Prosionek i komora wyboru - doświadczenia na zwierzętach
Poniższy artykuł został opublikowany pierwotnie w czasopiśmie dla nauczycieli Biologia w Szkole (2/2021):
Biologia, jak i pozostałe nauki przyrodnicze, ściśle opiera się na doświadczeniu. W szkolnych warunkach natykamy się często na wiele problemów w tym aspekcie. Wszelkie obserwacje angażujące zwierzęta w szkolnej lub nawet uczelnianej pracowni nie zawsze są łatwe do przeprowadzenia. Dzieje się tak między innymi z powodu uciążliwej konieczności prowadzenia hodowli, co zresztą jest regulowane odpowiednimi przepisami. Szukając rozwiązania, można w wielu przypadkach zaproponować obserwację zwierząt domowych. 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 oczywiście problematyczne.
Nie można zapominać, że doświadczenia na zwierzętach lub ich wykorzystanie w edukacji wymaga zgody odpowiedniej komisji, w szczególności jeśli powoduje ból lub stres u badanego organizmu. Według obecnego ustawodawstwa dotyczy to jedynie kręgowców i najwyżej uorganizowanych bezkręgowców, tj. głowonogów Cephalopoda. Polecam dokładne zapoznanie się z aktualnie obowiązującymi przepisami. Doświadczenia na pozostałych bezkręgowcach - przynajmniej na razie - nie wymagają takiej zgody i jest to dla nas bardzo obiecująca możliwość. Nigdy nie można jednak pochwalać bezprzedmiotowego męczenia nawet najprostszych zwierząt.
W jednym z poprzednich artykułów opisałem sposób badania pewnych interesujących zachowań lądowych skorupiaków w formie doświadczenia z labiryntem (Fot.1) [1] [2].
Jako, że bohater wspomnianego artykułu okazał się skory do współpracy, tym razem chciałbym zaprezentować kolejne doświadczenia z jego udziałem.
O prosionku
Prawdopodobnie nie każdy Czytelnik miał możliwość zapoznania się z poprzednim artykułem o prosionku, postaram się przypomnieć kilka najważniejszych informacji o tym ciekawym zwierzęciu.
Chociaż Prosionki Porcellio z racji wyglądu i miejsca bytowania są często mylone z powszechniejszymi na lądzie owadami Insecta, to są one rodzajem skorupiaków Crustacea z rzędu równonogów Isopoda. Co ciekawe, w przeciwieństwie do dużej części żyjących obecnie skorupiaków prowadzących całkowicie lub połowicznie wodny tryb życia są one organizmami typowo lądowymi, chociaż preferującymi wilgotne środowiska. Pamiętajmy, że zarówno owady, jak i skorupiaki należą do tego samego typu czyli do stawonogów Arthropoda. Na terenie Polski występuje kilkanaście gatunków prosionka [3]. Najłatwiej spotkać prosionka szorstkiego Porcellio scaber, który jest bohaterem niniejszego opracowania (Fot.2).
Prosionki można spotkać w ogrodach, na skrajach łąk i w niezbyt gęstych lasach. Przy ich poszukiwaniu warto mieć na uwadze, że do życia potrzebują one sporo wilgoci – szukajmy ich na przykład pod kamieniami, w załomach murów, wśród stanowiących ich pokarm butwiejącego drewna i liści, w naszych piwnicach i szklarniach [4]. W takich samych miejscach można znaleźć także inne skorupiaki lądowe, takie jak stonogę murową Oniscus asellus (nazywaną też stonogiem myszatym) i kulanki Armadillidium. Te ostatnie mają jednak w przeciwieństwie do pozostałych zdolność zwijania swoich ciał w odruchu obronnym w kulę. Wszystkie wymienione zwierzęta nadają się równie doskonale w kierunku dokonania proponowanych obserwacji.
Chciałbym wyraźnie zaznaczyć, że w moim osobistym odczuciu – a mam nadzieję, że podobnie sądzi Szanowny Czytelnik – żadnych zwierząt nie należy niepotrzebnie męczyć lub ich zabijać. Prosionki są dosyć delikatne, nawet mimo posiadania przez nie chitynowego pancerza. Przy ich zbieraniu należy więc zachować ostrożność i chwytać zwierzęta bardzo delikatnie. Schwytane prosionki możemy umieścić w przewietrzanym pojemniku (najlepiej ciemnym, ponieważ nie przepadają one za zbyt mocnym światłem), na którego dnie powinno się znaleźć nieco wilgotnej gleby lub torfu, a także np. liści i innych szczątków roślin, czy trocin drzewnych. Cały pojemnik powinien być przechowywany w temperaturze pokojowej lub nieco niższej – bezwzględnie konieczne jest unikanie przegrzania. W takich warunkach zwierzęta można przechowywać bez najmniejszych trudności kilka, a nawet kilkanaście dni, ewentualnie dokarmiając je pokarmem roślinnym.
Prosionki, jako obiekty doświadczalny, są stosunkowo bezpieczne. Nie są jadowite, nie mają żadnej możliwości zranienia eksperymentatora. Raczej nie są także nosicielami patogenów groźnych dla człowieka, ale musimy pamiętać, że żyją one praktycznie zawsze w bezpośrednim sąsiedztwie rozkładającej się materii organicznej, co już może być niebezpieczne.
Po dokładniejsze informacje o budowie anatomicznej prosionka szorskiego odsyłam do mojego poprzedniego artykułu na jego temat. Przypomnę tylko, że jego ciało ma zwartą budowę i osiąga zwykle do 17 mm długości. Wierzchnia część ciała jest pokryta gęsto niewielkimi guzkami. Typowe ubarwienie ciała jest niebieskawoszare u samców, natomiast u samic oraz form młodocianych jaśniejsze i nakrapiane. Występują także prosionki odznaczające się odmienną barwą, np. brązowe lub nawet pomarańczowe [5] [6]. Prosionki z racji prowadzenia nocnego trybu życia orientują się w swoim otoczeniu głównie dzięki dotykowi i receptorom chemicznym. Wzrok ma dla nich niewielkie znaczenie, ale są mimo wszystko wyposażone w parę dosyć niewielkich oczu złożonych, umiejscowionych na grzbietowej stronie głowy i zbudowanych z około 20 ommatidiów każde (Fot.3).
Prosionek porusza się za pomocą 7 par odnóży tułowiowych, po jednej parze na każdym segmencie ciała. Aparat gębowy jest położony po spodniej stronie ciała zwierzęcia. Na odwłoku rozmieszczone są narządy oddechowe w postaci dwóch par płuc pleopodialnych. Ciało kończy niewielki telson i charakterystyczne wyrostki – uropodia. Prosionki rozmnażają się płciowo, a samice noszą jaja (a potem także larwy) przy sobie przez okres 40-50 dni. Długość życia tych skorupiaków sięga dwóch lat, a więc w zimie muszą one szukać odpowiednich kryjówek.
Doświadczenie
Przygotowanie doświadczenia nie jest trudne. Aby sporządzić odpowiednią komorę umożliwiającą prosionkowi wybór między różnymi warunkami środowiska najlepiej jest wykorzystać szalkę Petriego wykonaną ze szkła lub tworzywa sztucznego o średnicy około 10cm. Wymiar ten nie jest krytyczny i z powodzeniem możemy wykorzystać naczynie o innych wymiarach, byle nie zbyt małe. Z dowolnego materiały należy wykonać przegrodę dzielącą szalkę w poprzek na dwie równe części: jedną z nich wypełnić środkiem suszącym, a drugą lekko wilgotną watą lub tkaniną. Jako środek osuszający ja zastosowałem aktywowane sita molekularne o odpowiednich wymiarach porów, ale może to być też silikażel lub inne materiały chłonące wilgoć. Dodatkowo, musimy przygotować także nienasiąkliwą, porowatą przekładkę – dobrze w tym celu nadaje się pokrywka z tworzywa sztucznego podziurkowana gęsto dosyć dużą igłą. Gotowy zestaw przedstawia Fot.4.
Przekładkę umieszczamy następnie ponad wilgotną watą i środkiem suszącym. Ważne jest, aby była ona szczelna, tak by prosionki nie dostały się pod spód. Chcąc przeprowadzić doświadczenie wypuszczamy na powierzchnię przekładki pewną ilość prosionków, np. około 10-20, a następnie przykrywamy szalkę pokrywką (Fot.5). Staramy się rozmieścić skorupiaki raczej równomiernie na powierzchni przekładki.
Następnie, komorę należy w połowie przykryć np. czarnym papierem w kierunku prostopadłym do wewnętrznej przegrody (Fot.6). Tak przygotowany zestaw musimy oświetlić z góry niezbyt silną lampą lub po prostu pozostawić w oświetlonym pomieszczeniu. Czas trwania tej fazy doświadczenia powinien trwać kilkanaście do kilkudziesięciu minut, podczas których komora nie powinna być narażona na wstrząsy, a w pobliżu nie należy wykonywać gwałtownych ruchów ani nic, co mogłoby wpłynąć na wynik.
Zauważmy, że dokonaliśmy podziału przestrzeni komory na cztery strefy, biorąc pod uwagę dwa czynniki: wilgotność powietrza i oświetlenie (Rys.1). Możemy więc stwierdzić, że wewnątrz komory panują warunki:
- strefa I – sucho i ciemno
- strefa II – wilgotno i ciemno
- strefa III – wilgotno i jasno
- strefa IV – sucho i jasno
Po założonym czasie, nie potrząsając przy tym komorą, możemy sprawdzić, które strefy najchętniej wybierają prosionki. Przykładowy efekt doświadczenia przedstawia Fot.7.
Jak widać, prosionki mając swobodę ruchu najchętniej gromadzą się w strefie II (wilgotno/ciemno), ale można je spotkać także w strefie III (wilgotno/jasno). Natomiast strefa sucha – zarówno oświetlona, jak i ciemna – najwyraźniej działa na skorupiaki odstręczająco. Doświadczenie przeprowadziłem 50 razy, stosując różne grupy prosionków, otrzymując wynik zamieszczony w Tab.1.
| Strefa | Procent prosionków, które ostatecznie zajęły daną strefę |
| I (sucho i ciemno) | 6% |
| II (wilgotno i ciemno) | 72% |
| III (wilgotno i jasno) | 21% |
| IV (sucho i jasno) | 1% |
Oczywiście otrzymane przez Czytelników wyniki mogą się różnić od uzyskanych przeze mnie, ale zaobserwowana tendencja powinna być zachowana.
W czasie prawidłowo przeprowadzonych obserwacji prosionkom nie dzieje się żadna krzywda, więc możemy potem wypuścić zwierzęta do środowiska, najlepiej bezpośrednio w tym samym miejscu, z którego je pozyskaliśmy.
Wyjaśnienie
W doświadczeniu zetknęliśmy się z przykładem bardzo interesującego zjawiska z zakresu ruchów i zachowań organizmów żywych. Wiemy, że wśród przedstawicieli świata ożywionego rozwinęły się zróżnicowane taktyki poruszania się, a także konkretne mechanizmy ruchów. Wystarczy wspomnieć o nastiach (czego przykładem mogą być zdolne do ruchu rośliny, np. czułek wstydliwy Mimosa pudica czy berberys zwyczajny Berberis vulgaris [7] [8]), wyspecjalizowanych ruchów wzrostowych (owadożerna rosiczka przylądkowa Drosera capensis [9]), taksjach, tropizmach i innych [10].
Innym ciekawym przykładem ruchu organizmu są kinezy [11]. Tak określa się ruch całego niewielkiego i najczęściej stosunkowo prostego organizmu będący reakcją na określony bodziec. Co interesujące, kinezy są bezkierunkowe, tj. nie są związane z przestrzenną orientacją względem działania bodźca, a jedynie z jego natężeniem. Mogą mieć charakter pozytywny (wzrost natężenia bodźca powoduje wzmożenie ruchu), lub negatywne, gdy odpowiedzią na silniejszy bodziec jest spadek aktywności ruchowej. Kinezy dzieli się najczęściej na dwa główne typy:
- klinokinezy - intensywność bodźca reguluje częstotliwość zmiany kierunku ruchu organizmu,
- ortokinezy - intensywność bodźca reguluje szybkość ruchu organizmu.
Klinokineza u prosionka i podobnych organizmów objawia się naprzemiennymi skrętami w obu kierunkach, czego zaobserwowanie ułatwiły nam doświadczenia z labiryntem. Dzięki temu zwierzę unika poruszania się w koło, oraz - chociaż zygzakiem – może zmierzać w konkretnym kierunku. Ma to oczywiście duże znaczenie dla prosionków oraz pozostałych skorupiaków lądowych, środowiskiem życia których są szczeliny i tym podobne zakamarki. Z drugiej strony może to pomagać także w ucieczce, ponieważ skręcanie ciągle w tym samym kierunku jest raczej marną strategią ucieczki przed drapieżnikiem.
W dzisiejszym doświadczeniu mogliśmy natomiast zapoznać się z drugim typem kinez, jakimi są ortokinezy. Skoro tego rodzaju zachowanie warunkuje prędkość poruszania się w stosunku do intensywności bodźca, to możemy stwierdzić, że prosionek wykazuje ortokinezę ujemną względem wilgotności powietrza (im wilgotność niższa, tym porusza się szybciej) i dodatnią względem jasności oświetlenia (im jaśniej, tym szybciej). Dzięki temu, mimo całkowitej bezkierunkowości działania bodźca, wspomniane zwierzęta przejawiają tendencję do przebywania w środowisku wilgotnym i ciemnym, a więc najbardziej dla nich odpowiednim. W przypadku, jeśli skorupiak znajdzie się w miejscu zbyt suchym lub zbyt mocno oświetlonym (jest wtedy dobrze widoczny dla potencjalnego drapieżnika, a poza tym silnie światło słoneczne może go także wysuszyć), zacznie poruszać się szybciej, aż do momentu kiedy trafi do bardziej odpowiedniego środowiska. Prosionki i ich krewniacy wykazują także tendencję do skupiania się w grupach, co także można było zaobserwować w przeprowadzonym doświadczeniu.
Zauważmy, że wszystkie opisane zachowania są bardzo nieskomplikowane, a jednak umożliwiają zwierzęciu - wraz z innymi mechanizmami - osiągnięcie celu, jakim jest przetrwanie i przekazanie genów potomstwu.
Literatura:
- [1] Ples M., W labiryncie - decyzje równonoga, Biologia w Szkole, 4 (2019), Forum Media Polska Sp. z o.o., str. 56-62 powrót
- [2] Hughes R. N., Turn alternation in woodlice (Porcellio scaber), Animal Behaviour, 15 (2-3), 1967, str. 282-286 powrót
- [3] Jura Cz., Bezkręgowce. Podstawy morfologii funkcjonalnej, systematyki i filogenezy, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 2002, str. 293-295 powrót
- [4] Harding P. T., Sutton S. L., Woodlice in Britain and Irleand: distribution and habitat, NERC, 1985, str. 96 powrót
- [5] Mckenzie G. J., Porcelio scaber, w serwisie: http://www.porcellio.scaber.org/, dostępne online: http://www.porcellio.scaber.org/woodlice/ps_ident.htm [dostęp 24.05.2019], strona obecnie nieaktywna w pierwotnej lokalizacji, dostępna jako kopia wykonana 24.06.2019 w archiwum https://web.archive.org pod adresem: https://web.archive.org/web/20190724232936/http://www.porcellio.scaber.org/woodlice/ps_ident.htm [dostęp 12.05.2021] powrót
- [6] Sowiński M., Prosionek (Porcellio spinicornis) – lądowy skorupiak, w serwisie: https://swiatmakrodotcom.wordpress.com, dostępne online: https://swiatmakrodotcom.wordpress.com/2015/02/21/prosionek-porcellio-spinicornis-ladowy-skorupiak/ [dostęp 24.05.2019] powrót
- [7] Ples M., Wstydliwa roślina, Biologia w Szkole, 6 (2015), Forum Media Polska Sp. z o.o., str. 52-56 powrót
- [8] Ples M., Roślinny bokser? Szybkie ruchy pręcików berberysu, Biologia w Szkole, 3 (2020), Forum Media Polska Sp. z o.o., str. 81-85 powrót
- [9] Ples M., O rosiczce słów kilka, czyli wyhoduj żywą muchołapkę!, Biologia w Szkole, 1 (2016), Forum Media Polska Sp. z o.o., str. 51-56 powrót
- [10] Kopcewicz J., Ruchy roślin, w: Fizjologia roślin, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 2002, str. 586-601 powrót
- [11] Gorban A.N., Çabukoǧlu N., Basic model of purposeful kinesis, Ecological Complexity, 2018, 33, str. 75-83 powrót
Autorem fotografii i rysunków jest Marek Ples.
Marek Ples