Oko w oko z rozwielitką
Poniższy artykuł został opublikowany pierwotnie w czasopiśmie dla nauczycieli Biologia w Szkole (5/2015):
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 [3].
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).
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).
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].
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].
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.
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.
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].
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:
- [1] Jura Cz., Krzanowska H., Leksykon biologiczny, Wiedza Powszechna, Warszawa, 1992 powrót
- [2] Rybak J. I., Błędzki L., Słodkowodne skorupiaki planktonowe. Klucz do oznaczania gatunków, Wydawnictwo Uniwersytetu Warszawskiego, Warszawa, 2010 powrót
- [3] Gliwicz Z.M., Zooplankton, jako rozdział w: O'Sullivan P., Reynolds C. S., The Lakes Handbook: Limnology and Limnetic Ecology, John Wiley & Sons, 2008 powrót
- [4] Jura Cz., Bezkręgowce. Podstawy morfologii funkcjonalnej, systematyki i filogenezy, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 2007 powrót
- [5] Ebert D., Introduction to Daphnia Biology. Ecology, Epidemiology, and Evolution of Parasitism in Daphnia, Bethesda: National Center for Biotechnology Information, 2005 powrót
- [6] Ples M., Nieprzyzwoicie tani mikroskop, Biologia w Szkole, 4 (2015), Forum Media Polska Sp. z o.o., str. 55-60 powrót
Autorem fotografii jest Marek Ples.
Uzupełnienie autora
Jako dodatek do powyższego artykułu chciałbym zaprezentować film:
Marek Ples