Weird Science

W labiryncie - decyzje równonoga

Poniższy arty­kuł został opu­bli­ko­wany pier­wot­nie w cza­so­pi­śmie dla nau­czy­cieli Bio­lo­gia w Szkole (4/2019):

Ilustracja

Ples M., W labi­ryn­cie - decy­zje rów­no­noga, Bio­lo­gia w Szkole, 4 (2019), Forum Media Pol­ska Sp. z o.o., str. 56-62

Żad­nego orga­ni­zmu jako uor­ga­ni­zo­wa­nej struk­tury nie można trak­to­wać jako ter­mo­dy­na­micz­nie odręb­nego od śro­do­wi­ska – nie jest on więc ukła­dem izo­lo­wa­nym. Każde żywe stwo­rze­nie musi wcho­dzić w inte­rak­cje z oto­cze­niem, np. w celu pozy­ska­nia ener­gii (tak w spo­sób cudzo­żywny, jak i samo­żywny), roz­prze­strze­nia­nia się, czy też obrony przed nie­sprzy­ja­jącymi warun­kami. Z tego powodu orga­ni­zmy wyksz­tałc­ają swo­i­sty zestaw cha­rak­te­ry­stycz­nych dla nich zacho­wań. Z kolei każde zacho­wa­nie możemy scha­rak­te­ry­zo­wać jako sko­or­dy­no­wane postępo­wa­nie orga­ni­zmu w odnie­sie­niu do spe­cy­ficz­nych warun­ków oto­cze­nia w okre­ślo­nym cza­sie - okre­śla więc ono w jaki spo­sób pod­miot rea­guje na bodźce pocho­dzące z oto­cze­nia. Zacho­wa­nie coraz czę­ściej nazywa się także beha­wio­rem.

Myślę, że każdy, kto miał kie­dy­kol­wiek do czy­nie­nia ze zwie­rzętami stwier­dzi, że ich zacho­wa­nia mogą być bar­dzo inte­re­su­jące. Ana­liza może tu często przy­nieść wiele infor­ma­cji. Przy­kła­dowo cha­rak­te­ry­styczny ruch psów i kotów okręca­jących się przed zajęciem miej­sca leżącego jest pozo­sta­ło­ścią po dzi­kich przod­kach (daje nam więc pewne pojęcie o ewo­lu­cji tych zwie­rząt) – pozwa­lało to na łatwiej­sze zajęcie wygod­nego miej­sca w tra­wie lub pośród innych roślin.

Ale nie tylko ssaki jako naj­wy­żej uor­ga­ni­zo­wana grupa zwie­rząt wyka­zują cie­kawe zacho­wa­nia. Możemy je zaob­ser­wo­wać nawet u orga­ni­zmów jed­no­ko­mór­ko­wych, np. pan­to­fel­ków Para­me­cium z typu orzęsków Ciliata [1].

Obser­wa­cje zacho­wań zwie­rząt w warun­kach szkol­nej lub ama­tor­skiej pra­cowni bio­lo­gicz­nej nie zaw­sze są łatwe do prze­pro­wa­dze­nia np. z powodu uciążl­i­wej koniecz­no­ści pro­wa­dze­nia ich hodowli. Można w tym celu zapro­po­no­wać obser­wa­cję zwie­rząt domo­wych. W przy­padku niek­tórych doświad­czeń byłoby to kło­po­tliwe, choćby ze względu na roz­miary zwie­rzęcia. Dosyć łatwo jest wyo­bra­zić sobie kla­syczne doświad­cze­nia pole­ga­jące na obser­wa­cji zacho­wa­nia zwie­rzęcia w labi­ryn­cie w odnie­sie­niu do cho­mi­ków, myszy czy nawet szczu­rów, ale w przy­padku kotów czy psów byłoby to trud­niej­sze do zre­a­li­zo­wa­nia.

Należy też pamiętać, że doświad­cze­nia na zwie­rzętach lub ich wyko­rzy­sta­nie w edu­ka­cji może wyma­gać odpo­wied­niej zgody dedy­ko­wa­nej komi­sji etycz­nej, jeśli powo­duje ból lub stres u bada­nego orga­ni­zmu. Doty­czy to jed­nak jedy­nie kręgow­ców i naj­wy­żej uor­ga­ni­zo­wa­nych bez­kręgow­ców, tj. gło­wo­no­gów Cepha­lo­poda. Pole­cam dokładne zapo­zna­nie się z obo­wiązu­jącymi prze­pi­sami [2]. Doświad­cze­nia na pozo­sta­łych bez­kręgow­cach - przy­najm­niej na razie - nie wyma­gają takiej zgody. Moim zda­niem nie upraw­nia nas to jed­nak do bez­przed­mio­to­wego męcze­nia nawet tych orga­ni­zmów i zaw­sze należy się sta­rać ogra­ni­czać do mini­mum możl­i­wość zasz­ko­dze­nia zwie­rzęciu.

Z wyżej wspom­nia­nych powo­dów chciałbym zapre­zen­to­wać pewne doświad­cze­nie z wyko­rzy­sta­niem labi­ryntu. Przed­mio­tem naszego zain­te­re­so­wa­nia będzie często nie­do­ce­niane, a jak się oka­zuje cie­kawe i przy­datne w tym celu zwie­rzę, czyli pro­sio­nek.

Ilustracja
ani­ma­cja: doda­tek autora

Boha­ter

Pro­sionki Por­cel­lio są rodza­jem sko­ru­pia­ków Cru­sta­cea z rzędu rów­no­no­gów Iso­poda. Co cie­kawe, w odróżn­ie­niu od dużej czę­ści żyjących obec­nie sko­ru­pia­ków pro­wa­dzących całk­o­wi­cie lub poło­wicz­nie wodny tryb życia są one orga­ni­zmami typowo lądo­wymi, cho­ciaż pre­fe­ru­jącymi wil­gotne śro­do­wi­ska. Z tego względu bywają mylone z czę­ściej zamiesz­ku­jącymi lądy owa­dami Insecta, podob­nie jak one nale­żącymi do typu sta­wo­no­gów Arth­ro­poda.

Gdzie zna­leźć te zwie­rzęta? Oka­zuje się, że nie jest to pro­ble­mem, ponie­waż na tere­nie naszego kraju występuje kil­ka­na­ście gatun­ków pro­sionka [3]. Naj­ła­twiej jest spot­kać pro­sionka szorst­kiego Por­cel­lio sca­ber.

Ilustracja
ani­ma­cja: doda­tek autora

Pro­sionka szorst­kiego naj­czę­ściej można spot­kać w ogro­dach, na skra­jach łąk i w nie­zbyt gęstych lasach. Za dnia ukrywa się pod kamie­niami, butwie­jącym drew­nem, roz­kła­da­jącymi się liśćmi i w podob­nych miej­scach. Dosyć często zamiesz­kuje też szklar­nie i piw­nice [4]. To nie­wiel­kie stwo­rze­nie chęt­nie zasie­dla sto­sun­kowo wil­gotne miej­sca, w których dostępny jest jego pokarm, tj. roz­kła­da­jące się szczątki roślin lub rza­dziej zwie­rząt. Podobne sie­dli­ska zaj­muje też inny sko­ru­piak lądowy, a mia­no­wi­cie sto­noga murowa Oni­scus asel­lus, nazy­wana też sto­no­giem mysza­tym. Zresztą sto­nogi są podobne pod względem budowy do pro­sion­ków i na pierw­szy rzut oka nie zaw­sze jest łatwo je od sie­bie odróżnić, podob­nie jak od kula­nek Arma­dil­li­dium. Te ostat­nie mają jed­nak w prze­ci­wieńs­twie do pozo­sta­łych zdol­ność zwi­ja­nia swo­ich ciał w kulę, co jest odru­chem obron­nym.

Pro­sionki naj­ła­twiej zna­leźć pod kamie­niami i w podob­nych miej­scach (Fot.1). W cza­sie bar­dziej wil­got­nej pogody i w nocy opusz­czają kry­jówki wyru­sza­jąc na poszu­ki­wa­nie pokarmu. Wygod­nie jest je chwy­tać prze­szu­ku­jąc w cza­sie dnia miej­sca ich kry­jówki. Zamiast pro­sion­ków w doświad­cze­niu można użyć także sto­nóg, więc jeśli je znaj­dziemy, to także możemy je pozy­skać.

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot.1 – Pro­sionki na spod­niej stro­nie odw­róco­nego kamie­nia

Oma­wiane sko­ru­piaki mimo dosyć twar­dego chi­ty­no­wego pan­ce­rza są sto­sun­kowo deli­katne, więc przy ich zbie­ra­niu trzeba zacho­wać ostrożn­ość. Zwie­rzęta należy umie­ścić w pojem­niku (dobrze w tym celu nadają się pojem­niki spo­żyw­cze), na którego dnie powinno się zna­leźć nieco ziemi lub torfu, a także np. liści i innych szcząt­ków roślin, czy tro­cin (Fot.2). Mate­riał musi być deli­kat­nie wil­gotny, ponie­waż jest to konieczne dla życia rów­no­no­gów. W takich warun­kach zwie­rzęta można prze­cho­wy­wać bez najm­niej­szych trud­no­ści kilka, a nawet kil­ka­na­ście dni, ewen­tu­al­nie dokar­mia­jąc je pokar­mem roślin­nym. Pro­sionki nie tole­rują zbyt sil­nego świa­tła, dla­tego pojem­nik – jeśli jest wyko­nany z przej­rzy­stego mate­riału – powi­nien być prze­cho­wany z dala od bez­po­śred­niego bla­sku słońca. Oczy­wi­ście w pokrywce pojem­nika należy wywier­cić otwory umożl­i­wia­jące dostęp powie­trza.

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot.2 – Pojem­nik do prze­cho­wy­wa­nia pro­sion­ków, pokrywka zdjęta

Pamiętajmy, by po naszych doświad­cze­niach wypu­ścić zwie­rzęta do śro­do­wi­ska, naj­le­piej bez­po­śred­nio w tym samym miej­scu, skąd je pozy­ska­li­śmy.

Pro­sionki same w sobie raczej nie są nosi­cie­lami pato­ge­nów groźn­ych dla czło­wieka, ale musimy pamiętać, że żyją one często w bez­po­śred­nim sąsiedz­twie roz­kła­da­jącej się mate­rii orga­nicz­nej, co już może być nie­bez­pieczne. Dla­tego zale­cana jest ostrożn­ość i może być przy­datne uży­cie ręka­wi­czek jed­no­ra­zo­wych.

Warto przyj­rzeć się bli­żej budo­wie zew­nętrz­nej przed­miotu naszego zain­te­re­so­wa­nia. Ciało pro­sionka ma zwartą budowę i osiąga zwy­kle do 17 mm dłu­go­ści. Wierzch­nia część ciała jest pokryta gęsto nie­wiel­kimi guz­kami, od czego sko­ru­piak ten wziął swoją nazwę gatun­kową. Typowe ubar­wie­nie ciała jest nie­bie­ska­wo­szare u sam­ców, nato­miast u samic oraz form mło­do­cia­nych jaśniej­sze i nakra­piane (Fot.3). Występują także pro­sionki odz­na­cza­jące się odmienną barwą, np. brązowe lub nawet poma­rańczowe [5].

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot.3 – Wierzch­nia strona ciała pro­sionka

Podob­nie jak u pozo­sta­łych obu­no­gów, tułów pro­sionka jest zło­żony z sied­miu dużych seg­men­tów, zaś skrócony odw­łok z sze­ściu o mniej­szych. Kra­wędzie grz­bie­to­wych pły­tek odw­łoka czyli ple­o­ni­tów są wyraźnie zakrzy­wione i skie­ro­wane ku tyłowi. Cha­rak­te­ry­styczny jest ksz­tałt czę­ści gło­wo­wej, która przy odro­bi­nie wyo­braźni przy­po­mina koronę. Ele­men­tami domi­nu­jącym obraz budowy przed­niej czę­ści ciała zwie­rzęcia jest para dużych czułków, które dostar­czają zwie­rzęciu dużą część infor­ma­cji z oto­cze­nia. Ich końc­owy ele­ment składa się z dwóch czło­nów, co pozwala na odróżn­ie­nie tych zwie­rząt od sto­nóg, których ana­lo­giczny frag­ment czułka jest trój­czło­nowy [6]. Pozo­stała para czułków jest nie­wielka i trudna do zau­wa­że­nia. Pro­sionki są stwo­rze­niami o głów­nie noc­nym try­bie życia i wzrok jest dla nich mniej ważnym źródłem wra­żeń zmy­sło­wych niż czułki czy recep­tory che­miczne. Niem­niej posia­dają one parę dosyć nie­wiel­kich oczu zło­żo­nych, umiej­sco­wio­nych na grz­bie­to­wej powierzchni czę­ści gło­wo­wej i zbu­do­wa­nych z około 20 omma­ti­diów każde (Fot.4).

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot.4 – Oczy zło­żone zwie­rzęcia (wska­zane strzałk­ami)

Rzut oka na spod­nią stronę ciała zwie­rzęcia pozwala stwier­dzić, że posiada ono 7 par odnóży tuło­wio­wych, po jed­nej parze na każdym seg­men­cie (Fot.5).

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot.5 – Spod­nia strona ciała pro­sionka, strzałka – uro­po­dia, aste­ry­ski – płuca ple­o­po­dialne

Apa­rat gębowy jest poło­żony po spod­niej stro­nie ciała zwie­rzęcia. W obrębie krót­k­iego odw­łoka znaj­dują się także narządy odde­chowe w postaci dwóch par płuc ple­o­po­dial­nych, nazy­wa­nych też często pseu­do­płu­cami. Można je łatwo zau­wa­żyć jako wyraźnie odz­na­cza­jące się bia­ławe struk­tury. Ciało kończy nie­wielki tel­son i cha­rak­te­ry­styczne wyrostki – uro­po­dia.

Pre­fe­ren­cje pro­sion­ków co do wil­got­nego śro­do­wi­ska są związane z podat­no­ścią tych zwie­rząt na wysy­cha­nie. Ich szkie­let zew­nętrzny jest – w prze­ci­wieńs­twie do wyksz­tałc­o­nego przez owady – sto­sun­kowo łatwo prze­pusz­czalny dla wody.

Pro­sionki rozm­na­żają się płc­iowo, a samice noszą jaja (a potem także larwy) przy sobie przez okres 40-50 dni. Dłu­gość życia sko­ru­piaka sięga dwóch lat.

Doświad­cze­nie

Aby prze­pro­wa­dzić doświad­cze­nie potrze­bu­jemy zbu­do­wać odpo­wiedni labi­rynt. Sche­mat modelu opra­co­wa­nego przeze mnie i wyko­rzy­sta­nego w opi­sa­nych dalej doświad­cze­niach przed­sta­wia Rys.1.

Ilustracja
Rys.1 – Sche­mat labi­ryntu, a – 8mm, b – 40mm, c – 144mm, d – 4mm, szary – pod­stawa (gru­bość 3mm), czarny – ściany (wyso­kość 15mm), dal­szy opis w tek­ście

Jak widać, labi­rynt składa się z 9 kwa­dra­to­wych (dłu­gość boku 40mm) pól obrze­żo­nych ścia­nami o wyso­ko­ści 15mm. Two­rzą one dwie pary pro­stych, jed­na­ko­wych kory­ta­rzy o sze­ro­ko­ści 8mm prze­ci­na­jących się pod kątem pro­stym i two­rzących cztery skrzy­żo­wa­nia. Wokół cało­ści bie­gnie obra­mo­wa­nie o sze­ro­ko­ści 4mm, tj. rów­nej poło­wie sze­ro­ko­ści kory­ta­rza.

Labi­rynt tego rodzaju można skleić choćby z grub­szego papieru lub zło­żyć – po koniecz­nej mody­fi­ka­cji wymia­rów – z kloc­ków uży­wa­nych zwy­kle do zabawy przez dzieci. Wspomnę jed­nak, że znaczna zmiana wymia­rów może wpro­wa­dzić pewne odstęp­stwa w wyni­kach doświad­cze­nia w sto­sunku do opi­sa­nych w dal­szej czę­ści arty­kułu.

Ja posta­no­wi­łem tym razem posłu­żyć się sto­sun­kowo nowo­cze­sną tech­niką jaką jest dru­ko­wa­nie prze­strzenne (ang. 3D prin­ting). Wyko­rzy­sta­łem jedną z dru­ka­rek 3D dzia­ła­jących w opar­ciu o metodę osa­dza­nia topio­nego mate­riału (ang. fused depo­si­tion model­ling, FDM), których modele przy­sto­so­wane do użytku domo­wego i ama­tor­skiego są w zasięgu zain­te­re­so­wa­nych – zarówno jeśli cho­dzi o kupno goto­wych urządzeń, jak i ich samo­dzielną budowę. W meto­dzie FDM nano­szony mate­riał prze­ci­skany jest przez dyszę ogrzaną do tem­pe­ra­tury jego top­nie­nia. Sto­pione two­rzywo jest następ­nie ukła­dane war­stwa po war­stwie, dzięki czemu pow­staje prze­strzenny obiekt. Może być tutaj wyko­rzy­stane wiele rodza­jów two­rzyw ter­mo­pla­stycz­nych.

Chcąc uczy­nić swój pro­jekt bar­dziej eko­lo­gicz­nym zasto­so­wa­łem w nim spe­cy­ficzny rodzaj two­rzywa, a mia­no­wi­cie PLA (poli­lak­tyd). Jest on w pełni bio­de­gra­do­walny i otrzy­muje się go z odna­wial­nych surow­ców natu­ral­nych w rodzaju mączki kuku­ry­dzia­nej lub innej. Wyko­rzy­sta­nie poli­lak­tydu obej­muje m.in. cele bio­me­dyczne, w tym pro­duk­cję różn­ego rodzaju implan­tów (np. den­ty­stycz­nych) i resor­bo­wal­nych nici chi­rur­gicz­nych.

Roz­kład PLA przy­spie­sza eks­po­zy­cja na świa­tło UV, wil­goć i inne czyn­niki. Dla­tego wyko­nane z niego sprzęty należy prze­cho­wy­wać w odpo­wied­nich warun­kach, jeśli mają słu­żyć nam przez dłuższy czas. Oczy­wi­ście ten sam pro­jekt można wyko­nać z innych, nie bio­de­gra­do­wal­nych mate­ria­łów. Wymaga to jed­nak zmiany warun­ków druku 3D.

Pro­jekt labi­ryntu i blo­kad kory­ta­rzy został wyko­nany w pro­gra­mie Blen­der, który jest przy­kła­dem wol­nego i otwar­tego opro­gra­mo­wa­nia, a następ­nie zapi­sany w for­ma­cie .stl akcep­to­wa­nym przez narzędzia obsłu­gu­jące dru­karki prze­strzenne. Gotowe pliki udo­stęp­ni­łem w dedy­ko­wa­nym ser­wi­sie, skąd można je pobrać pod adre­sem https://www.thin­gi­verse.com/thing:3672459. Dla uła­twie­nia zamiesz­czam też kod QR do zeska­no­wa­nia za pomocą smart­fona wypo­sa­żo­nego w odpo­wied­nią apli­ka­cję - pro­wa­dzi on bez­po­śred­nio do wcze­śniej wspom­nia­nej strony z mate­ria­łami do druku 3d (Rys.2).

Ilustracja
Kod QR

Para­me­try wydruku usta­wiono na stan­dar­dowe dla two­rzywa PLA. Zasto­so­wano dyszę 0,4mm przy gru­bo­ści war­stwy 0,2mm – więk­sza dokład­ność nie jest tutaj konieczna. Sam pro­ces druku zajął kilka godzin, a po wszyst­kim na rucho­mym stole urządze­nia otrzy­mano gotowy labi­rynt (Fot.6).

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot.6 – Końc­owy etap dru­ko­wa­nia labi­ryntu, lewy górny róg – widoczna gło­wica dru­ku­jąca

Po wydru­ko­wa­niu i osty­gnięciu wydru­ko­wa­nego modelu należy go zdjąć ze stołu dru­karki i ewen­tu­al­nie oczy­ścić z pozo­sta­ło­ści two­rzywa. Uzy­skany w ten spo­sób labi­rynt wygląda naprawdę dobrze i jest dosyć wytrzy­mały (Fot.7). Warto zau­wa­żyć, że kwa­dra­towe pola są wew­nątrz pozba­wione pod­stawy – takie eko­no­miczne roz­wiąza­nie pozwo­liło na znaczną reduk­cję ilo­ści PLA potrzeb­nego do druku.

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot.7 – Gotowy labi­rynt

Wraz z labi­ryn­tem wydru­ko­wa­łem także pewną ilość iden­tycz­nych prze­sta­wial­nych ele­men­tów o sze­ro­ko­ści nieco mniej­szej od kory­ta­rzy (Fot.8).

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot.8 – Ele­ment ruchomy

Zasto­so­wa­niem wspom­nia­nych ele­men­tów jest możl­i­wość blo­ko­wa­nia niek­tórych kory­ta­rzy i two­rze­nie zakrętów w labi­ryn­cie, np. w spo­sób przed­sta­wiony na Fot.9.

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot.9 – Wyko­rzy­sta­nie ele­men­tów do blo­ko­wa­nia kory­ta­rzy

Przy pomocy labi­ryntu prze­ko­namy się czy pro­sionki – żyjące często prze­cież wła­śnie w szcze­li­nach, pomiędzy frag­men­tami drewna i skał – doko­nują wyboru drogi przy­pad­kowo, czy w jakiś inny spo­sób.

Doświad­cze­nie pro­po­nuję zaa­ran­żo­wać w spo­sób przed­sta­wiony na Rys.3. Sche­mat przed­sta­wia dwie wer­sje doświad­cze­nia, będące swo­imi lustrza­nymi odbi­ciami. W obu roz­miesz­czono blo­kady w taki spo­sób, by na pierw­szym skrzy­żo­wa­niu jakie napotka wpusz­czony do labi­ryntu pro­sio­nek pozo­sta­wić mu tylko jedną możl­i­wość ruchu: skręt w prawo (Rys.3A) lub w lewo (Rys.3B).

Ilustracja
Rys.3 – Sche­mat doświad­cze­nia; A – pierw­szy skręt w prawo, B – pierw­szy skręt w lewo, nie­bie­ski - blo­kady kory­ta­rzy

Na następ­nym skrzy­żo­wa­niu w obu przy­pad­kach została zablo­ko­wana jedy­nie droga na wprost, więc sko­ru­piak zacho­wuje możl­i­wość wyboru drogi w lewo lub w prawo (Fot.10).

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot.10 – Boha­ter arty­kułu w labi­ryn­cie

Aby móc wyciągnąć jakieś wnio­ski z doświad­cze­nia należy prze­pro­wa­dzić je przy­najm­niej kil­ku­krot­nie w obu wer­sjach – im więcej pow­tórzeń, tym lepiej. Za każdym razem warto też wpusz­czać do labi­ryntu nowego pro­sionka, po czym prze­no­sić go od razu z pow­ro­tem do pojem­nika. Zwie­rzęta z reguły dosyć chęt­nie prze­mie­rzają labi­rynt, ale zda­rzają się osob­niki, które z jakichś powo­dów pozo­stają w miej­scu. Takie pro­sionki należy po pro­stu wymie­nić na egzem­pla­rze bar­dziej skore do wędrówki.

W moim doświad­cze­niu wyko­na­łem po około 100 pow­tórzeń dla każdej próby (101 dla wer­sji A i 98 dla wer­sji B). Dodat­kowo labi­rynt był każd­o­ra­zowo obra­cany o 90 stopni wraz z prze­su­nięciem blo­kad według Rys.4.

Ilustracja
Rys.4 – Spo­sób zmiany orien­ta­cji prze­strzen­nej labi­ryntu; A,B,C,D – wierz­chołki labi­ryntu

Wyniki przed­sta­wi­łem w Tabeli I. Oczy­wi­ście rezul­taty otrzy­mane przez Czy­tel­ni­ków mogą się różnić od moich – ten­den­cja powinna być jed­nak zacho­wana.

Wer­sja Skrzy­żo­wa­nie
Wybór drogi w lewo Wybór drogi w prawo
A - pierw­szy zakręt w prawo ~99% ~1%
A - pierw­szy zakręt w lewo ~3% ~97%
Tabela I – Wyniki doświad­cze­nia

Wyniki – jak widać – są ude­rza­jące i bar­dzo cie­kawe. Naj­wy­raźn­iej pro­sio­nek nie doko­nuje wyboru kie­runku swo­jego ruchu w labi­ryn­cie przy­pad­kowo. Można zau­wa­żyć, że ten nie­wielki sko­ru­piak po wymu­szo­nym skręcie w daną stronę przy następ­nej możl­i­wo­ści z dużym praw­do­po­do­bieńs­twem (zbli­żo­nym do 100%) skręci w prze­ciw­nym kie­runku. To inte­re­su­jące zacho­wa­nie nie jest wyni­kiem podąża­nia po śla­dach che­micz­nych pozo­sta­wio­nych przez poprzed­nie pro­sionki, o czym prze­ko­nuje nas fakt, że kolejne osob­niki poru­szały się w rze­czy­wi­sto­ści po różn­ych powierzch­niach - labi­rynt był prze­cież obra­cany po każdej próbie (przy zacho­wa­niu wza­jem­nego układu blo­kad).

W dal­szych eks­pe­ry­men­tach możemy też spraw­dzić jak zacho­wają się sko­ru­piaki w przy­padku, jeśli po wymu­szo­nym skręcie będą miały wybór na dwóch kolej­nych skrzy­żo­wa­niach. Uka­zuje to sekwen­cja foto­gra­fii Fot.11. Ten wariant doświad­cze­nia pow­tórzono 50 razy.

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot.11 – Kolejny spa­cer w labi­ryn­cie; A , B, C, D, E, F – kolejne fazy ruchu

W więk­szo­ści przy­pad­ków pro­sionki poru­szają się wtedy w spo­sób, który przej­rzy­ście ilu­struje Rys.5. Jeśli na zakręcie są zmu­szone skie­ro­wać się w prawo, to na pierw­szym skrzy­żo­wa­niu (podob­nie jak w poprzed­nim doświad­cze­niu) skręcą w lewo, zaś na dru­gim w prawo.

Ilustracja
Rys.5 – Ruch pro­sionka w labi­ryn­cie w przy­padku dwóch skrzy­żo­wań z możl­i­wo­ścią wyboru

Naj­wy­raźn­iej więc pro­sio­nek wyka­zuje ten­den­cję do naprze­mien­nego skręca­nia w obu kie­run­kach. Wspom­nieć muszę jed­nak, że o ile na pierw­szym skrzy­żo­wa­niu pra­wie wszyst­kie pro­sionki skręcały w lewo, to na dru­gim pro­por­cja była już nieco inna, tj. w prawo kie­ro­wało się nieco ponad 80% osob­ni­ków. Tak czy ina­czej w dal­szym ciągu można stwier­dzić, że wybór kie­runku ruchu przez ten orga­nizm nie wydaje się być przy­pad­kowy. I cho­ciaż tutaj dla uprosz­cze­nia został pomi­nięty etap ana­lizy sta­ty­stycz­nej, to na wła­sne potrzeby warto go prze­pro­wa­dzić. Może to być zresztą bar­dzo dobra oka­zja do wpro­wa­dze­nia w arkana tej dzie­dziny.

Do celów porów­naw­czych warto podobne doświad­cze­nia prze­pro­wa­dzić na innych orga­ni­zmach, np. na kowalu bez­skrzy­dłym Pyrr­ho­co­ris apte­rus repre­zen­tu­jącym gro­madę owa­dów Insecta (Fot.12). W Pol­sce jest on pospo­lity, a jego wymiary pozwa­lają na wyko­rzy­sta­nie tego samego labi­ryntu co w przy­padku pro­sion­ków.

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot.12 – Kowal bez­skrzy­dły

Kowale bez­skrzy­dłe dosko­nale wspi­nają się po pio­no­wych ścia­nach, więc konieczne jest zabez­pie­cze­nie labi­ryntu od góry, np. płytką szklaną lub z two­rzywa sztucz­nego.

Wyja­śnie­nie

Aby wyja­śnić zaob­ser­wo­wane cie­kawe zacho­wa­nie pro­sion­ków, musimy przy­wo­łać pojęcie kinezy. W ten spo­sób nazywa się ruch całego nie­wiel­kiego, sto­sun­kowo pro­stego orga­ni­zmu - np. bak­te­rii, glonu, ale też bez­kręgowca – w reak­cji na okre­ślony bodziec. Ruchy będące kine­zami nią są związane z prze­strzenną orien­ta­cją względem dzia­ła­nia bodźca, a jedy­nie z jego natęże­niem - są więc bez­kie­run­kowe. Kinezy mogą mieć cha­rak­ter pozy­tywny (wzrost natęże­nia bodźca powo­duje przy­spie­sze­nie ruchu lub często­tli­wość zmian jego kie­runku), lub nega­tywne, gdy odpo­wie­dzią na sil­niej­szy bodziec jest spo­wol­nie­nie.

Kinezy możemy podzie­lić z grub­sza na dwa rodzaje:

Przy­kła­dowo pro­sionki (a także sto­nogi i kulanki) wyka­zują wyraźnie nega­tywną orto­ki­nezę względem wil­got­no­ści śro­do­wi­ska, tzn. wraz ze wzro­stem wspom­nia­nego para­me­tru szyb­kość ruchu tych orga­ni­zmów spada. Dzięki temu, mimo całk­o­wi­tej bez­kie­run­ko­wo­ści dzia­ła­nia bodźca, wspom­niane zwie­rzęta prze­ja­wiają ten­den­cję do prze­by­wa­nia w śro­do­wi­sku wil­got­nym, a więc naj­bar­dziej dla nich odpo­wied­nim. W przy­padku, jeśli sko­ru­piak znaj­dzie się w zbyt suchych dla niego warun­kach, zacz­nie poru­szać się szyb­ciej, aż do momentu kiedy trafi bar­dziej odpo­wied­niego śro­do­wi­ska.

Kli­no­ki­neza u pro­sionka i podob­nych orga­ni­zmów obja­wia się naprze­mien­nymi skrętami w obu kie­run­kach, czego zaob­ser­wo­wa­nie uła­twiły nam doświad­cze­nia z labi­ryn­tem. Takie zacho­wa­nie może mieć u nich różn­o­rodne zna­cze­nie. Zau­ważmy, że dzięki temu zwie­rzę unika poru­sza­nia się w koło, oraz - cho­ciaż zyg­za­kiem – może zmie­rzać w kon­kret­nym kie­runku [7]. Ma to oczy­wi­ście duże zna­cze­nie dla stwo­rze­nia, którego śro­do­wi­skiem życia są szcze­liny i różn­ego rodzaju zaka­marki. Z dru­giej strony może to poma­gać także w ucieczce, ponie­waż trudno wróżyć suk­ces ewo­lu­cyjny orga­ni­zmowi, który ucie­ka­jąc przed dra­pieżn­i­kiem zata­czałby koło i tym samym wpa­dałby pro­sto do jego pasz­czy.

Jaki jest jed­nak mecha­nizm takiego zacho­wa­nia i skąd pro­sio­nek czer­pie infor­ma­cję, w którym kie­runku powi­nien w danym momen­cie skręcić? Postu­luje się różne wyja­śnie­nia tego zja­wi­ska, m.in. jakąś formę pry­mi­tyw­nej pamięci krót­k­o­tr­wa­łej. Naj­czę­ściej przyj­muje się dziś jed­nak, że za wybór kie­runku ruchu odpo­wiada tak zwany mecha­nizm BALM (ang. Bila­te­rally Asym­me­tri­cal Leg Move­ments). Zakłada on, że odnóża po stro­nie zew­nętrz­nej w sto­sunku do skrętu męczą się bar­dziej niż po wew­nętrz­nej, więc przy następ­nej zmia­nie kie­runku poru­szają się mniej ener­gicz­nie, co powo­duje skręt w prze­ciwną stronę niż poprzed­nio [8]

Bar­dziej skom­pli­ko­wane doświad­cze­nia pozwa­lają na stwier­dze­nie, czy wybór kie­runku w jakiś spo­sób zmie­nia się, jeśli np. wydłu­żymy drogę między skrętem wymu­szo­nym, a miej­scem wyboru. Warto zba­dać także czy czas upły­wa­jący między tymi dwoma zda­rze­niami ma tutaj jakieś zna­cze­nie. Wymaga to jed­nak zasto­so­wa­nia raczej bar­dziej skom­pli­ko­wa­nego i więk­szego labi­ryntu niż opi­sany. Zostało to wzięte pod uwagę już przy jego pro­jek­to­wa­niu. Zau­ważmy, że jeśli wytwo­rzymy więcej niż jeden egzem­plarz labi­ryntu to możemy je skła­dać kra­wędziami. Sze­ro­kość obra­mo­wa­nia jest równa poło­wie sze­ro­ko­ści kory­ta­rza, po zło­że­niu pow­sta­nie więc w tym miej­scu nowa ścieżka o wymia­rach takich samych jak pozo­stałe. Dzięki temu – dodat­kowo wyko­rzy­stu­jąc opi­sane uprzed­nio blo­kady kory­ta­rzy – można zapro­jek­to­wać i prze­pro­wa­dzić bar­dzo różn­o­rodne doświad­cze­nia związane z poru­sza­niem się nie­wiel­kich orga­ni­zmów w labi­ryn­tach (Fot.13). Zachęcam do tego każd­ego z Sza­now­nych Czy­tel­ni­ków.

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot. 13 - Możl­i­wo­ści roz­bu­dowy labi­ryntu, A - labi­rynt poje­dyn­czy (poni­żej) oraz labi­rynt zło­żony z czte­rech takich samych ele­men­tów (powy­żej), B, C - inne przy­kłady ksz­tałtu labi­ryntu zło­żo­nego

Wspomnę jesz­cze, że w wyniku two­rze­nia mate­ria­łów do tego arty­kułu nie ucier­piał żaden pro­sio­nek, a wszyst­kie z nich zostały w krót­kim cza­sie wypusz­czone na wol­ność.

Lite­ra­tura:

Auto­rem foto­gra­fii i rysun­ków 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 mate­riał dodat­kowy do arty­kułu pra­gnę zapre­zen­to­wać film:

W opcjach filmu są dostępne napisy w języku pol­skim.

Marek Ples

Aa