Znajdź zawartość

Naukowcy z Imperial College London i Natural History Museum opublikowali dwie prace, w których opisali wyniki badań nad populacją czterech gatunków brytyjskich trzmieli. W pierwszym z badań pokazali, jak stres środowiskowy historycznie zmieniał kształt skrzydeł zwierząt, w drugim zaś opisali metodę pozyskiwania DNA z kolekcji muzealnych, co pozwoli na badanie historii genetycznej trzmieli. Na całym świecie dochodzi do spadku liczby owadów, zagrożonych jest coraz więcej gatunków. Olbrzymią rolę w zanikaniu owadów odgrywają pestycydy i zmiany klimatu. Naszą szczególną uwagę przyciągają znane nam zapylacze, jak pszczoła miodna czy właśnie trzmiele. Brytyjscy naukowcy przyjrzeli się owadom przechowywanym w muzealnych zbiorach od 1900 roku. Szczególną uwagę zwracali na symetrię skrzydeł. Ich wysoka asymetria pokazuje bowiem, że zwierzęta zostały poddane wysokiemu stresowi środowiskowemu. Uczeni zauważyli, że od roku 1925 stres wywierany na trzmiele jest coraz większy. Każdy z czterech badanych gatunków wykazywał coraz większą reakcję na stres w drugiej połowie XX wieku. Gdy uczeni przyjrzeli się średniej rocznej temperaturze i poziomowi opadów i porównali te dane z danymi o asymetrii skrzydeł zauważyli, że do większej asymetrii dochodziło w latach cieplejszych i bardziej wilgotnych. Takie warunki zdarzają się coraz częściej, a to oznacza, że warunki środowiskowe są coraz bardziej niekorzystne dla trzmieli. Skąd jednak pomysł, by badać okazy z kolekcji? Dotychczas naukowcy badający np. pszczoły miodne, sprawdzali zmiany ich zachowania w różnych warunkach, na przykład odległość, na jaką wysuwają żądła, czy też badali ekspresję genów czy zmiany ilości różnych molekuł w komórkach w reakcji na niekorzystne czynniki. Jednak wiele z tego typu badań wymaga użycia żywych owadów. Możemy zatem dowiedzieć się czegoś o tym, jak obecne warunki środowiskowe wpływają na owady. Brytyjczycy chcieli zaś wiedzieć, jak wyglądało to w przeszłości. Dobrym przybliżeniem warunków życia owadów okazał się kształt ich skrzydeł. Im większa między nimi asymetria, w tym bardziej stresowym – zatem niekorzystnym – środowisku żył owad. Dzięki badaniom, które przeprowadziliśmy na trzmielach, z tego, co mówi nam asymetria ich skrzydeł i jak wyglądało to w ubiegłym wieku, możemy teraz przewidywać, że coraz cieplejsze i coraz bardziej wilgotne lata będą wywierały niekorzystne skutki na te owady, mówi doktor Richard Gill z Imperial College London, który specjalizuje się w badaniu wpływu działalności człowieka na trzmiele. Naukowiec uważa, że zmiana symetrii skrzydeł związana jest ze zmianami epigenetycznymi (zmianami ekspresji genów), do których dochodzi pod wpływem czynników środowiskowych. Grupa Gilla nie badała DNA owadów. Zajęła się tym natomiast grupa doktor Seliny Brace, ekspertki od starego DNA z Museum of Natural History. Większość z owadów w muzealnych kolekcjach nie była konserwowana z myślą o jak najlepszym zachowaniu DNA. Stąd też trudności w jego pozyskaniu ze zbiorów muzealnych. Przeprowadziliśmy jedno z pierwszych badań, w ramach których w wielu zbiorach muzealnych poszukiwane było DNA przechowywanych tam owadów. Bardzo ważne jest byśmy rozumieli, jak materiał genetyczny się zachował. Zauważyliśmy, że ulega on bardzo szybkiej degradacji, ale z czasem ta degradacja spowalnia i pojawia się stały wzorzec degradacji i fragmentacji materiału genetycznego, wyjaśnia Selina. Naukowcy dowiedzieli się więc, jak przebiega proces degradacji DNA owadów przechowywanych w muzeach, a to z kolei pozwoliło im opracować metody rekonstrukcji tego DNA. Dzięki temu już w najbliższej przyszłości można będzie wykorzystać badania DNA muzealnych okazów owadów do lepszego zrozumienia, jak zmiany środowiskowe wpływają na te zwierzęta oraz łączyć wyniki takich badań z wynikami badań morfologicznych dotyczących np. asymetrii skrzydeł. « powrót do artykułu

Trzmiel nie powinien latać, ale o tym nie wie, i lata, Lot trzmiela przeczy prawom fizyki. Setki tysięcy trafień w wyszukiwarkach, rozpaleni komentatorzy i teorie spiskowe, posiłkujące się tym mitem pokazują, jak bardzo trwałe potrafią być niektóre fałszywe przekonania. Bo przecież niemal każdy z nas słyszał, że zgodnie z prawami fizyki trzmiel latać nie powinien i każdy z nas widział, że jednak lata. Naukowcy najwyraźniej coś przed nami ukrywają lub coś nie tak jest z fizyką. A może coś nie tak jest z przekonaniem o niemożności lotu trzmiela? Obecnie trudno dociec, skąd wziął się ten mit. Jednak z pewnością możemy stwierdzić, że swój udział w jego powstaniu miał francuski entomolog Antoine Magnan. We wstępie do swojej książki La Locomotion chez les animaux. I : le Vol des insectes z 1934 roku napisał: zachęcony tym, co robione jest w lotnictwie, zastosowałem prawa dotyczące oporu powietrza do owadów i, wspólnie z panem Sainte-Lague, doszliśmy do wniosku, że lot owadów jest niemożliwością. Wspomniany tutaj André Sainte-Laguë był matematykiem i wykonywał obliczenia dla Magnana. Warto tutaj zauważyć, że Magnan pisze o niemożności lotu wszystkich owadów. W jaki sposób w popularnym micie zrezygnowano z owadów i pozostawiono tylko trzmiele? Według niektórych źródeł opowieść o trzmielu, który przeczy prawom fizyki krążyła w latach 30. ubiegłego wieku wśród studentów niemieckich uczelni technicznych, w tym w kręgu uczniów Ludwiga Prandtla, fizyka niezwykle zasłużonego w badaniach nad fizyką cieczy i aerodynamiką. Wspomina się też o „winie” Jakoba Ackereta, szwajcarskiego inżyniera lotnictwa, jednego z najwybitniejszych XX-wiecznych ekspertów od awiacji. Jednym ze studentów Ackerta był zresztą słynny Wernher von Braun. Niezależnie od tego, w jaki sposób mit się rozwijał, przyznać trzeba, że Magnan miałby rację, gdyby trzmiel był samolotem. Jednak trzmiel samolotem nie jest, lata, a jego lot nie przeczy żadnym prawom fizyki. Na usprawiedliwienie wybitnych uczonych można dodać, że niemal 100 lat temu posługiwali się bardzo uproszczonymi modelami skrzydła owadów i jego pracy. Konwencjonalne prawa aerodynamiki, używane do samolotów o nieruchomych skrzydłach, rzeczywiście nie są wystarczające, by wyjaśnić lot owadów. Tym bardziej, że Sainte-Laguë przyjął uproszczony model owadziego skrzydła. Tymczasem ich skrzydła nie są ani płaskie, ani gładkie, ani nie mają kształtu profilu lotniczego. Nasza wiedza o locie owadów znacząco się zwiększyła w ciągu ostatnich 50 lat, a to głównie za sprawą rozwoju superszybkiej fotografii oraz technik obliczeniowych. Szczegóły lotu trzmieli poznaliśmy zaś w ostatnich dekadach, co jednak nie świadczy o tym, że już wcześniej nie wiedziano, że trzmiel lata zgodnie z prawami fizyki. Z opublikowanej w 2005 roku pracy Short-amplitude high-frequency wing strokes determine the aerodynamics of honeybee flight autorstwa naukowców z Kalifornijskiego Instytut Technologicznego (Caltech) oraz University of Nevada, dowiadujemy się, że większość owadów lata prawdopodobnie dzięki temu, iż na krawędzi natarcia ich skrzydeł tworzą się wiry. Pozostają one „uczepione” do skrzydeł, generując siłę nośną niezbędną do lotu. U tych gatunków, których lot udało się zbadać, amplituda uderzeń skrzydłami była duża, a większość siły nośnej było generowanej w połowie uderzenia. Natomiast w przypadku pszczół, a trzmiele są pszczołami, wygląda to nieco inaczej. Autorzy badań wykazali, że pszczoła miodna charakteryzuje się dość niewielką amplitudą, ale dużą częstotliwością uderzeń skrzydłami. W ciągu sekundy jest tych uderzeń aż 230. Dodatkowo, pszczoła nie uderza skrzydłami w górę i w dół. Jej skrzydła poruszają się tak, jakby ich końcówki rysowały symbol nieskończoności. Te szybkie obroty skrzydeł generują dodatkową siłę nośną, a to kompensuje pszczołom mniejszą amplitudę ruchu skrzydłami. Obrany przez pszczoły sposób latania nie wydaje się zbyt efektywny. Muszą one bowiem uderzać skrzydłami z dużą częstotliwością w porównaniu do rozmiarów ich ciała. Jeśli przyjrzymy się ptakom, zauważymy, że generalnie, rzecz biorąc, mniejsze ptaki uderzają skrzydłami częściej, niż większe. Tymczasem pszczoły, ze swoją częstotliwością 230 uderzeń na sekundę muszą namachać się więcej, niż znacznie mniejsza muszka owocówka, uderzająca skrzydłami „zaledwie” 200 razy na sekundę. Jednak amplituda ruchu skrzydeł owocówki jest znacznie większa, niż u pszczoły. Więc musi się ona mniej napracować, by latać. Pszczoły najwyraźniej „wiedzą” o korzyściach wynikających z dużej amplitudy ruchu skrzydeł. Kiedy bowiem naukowcy zastąpili standardowe powietrze (ok. 20% tlenu, ok. 80% azotu) rzadszą mieszaniną ok. 20% tlenu i ok. 80% helu, w której do latania potrzebna jest większa siła nośna, pszczoły utrzymały częstotliwość ruchu skrzydeł, ale znacznie zwiększyły amplitudę. Naukowcy z Caltechu i University of Nevada przyznają, że nie wiedzą, jakie jest ekologiczne, fizjologiczne i ekologiczne znaczenie pojawienia się u pszczół ruchu skrzydeł o małej amplitudzie. Przypuszczają, że może mieć to coś wspólnego ze specjalizacją w kierunku lotu z dużym obciążeniem – pamiętajmy, że pszczoły potrafią nosić bardzo dużo pyłku – lub też z fizjologicznymi ograniczeniami w budowie ich mięśni. W świecie naukowym pojawiają się też głosy mówiące o poświęceniu efektywności lotu na rzecz manewrowości i precyzji. Niezależnie jednak od tego, czego jeszcze nie wiemy, wiemy na pewno, że pszczoły – w tym trzmiele – latają zgodnie z prawami fizyki, a mit o ich rzekomym łamaniu pochodzi sprzed około 100 lat i czas najwyższy odłożyć go do lamusa. « powrót do artykułu

To, że trzmiele utrzymują się w powietrzu, jest raczej kwestią brutalnej siły, a nie misternej aerodynamiki – uważają naukowcy z Uniwersytetu Oksfordzkiego (Experiments in Fluids). Analizując lot tych owadów, przez kilka lat badacze skupiali się głównie na komputerowych modelach obliczeniowych, które upraszczały zarówno ruchy, jak i kształt skrzydeł. Brytyjczycy postanowili więc wrócić do źródeł, czyli rzeczywistego trzmiela, przedzierającego się przez wypełniony dymem tunel aerodynamiczny. Potem wystarczyło przeanalizować swobodny lot owada, uwieczniony przez kamerę zapisującą 2000 klatek na sekundę. Odkryliśmy, że lot trzmieli jest wyjątkowo nieudolny – w sensie aerodynamicznym są one podzielone na pół. Ich skrzydła pracują niezależnie od siebie, a przepływ powietrza jest taki, że strumienie opływające owady od prawej i lewej nie łączą się, by wspomóc lot – wyjaśnia dr Richard Bomphrey z Wydziału Zoologii. Wygląda więc na to, że trzmiele poruszają się inaczej niż większość latających owadów. Zaadaptowały brutalną siłę, funkcjonującą dzięki wielkiemu tułowiowi i wysokoenergetycznemu nektarowi. Podejście to może być skutkiem określonych kształtów ciała – szerokiego przekroju – albo czymś, co wyewoluowało, aby trzmiele potrafiły lepiej manewrować. Niestety, kosztem stylu latania. Profesor Adrian Thomas porównuje trzmiele do latających tankowców, które transportują do gniazda pyłek i nektar. Wg niego, przy takim trybie życia sprawność nie jest czymś istotnym. Na potrzeby eksperymentu zoolodzy nauczyli trzmiele ziemne (Bombus terrestris) latać po nektar z ciętych kwiatów przez tunel aerodynamiczny. Mit, że trzmiele nie powinny w ogóle latać, ma już prawie 100 lat. Na podstawie teorii aerodynamicznej z 1918-1919 r. "ustalono", że skrzydła tych owadów są zbyt małe, żeby wytworzyć wystarczającą siłę nośną. « powrót do artykułu

Grupa brytyjskich uczniów szkoły podstawowej dostąpiła zaszczytu, o który próżno stara się wielu naukowców. Artykuł opisujący badania przeprowadzone przez dzieci w wieku 8-10 lat z Blackawton School został zaakceptowany do publikacji w prestiżowym magazynie Biology Letters, wydawanym przez Royal Society. Uczniowie badali, w jaki sposób trzmiele postrzegają kolory i wzorce. Dowiedli, że zwierzęta są w stanie zapamiętać bardzo złożone sceny, bazując właśnie na rozkładzie kolorów i tworzonych przezeń wzorów. Royal Society, akceptując artykuł stwierdziło, że badania są nowatorskie i zwiększają naszą wiedzę o słabo rozumianych aspektach postrzegania otoczenia przez owady. Dlatego też wyrażono zgodę na publikację. Dave Strudwick, dyrektor Blackawton School powiedział: Nasi uczniowie zaprojektowali, przeprowadzili i opisali eksperyment, który pozwolił nam na poznanie nowych faktów, zasłużyli więc na publikację. Co ważniejsze, mieli przy tym okazję współpracować z prawdziwymi naukowcami i sami się nimi stali - nie byli biernymi obserwatorami, ale brali udział w tworzeniu całego procesu naukowego. Royal Society nie zastosowało wobec uczniów żadnej taryfy ulgowej. Ich badania i artykuł musiały spełnić takie same wymogi, jak praca zawodowych naukowców. Artykuł jest jednak nieco niekonwencjonalny, gdyż nie zawiera odniesień do żadnej literatury fachowej. Jej język jest bowiem niezrozumiały dla dzieci. DOdano doń jednak komentarz Laurence'a Maloneya z New York University i Natalie Hempel z Exter University.

Wśród szczególnie trudnych i złożonych problemów obliczeniowych słynny jest tak zwany „problem komiwojażera", czy szerzej: problem marszrutyzacji, czyli takiego wyznaczenia trasy, żeby jak najefektywniej obejść wszystkie kluczowe punkty. Nazwa wzięła się od anegdotycznego sprzedawcy, który potrzebuje objechać wiele miast, a chciałby zrobić to jak najkrótszą trasą. Złożoność takiego planowania rośnie tak prędko, że szybko przekracza nie tylko możliwości człowieka, ale także największych superkomputerów, które nawet nad średnio złożonymi trasami pracować muszą wiele dni. Znajdowanie rozwiązać w czasie rzeczywistym wydaje się wręcz niemożliwe. Ale nie dla... trzmieli. Naukowcy z Queen Mary's School of Biological and Chemical Sciences (Queen Mary University of London) ze zdumieniem odkryli, że problem zatykający największe istniejące komputery nie jest w ogóle problemem dla pospolitych trzmieli, które rozwiązują go machinalnie, oblatując dostępne źródła pożywienia jak najkrótszą trasą. W eksperymencie, jaki przeprowadzili profesor Lars Chittka i doktor Mathieu Lihoreau wykorzystano sztuczne, komputerowo kontrolowane kwiaty zawierające nektar, oraz trzmiele, których lot śledzono i analizowano. Uczeni ciekawi byli, czy przy kolejnych „rundach" owady oblatywać będą kwiaty w takiej kolejności, w jakiej znajdowały je pierwszy raz, czy też w inny sposób. Okazało się, że już przy drugim oblocie trzmiele korzystały z najkrótszej możliwej trasy. W jaki sposób te owady radzą sobie ze złożonością problemu? Ich wyczyn zdumiewa jeszcze bardziej, gdy uświadomimy sobie, że ich mózg ma wielkość główki szpilki, a wykonuje natychmiast obliczenia, które są upiorne dla największych superkomputerów i twardym orzechem dla najlepszych matematyków. Naukowcy teraz zastanawiają się, jak sprawdzić algorytm, jakim posługują się trzmiele i jakie struktury w ich mózgu pozwalają na takie operacje. Odtworzenie ich działania mogłoby stanowić rewolucję w informatyce. Pokazuje to także, że z pokorą należy oceniać te malutkie móżdżki.

Hiszpańscy naukowcy odkryli pierwszy przykład rośliny, która ogrzewa się, wchodząc w symbiozę z drożdżami. W zamian ciemiernik cuchnący (Helleborus foetidus) oferuje swój nektar. Inne rośliny uzyskują ciepło, podążając za słońcem bądź rozkładając kwas salicylowy jak słynąca z gigantycznych śmierdzących kwiatów raflezja Arnolda. Carlos Herrera z Doñana Biological Station w Sewilli wyjaśnia, że drożdże występują w wielu nektarach. Trafiają tam z zapylającymi kwiaty trzmielami, które z kolei "podłapują" je na innych roślinach. Hiszpanie pobrali próbki grzybów z trzmieli z rezerwatu Sierra de Cazorla. Następnie wstrzyknęli drożdże do 37 nieskażonych wcześniej okazów ciemiernika. Uprawę osłonięto siatką, by odstraszyć zapylaczy. Hiszpanie porównali temperaturę kwiatów drożdżowych z temperaturą kwiatów z nektarami pozbawionymi grzybów. Średnio te pierwsze były o 2°C cieplejsze, choć – przy dużym zagęszczeniu drożdży – różnica sięgała czasem nawet 7 stopni Celsjusza. Działo się tak, ponieważ drożdże wytwarzały ciepło, rozkładając cukry. Po co roślinom taki skok temperatury? Niewykluczone, że dzięki temu z kwiatów uwalniają się substancje lotne, które przyciągają zapylaczy. Przyda się to, zwłaszcza że ciemierniki cuchnące kwitną bardzo wczesną wiosną, a nawet zimą. Gdy nie ma śniegu, rozgałęzione kwiatostany pojawiają się już w lutym. Zespół Herrery przeprowadził dwa polowe eksperymenty. W pierwszym z kwiatów usunięto drożdże, w drugim zaszczepiono nimi "dziewicze" okazy. W grupie roślin testowych i eksperymentalnych mierzono temperaturę nektaru, a także temperaturę powietrza wewnątrz i poza kwiatem.

Gorączka, ból odczuwany w niemal każdej części ciała, rozkojarzenie - któż z nas nie zna typowych objawów przeziębienia? Okazuje się, że nawet trzmiele mają problemy z koncentracją, gdy dopada je choroba. O odkryciu donoszą naukowcy z University of Leicester. Szef zespołu badającego zachowanie insektów, dr Eamonn Mallon, opisuje wyniki swoich obserwacji: Choroba może wpłynąć na różne zachowania, takie jak zbieranie nektaru, wybór partnera seksualnego czy ucieczka przed drapieżnikami. Kilka innych publikacji informowało o osłabieniu zdolności poznawczych u zakażonych owadów. Ciężko jest jednak oddzielić objawy powodowane przez odpowiedź immunologiczną od tych wywoływanych przez samego pasożyta. Własnie to było celem naszego badania. Trzmiele zostały podzielone na dwie grupy. Pierwsza z nich miała charakter grupy kontrolnej, czyli "punktu odniesienia" dla pozostałych. Owady z drugiej populacji otrzymały zastrzyk z lipopolisacharydu (LPS) - składnika ściany komórkowej bakterii zdolnego do wywołania gwałtownej odpowiedzi immunologicznej. Obie grupy owadów poddano następnie testowi, którego zadaniem była ocena zdolności poznawczych. W tym celu przygotowano sztuczne kwiaty w dwóch kolorach: niebieskim i żółtym. Przy jednym z nich ustawiono naczynie ze słodką wodą, służącą jako substytut nektaru - słodkiej nagrody za wysiłek włożony w poszukiwanie pokarmu. Następnie obserwowano zachowania trzmieli i porównano pod tym względem przedstawicieli obu badanych grup. Zdrowy, w pełni sprawny insekt powinien w takim badaniu odnaleźć "słodki" kwiat metodą prób i błędów, a następnie powracać do niego przy znacznej większości kolejnych przelotów. Na podstawie obserwacji niemal stu kolejnych przelotów wykazano jednak, że zwierzęta poddane zastrzykowi z LPS uzyskują w tym teście znacznie gorsze wyniki, tzn. później odnajdywały kwiat, przy którym czekała na nie nagroda. Oznacza to, że tocząca się odpowiedź układu odpornościowego znacznie zaburza czynności związane z zapamiętywaniem i zdobywaniem pokarmu. Jakie korzyści, oprócz walorów czysto poznawczych, ma dokonane odkrycie? Jak tłumaczy dr Mallon, odkrycie u owadów mechanizmów podobnych do tych występujących u ludzi umożliwia ustalenie nowego modelu badawczego, dzięki któremu możliwa będzie analiza zjawiska w warunkach laboratoryjnych. Drugi istotny wniosek z eksperymentu jest, zdaniem badacza, istotny dla pszczelarzy. Jego zdaniem, przeprowadzone badanie udowadnia, że zdolność zapamiętywania jest krytyczna dla dobrobytu całej kolonii. Staje się jasne, że walka z infekcjami trzmieli może być niezwykle istotna dla opłacalności całego przedsięwzięcia związanego z utrzymywaniem hodowli. Kolejnym etapem badań będzie ustalenie interakcji pomiędzy układem nerwowym i odpornościowym. Na razie nie wiadomo bowiem, czy reakcja na infekcję powoduje osłabienie zdolności tworzenia wspomnień, czy też dochodzi do bezpośredniego uszkodzenia układu nerwowego przez system immunologiczny. Ustalenie mechanizmów rządzących tymi zjawiskami moze być niezwykle istotne dla opracowania terapii, które nie utrudniałyby organizmowi człowieka walki z zakażeniem, lecz pozwalałyby na pozbycie się uczucia otępienia powstającego w wyniku choroby.