Znajdź zawartość

Rośliny przewidują porę dnia, kiedy napadną na nie chmary głodnych owadów i przygotowują się, by je odstraszyć, uruchamiając hormonalną broń. Kiedy przechodzisz obok roślin, nie wyglądają, jakby cokolwiek robiły. Intrygująco jest obserwować całą tę aktywność na poziomie genetycznym. To jak przyglądanie się oblężonej fortecy w stanie pełnej mobilizacji - opowiada prof. Janet Braam z Rice University, dodając, że naukowcy od dawna wiedzieli, że rośliny dysponują zegarem biologicznym, który pozwala im mierzyć czas bez względu na warunki oświetleniowe. Liście niektórych roślin podążają np. za przesuwającym się po nieboskłonie słońcem, a nocą "resetują się", zwracając się w kierunku wschodu. Ostatnimi czasy biolodzy ustalili, że aż ok. 1/3 genów rzodkiewnika pospolitego (Arabidopsis thaliana) jest aktywowanych przez rytm okołodobowy. Zastanawialiśmy się, czy niektóre z tych regulowanych rytmem okołodobowym genów mogą pozwalać na przewidywanie ataków owadów w sposób analogiczny do przewidywania świtu - opowiada Michael Covington (obecnie z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Davis). Aby znaleźć odpowiedź na to pytanie, studentka Danielle Goodspeed zaprojektowała eksperyment. Wykorzystała 12-godzinny cykl świetlny. W ten sposób zaprogramowała zegary biologiczne roślin i gąsienic błyszczki ni (Trichoplusia ni), które żywią się liśćmi A. thaliana. Połowę roślin umieszczono z gąsienicami przyzwyczajonymi do regularnego i takiego samego jak one cyklu dzień-noc, natomiast reszta rzodkiewników stykała się z gąsienicami z przesunięciem faz - ich zegary były ustawione na dzień, który przypadał na porę będącą dla rzodkiewników nocą itd. Odkryliśmy, że rośliny wyregulowane na tę samą fazę co gąsienice błyszczki były stosunkowo oporne, natomiast okazy z przesunięciem faz ulegały zniszczeniu przez żerujące na nich gąsienice. Razem z Wassimem Chehabem Goodspeed badała akumulację hormonu jasmonianu, wykorzystywanego przez rośliny do wytwarzania metabolitów wpływających na żerowanie owadów (pod wpływem uszkodzenia mechanicznego następuje skok syntezy jasmonidów, a następnie uruchomienie biosyntezy enzymów odpowiedzialnych za gromadzenie się fitoaleksyn oraz inhibitorów proteinaz; blokują one aktywność proteinaz owadów, którym odcina się w ten sposób dostęp do białek rośliny). Naukowcy stwierdzili, że w ciągu dnia, gdy gąsienice T. ni są najbardziej napastliwe, rzodkiewniki nasilają produkcję hormonu. Okazało się, że rośliny wykorzystują zegar biologiczny do wytwarzania innych związków obronnych, np. zapobiegających infekcjom bakteryjnym.

Gąsienice gwiżdżą, kwiczą i wydają dźwięki przypominające stukanie. Biolodzy znają ten repertuar od ponad wieku. Dotąd niedawna nikt nie miał jednak pojęcia, jak gąsienice wytwarzają dźwięk ani czemu to w ogóle służy. Okazuje się, że chodzi o odstraszanie polujących ptaków. Kiedyś zespół Jayne Yack z Carleton University ustalił, że gąsienice antrei (Antheraea polyphemus), nocnego motyla z rodziny pawicowatych, stukają, uderzając o siebie żuchwą i szczęką. Teraz Kanadyjczycy ustalili, że gąsienice Amorpha juglandis, motyla z rodziny zawisaków, wykorzystują do gwizdania umieszczone po bokach odwłoka przetchlinki. To one umożliwiają im wymianę gazową i zwykle służą do oddychania. Jak widać, nie zawsze... Dzięki systemowi szybkiego filmowania naukowcy zauważyli, że gąsienice cofają głowę, by ucisnąć jamę ciała. Zaczęto dywagować, że w ten sposób wyciskają powietrze przez przetchlinki, czemu towarzyszy charakterystyczne gwizdanie czy piszczenie. By sprawdzić, czy tak jest naprawdę, Veronica Bura (także z Carleton University) pokryła wszystkie osiem par przetchlinek lateksem. Następnie systematycznie usuwała prowizoryczne zatyczki, podszczypując przy tym wiszącą na liściu larwę pęsetą. Okazało się, że dźwięki dobywają się z 8. pary otworów, tworząc trwające do 4 sekund serie gwizdów. Gwizdy obejmowały częstotliwości od dźwięków słyszalnych dla ptaków i ludzi po ultradźwięki. Na potrzeby końcowego eksperymentu Yack i Bura nawiązały współpracę z kolegami z Queen's University, którzy hodują lasówki żółtawe (Dendroica petechia), ptaki często jadające gąsienice i występujące w tych samych rejonach, co A. juglandis. Nieszczęsne gąsienice umieszczano na gałązkach w klatkach z lasówkami i ponownie filmowano rozwój wydarzeń. Podczas ataku gąsienice zaczynały piszczeć, ptak wzdrygał się i odskakiwał lub odlatywał. Mimo że 3 lasówki przypuściły po 2 ataki, żadnej z gąsienic nic się w efekcie nie stało.

Badacze z Institut Laue-Langevin (ILL) ujawnili zaskakującą właściwość białek wchodzących w skład nici przędzionej przez jedwabniki. Okazuje się, że podczas rozcieńczania stają się one bardziej skoncentrowane (Soft Matter). Akademicy od dawna próbują zrozumieć, jak z nieuprzędzionych białek prekursorowych tworzy się włókno jedwabne. Z kilku powodów jest to jednak trudne zadanie. Po pierwsze, trzeba jakoś rozstrzygnąć problem z pozyskiwaniem wystarczających ilości oryginalnych próbek. Po drugie, istnieje niewiele technik pozwalających na badanie struktury cząsteczek biologicznych o tak dużych rozmiarach. Przeważnie białka są stabilne przy stężeniach ok. 1 mg/ml. W miarę gdy stężenie rośnie, rozpoczyna się agregacja (koagulacja). W przypadku białek prekursorowych jedwabnej nici naukowcy z Lund i Uniwersytetu Oksfordzkiego zaobserwowali niecodzienne zjawisko. Pierwotne ich stężenie w organizmie gąsienicy oscylowało wokół 400 mg/ml. Jak na to, aby białka pozostały stabilnie rozproszone w koloidzie, mamy do czynienia z niezwykle wysokimi stężeniami. Co dziwniejsze, gdy stężenie spadało, białka zaczynały się rozciągać i przepływać, ostatecznie gromadząc się w jednym miejscu. Spodziewaliśmy się czegoś odwrotnego – podkreśla dr Cedric Dicko. W pierwotnym stężeniu białka tworzą helikalną strukturę o kącie skrętu rzędu ok. 90 nm. Podczas rozcieńczania dochodzi do rozkręcenia aż do osiągnięcia rozmiarów 130 nm. Efekt osiągnięty w laboratorium przypominał rozwinięcie zgrabnego kłębka w bezładną plątaninę nici, w obrębie której dochodzi do tworzenia się supłów. Gąsienice potrafią jednak kontrolować proces, dlatego gdy zaczyna się rozplatanie spirali, powstają uporządkowane włókna jedwabne. Naukowcy mają nadzieję, że dzięki zdobytej właśnie wiedzy uda się uzyskać nić o pożądanych właściwościach mechanicznych. Poza tym mają pomysł, jak poradzić sobie z problemem białek z regenerowanej nici jedwabnej. Uzyskiwało się je przez rozłożenie włókien kokonu wysokimi stężeniami soli. Były one jednak mniejsze i miały gorszą jakość od oryginalnych białek prekursorowych. [Jak widać], stężenie wpływa na zachowanie białek, a więc na typ materiału, który można wyprodukować, wyjaśniając różne wyniki poszczególnych grup badawczych. Zespół posłużył się niskokątowym rozpraszaniem neutronowym (ang. small angle neutron scattering, SANS). Wg akademików, był to jedyny sposób na zdobycie danych nt. zachowania tych dużych cząsteczek w roztworze. Jest też inny plus związany z wykorzystaniem neutronów – ponieważ nie mają ładunku, nie powodują obserwowalnych szkód w próbkach biologicznych. Oznacza to, że próbki da się badać wielokrotnie [...] – podsumowuje dr Phil Calow z ILL.

Gąsienice pawicy gruszkówki wydają dźwięk podobny do cykania świerszcza, gdy chcą ostrzec napastnika, że za chwilę stracą cierpliwość i na ich włoskach pojawi się śmierdząca substancja. Jayne E. Yack i zespół z Uniwersytetu w Ottawie porównują wygrywaną przez Saturnia pyri melodię do pocierania zębów grzebienia paznokciem. Gąsienice są bardzo ważne zarówno w sensie ekonomicznym, jak i ekologicznym - przekonuje Kanadyjka. Niszczą co prawda wiele roślin uprawnych, ale stanowią także pożywienie dla ptaków i nietoperzy. Dotąd skupiano się jednak na badaniu dorosłych motyli. Entomolodzy nagrali w laboratorium odgłosy wydawane przez gąsienice pawic gruszkówek. Pokrywały się one z zakresem dźwięków słyszanych przez ptaki, nietoperze i ludzi. Częstotliwość wynosiła od 3,7 do 55,1 kiloherców. Naukowcy przypuszczają, że "ćwierkanie" to wynik pocierania o siebie szczękami. Przeciągłe ćwierkanie pawicy gruszkówki przypomina klikanie gąsienicy ćmy Antheraea polyphemus, które zespół Yack opisał przed dwoma laty. Zwierzę zaczynało je wydawać przed zwróceniem na napastnika śmierdzącej treści. Współpracownica Yack Veronica Bura próbowała opisać zapach odstraszającego związku, lecz nie było to łatwe. Wg niej, woń jest z pewnością mocna i odrażająca. Kropelki cieczy pojawiają się na pokrytych kolcami grudkach. Panie natknęły się na ćwierkanie przypadkiem, badając dźwięki wydawane przez gąsienice.