Weird Science

Oko w oko z rozwielitką

Poniższy arty­kuł został opu­bli­ko­wany pier­wot­nie w cza­so­pi­śmie dla nau­czy­cieli Bio­lo­gia w Szkole (5/2015):

Ilustracja

Ples M., Oko w oko z roz­wie­litką, Bio­lo­gia w Szkole, 5 (2015), Forum Media Pol­ska Sp. z o.o., str. 53-56

Śro­do­wi­sko przy­rod­ni­cze można rozu­mieć jako ogół oży­wio­nych i nie­o­ży­wio­nych skład­ni­ków przy­rody, takich jak budowa geo­lo­giczna, ufor­mo­wa­nie terenu, sto­sunki wodne, kli­mat, rodzaj gleby i wresz­cie orga­ni­zmy żywe. Są one ze sobą oczy­wi­ście ści­śle powiązane i zależą od sie­bie naw­za­jem. Rów­no­waga natu­ralna jest jedną z ważn­iej­szych cech śro­do­wi­ska przy­rod­ni­czego, ponie­waż ma ona miej­sce, gdy prze­miany ener­gii i mate­rii w przy­ro­dzie są zrów­no­wa­żone.

Dla bio­loga głów­nym obsza­rem zain­te­re­so­wań są oczy­wi­ście orga­ni­zmy żywe - ich budowa, potrzeby, funk­cjo­no­wa­nie. W szer­szym aspek­cie można się tu poku­sić także o pyta­nia w kwe­stii pocho­dze­nia życia w ogóle, jego ewo­lu­cji i dal­szych losów w zmie­nia­jącym się śro­do­wi­sku [1].

Trzeba pamiętać, że w odróżn­ie­niu od pozo­sta­łych nauk ści­słych bio­lo­gia naj­czę­ściej nie opi­suje przed­mio­tów swo­jego zain­te­re­so­wa­nia w kate­go­riach obiek­tów pod­le­ga­jących nie­zmien­nym pra­wom fizycz­nym opi­sy­wa­nym przez mate­ma­tykę. Spo­soby zacho­wa­nia się sys­te­mów bio­lo­gicz­nych można prze­wi­dy­wać sta­ty­stycz­nie. Prze­ważnie ten­den­cje te nie są jed­nak tak kon­kretne, jak te będące przed­mio­tami fizyki czy che­mii. Nie wolno przy tym zapom­nieć, że obiekty bio­lo­giczne pod­le­gają dokład­nie tym samym pra­wom co nie­o­ży­wione ele­menty ota­cza­jącej nas rze­czy­wi­sto­ści.

Moim zda­niem roz­bu­dza­nie cie­ka­wo­ści świata bio­lo­gicz­nego u wszyst­kich ludzi, a w szcze­gól­no­ści wśród ucz­niów, jest ważnym zada­niem, jakie staje przed każdym, kto stara się prze­ka­zy­wać wie­dzę innym. Daje to szansę na zach­wyt różn­o­rod­no­ścią orga­ni­zmów żywych, ich budowy czy inte­rak­cji występu­jących między nimi samymi, a także między nimi a ich śro­do­wi­skiem. Sami prze­cież także nale­żymy do tego świata!

Do pytań o naturę świata oży­wio­nego powinny pro­wo­ko­wać choćby zajęcia bio­lo­gii czy przy­rody w szko­łach. Nie­stety - sami wiemy, że bywa z tym różnie. Bio­lo­gia jest w grun­cie rze­czy nauką opartą na doświad­cze­niu i obser­wa­cji. Co z tego, skoro obec­nie nau­cza się jej głów­nie teo­re­tycz­nie, tj. pra­wie wyłącz­nie z książek lub, w nowo­cze­śniej­szej wer­sji, fil­mów i pre­zen­ta­cji mul­ti­me­dial­nych? Brak zajęć prak­tycz­nych ciągle wyja­śnia się ich rze­ko­mymi wyso­kimi kosz­tami, a także cza­so­ch­łon­no­ścią przy­go­to­wa­nia. Zakrawa to jed­nak na swego rodzaju sabo­taż dydak­tyczny i nie może być żad­nym wytłu­ma­cze­niem!

Prze­pro­wa­dze­nie inte­re­su­jących doświad­czeń i obser­wa­cji nie musi poch­ła­niać dużych fun­du­szy i jest całk­o­wi­cie możl­iwe w warun­kach nawet śred­nio wypo­sa­żo­nej szkol­nej pra­cowni bio­lo­gicz­nej. W niniej­szym arty­kule opi­szę obser­wa­cje jakie można poczy­nić w odnie­sie­niu do łatwych w hodowli i obser­wa­cji, a przy tym bar­dzo cie­ka­wych orga­ni­zmów, jakimi są przed­sta­wi­ciele rodziny roz­wie­li­tek Daph­nia.

Obser­wa­cje i doświad­cze­nia

Poszu­ku­jąc inte­re­su­jącego, a jed­no­cze­śnie dosyć łatwego w hodowli orga­ni­zmu zde­cy­do­wa­łem się na wyko­rzy­sta­nie roz­wie­li­tek Daph­nia. Myślę, że te dosyć nie­do­ce­niane orga­ni­zmy mogą oddać duże zasługi na polu edu­ka­cji i wzbu­dza­nia zain­te­re­so­wań bio­lo­gicz­nych nie tylko u dzieci i mło­dzieży, ale też u każd­ego, kto przy­gląda się ota­cza­jącemu nas światu.

Roz­wie­litki Daph­nia, zwane ina­czej daf­niami są nale­żącymi do sta­wo­no­gów Anth­ro­poda sko­ru­pia­kami Cru­sta­cea z pod­rzędu wio­śla­rek Cla­do­cera [2]. Są nie­wiel­kie i żyją w wodach słod­kich - w sta­wach, okre­sowo wysy­cha­jących nie­wiel­kich zbior­ni­kach wod­nych, a nawet w kału­żach.

Roz­wie­litki są fil­tra­to­rami: żywią się bak­te­riami, glo­nami i zawie­siną orga­niczną wych­wy­ty­waną z wody.

Skąd wziąć roz­wie­litki? W porze let­niej można je po pro­stu zło­wić w wielu leśnych sta­wach czy kału­żach. Są cenio­nym pokar­mem dla ryb, więc można je też często nabyć w skle­pach zoo­lo­gicz­nych, szcze­gól­nie tych spe­cja­li­zu­jących się w akwa­ry­styce.

Roz­wie­litki hoduje się w akwa­rium, a nawet w więk­szym sło­iku. Musimy jed­nak zad­bać o poży­wie­nie dla nich. Dobrym pokar­mem dla roz­wie­li­tek jest woda o dużej zawar­to­ści glo­nów. Naj­wy­god­niej jest więc przy­go­to­wać dwa zbior­niki wody. W pierw­szym będziemy hodo­wać roz­wie­litki, drugi nato­miast posłuży jako rezer­wuar pokarmu. Oczy­wi­ście hodowlę glo­nów warto roz­po­cząć na jakiś czas przed spro­wa­dze­niem sko­ru­pia­ków. Dobrze jest użyć w tym celu wody z jakie­go­kol­wiek nie­zbyt zanie­czysz­czo­nego natu­ral­nego zbior­nika wod­nego. W sprzy­ja­jącej, nie­zbyt niskiej tem­pe­ra­tu­rze i przy odpo­wied­niej eks­po­zy­cji na świa­tło (np. na para­pe­cie) glony roz­wi­jają się naprawdę szybko i cała woda w naczy­niu w krót­kim cza­sie nabiera zie­lo­nej barwy. Wtedy można ze spo­koj­nym sumie­niem roz­po­cząć hodowlę roz­wie­li­tek. W celu ich nakar­mie­nia do ich zbior­nika prze­nosi się nieco wody z glo­nami, zaś uby­tek w dru­gim zbior­niku uzu­pełnia się wodą. Roz­wie­litki są bar­dzo spraw­nymi fil­tra­to­rami - należy je kar­mić każd­o­ra­zowo po wykla­ro­wa­niu się wody w ich akwa­rium. Roz­wie­litki dobrze roz­wi­jają się w warun­kach nasło­necz­nie­nia, ale należy je chro­nić przed zbyt­nim roz­grza­niem się wody w ich zbior­niku.

Roz­wie­litki są nie­wiel­kie: roz­miary ich ciała w zależn­o­ści od gatunku wahają się w zakre­sie 1-6mm (Fot.1). Sama obser­wa­cja sko­ru­pia­ków poru­sza­jących się sko­kami dzięki ude­rze­niom czu­łek pozwala zro­zu­mieć, dla­czego cza­sem stwo­rze­nia te razem z innymi wio­ślar­kami nazy­wane bywają "pch­łami wod­nymi" (ang. water fleas).

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot.1 – Roz­wie­litki Daph­nia widoczne w dol­nej czę­ści naczy­nia

Bar­dzo wdzięcz­nym obiek­tem do obser­wa­cji jest tutaj pospo­lita roz­wie­litka pch­lica Daph­nia pulex, której pan­cerz nazy­wany kara­pak­sem jest przej­rzy­sty. Dzięki temu możemy z łatwo­ścią zapo­znać się nie tylko z wyglądem zew­nętrz­nym, ale także z budową i funk­cjo­no­wa­niem narządów wew­nętrz­nych tego stwo­rze­nia (Fot.2).

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot.2 – Ana­to­mia roz­wie­litki pch­licy Daph­nia pulex; A – II para czułków, B – oko zło­żone, C – I para czułków, D – kara­paks, E – odnóża tuło­wiowe, F – odbyt, G – prze­wód pokar­mowy, H – komora lęgowa, I – serce

Prze­zro­czy­sty kara­paks roz­wie­li­tek jest podob­nie jak u innych sko­ru­pia­ków zbu­do­wany z chi­tyny. Pan­cerz jest zagięty ku stro­nie brzusz­nej, co spra­wia wra­że­nie, że jest on dwu­kla­powy (Fot.2D). Kara­paks z tyłu jest wyciągnięty w kolec.

Ciało roz­wie­li­tek jest sil­nie skrócone i spłasz­czone bocz­nie. Posia­dają one poje­dyn­cze oko, pow­stałe z połącze­nia dwóch oczu zło­żo­nych (Fot.2B). Oko to jest ruch­liwe i pozwala zwie­rzęciu na orien­to­wa­nie się w śro­do­wi­sku, przy­najm­niej jeśli cho­dzi o poziom oświe­tle­nia.

Sil­nej reduk­cji ule­gła I para czułków, która bywa trudna do zau­wa­że­nia (Fot.2C). Bar­dzo sil­nie roz­wi­nięta jest nato­miast II para czułków (Fot.2A). Jak widać, są one sil­nie roz­ga­łęzione. W jakim celu? Otóż czułki te są dla roz­wie­li­tek głów­nym narządem ruchu. Na tuło­wiu, pod kara­pak­sem znaj­duje się pięć par krót­k­ich i spłasz­czo­nych odnóży słu­żących głów­nie od fil­tro­wa­nia pokarmu z wody (Fot.2E). Z łatwo­ścią można dostrzec prze­wód pokar­mowy (Fot.2G) i komorę lęgową (Fot.2H). Podob­nie jak u pozo­sta­łych sta­wo­no­gów posia­da­jących ten narząd, serce jest poło­żone po grz­bie­to­wej stro­nie ciała (Fot.2I) [4].

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot.3 – Zbli­że­nie czę­ści gło­wo­wej roz­wie­litki pch­licy Daph­nia pulex; A – oko zło­żone, B – szcząt­kowe oko nau­pliu­sowe, C – czułki I pary z widocz­nymi szcze­cin­kami czu­cio­wymi, D – uchy­łek jelita środ­ko­wego

Dokład­niej­sze przyj­rze­nie się gło­wie zwie­rzęcia przy więk­szych powięk­sze­niach ujaw­nia dal­sze cie­kawe szcze­góły. Domi­nu­jącym obraz ele­men­tem pozo­staje w dal­szym ciągu kuli­ste oko zło­żone zbu­do­wane z nie­zbyt dużej ilo­ści oma­ti­diów (Fot.3A). Nie­sa­mo­wi­tych wra­żeń dostar­cza widok ruchu tego narządu, wyraźnie sko­re­lo­wany z kie­run­kiem pada­nia świa­tła. Co cie­kawe, roz­wie­litki posia­dają też szcząt­kowe oko nau­pliu­sowe, poło­żone nieco poni­żej oka zło­żo­nego (Fot.3B). Przy więk­szych war­to­ściach powięk­szeń można zaob­ser­wo­wać mięśnie poru­sza­jące okiem, a także nerwy łączące je ze zwo­jem gło­wo­wym. Widoczna staje się także I para czułków, które są sil­nie skrócone. Dzięki osa­dzo­nym na nich deli­kat­nym szcze­cin­kom pełnią one funk­cje czu­ciowe (Fot.3C). Cha­rak­te­ry­styczny parzy­sty uchy­łek jelita środ­ko­wego (Fot.3D) pełni funk­cję gru­czołu tra­wien­nego [5].

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot.4– Zbli­że­nie czę­ści tyl­nej czę­ści ciała roz­wie­litki pch­licy Daph­nia pulex; A – pazurki, B – odbyt, C – szcze­cinki

Tylna część ciała roz­wie­li­tek jest wydłu­żona i zagięta po stro­nie brzusz­nej. Oprócz ujścia układu pokar­mo­wego (Fot.4B) są umiesz­czone na niej chi­ty­nowe pazurki i szcze­cinki (odpo­wied­nio Fot.4A i Fot.4C). Mogą one słu­żyć do oczysz­cza­nia kara­paksu lub w innych celach [4][5].

Układ krąże­nia sta­wo­no­gów jest otwarty, otwiera się więc do jam ciała. Serce roz­wie­li­tek ma pro­stą budowę. Na Fot.5 można zaob­ser­wo­wać jego wygląd w obu fazach. Bije ono dosyć szybko - w nor­mal­nych warun­kach w ciągu minuty można odno­to­wać zwy­kle około 180 ude­rzeń.

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot.5– Serce roz­wie­litki pch­licy Daph­nia pulex; A – faza roz­kur­czu, B – faza skur­czu; aste­ry­skiem ozna­czono serce

Łatwość obser­wa­cji pracy serca roz­wie­litki pozwala na prze­pro­wa­dze­nie wielu pro­stych, ale bar­dzo inte­re­su­jących doświad­czeń. Można np. mie­rzyć często­tli­wość skur­czów w zależn­o­ści od tem­pe­ra­tury wody, w której żyją sko­ru­piaki, a także od innych czyn­ni­ków, jak np. oświe­tle­nie. Nic nie stoi na przesz­ko­dzie by spraw­dzić oddzia­ły­wa­nie pew­nych sub­stan­cji che­micz­nych na orga­nizm. Roz­wie­litki są podatne na zatru­cie alko­ho­lem, podob­nie jak wiele innych zwie­rząt. Można to zaob­ser­wo­wać doda­jąc bar­dzo nie­wielką ilość alko­holu ety­lo­wego do wody mie­rząc w często­tli­wo­ści pracy serca. Zbyt duża ilość eta­nolu pro­wa­dzi oczy­wi­ście do śmierci zwie­rząt, ale przy sto­so­wa­niu nie­wiel­kich dawek prze­ży­wają one. Nega­tywne skutki cofają się wtedy po wpusz­cze­niu zwie­rząt do wody nie zawie­ra­jącej dodatku tej sub­stan­cji che­micz­nej. Podobne doświad­cze­nia można pro­wa­dzić przy wyko­rzy­sta­niu sub­stan­cji takich jak kofe­ina czy niko­tyna. Doświad­cze­nia te mogą też pomóc w przed­sta­wie­niu nega­tyw­nych skut­ków dzia­ła­nia tych i podob­nych sub­stan­cji na orga­nizm czło­wieka!

Cie­kawy jest też sam cykl życia roz­wie­li­tek i spo­sób w jaki się one rozm­na­żają. Pro­cesy te nie są trudne do prze­śle­dze­nia.

W sprzy­ja­jących warun­kach śro­do­wi­ska prak­tycz­nie cała popu­la­cja tych zwie­rząt składa się jedy­nie z samic. W takich warun­kach roz­wie­litki rozm­na­żają się na dro­dze par­te­no­ge­nezy, czyli dzie­wo­ródz­twa. Samice skła­dają wtedy wiele nie wyma­ga­jących zapłod­nie­nia jaj o natych­mia­sto­wym roz­woju, tzw. let­nich. Roz­wi­jają się one w komo­rze lęgo­wej, w której zlo­ka­li­zo­wane są ujścia jajo­wo­dów. Osob­niki mło­do­ciane do czasu usa­mo­dziel­nie­nia roz­wi­jają się w komo­rze, co jest dosko­nale widoczne na Fot.6. Na takim eta­pie można już zau­wa­żyć, że stają się one ruch­liwe, a krótko potem opusz­czają orga­nizm matki. W ten spo­sób pow­stają oczy­wi­ście kolejne poko­le­nia iden­tycz­nych samic. Mecha­nizm ten pozwala na szyb­kie opa­no­wa­nie śro­do­wi­ska, pod warun­kiem występo­wa­nia sprzy­ja­jących warun­ków i dużej ilo­ści poży­wie­nia.

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot.6– Samica roz­wie­litki pch­licy Daph­nia pulex; A – roz­wi­ja­jące się w komo­rze lęgo­wej osob­niki mło­do­ciane, B – oczy zło­żone osob­ni­ków mło­do­cia­nych

Warunki te mogą się jed­nak pogor­szyć, co może mieć zróżn­i­co­wane powody. Może być to związane ze zbyt niską lub zbyt wysoką tem­pe­ra­turą wody, ze spad­kiem zawar­to­ści tlenu czy choćby bra­kiem poży­wie­nia. Wtedy sytu­a­cja się zmie­nia - ze skła­da­nych jaj zaczy­nają roz­wi­jać się też samce, które są mniej­sze od samic. Ich rolą jest zapłod­nie­nie tzw. jaj zimo­wych. Jaja te są chro­nione dosyć grubą chi­ty­nową osłonką i two­rzą efi­pium lub ina­czej sio­dełko (Fot.7), które jest uwal­niane do śro­do­wi­ska przy oka­zji linie­nia samicy. Do dal­szego roz­woju musi ono przejść obli­ga­to­ryjny okres spo­czynku. Efi­pium jest odporne na mróz i suszę - pełni ono rolę prze­tr­walną. Z efi­piów na wio­snę wylęgają się kolejne poko­le­nia par­te­no­ge­ne­tycz­nych samic, dzięki czemu cykl się zamyka. Zja­wi­sko to nazywa się hete­ro­go­nią [4].

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot.7– Efi­pium roz­wie­litki pch­licy Daph­nia pulex

Przed­sta­wione obser­wa­cje nie wyczer­pują oczy­wi­ście wszyst­kich możl­i­wo­ści. Można eks­pe­ry­men­to­wać też z reak­cją roz­wie­li­tek na świa­tło o różnej jasno­ści i bar­wie. Zapew­niam, że wyniki takich doświad­czeń na pewno zain­te­re­sują każd­ego pasjo­nata czy ucz­nia. Zachęcam Czy­tel­ni­ków do wła­snych doświad­czeń, tym bar­dziej, że w tym przy­padku nie jest konieczny wyso­ko­spe­cja­li­styczny sprzęt – wystar­czy pro­sty mikro­skop, a nawet dobre szkło powięk­sza­jące. Dosko­nałe usługi może tu oddać opi­sy­wany przeze mnie w poprzed­nim nume­rze „Bio­lo­gii…” pro­sty cyfrowy mikro­skop zbu­do­wany z wyko­rzy­sta­niem taniej kamery inter­ne­to­wej [6].

Lite­ra­tura:

Auto­rem foto­gra­fii jest Marek Ples.

W powyższym tek­ście doko­nano nie­wiel­kich zmian edy­tor­skich w sto­sunku do wer­sji opu­bli­ko­wa­nej w  cza­so­pi­śmie, w celu uzu­pełn­ie­nia i lep­szego przy­sto­so­wa­nia do pre­zen­ta­cji na stro­nie inter­ne­to­wej.

Uzu­pełn­ie­nie autora

Jako doda­tek do powyższego arty­kułu chciałbym zapre­zen­to­wać film:

Marek Ples

Aa