmy mieć dostęp do źródła wodoru, najlepiej w postaci skroplonej. Łatwo się zorientować, że koszt działania takiej instalacji mógłby przewyższać cenę wyprodukowanej energii. Próbuje się temu zaradzić łącząc ogniwo wodorowe np. z wiatrakami lub panelami słonecznymi, które produkują wodór. Jednak to taka hybryda, która trochę rozmywa pomysł stosowania ogniwa paliwowego.

Najpopularniejsze zastosowanie, czy też cieszące się największym zainteresowaniem potencjalnych nabywców, ogniwa paliwowe znalazły w przemyśle motoryzacyjnym. Honda, Toyota czy Mercedes mają w swej gamie samochodów również modele wykorzystujące ogniwa paliwowe. Na razie są to pojazdy prototypowe, ale obejmują one także autobusy, które będą mogły być wykorzystywane w centrach dużych miast, gdzie zanieczyszczenie powietrza, może skutecznie wyeliminować ruch konwencjonalnych pojazdów benzynowych. W rur wydechowych będzie wylatywać para wodna. Oczywiście potrzeba do tego sieci dystrybucji wodoru, ale niektóre państwa pewnie będzie stać na stosunkowo szybką rozbudowę takiej sieci. Można nawet w ciemno stawiać w pierwszym rzędzie na Niemcy, gdzie już dziś do centrów miast mogą wjeżdżać tylko samochody o odpowiednio niskiej emisji spalin. No i jeszcze jedno, cena w salonie za takie autko. Na razie za drogo, nawet dla Niemców, ale Toyota obiecuje, że już za parę lat wprowadzi na rynek model za ok. 50 tys dolarów.

Honda FCX - model na wodorowe ogniwo paliwowe za nieco ponad 100 tys. $ (źr. Honda News)

Oprócz samochodów, próbuje się konstruować również inne pojazdy, typu motorów, statków czy łodzi podwodnych. W USA, na wyspie Stuarta uruchomiono także elektrownię, która działa na zasadzie pętli: panele słoneczne → elektroliza wodoru → ogniwo paliwowe → prąd elektryczny. Sama wyspa zamieszkana jest przez 800 mieszkańców i elektrownia traktowana jest na razie jako eksperyment, tym bardziej, że jej sprawność wynosi zaledwie ok. 7%.

Wróćmy jednak do bakterii. Bakteryjne ogniwa paliwowe z angielska zwane microbial fuel cells (MFC) związane są z bio-elektrochemicznymi systemami (ang. BES). W takim systemie bakteria reaguje z elektrodami, anodą i katodą czyli donorem i akceptorem, transportując pomiędzy nimi elektrony. Donorem (anodą czyli paliwem) może być tak jak poprzednio wodór, ale mogą być także metale (żelazo, mangan) czy też kwas mrówkowy. Akceptorem jest oczywiście tlen. Do warunków takiej wymiany elektronów czyli płynięcia prądu elektrycznego przewodzonego przez bakterie może dochodzić w kilku przypadkach i przy udziale kilku typów bakterii.

W pierwszym typie MFC bakterie hodowane są w oddzielnym zbiorniku gdzie w efekcie swojego metabolizmu wytwarzają wodór dostarczany do ogniwa paliwowego. Mamy więc klasyczne rozwiązanie, gdzie beztlenowe bakterie, np. Escherichia coli wytwarzają wodór w wyniku fermentacji kwasów mieszanych. Podobno najlepiej sprawdza się kwas masłowy i bakteria z rodzaju Clostridium.

W drugim typie jako paliwo używany jest wodór, siarkowodów i kwas mrówkowy. Całość, donor i akceptor, znajduje się w tym samym zbiorniku. W ogniwie biorą udział bakterie siarkowe z rodzaju Desulfovibrio, które żyją z redukcji siarczanów.

W trzecim typie MFC do przekazywania elektronów służą tzw. mediatory redoks, które przedostają się do wnętrza komórki bakteryjnej, gdzie ulegają redukcji. Zredukowany mediator opuszcza komórkę bakterii i szybko ulega utlenieniu na elektrodzie nie osiadając na niej. W tym przypadku bakterie pełnią tylko rolę redukcji mediatorów-paliw. Jako przykład takiego duetu może służyć wymieniana już pałeczka okrężnicy Escherichia coli i błękit metylowy jako mediator.

Do czwartego typu MFC należą bakterie które bezpośrednio łączą paliwo z anodą, czyli przekazują na nią elektrony. Ten typ bakteryjnego ogniwa paliwowego jest najbardziej wydajny i nad nim skupia się większość prac badawczych. Jak to wygląda? W gruncie rzeczy związane jest to ze sposobem komunikowania się ze sobą bakterii. Bakterie potrafią przekazywać informacje o swoim stanie i otoczeniu innym bakteriom w pobliżu. Oczywiście, najszybszą metodą są sygnały optyczne rozchodzące się przecież z prędkością światła, jednak nie zawsze można z nich skorzystać. Wtedy najlepszym sposobem jest bezpośredni kontakt. który bakterie realizują w różny sposób. Najczęściej stosowanym sposobem jest łączenie się bakterii w zespoły wielu komórek, które działają jak jeden organizm.

Fragment bakteryjnego biofilmu - widać cienkie pili łączące ze sobą bakterie (źr. adonofrio)

Wielokomórkowe agregaty bakteryjne mogą tworzyć cienkie powłoki pokrywające różne powierzchnie, tzw. biofilm. W takim biofilmie pojedyncze bakterie połączone są z innymi bakteriami zewnątrzkomórkowymi wypustkami zwanymi pili. Pili tworzą skomplikowaną sieć powiązań międzykomórkowych, a sygnał pomiędzy komórkami przekazywany jest przy pomocy ładunku elektronów. Trochę przypomina to strukturę mózgu. Dość dobrze poznaną bakterią, która w ten sposób przewodzi prąd, jest rodzaj Shewanella. Doświadczenia przeprowadzano w osadach bogatych w materię organiczną i pozbawionych tlenu, tzw. osadach anoksycznych. Wtedy gdy kolumna wody ponad osadem także pozbawiona była tlenu, w osadzie nie obserwowane żadnych zmian. Gdy jednak do dna dostarczono trochę tlenu okazało, że materia organiczna i zgromadzony w strefie anoksycznej siarkowodór uległy gwałtownemu utlenieniu, któremu towarzyszyła jednoczesna redukcja strefy utlenionej oraz wzrost alkaliczności wody (pH). Jedynym wytłumaczeniem był proces transportu elektronów wzdłuż bakteryjnych pili, które zyskały miano nanokabelków (ang. nanowires). W późniejszych badaniach okazało się, że nie tylko bakteryjne pili mogą przewodzić prąd elektryczny.

Prąd może być także transportowany wzdłuż bakteryjnych nitek, tzw. filamentów. Skala tego zjawiska jest już znacznie większa, gdyż filamenty przewodzące prąd mogą mieć do kilku centymetrów długości i kilka mikrometrów grubości. Mimo, że to wciąż bardzo mało (ponad 100 metrów takiego kabelka mieści się w 1 cm³ osadu), to jednak mikrokable (ang. microcables) mają już potencjał do wykorzystania przez człowieka.

Bardzo ciekawym przykładem bakterii siarkowych, które tworzą rozległe pola mat bakteryjnych wypuszczających w głąb osadu, długie na kilkanaście cm filamenty, są gigantyczne bakterie z rodzaju Thioploca. Filamenty takich bakterii mogą mieć do 1.5 mm średnicy, na dodatek łączą się w wiązki, które pokryte są wspólną osłonką - taki splot kabelków w koszulce. Bakterie te operują w strefie pomiędzy anoksyczną a utlenioną, tzw. suboksycznej, dbając o to, żeby nie było w niej ani za dużo siarki, ani za dużo tlenu. Energię czerpią z utleniania siarczków w głębokiej części strefy ankosycznej przy pomocy azotanów z pogranicza strefy anoksycznej i suboksycznej, jako ostatecznych akceptorów.

Wracając do początku, do działki z bakteriami produkującymi prąd, sytuacja wyglądałaby podobnie jak w czwartym typie bakteryjnych ogniw paliwowych, gdzie bakterie utleniałyby butwiejącą w strefie anoksycznej materię organiczną. Początkiem całego łańcucha jest oczywiście fotosynteza, czyli wzrost roślin, które po obumarciu dostają się do osadu pozbawionego tlenu, gdzie dochodzi do procesów gnicia, tworzenia się siarczków i ostatecznie metanogenezy. Bakterie działające na granicy stref anoksycznej i tlenowej generowałyby ruch elektronów w stronę tlenowego akceptora wzdłuż swoich filamentowych struktur.

Schemat działania PMFC (źr. Nature)

Cały pomysł tzw. Plant Microbial Fuel Cell (PMFC) jest w tej chwili opracowywany na uniwersytecie w Wageningen w Holandii, gdzie założono spółkę typu spin-off o nazwie Plant-e, która chce wykorzystać rośliny z nadmorskich równi pływowych i bagien. W przypadku braku działki, na której mogłyby takie rośliny rosnąć, Holendrzy proponują produkcję bakteryjnego prądu na płaskich dachach. Zobaczymy jak spółka się rozwinie, bo sam projekt ma być wcielony w życie do 2015 roku.

Źródła:
Huettel M, Forster S, Kloser S, & Fossing H (1996). Vertical Migration in the Sediment-Dwelling Sulfur Bacteria Thioploca spp. in Overcoming Diffusion Limitations. Applied and environmental microbiology, 62 (6), 1863-72 PMID: 16535328

Nielsen, L., Risgaard-Petersen, N., Fossing, H., Christensen, P., & Sayama, M. (2010). Electric currents couple spatially separated biogeochemical processes in marine sediment Nature, 463 (7284), 1071-1074 DOI: 10.1038/nature08790

Pfeffer, C., Larsen, S., Song, J., Dong, M., Besenbacher, F., Meyer, R., Kjeldsen, K., Schreiber, L., Gorby, Y., El-Naggar, M., Leung, K., Schramm, A., Risgaard-Petersen, N., & Nielsen, L. (2012). Filamentous bacteria transport electrons over centimetre distances Nature, 491 (7423), 218-221 DOI: 10.1038/nature11586

Rabaey K, Rodríguez J, Blackall LL, Keller J, Gross P, Batstone D, Verstraete W, & Nealson KH (2007). Microbial ecology meets electrochemistry: electricity-driven and driving communities. The ISME journal, 1 (1), 9-18 PMID: 18043609

Reguera G (2011). When microbial conversations get physical. Trends in microbiology, 19 (3), 105-13 PMID: 21239171

Sikora, A. & Sikora, R. 2005. Mikrobiologiczne ogniwa paliwowe. Biotechnologia, 2: 68-77.

Fot. w nagłówku: na amerykańskim rynku już pojawiły się dystrybutory z wodorem (źr. flickr)

Czytaj więcej

Chłop pańszczyźniany, miłośnik przyrody

Morderczy topór omija tylko stare drzewo, na którym wisi obrazek święty lub kapliczka, bo kto by się ważył złamać dawne nakazy pradziadów, na tego choroba spadnie lub piorun w dom jego uderzy. Te dawne nakazy, wypływające z prostaczych wiar ludu, otaczają pieczą niektóre zwierzęta. Kto jaskółkę zabije, temu krowy krwią doić się będą, kto zniszczy gniazdo bociana, temu bociany dom podpalą lub grady pole wybiją, kto pszczołę zdepcze, temu matka umrze.

Tak o wierzeniach ludności Husowa sprzed 100 lat pisał znany polski etnograf Tadeusz Seweryn. Tekst, z którego pochodzi powyższy fragment, przypominam niniejszym, aby uczynić zadość obietnicy, jaką swego czasu złożyłem Makromanowi.

Husów położony jest kilka kilometrów na południe od Łańcuta. Jest to jedna z podkarpackich wsi związanych z kolonizacją niemiecką okolic Kańczugi. Sam artykuł Tadeusza Seweryna poświęcony jest niejakiemu Janowi Rakowi, chłopowi pańszczyźnianemu, pierwszemu spośród chłopów szermierzowi idei ochrony przyrody w Polsce, który swą postawą wzbudził podziw uczonych mężów z Krakowa.

Wrażliwość na nędzę ludzką złączyła się u niego z wrażliwością na ból zwierzęcia.

Wychodząc naprzeciw życzeniom Seweryna, postanowiłem postać Raka - obrońcy przyrody przenieść także do internetu. Niech jego postawa świadomego ekologa będzie przykładem dla wszystkich tych, którzy kochają przyrodę, jak to się mówi: bezwarunkowo.

Jan Rak - husowski poeta i filozof pozostawił po sobie skrypty przechowywane w Muzeum Etnograficznym w Krakowie. Na nie właśnie natknął się Tadeusz Seweryn. Twórczość Raka można przybliżyć sobie w Podkarpackiej Bibliotece Cyfrowej w Rzeszowie.

Niestety, nie udało mi się ustalić skąd pochodzi i kiedy został opublikowany artykuł. Przeglądnąłem bibliografię prof. Seweryna, ale tam pominięto tę krótką wzmiankę o Janie Raku. Mam tylko odbitkę ksero bez stron tytułowych, ale na pewno pochodzi sprzed II wojny światowej.

Źródła:
Fot. w nagłówku BiLK_Thorn CC-BY-SA

Czytaj więcej

Zestresowani mężczyźni i otyłe kobiety

 Jak wiadomo, ideał kobiety zmieniał się w ciągu wieków. Chodzi mi oczywiście o męski ideał kobiety, bo przecież kobiet idealnych nie ma. Mężczyzn zresztą też, choć tu bym polemizował z samym sobą. Tak czy siak, od kiedy pierwszy raz zobaczyłem Wenus z Willendorfu, zastanawiałem się co to byli za goście, dla których był to ideał kobiety. A może taka była wtedy moda? Tak jak z butami czy kołnierzykami. Raz są fajansiarskie, a raz top-trendy. Okazuje się jednak, że nie tylko moda i wszechobecna reklama mają wpływ na męski ideał kobiety. Można nawet powiedzieć, że mężczyzną kieruje stres przy wyborze partnerki idealnej. Jak mądrzy ludzie doszli do takiego wniosku?

Ano tak. Wzięli 81 chłopa i podzielili na dwie, prawie równe grupy (40 i 41). Jedna grupa - eksperymentalna, została porządnie zestresowana przed odpowiedzią na testowe pytania; druga - kontrolna, podchodziła do odpowiedzi na luzie.
Jak się łatwo domyślić, obie grupy oceniały cielesną atrakcyjność kobiet, w tym:

• stopień otyłości (od wychudzonych do otyłych)
• ogólne wrażenie atrakcyjności
• wskaźnik masy ciała (BMI - Body Mass Index)

Anja Rubik (fot. stilettobootlover_83 CC-BY-ND)

Zestresowanie grupy eksperymentalnej mierzono na podstawie poziomu kortyzolu nazywanego czasem hormonem stresu. Domyślam się, że tym samym uzyskano poziom luzu grupy kontrolnej. Zresztą szczegóły stresowania znaleźć można w cytowanym artykule Swami & Tovée (2012). Zebrane odpowiedzi porównano i wynika z tego porównania jasno, że facetom w stresie bardziej podobają się kobiety większe i lepiej zbudowane, puszyste. Takie Wenus z Willendorfu jakby.

I to by się nawet zgadzało. Wspomniana Wenus pochodzi z okresu oryniackiego, jednego z wczesnych etapów kolonizacji Europy przez Homo sapiens. Stres - zimno, nieznane tereny, jakieś obce kobiety neandertalskie.

Jak widać wnioski są dość łatwe do sformułowania: im nam się bardziej błogo żyje, tym kobiety są szczuplejsze. A np. taki zestresowany Inuit, nawet nie spojrzy na chuderlawą kobietę typu Anja Rubik. Słowem, żeby reklamy seksistowskie działały w każdych (i niepowtarzalnych) okolicznościach przyrody, potrzebny jest podobny poziom stresu (tak sobie wymyśliłem jako ew. prowokację). W związku z powyższym badaniem postanowiłem też od jutra przyglądać się parom na ulicy, czy uda mi się odgadnąć poziom stresu u mężczyzn..

Źródła:
Swami V, & Tovée MJ (2012). The Impact of Psychological Stress on Men's Judgements of Female Body Size PLoS ONE, 7 (8) DOI: 10.1371/journal.pone.0042593

Zdjęcie w nagłówku: Wenus z Willendorfu, Autor: Don Hitchcock CC-BY-SA

Czytaj więcej

Zakwity sinic w Bałtyku - skąd się biorą i jak z nimi walczyć

Zakwity toksycznych sinic w Bałtyku to niestety norma. Ich częstotliwość rośnie z roku na rok. Ostatnio jednak pojawiła się nadzieja na zmianę tej sytuacji. Szwedzi mają pewien pomysł, który może uratować Bałtyk i uwolnić go nie tylko od sinic, ale także od ogólnej dewastacji ekologicznej. Pomysł, dość prosty w swej istocie, jest jednak kontrowersyjny i nie do końca wiadomo, jaki będzie efekt. Wydaje się jednak, że nie ma co zwlekać z ratowaniem Morza Bałtyckiego. To przecież jedno z najbardziej zanieczyszczonych mórz świata, a jego dno przypomina stale powiększającą się pustynię ekologiczną. Brak wymiany wód dennych z powierzchniowymi sprzyja stopniowej eutrofizacji naszego morza i okresowym zakwitom sinic. Z czego to się bierze?

Niezależnie od naszego umiłowania Bałtyku i jego plaż, trzeba podkreślić, że Bałtyk posiada największą na świecie strefę pozbawioną życia - spowodowaną działalnością człowieka. Jest to przydenna strefa zubożona w tlen, za to przepełniona składnikami odżywczymi, które opadły na dno i nie mogą się stamtąd wydostać. Mówiąc dosadnie - takie podmorskie szambo. Uwięzione na beztlenowym dnie składniki odżywcze to głównie azot i fosfor pochodzące ze ścieków oraz nawozów sztucznych dostających się do morza rzekami. Polska niestety jest jednym z głównych trucicieli Bałtyku. W liczbach wygląda to tak - w ciągu ostatnich 50 lat do Bałtyku wpuszczono łącznie 20 milionów ton azotu oraz 2 miliony ton fosforu. 

Każdy kto uprawiał jakąś roślinkę, wie, że drobinka "azofoski" wystarczy, żeby roślinka wybujała. Tak też dzieje się z sinicami w Bałtyku, które ochoczo korzystają z nadmiaru azotu i fosforu. Sinice nazywane też cyjanobakteriami, należą, podobnie jak rośliny, do organizmów samożywnych. Są to jedne z najstarszych organizmów na Ziemi zaliczanych obecnie do królestwa bakterii. Oprócz światła słonecznego, do życia potrzebują też składników odżywczych, przede wszystkim fosforu. Ponieważ nie są osamotnione w wyścigu do światła i pożywienia, zakwitają głównie wtedy gdy następują warunki im sprzyjące - ciepła, stagnująca woda przypowierzchniowa. Tak zdarza się najczęściej latem. Na domiar złego - bałtyckie sinice potrafią być toksyczne, także dla ludzi.

Zdjęcie satelitarne Bałtyku z zakwitem sinic
(fot. trojmiasto.pl)

Co roku, zielony dywan sinic pokrywa bałtyckie plaże. Kiedy zakwit sinic się kończy, obumarłe organizmy opadają na dno i rozkładając się zużywają resztki pozostałego tam tlenu. W pozbawionych tlenu wodach dennych nie może przeżyć żaden tlenowy organizm, np. ryby czy mięczaki. Rybacy określają to wdzięcznym terminem - przyducha. Dno staje się pozbawione życia, a strefa beztlenowa rozprzestrzenia się. Wiele gatunków fauny Bałtyku, np. dorsz, ma coraz mniej miejsca do życia. W ciągu ostatniego dziesięciolecia, co roku w Bałtyku występuje ok. 60 tys. km² dna pozbawionego tlenu. To powierzchnia kilku polskich województw całkowicie pozbawionych życia.

Problem przydennych wód beztlenowych (anoksycznych) pojawia się ostatnio coraz częściej w naukowych opracowaniach i mediach, głównie za sprawą rosnących temperatur mórz i oceanów. Ciepłe wody przyspieszają rozkład gnijących sinic ograniczając jednocześnie natlenianie wód przypowierzchniowych. W wodach anoksycznych dochodzi do szybszego uwalniania fosforu, a niski poziom tlenu zatrzymuje denitryfikujące bakterie w osadzie powodując wzrost zawartości azotu. Koniec końców, prowadzi to do kolejnego zakwitu, który powiększa zawartość fosforu i azotu na anoksycznym dnie i powstania samonapędzającej się spirali następnych zakwitów sinicowych.

Za sprawą szwedzkich geoinżynierów pojawił się ostatnio pomysł na ograniczenie strefy beztlenowej w Bałtyku. Szwedzi stwierdzili, że wystarczy po prostu pompować tlen na dno Bałtyku. Spowoduje to także mieszanie się wód i zahamuje proces denitryfikacji w osadzie. Czyli mechanizm podobny do tego stosowanego w agrotechnice, z tym, że teraz dotleniać będziemy dno bałtyckie, tzn. Szwedzi będą dotleniać. Chcą wykorzystać do tego ok. 100 pomp, które będą wtłaczać natlenioną wodę z ok. 50 m, wgłąb na głębokość ok. 125 m przez kilkanaście lat. Całość ma kosztować co najmniej 200 mln euro (patrz Stigebrandt & Gustafsson, 2007).

Obliczono, że potrzeba od 2 mln do 6 mln ton tlenu, żeby podnieść natlenienie dna Bałtyku powyżej poziomu dla wód uznawanych za zubożone w tlen, czyli powyżej 2 mg na litr. W 2009 roku Szwedzi wydali już prawie 4 mln dolarów na pilotażowy program. Okazało się, że rzeczywiście można w ten sposób natlenić dno Morza Bałtyckiego. Pojawiły się jednak pewne zagwozdki, sprawiające, że cały projekt coraz częściej określa się mianem kontrowersyjnego.

Przede wszystkim, takie pompowanie narusza naturalną cyrkulację termohalinową czyli opadanie cięższych, słonych wód na dno. Pompowane wody powierzchniowe są mniej zasolone. Są też cieplejsze, co może spowodować podniesienie temperatury wód dennych nawet do ok. 8^oC. To z kolei też stymuluje rozwój sinic, a więc stać się może odwrotnie do zamierzonego efektu. Nie wspominając już o wtłoczonych przypadkowo, wbrew ich woli, organizmach wód przypowierzchniowych, które nagle znajdą się na dnie. Jak na razie, najlepsze rezultaty osiągnięto dotleniając dna niewielkich jezior, jednocześnie wiążąc chemicznie fosfor na ich dnie. W Polsce także prowadzono podobne eksperymenty na Jeziorze Kortowskim czy sztucznym zbiorniku w Turawie. Powodzenie areacji dna jezior zachęciło Szwedów do działania na szerszą skalę w Bałtyku.

To jednak nie koniec zastrzeżeń wobec projektu. Natlenienie dna Bałtyku w ciągu najbliższych kilkunastu lat w dość gwałtowny sposób pociągnąć może za sobą łańcuch niekontrolowanych zdarzeń, których nie jesteśmy w stanie w tej chwili przewidzieć. Trochę przypomina to sytuację z pogranicza proterozoiku i kambru związaną z zagospodarowaniem dna morskiego przez organizmy penetrujące w osadzie. Wtedy ten proces przebiegał przez miliony lat i ostatecznie doprowadził, jak się wydaje, do eksplozji życia kambryjskiego. W Bałtyku mamy jednak nieco inną sytuację. Organizmy penetrować będą w dnie, które zawiera mnóstwo zanieczyszczeń typu DDT czy polichlorowane bifenyle (PCB). Dla przypomnienia - DDT to popularny środek owadobójczy, zaś PCB stosuje się głównie do produkcji smarów. Największe obawy może budzić PCB, który jest rakotwórczy i najwięcej znajduje się go właśnie w rybach z Bałtyku. Natlenienie dna spowodować może uwolnienie tych substancji i chyba nie muszę rozwijać co to będzie oznaczać dla bałtyckiego rybołówstwa.

Plan redukcji strefy minimum tlenowego w Bałtyku (wg Conley, 2012)

Cóż zatem robić? Jeśli pozostawimy Bałtyk samemu sobie, to pod koniec wieku 1/4 jego powierzchni będzie pustynią ekologiczną. Wtedy pewnie w ogóle nie zanurzymy palca w wodzie, bo kożuch sinicowy może występować całe lato. Szwedzi zakładają, że przy pomocy pomp uda im się ograniczyć "strefę śmierci" do ok. 40 tys km² w 2100 roku.

Przeciwnicy stosowania pomp uważają, że lepiej zacząć od redukcji zanieczyszczeń odprowadzanych do Bałtyku. Ostatnio udało się ograniczyć udział fosforu o ok. 30 tys ton rocznie i azotu o ok. 400 tys ton. Zakłada się obniżenie do 2016 roku poziomu fosforu do 42% obecnego poziomu oraz azotu do 18%, tak, by już w 2021 móc ogłosić zadowalający status ekologiczny Bałtyku.

Tytułem końcowej refleksji - przykład z pompami pokazuje, że część inżynierów nie wyszła z piaskownicy. Nie widzą skomplikowanej sieci powiązań i złożoności biotopów morskich. To nie jest maszyna skonstruowana wg określonego wzoru, tylko wynik wielu przypadkowych procesów i bardzo trudno jest odtworzyć stan sprzed jakiegoś okresu. To taka droga jednokierunkowa, gdzie nie można zawrócić. Można tylko zwolnić. Ja wierzę w redukcję zanieczyszczeń i naturalny powrót do czystego Bałtyku, który sam będzie ewoluował zgodnie ze zmianami zachodzącymi w środowisku przyrodniczym. Może lepiej już nie majstrować więcej.

Źródła:
Daniel J. Conley (2012). Save the Baltic Sea Nature DOI: 10.1038/486463a
Stigebrandt A, & Gustafsson BG (2007). Improvement of Baltic proper water quality using large-scale ecological engineering. Ambio, 36 (2-3), 280-6 PMID: 17520945

fot w nagłówku: Autor: thewamphyri CC-BY-SA

Czytaj więcej

Czy warto adoptować koty?

Kot domowy (Felis catus) to groźny i bezwzględny drapieżnik. Należy do setki najbardziej inwazyjnych gatunków świata. Warto o tym pamiętać, decydując się na przygarnięcie tego zwierzaka. Kot jest bardzo mocno osadzony w naszej tradycji wyrastającej z rolniczych kultur przybyłych do Europy z Bliskiego Wschodu. Traktowany jest jako odwieczny towarzysz człowieka, który jednak zachował sporo ze swej niezależności. Ta kocia niezależność jest dość wygodnym wytłumaczeniem dla właścicieli kotów, których nie wyprowadza się w Polsce na smyczy. Jeśli już, to głównie kotki w trakcie rui. Koty biegają samopas. A tak nie powinno być. Upraszczając - kot to morderca, którego trzeba pilnować.

W wielu krajach kocia wolność powoli się kończy albo już skończyła. Świadomość ekologiczna wielu społeczeństw zachodnich jest znacznie wyższa niż w Polsce i tam kot traktowany jest tak jak gatunek zagrażający rodzimej bioróżnorodności, czy bioróżnorodności w ogóle. W Polsce niestety nie. Tymczasem koty w większości miejsc nie mają naturalnych wrogów, a wspierane ręką człowieka, stają się panami życia i śmierci większości ptaków, gryzoni i innych drobnych zwierząt typu jaszczurki, żaby itp. Pomijam już fakt, że formalnie, jako gatunek inwazyjny, kot powinien być tępiony, a w ostateczności jego populacja powinna być pod ścisłą kontrolą.

W Australii, USA czy Wielkiej Brytanii wprowadzono regulację wielkości populacji kotów i wałęsające się samopas koty są wyłapywane, sterylizowane i umieszczane w schroniskach, skąd nie ma ucieczki. Dla przeciętnego Polaka może to dziwne czy szokujące, ale tak powinno być. Kotów jest za dużo, a najlepiej gdyby ich, w pewnych "okolicznościach przyrody" w ogóle nie było. Dlaczego? Liczby powiedzą same za siebie.

Przeciętnie, jeden kot zabija rocznie 24 gryzonie, 15 ptaków i 17 jaszczurek. Dane pochodzą z USA i podejrzewam, że w Polsce będzie to znacznie więcej. Ale to dopiero początek wyliczanki. Trzeba to pomnożyć przez liczbę kotów.W USA żyje obecnie prawie 94 mln kotów, co daje łącznie ponad 5 miliardów upolowanych zwierząt. W Wielkiej Brytanii 9 mln kotów zabija co roku 275 mln zwierząt. Koty są odpowiedzialne za ok. 40% śmierci wszystkich ptaków, skutecznie rywalizując nawet z ptakami drapieżnymi.

Koty są szczególnie niebezpieczne dla ptaków (fot. Karelj PD)

[Edit] Tomasz Skawiński podesłał link do artykułu Krauze-Gryz et al. (2012). Autorzy obserwowali tam 34 koty przez łączną liczbę 258 miesięcy, czyli średnio jednego kota przez 7.6 miesiąca. W sumie koty złowiły 1545 ofiar co daje 45.4 ofiary na jednego kota, czyli prawie 6 ofiar miesięcznie i 72 rocznie (na kota). Co ciekawe, większość ofiar koty przynosiły do domu - 1419 w stosunku do 357 bezpośrednio zjedzonych (Krauze-Gryz et., 2012).

Koty polują w pojedynkę, zasadniczo wieczorem i nad ranem. Mogą przetrwać przy ograniczonym dostępie do wody, uzupełniając zapas płynów ze swoich ofiar. W Australii, gdzie wszystkie gatunki przywiezione przez Europejczyków, są wielkim problemem, koty stoją na czele listy gatunków, które odpowiedzialne są za przetrzebienie 35 gatunków ptaków, 36 ssaków, 7 gadów i 3 gatunków płazów.

Trzeba także zdać sobie sprawę z tego, że w warunkach naturalnych, dziki kot, np. żbik żyje parę lat, natomiast kot udomowiony kilkanaście. Jak wykazały badania na Nowej Zelandii, terytorium łowne kota może dochodzić do 1000 hektarów. Wielkość łowiska uzależniona jest oczywiście od dostępności ofiar, a w przypadku wysp, od wielkości samej wyspy. Stąd na Hawajach koty polują na obszarze rzędu 5 ha. To i tak sporo. Problem kotów zawleczonych przez człowieka na wyspy to zresztą zupełnie inna sprawa, szczególnie na Pacyfiku. Na niewielkim obszarze łatwo koty wyłapać a i miejscowa ludność nie ma w swoich baśniach opowieści o kocie w butach.

Wyspy są także doskonałym przykładem jaki wpływ mają zwierzęta inwazyjne na rodzime gatunki i ile nas to wszystko może kosztować - dosłownie. Na wyspie Macquarie, leżącej w australijskiej Antarktyce, koty pojawiły się tuż przed II wojną światową. Wcześniej na wyspę dotarły króliki, które zupełnie zdewastowały środowisko. Kiedy uporano się z królikami przy pomocy zabójczych dla nich wirusów, okazało się, że koty są jeszcze większym problemem. W 1985 roku rozpoczęto program redukcji liczby kotów. Do tej pory wydano 24 miliony dolarów na ratowanie wyspy i przekonano się, że gatunki inwazyjne mogą doprowadzić do całkowitego załamania się ekosystemu (ang. meltdown).

W takim razie, co zrobić jeśli już mamy kotka w domu? Przede wszystkim, wysterylizować. Po drugie, trzymać w domu i wychodzić z nim na smyczy, tak jak z psem. Ja wiem, że kot lubi wskoczyć na drzewo i głupio to wygląda, stać pod drzewem ze smyczą, ale można kotu w domu zorganizować miejsca do skakania. Niech się wyskacze w domu. Jeśli macie duży dom, to nie wypuszczać kota samego z domu. A jeśli już musi wyjść, należy zawiesić na szyi dzwoneczek. Dźwięk dzwonka może skutecznie ostrzegać potencjalne ofiary, które zdążą uciec przed kotkiem.

W Polsce nie brakuje ludzi, którym czułe serce nie pozwala obojętnie przechodzić obok bezdomnych zwierząt. Jednak powinni zdawać sobie sprawę z tego, że udomowione zwierzęta stanowią zagrożenie i mogą, tak jak koty, dewastować środowisko naturalne. Kochajmy zwierzęta, ale wszystkie, nie tylko te udomowione.

* * *

ps. Aleksandra Żurek podrzuciła mi link do postu Adama Wajraka na Facebooku. Warto poczytać razem z dyskusją pod postem. Znajdziecie tam mnóstwo przydatnych linków, np. jak zabezpieczyć ptasie lęgi przed kotami.

pps. Artykuł z 29 stycznia 2013 The impact of free-ranging domestic cats on wildlife of the United States opublikowany w Nature Communications, jako uzupełnienie.

Źródła:
fot. w nagłówku: Stiopa CC-BY-SA

D. Krauze-Gryz, J. Gryz, J. Goszczyński (2012). Predation by domestic cats in rural areas of central Poland: an assessment based on two methods Journal of Zoology DOI: 10.1111/j.1469-7998.2012.00950.x

Czytaj więcej

Ile waży ludzkość i co z tego wynika?

Ludzie ważą 287 milionów ton, w sumie. Na sumę tę składa się jednak tylko ludzkość, która ukończyła 18 lat, czyli dorośli. Dzieci i młodzieży nie policzono. Wyliczeń dokonano na podstawie danych statystycznych dla wszystkich krajów świata z roku 2005. Pod uwagę brano liczbę dorosłych oraz wskaźnik masy ciała (BMI - Body Mass Index). W sumie wyszło tyle, ile wyszło. Ważne jest to, że zaczynamy uświadamiać sobie, że nie wystarczy ograniczać przyrost liczby ludności świata, żeby zapobiec kryzysowi wyżywienia. Przecież tak naprawdę chodzi o ograniczanie biomasy ludzkości, czyli pochodnej liczby ludności i jej wagi. Jeden duży zje tyle co dwóch małych, czyż nie?

287 mln ton, to dużo czy mało? Jak wspomniałem, w rzeczywistości masa ludzkości jest wyższa, gdy doda się dzieci oraz kraje takie jak Tajwan czy Serbia (nie mówiąc już o Arubie czy Guam), których nie uwzględniono, z powodu niepewnych danych. Poza tym, od 2005 roku ludzi na świecie przybyło. Jest jednak jeszcze jeden problem - przyrost liczby ludzi otyłych. Po prostu ludzie ważą za dużo i tych otyłych jest coraz więcej. Z wyliczonych 287 milionów ton, 15 milionów ton to wynik nadwagi (BMI > 25).

Jak można się było domyślić, Stany Zjednoczone Ameryki Północnej są krajem najgrubszych ludzi. Mieszka tam 6% całej populacji, która stanowi 7.4% biomasy ludzkiej. 34% ludzi otyłych mieszka właśnie tam (BMI > 30). Z kolei w Azji mieszka 61% biomasy ludzkiej, ale tylko 13% biomasy ludzi otyłych. W przeliczeniu na tony - jedna tona ludzi to około 12 dorosłych Amerykanów. Za to aż 17 dorosłych Japończyków czy 20 mieszkańców Bangladeszu. Co ciekawe, drugie miejsce w otyłości zajmuje Kuwejt - 12.9 osoby na tonę, a trzecie Chorwacja - 13.1 osoby na tonę (Walpole et al., 2012).

Porównanie obecnej biomasy ludzi w różnych krajach z ich biomasą w przypadku BMI amerykańskiego i japońskiego (Walpole et al., 2012).

Po co to nam te dywagacje? Ludzie stoją na szczycie drabiny pokarmowej. Do życia potrzebna jest im energia dostarczana w postaci pożywienia. Ta energia to pochodna liczby ludności i jej wagi. Zatem wzrost zapotrzebowania na energię potrzebną do wyżywienia ludzkości związany jest nie tylko ze wzrastającą liczbą ludzi na świecie, ale także ze średnią wagą każdego dorosłego człowieka. Jeśli wskaźnik masy ciała będzie rósł, to zapotrzebowanie na żywność wzrośnie bardziej niżby to wynikało ze wzrostu liczby ludności. Kłania się tutaj teoria wzrostu wykładniczego czy też Thomas Malthus, który ponad 200 lat zauważył, że przyrost ludności odbywa się w tempie wykładniczym a przyrost zasobów w tempie arytmetycznym, więc czeka nas kryzys wyżywienia. Co prawda kryzysowi wyżywienia zapobiegać może coraz lepsza technologia produkcji, ale to tylko przesuwa moment kryzysu.

Przykładowo, gdyby wszyscy ludzie mieli taki wskaźnik masy ciała (BMI) jaki jest w tej chwili w USA, wzrost biomasy ludzi o 58 milionów ton odpowiadałby prawie miliardowej populacji ludzi o średnim wskaźniku masy, ale wymagałby użycia energii potrzebnej do wyżywienia zaledwie połowy tej liczby ludzi z nadwagą (dokładnie: 935 mln o średnim BMI vs. 473 mln o podwyższonym BMI). Wniosek z tego płynie taki, że wzrost średniej wagi ciała wpływa na zużycie ziemskich zasobów w taki sam sposób jak zwiększenie liczby ludności. Jeśli nie będziemy się rozmnażać, ale będziemy tyć, efekt będzie ten sam. Zwiększy się biomasa ludzi. 

Z trendów panujących w obecnym świecie wynika, że problemów z wyżywieniem ludzkości będzie przybywać i to szybciej niż do tej pory sądzono. Ludzie chcą po prostu jeść więcej a sposobem na otyłość ma być wzmożona aktywność fizyczna. Przypomina to błędne koło - jedzenia i spalania. Wszystkie te zmiany wymagają jednak zupełnie innego podejścia ludzkości do życia. W tej chwili stać na to tylko najbogatszych, ale oni niechętnie godzą się na to, m.in. dlatego, że są bogaci i to nie oni będą ponosić konsekwencje przeludnienia. Natomiast nawoływanie biednych do zmiany trybu życia mija się z celem, bo oni też chcą być bogaci i mieć wspomniane problemy w nosie.


Źródła:
Sarah C Walpole, David Prieto-Merino, Phil Edwards, John Cleland, Gretchen Stevens and Ian Roberts (2012). The weight of nations: an estimation of adult human biomass BMC Public Health DOI: 10.1186/1471-2458-12-439


Fot. w nagłówku: Didier Vidal (CC-BY-SA) http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Tremendo_gordo.jpg

Czytaj więcej