Znajdź zawartość

W ziemskiej historii stężenie tlenu w atmosferze wahało się - bywało ono i niższe i wyższe niż obecne 21 procent. Do tej pory niewiele było badań nad wpływem stężenia tlenu na formy życia, dlatego badanie współczesnych owadów pod tym kątem przyniosło wiele ciekawych odkryć. Dotychczasowe teorie sugerowały, że prehistoryczne, olbrzymie ważki mogły osiągać swoje rozmiary - do 70 centymetrów rozpiętości skrzydeł - właśnie dzięki wysokiej zawartości tlenu w powietrzu. Zweryfikować to zdanie zdecydował się profesor John van den Brooks z Arizona State University w Tempe. Przystąpił do eksperymentu mającego sprawdzić poziom zawartości tlenu w powietrzu na rozwój szeregu owadów, nie tylko ważek, ale między innymi również karaluchów, żuków, koników polnych i mączników młynarków. Wszystkie podzielono na wiele grup, które przez kilka pokoleń przebywały w warunkach różnego stężenia tlenu, od 12% (najniższe stężenie, jakie znamy z przeszłości ziemi), przez obecne 21% do 31% (najwyższe, jakie znamy). Przykładowo najłatwiejsze w hodowli karaluchy podzielona na aż 7 grup, trudne w utrzymaniu ważki (których ręcznym karmieniem zajmowało się aż kilku studentów) na jedynie trzy. Spośród dwunastu różnych gatunków owadów aż dziesięć faktycznie malało wskutek hipooksji (zaniżonej ilości tlenu w tkankach, żyjąc w atmosferze ubogiej w tlen, zgodnie z założonym modelem. Hiperoksja (zwiększone stężenie tlenu w tkankach) w atmosferze bogatej w tlen powodowało jednak mniej przewidywalne wyniki. Ważki rzeczywiście rosły do znacznie większych rozmiarów, potwierdzając wstępne założenie. Karaluchy jednak, wbrew intuicji, malały. Ponadto ich rozwój spowolnił się aż dwukrotnie. W poszukiwaniu mechanizmu, który łączy poziom tlenu z rozmiarem osobników postanowiono się przyjrzeć przetchlinkom, czyli aparatowi oddechowemu owadów. Wyhodowane w różnych warunkach osobniki karalucha poddano badaniu w synchrotronie rentgenowskim w Argonne National Lab. Okazało się, że bogata w tlen atmosfera powoduje zmniejszenie się rozmiaru przetchlinek, „oszczędzoną" zaś w ten sposób energię karaluchy inwestują w rozwój innych funkcji życiowych, na przykład rozmnażania. Następnym etapem studiów będzie analiza aparatów oddechowych owadów zachowanych w pokładach bursztynu. Docelowo prof. van den Brooks zamierza wykorzystać analizę przetchlinek skamieniałości owadów jako znacznik poziomu tlenu w atmosferze dawnych epok.

Pod wpływem promieniowania UVB dochodzi do uszkodzenia skóry i powstawania zmarszczek. Autorzy japońskiego studium wykazali jednak, że proces ten można ograniczyć za pomocą tlenu. W ramach studium u myszy, które umieszczano po wystawieniu na oddziaływanie promieniowania ultrafioletowego w komorze tlenowej, pojawiło się mniej zmarszczek i oznak uszkodzenia skóry niż u gryzoni stykających się wyłącznie z UVB. Podczas starzenia pojawiają się zmarszczki, a naskórek staje się cieńszy i szorstki. Pod powierzchnią skóry podlegającej regularnej ekspozycji na promieniowanie UVB zachodzą charakterystyczne zmiany, m.in. skórna angiogeneza. W powstawaniu nowych naczyń bierze udział kilka czynników transkrypcyjnych, w tym czynnik indukowany hipoksją (HIF-1, ang. hypoxia inducible factor), a konkretnie jego podjednostka alfa (HIF-1 jest heterodimerem złożonym z dwóch podjednostek – HIF-1α i HIF-1β - które należą do grupy czynników transkrypcyjnych), oraz czynnik wzrostu śródbłonka naczyń (ang. vascular endothelial growth factor – VEGF). Podczas eksperymentu Shigeo Kawada, Masaru Ohtani i Naokata Ishii z Uniwersytetu Tokijskiego podzielili bezwłose myszy na trzy grupy: 1) kontrolną, 2) wystawianą na oddziaływanie UVB i tlenu, 3) stykającą się wyłącznie z promieniowaniem UVB. Grupy 2. i 3. przez 5 tyg. trzy razy na tydzień napromieniano specjalną świetlówką, lecz tylko gryzonie z grupy UVB+HO (HO od hiperoksja – długotrwały nadmiar tlenu) trafiały po każdej sesji na dwie godziny do komory tlenowej. W ciągu 5 tyg. u myszy podlegających naświetlaniu pojawiły się zmarszczki, ale były one silniej zaznaczone w grupie, która nie uczęszczała do komory. W obu grupach doszło też do pocienienia naskórka, lecz znów w grupie 3. jego zakres oceniono jako większy. W porównaniu do grupy kontrolnej, wśród zwierząt naświetlanych UVB znacząco wzrósł poziom HIF-1α, podobnego zjawiska nie odnotowano zaś w grupie UVB+HO. Stężenie VEGF wzrosło w obu napromienianych grupach, ale w grupie 2. słabiej. Oznacza to, że nadmiar tlenu w tkankach ogranicza uszkodzenie skóry przez promieniowanie ultrafioletowe. Tak jak HIF-1 α i VEGF, ważną rolę w angiogenezie odgrywają metaloproteinazy macierzy zewnątrzkomórkowej (ang. matrix metalloproteinases, MMPs). Uważa się, że MMP-2 i MMP-9 szczególnie przyspieszają powstawanie zmarszczek, niszcząc zewnętrzne fragmenty komórek. Okazało się jednak, że w studium Japończyków poziom MMP-2 spadał pod wpływem ekspozycji na promieniowanie UVB, a MMP-9 się nie zmieniał i to nawet u myszy nieumieszczanych w komorze tlenowej. Wg autorów studium, fakt ten wskazuje, że wymienione metaloproteinazy nie są najważniejszymi czynnikami w procesie powstawania zmarszczek i angiogenezie, a przynajmniej nie są nimi na wczesnych etapach uszkodzeń wywoływanych przez UVB.