XXVIII Warsztaty Biologii Ewolucyjnej i Zagadnień Pokrewnych
2
Karol Sabath
6.I 2004
Następnie Jan Kozłowski w imieniu współautorów (Marka Konarzewskiego i Gawełczyka) przedstawił referat o zależności rozmiarów komórek, ilości "śmieciowego" DNA i tempa metabolizmu, oparty na artykule zamieszczonym w Proceedings of the National Academy of Sciences USA 100 (24): 14080-85 z 25 listopada 2003 r. Dwa tygodnie po Warsztatach treść tego artykułu została też przybliżona po polsku czytelnikom "Gazety Wyborczej", więc zainteresowanych odsyłamy do obu tych źródeł. Zasadniczo można wyróżnić (rozwijając koncepcję Szarskiego z 1983 r.) dwa kontinua: tempa życia (zależne od śmiertelności - w warunkach wysokiej śmiertelności opłaca się szybko rosnąć) i gospodarowania energią (zależne od dostępności pokarmu i wielkości komórek - duże komórki pozwalają oszczędniej gospodarować energią i znosić okresy niedoboru pożywienia, małe komórki mają szybszy metabolizm i pozwalają na szybszy rozwój). Długowieczność i późne dojrzewanie może występować u małych zwierząt o drobnych komórkach lub dużych zwierząt zbudowanych z dużych komórek.
Wbrew prostej Rubenowskiej zależności "od myszy do słonia", wykładniki skalowania tempa metabolizmu w zależności od masy bywają w rzeczywistości bardzo zmienne (od 0,24 do 1,25). Nawet różne tkanki tego samego zwierzęcia mogą się różnić tempem metabolizmu o rzędy wielkości. Trzeba więc szukać innych korelacji. Istnieją zależności między tempem metabolizmu a liczbą mitochondriów w komórce i wielkością jądra komórkowego. Można wykazać, że zwierzęta zmiennocieplne hodowane w niższych temperaturach mają większe komórki i osiągają większe rozmiary ciała.
Po przerwie obiadowej zaprezentowano krótkie doniesienia.
Aleksandra Semer z Uniwersytetu Jagiellońskiego (wcześniej w University of South Dakota) przedstawiła wyniki porównań strategii życiowych (historii rozwojowych) i tempa metabolizmu obu naszych gatunków kumaków: górskiego (Bombina variegata) i nizinnego (B. bombina); oba gatunki tworzą strefę mieszańcową na południu Polski.
Kumaki nizinne żyją w stałych zbiornikach wodnych (ze względu na głównie wodny tryb życia mają duży udział oddychania skórnego), w przewidywalnym siedlisku. Po długiej porze godowej znoszą wiele małych jaj, z których wylegają się małe, długo rozwijające się kijanki.
Kumaki górskie prowadzą głównie lądowy tryb życia (mniejszy udział oddychania skórnego) i rozmnażają się w okresowo pojawiających się kałużach i wysychających mokradłach. Pora godowa jest krótka, zależna od wahań pogody, skrzek jest duży, a stadium larwalne trwa krótko. Okazało się, że w laboratorium w temperaturze 27 st. C mają niższy metabolizm spoczynkowy niż kumaki nizinne.
Tempo metabolizmu jest optymalizowane przez dobór do lokalnych warunków, gdyż za niski metabolizm w razie obniżenia temperatury otoczenia grozi spowolnieniem wzrostu, a przede wszystkim pogorszeniem sprawności poruszania się (a więc i zdolności ucieczki przed drapieżnikami), za wysoki zaś grozi marnotrawstwem ograniczonych zasobów energetycznych. Przedstawiono też porównanie różnych metod szacowania tempa metabolizmu spoczynkowego.
Paweł Brzęk z Uniwersytetu Białostockiego omówił elastyczność strategii energetycznych piskląt jaskółki brzegówki. Ptaki różnią się elastycznością strategii rozwojowych; np. drozdy czy szpaki (przewidywalne zasoby pożywienia, silne współzawodnictwo między pisklętami w lęgu) mają niewielki margines elastyczności, a ptactwo morskie (zmienna baza pokarmowa, słabe konkurencja w gnieździe) - duży. Polujący w powietrzu owadożercy, jak jaskółki, mają pisklęta silnie konkurujące z rodzeństwem o pokarm, którego podaż jest nieprzewidywalna (np. deszczowa pogoda gwałtownie zmniejsza ilość dostępnego pożywienia). Pisklęta konkurując o pokarm przynoszony przez rodziców przepychają się do wylotu nory. Dla celów doświadczalnych zbudowano sztuczne pleksiglasowe modele gniazd (osłonięte kartonem). Pisklęta brzegówki wykluwają się asynchronicznie, w ciągu paru dni, toteż różnią się wielkością. Nawet przy karmieniu do woli różnice wielkości (np. masy ciała czy wielkości mięśnia piersiowego) nie były niwelowane w toku dorastania w gnieździe. Wyrównywał się natomiast poziom metabolizmu spoczynkowego. U niedojadających piskląt poprawiło się wchłanianie pokarmu z przewodu pokarmowego.
Marek Konarzewski z Uniwersytetu Białostockiego rozważał koszt energetyczny odpowiedzi odpornościowej ustroju w oparciu o opublikowane w "Proceedings of the Royal Society, London", seria B, współautorskie prace Maiusza Cichonia i wsp. z 2002 r. oraz Anety Książek i wsp. z 2003 r. W pierwszej z tych prac przedstawiono wyniki doboru przez 20 pokoleń myszy (ogółem wykorzystano ponad 3000 myszy) o wysokim i niskim metaboliźmie podstawowym, poddawanych szczepieniom i hodowanym w różnych temperaturach. W drugiej wykazano, że myszy o wysokim tempie metabolizmu miały słabszą odpowiedź odpornościową, co wskazuje na to, że metabolizm i reakcja odpornościowa korzystają z tej samej puli zasobów (coś za coś; reakcja odpornościowa kosztuje ok. 10 proc. metabolizmu spoczynkowego). W temperaturze 23 st. C zwierzęta starały się kompensować większe koszty jedząc więcej. W temperaturze 5 st. C było to już niemożliwe i kompensacja przejawiała się np. mniejszym rozwojem serca i innych narządów.
Paweł Koteja z Uniwersytetu Jagiellońskiego przedstawił wstępne wyniki prowadzonych z Edytą Sadowską badań nad genetycznymi uwarunkowaniami ewolucji tempa metabolizmu spoczynkowego, dotyczące odziedziczalności i korelacji genetycznych parametrów metabolizmu u norników. Na wstępie scharakteryzował problemy ze statystycznie znaczącym badaniem zależności między cechami (np. jakąś cechą a darwinowskim dostosowaniem lub korelacją dwóch cech). Do oszacowania średniej wartości cechy wystarczą 4 pomiary, do prostych korelacji, regresji, oceny powtarzalności - 10 pomiarów, do prostej oceny odziedziczalności - 100, do analizy wieloczynnikowej - ponad 2000 wyników. Dlatego w przypadku stałocieplnych organizmów właściwie tylko szybko rozmnażające się gryzonie, jak norniki, stanowią materiał pozwalający przeprowadzić badania w rozsądnym czasie. Według modelu Benneta i Rubena (1979), wysoki poziom metabolizmu podstawowego ssaków i ptaków wyewoluował w odpowiedzi na dobór pod kątem zwiększenia wydolności aerobowej. Stosunkowo niski poziom metabolizmu gryzoni może być odpowiedzią na ich niskokaloryczny pokarm (podobną tendencję obserwuje się u zwierząt pustynnych). W toku dotychczasowych badań wykazano, że poziom metabolizmu spoczynkowego jest skorelowany z wyższą wydolnością wysiłkową (aerobową) podczas pływania, a odziedziczalność jest rzędu 0,5.
Podczas WBE zaproponowano zorganizowanie w 2004 roku pod patronatem PAN trzydniowych weekendowych warsztatów dla doktorantów i innych zainteresowanych badaczy w stacji PAN w Mikołajkach.

|