captcha image

Hasło zostanie wysłane na twojego e-maila.

Z lewej mniejszy gatunek subarktyczny (ciepłowodny), a z prawej większy arktyczny (zimnowodny). Skorupiaki z gatunków Themisto abyssorum i Themisto libellula świetnie ilustrują proces “karłowacenia” zwierząt pod wpływem wzrostu temperatur. Fot. Maria Włodarska-Kowalczuk

Wraz ze wzrostem temperatur zwierzęta zmniejszają rozmiary swoich ciał. Niektóre nawet trzykrotnie! Fascynująco opowiada o tym prof. Jan Marcin Węsławski z Instytutu Oceanologii Polskiej Akademii Nauk, jeden z uczestników polsko-norweskiego projektu o znamiennej nazwie DWARF, czyli „krasnal”.

Krzysztof Zawierucha: Po co bada się zmiany wielkości ciała u zwierząt?

Prof. Jan Marcin Węsławski. Fot. J. Legeżyńska

Prof. Jan Marcin Węsławski, biolog morski z Instytutu Oceanologii PAN w Sopocie: – Idea opiera się na znanej od XIX wieku obserwacji, że w wyższych temperaturach szybciej przebiegają reakcje metaboliczne. Zwierzętom zmiennocieplnym – gadom, płazom, rybom – w cieplejszych warunkach żyje się szybciej, szybciej się też dojrzewa, a więc dzieje się to przy mniejszych rozmiarach. Z kolei u zwierząt stałocieplnych wiadomo było, że duże rozmiary ciała i możliwie okrągły kształt pozwala na oszczędzanie energii i zapobiega utracie ciepła – bo ciepło tracone jest przez powierzchnię ciała, a im większe i bardziej zaokrąglone jest to ciało, tym lepsza proporcja powierzchni do objętości, a tym samym oszczędność ciepła.

Tyle teoria, a w Instytucie Oceanologii PAN we współpracy z Norwegami realizujemy obecnie projekt o znamiennej nazwie DWARF (ang. krasnal ), który ma to sprawdzić w praktyce. Chcemy się dowiedzieć, czy wobec ocieplania się Arktyki wzrost temperatury środowiska o kilka stopni wywoła efekt zmniejszenia się rozmiarów ciała u różnych grup organizmów: słodkowodnych, lądowych i morskich.

Chcemy też ustalić, jaki mają związek rozmiary ciała ze zmianami na poziomie genetycznym. Zadanie jest mocno skomplikowane, więc pracują nad nim zespoły z kilku norweskich i polskich instytucji reprezentujące wachlarz specjalizacji – od genetyki ewolucyjnej, przez fizjologię do ekologii populacji i funkcjonowania ekosystemu.

A czy zjawisko to widać również w Bałtyku? I czy wiedza o tym może coś zmienić w tym ekosystemie?

– Wielu badaczy uważa, że wielkość ciała organizmu zawiera odpowiedź na najważniejsze pytania ekologii – to coś w rodzaju świętego Graala. Od wielkości organizmu zależy tyle różnych zjawisk w przyrodzie, że pisze się o tym całe książki i publikuje setki artykułów. Najważniejsze z punktu widzenia praktyki, czyli połowów morskich, są zmiany w sieci troficznej – to, czy system jest zdominowany przez małe czy średnie drapieżniki, może zmienić kompletnie dostępne dla człowieka zasoby.

Typowym przykładem jest rozważany w Szwecji plan interwencji w szybko ocieplający się ekosystem Bałtyku, polegający na ochronie i rozbudowie populacji dużych drapieżników: dorszy, sandaczy, szczupaków, łososi, fok. Chodzi o to, że większa ich liczba wywrze silną presję na małe drapieżniki planktonożerne, czyli śledzie i szproty. W ten sposób presja drapieżników zostanie zdjęta z zooplanktonu, który nie zjadany przez małe ryby zabierze się za konsumpcję nadmiernie rozmnożonego mikroplanktonu, a więc wyeliminuje m.in. zakwity glonów. W efekcie w ciągu 20 lat mamy mieć błękitne morze i duże ryby. To teoria, ale oparta na manipulacji wielkością organizmu w ekosystemie.

Zbieranie w Arktyce okazów w ramach projektu DWARF. Fot. Maria Włodarska-Kowalczuk

Dlaczego właściwie temperatura wpływa na wielkość ciała organizmów?

– Po pierwsze, przez prostą zależność tempa reakcji metabolicznych od temperatury. To dotyczy zwierząt zmiennocieplnych, a w przypadku stałocieplnych to kwestia oszczędzania ciepła – każdy ssak, który żyje w temperaturze środowiska poniżej 36 st. C, ma z tym problem. Ciepło tracone jest przez powierzchnię ciała, a im większe i bardziej okrągłe ciało, tym lepsza izolacja.

Dodatkowo, organizmy wodne mają do pokonania wielkie wyzwanie: w wodzie utrata ciepła jest niemal 25-krotnie szybsza niż na powietrzu. Dlatego zmiany temperatury nawet w małym zakresie są bardziej dotkliwe dla mieszkańców wód. A warto też wspomnieć, że z kolei w zbyt wysokich temperaturach pojawia się jeszcze większy problem: jak ochłodzić organizm.

Czy możesz wskazać konkretne przykłady “gigantyzmu” lub też “skarłowacenia” spowodowanego wpływem temperatury?

– Od razu muszę zastrzec, że wprawdzie temperatura jest bardzo ważnym, ale nie jedynym czynnikiem kontrolującym wielkość organizmu. Bardzo istotna jest dostępność pokarmu, bo bez energii zwierzęta nie mają jak rosnąć. No i w przypadku organizmów wodnych liczy się też zawartość tlenu w wodzie, bo duże organizmy rosną tylko w dobrych warunkach tlenowych.

Sięgając do znanych przykładów gigantów: wielkie wieloryby fiszbinowe mogą utrzymać się tylko dlatego, że żerują w zimnych, polarnych wodach na wysokokalorycznym planktonie. Po sezonie żerowania odpływają z zapasem energii w tropiki na rozród. Typowe walenie ciepłowodne to rybożerne delfiny średniej wielkości.

Okazy zebrane w ramach projektu DWARF. Fot. Mikołaj Mazurkiewicz

Z mniejszych organizmów, najlepsze przykłady dają gatunki blisko spokrewnione, zasiedlające duży obszar geograficzny – od ciepłych do zimnych wód. Tutaj mamy całą galerię przykładów ze świata morskich skorupiaków. W ciepłych, mających średnio +18 st. C, wodach Zatoki Biskajskiej planktonowe widłonogi z rodzaju Calanus mają kilka milimetrów długości i żyją parę miesięcy. Ten sam rodzaj skorupiaków w chłodniejszej wodzie, mającej około 10 st. C osiąga około 6 mm długości i żyje rok, a w subarktyce ponad 10 mm i żyje 2-3 lata. Rekordzistami wśród widłonogów są te z lodowatych wód Arktyki, które żyją nawet 7 lat i dorastają do 15 mm. Są więc blisko trzykrotnie dłuższe od swoich ciepłolubnych krewnych.

Czy tę zasadę można odnieść i do ludzi? Niektórzy przedstawiciele tropikalnych plemion są szczupli i niscy, czy więc globalny wzrost temperatury może wpłynąć również na nasze rozmiary w przyszłości?

– Teraz już nie, bo uniezależniliśmy się od warunków środowiska. Tym niemniej nasza ewolucja pokazuje, jak działa ogólna zasada. Wystarczy popatrzeć na Masajów i Eskimosów – pierwsi są wysocy, szczupli z długimi kończynami – to pomaga tracić nadmiar ciepła. Eskimosi są niscy, krępi, krótkonodzy – ten kształt odpowiada oszczędzaniu ciepła.

Wyprawa w ramach projektu DWARF. Fot. Mikołaj Mazurkiewicz

A jakie organizmy zostały przebadane w ramach projektu DWARF?

– Geograficznie pracowaliśmy od wybrzeża Bałtyku i południowej Norwegii, gdzie temperatury wody latem to około 15 st. C, przez północną Norwegię z jej 10 st. C po Spitsbergen, gdzie w tym okresie panują temperatury od 2 do 5 st. C. Każdy zespół pracował ze swoją ulubioną grupą organizmów – od tundrowych skoczogonków i niesporczaków, przez słodkowodne skorupiaki, do morskiej fauny z toni wodnej i osadu, wreszcie do ryb dwuśrodowiskowych, takich jak golec, czyli arktyczny łosoś.

W sumie przebadaliśmy kilkadziesiąt gatunków i od razu przekonaliśmy się, że jak to w przyrodzie, trudno o proste reguły – były gatunki bardzo wyraźnie reagujące na zmiany, i takie, u których trudno zobaczyć efekty zmian klimatu.

Które zwierzęta Ty sam badałeś?

– Moim wyuczonym rzemiosłem jest identyfikacja skorupiaków obunogich (Amphipoda). Jest ich w Arktyce blisko 800 gatunków, zasiedlają wszystkie środowiska i mają fantastyczną rozmaitość kolorów i kształtów. W dodatku, jak to przyzwoite skorupiaki, regularnie linieją, zmieniają rozmiar w wyraźny, skokowy sposób, łatwo się je mierzy i ocenia skład populacji.

Fot. Mikołaj Mazurkiewicz

Jakie było najbardziej fascynujące znalezisko podczas wypraw badawczych w ramach projektu DWARF?

– Korzystaliśmy głównie z naszego statku badawczego r/v OCEANIA i norweskiego r/v Hellmer Hansen. Pracowaliśmy w czasie arktycznego lata, w pięknych miejscach i przy niezłej pogodzie. Jednym z pytań, jakie sobie stawiamy, jest to, jakie organizmy i jak szybko przesuwają się na północ z prądem atlantyckim pod wpływem ocieplenia. W tym celu na trasie między Norwegią i Spitsbergenem zbieramy próbki planktonu, szukając larw i mierząc prędkość prądu, który je niesie.

Tymczasem w czasie jednego z rejsów wylądowałem na wysepce u północnego skraju Spitsbergenu, gdzie znalazłem plastikową beczkę wyrzuconą przez niedawny sztorm. Beczka była w środku „wytapetowana” omułkami, kaczenicami i innymi organizmami poroślowymi. Dzięki kolegom z biotechnologii IO PAN udało się zidentyfikować genetyczne pochodzenie tych omułków i okazało się, że pochodzą ze Szkocji, a nie z Norwegii, jak się spodziewaliśmy. W dodatku nie musiały walczyć o życie, płynąc przez Atlantyk jako larwy, tylko gotowa populacja dorosłych zwierząt pokonała te 2 tysiące kilometrów na tej swoistej tratwie. Dzięki podwyższonej temperaturze wody mogą teraz przetrwać i rozmnożyć się.

Takie nieoczekiwane zjawiska dodają kolorytu badaniom i uczą nas pokory. Nigdy nie wiadomo, co nowego przyniesie następne znalezisko.

Czy można już coś powiedzieć na temat wniosków, jakie płyną z badań prowadzonych w ramach projektu DWARF?

– Podsumowanie dopiero przed nami, ale już widać, że w planktonie zyskują przewagę małe gatunki, a wśród skorupiaków pojawiają się w Arktyce populacje o skróconym cyklu rozwojowym i mniejszych rozmiarach ciała. Czekamy na wyniki badań genetycznych, żeby sprawdzić, czy to utrwalona, nieodwracalna w genach zmiana, czy też może są to zmiany na poziomie plastyczności gatunku, a więc zdolność organizmu do zmienności morfologicznej w odpowiedzi na otaczające warunki. Właśnie tego zamierzamy się teraz dowiedzieć.

Więcej informacji można znaleźć na Facebooku, na stronie projektu DWARF oraz na tym filmie:

A tu znajdziecie film mówiący o tym, jak pracują naukowcy z IO PAN w Sopocie.

Ocieplenie klimatu może… zmniejszyć zwierzęta
4.7 (93.33%) 3 głosów

  • Basia

    Akurat nie zgodzę się z tytułem na facebooku! 🙂
    Zawsze (od podstawówki po liceum) uczy się przede wszystkim jak stosunek objętości do powierzchni ma się z metabilzmem i wielkością tworu. To także się tyczy wielkości organizmu, intensywności oddychania komórkowego, ilości pobieranego tlenu w stosunku do odpowiednich parametrów. Teraz (a szczególnie na biol-chemach) jest dużo wiedzy a pytanie o związek wielkosci mamutów do klimatu w którym żyły.
    Tutaj mamy tylko fajne podsumowanie na dowód tego jak ciepło wpływa na ewolucję.
    Pozdrawiam.
    b.

Nie ma więcej wpisów