Ciernik

Co jakiś czas córka zagaduje mnie o różne historie związane z pochodzeniem ludzkości; opowiadam zatem o ewolucji, kamiennych narzędziach, powstaniu rolnictwa, pieniędzy itp. Nie chciałbym wywołać wrażenia, że na każde takie pytanie opowiadam jej o rybach, chociaż jakby się zastanowić, nie byłoby to trudne. Tylko nie chcę w oczach dziecka uchodzić za maniaka. No to ostatnio zapytała o wodzów, królów i tym podobnych – skąd wiadomo, który się nadaje? Nie będę streszczał całej opowieści, bo to nie czas i miejsce, ale posłużyłem się przykładem który do rybnego okienka pasuje jak ulał.

Otóż jest taka rybka, ciernik, Gasterosteus aculeatus którą na pewno znacie, gdyż występuje na całej półkuli północnej, głównie w Europie. Przeważnie spotykany jest w wodach słodkich, ale nie gardzi też Bałtykiem ani nawet rzetelną morską wodą. Ma opinię chwastu rybnego, bo stanowi zagrożenie dla ekosystemów i ryb o komercyjnym znaczeniu, wyżerając ich ikrę. A przy tym jest uroczą, sprytną rybką o szerokim spektrum zachowań społecznych i upodobaniem do przebywania w grupie. I właśnie jednego z tych zachowań dotyczyły badania przeprowadzone przez zespół brytyjsko – amerykańsko – australijski ponad 10 lat temu.

Eksperyment sprowadzał się do obserwacji wyboru lidera, za którym grupa rybek podążała z zamiarem spożycia obiadu. Układem eksperymentalnym był zbiornik z przesmykami do dwóch innych zbiorników. Do stada ryb wpuszczano dwa drony udające cierniki z których jeden był tłuściutki, dobrze ubarwiony i lśniący a drugi wygląd miał mizerny, z ciemnymi plamami sugerującymi chorobę pasożytniczą. Każdy z dronów płynął sterowany pilotem w kierunku innego zbiornika a badacze obserwowali za którym podążą rybki. Ciekawym wynikiem tego badania było to, że wybór dobrze wyglądającego lidera był tym bardziej jednoznaczny im większa była grupa rybek. Pojedynczy ciernik w akwarium płynął za pięknisiem w 55% przypadków, a gdy elektorat był 9-osobowy, wybór osiągał 80%. Rzecz jasna, jeżeli prezentowano chudzinę, mało kto brał pod uwagę to dokąd zmierza.
Cóż – owczy pęd wydaje się regułą starą jak ewolucja. 😉

Innym ciekawym aspektem życia cierników są ich obyczaje rozrodcze. W okresie godowym samce walczą o terytoria gdzie budują gniazda do których zapraszają jak największą liczbę samic na jednorazowe randki. Samica w gnieździe wypuszcza ikrę, którą samiec niezwłocznie polewa nasieniem. Bywa, że samce o niskiej pozycji społecznej, bez terytoriów, upodabniają się wyglądem do samic i w tym przebraniu mają szansę na homo- randkę podczas której zostawiają swoje nasienie w gnieździe oszukanego samca. Do niedawna w tych kilku zdaniach można było streścić obyczaje rozrodcze cierników, jeśli ktoś nie chciał się rozpisywać nad złożonością tańca godowego, intensywnością ubarwienia samców, czy innymi aspektami życia seksualnego cierników umożliwiającymi napisanie opasłej monografii na ten temat.

Dziś możemy obserwować początek rewolucji, co nie znaczy że wszystkie dzieła o rozmnażaniu cierników stały się nieaktualne. Dwa miesiące temu ukazał się artykuł, w którym napisano, że u cierników pochodzących ze Szkockich Hebrydów zdarzają się samice przetrzymujące ikrę. Zgodnie z dotychczasowym stanem wiedzy, takie samice które z jakichś powodów nie zdeponowały ikry w gniazdach, muszą ją wydalić na zatracenie, a jeżeli to się nie stanie grozi im śmierć w wyniku zablokowania jajowodów. Zbyt częste występowanie takiej sytuacji oczywiście niepokoi biologów, gdyż może być objawem zanieczyszczenia środowiska i zagrożenia dla wszelkich ryb, nie tylko cierników. Jakie wielkie więc było zdziwienie naukowców, gdy podczas badania takich samic wydobyli z ich brzuchów żywe, niemal gotowe do wyklucia potomstwo. Maluchy, które przyszły na świat na drodze cesarskiego cięcia, ostatecznie wykluły się i zaczęły normalne życie maleńkich cierników.

Rozwijające się w jajach larwy ciernika krótko po cesarskim cięciu. Zdjęcie pochodzi z publikacji L.L. Dean i współpracowników 2019

Ta niezwykła sytuacja otworzyła serię nowych pytań sprowadzających się do kwestii – skąd u licha larwy w ciele samicy gatunku o zapłodnieniu zewnętrznym? Pierwsza hipoteza, którą wyeliminowano to obojnactwo. O takich przypadkach pisałem tutaj. Pod każdym względem larwy wydobyto z samic. Matki nie miały żadnych genetycznych ani anatomicznych elementów męskich. Ciernik jest dość konserwatywny pod tym względem (jeśli pominąć samców wychowujących młode, tudzież transwestytów) i samiec jest samcem, a samica samicą przez całe życie. Obojnactwo nie wchodzi w grę, jeśli nie zadziałamy w odpowiednim czasie srogimi dawkami hormonów. Kolejna hipoteza dopuszczała możliwość samoistnego sklonowania samic, co u niektórych ryb było obserwowane, a możecie przeczytać o tym tutaj, Jednak badania genetyczne młodych rybek wykazały nie tylko, że są w śród nich samce i samice, ale wszystkie posiadają genetyczne ślady osobnika innego niż matka, czyli powstały wskutek zapłodnienia. Opcji, że do zapłodnienia doszło w sposób tradycyjny, a samica później wciągnęła ikrę nikt poważny nie brałby pod uwagę, więc pozostaje jedyna możliwość, że u tych ryb doszło do zapłodnienia wewnętrznego.

Niby nic, powiecie. W końcu jajożyworodność zdarza się wielu gatunkom. Szacuje się, ze ten sposób wyewoluował około 35 razy w świecie ryb, ale nadal około 90% gatunków ryb kostnoszkieletowych (i 43% chrzęstnoszkieletowych) składa ikrę przed zapłodnieniem. Czyżbyśmy zatem przyłapali ewolucję na gorącym uczynku? Ciekaw jestem dalszych losów żyworodnej odmiany cierników oraz wyjaśnienia mechanizmów jakie doprowadziły do tej sytuacji. Wszak jakieś samce musiały wpaść na pomysł radykalnej odmiany aktu płciowego.

Tomasz Kijewski

Większość informacji o cierniku znajdziecie w wikipedii, al jeśli ciekawi was najnowsze odkrycie, odsyłam do publikacji:
L.L. Dean i inni: Internal embryonic development in a non-copulatory, egg-laying teleost, the three-spined stickleback, Gasterosteus aculeatus; Scientific reports 2019

Historię o wyborach przywódcy zaczerpnąłem z publikacji: D.J.T. Sumpter i inni: Consensus Decision Making by Fish; Current Biology 2008

Życie seksualne gupików, cz 2.

Ponieważ obserwuję niesłabnące zainteresowanie notką o życiu seksualnym gupików (czyżby jakieś googlowskie skojarzenia z pracownikami korporacji?!), postanowiłem niezwłocznie poinformować Czytelników o nowym doniesieniu dotyczącym tego fascynującego aspektu życia ryb. W ubiegłą środę ukazała się publikacja prezentująca wyniki badań dowodzących, że wybór ojca dla przyszłego narybku nie kończy się na dynamicznych i w sumie ładnych popisach tanecznych (ani tym bardziej na błyskawicznym gwałcie). Autorzy tej publikacji z Centrum Biologii Ewolucyjnej Uniwersytetu Zachodniej Australii w Crawley eksploatowali powszechny dla wszystkich zwierząt, a pewnie i roślin, wątek domniemanego ojcostwa.

U gatunków kierujących się zasadą wyłączności partnerskiej kwestia ta urasta często do rangi krwawego konfliktu, ale jak raz gupiki są rybkami o znacznej swobodzie obyczajowej. Owszem, jak napisałem we wspomnianej notce, samicom nie jest do końca wszystko jedno. Teraz okazało się, że selekcja samców nie kończy się na kopulacji.

Jak już wiecie, samice spółkują z licznymi samcami, czasami wybierając ich na podstawie ubarwienia i popisów, a czasami ku swemu zaskoczeniu, kiedy to zostają dopadnięte w chwili nieuwagi. Oznacza to, że do jajeczek dojrzewających w ich brzuchach dobijają się plemniki pochodzące od różnych samców. Pewnie w tym momencie świta wam myśl o rywalizacji nasienia, zwanej wojną plemników? Ten powszechny mechanizm konkurencji sprowadza się do inwestowania przez samce w ilość i jakość nasienia, co ma zwiększać szansę na zapłodnienie.

sperm wars

Obrazek jest podpisany przez autora, a znalazłem go w ciekawym artykule , który polecam.

Wykazano na przykład, że te spośród afrykańskich pielęgnic, które wiodą życie rozpustne, mają znacznie większe, liczniejsze i bardziej żywotne plemniki niż pielęgnice które łączą się w pary na całe życie (choć i u nich dochodzi do aktów niewierności lub podstępnego zapładniania przez inne samce). Bywa też, że część plemników nie jest przeznaczona do zapłodnienia, tylko w samobójczej misji starają się one zatrzymać konkurencję. Rozwinięciem tej strategii jest produkowanie przez samców specjalnych substancji , które rzec by można, korkują drogi rodne samicy. Te z kolei potrafią pozbywać się takich korków. Długo by opowiadać o tej konkurencji, wróćmy więc do naszych rybek.

Gupiki, jako gatunek poligamiczny, poliandryczny, czyli w istocie bliski promiskuityzmowi, buduje sukces reprodukcyjny samców także na konkurencji plemników. Tego dowodzili w publikacji z 2011 roku włoscy naukowcy, którzy przeprowadzili eksperyment polegający na sztucznej inseminacji samic mieszaniną plemników różnych samców. Okazało się jednak, że w swoich badaniach nie uwzględnili zupełnie czynnika żeńskiego, co przyszło do głowy dopiero Australijczykom. Ci powtórzyli eksperyment Włochów ale postanowili sprawdzić, czy te same samce będą miały tak samo zróżnicowany sukces rozrodczy jeśli pozwoli im się załatwić sprawę we własnym zakresie.

Do akwarium z dziewiczą samiczką wpuszczano zatem jednego samca, po czym gdy doszło do kopulacji, wyławiano go i wpuszczano drugiego. Gdy i ten zrobił swoje, samica czekała w odosobnieniu na rozwiązane. W ten sposób potraktowano 25 samic. Gupiki potrafią przechowywać nasienie i rodzić młode nawet w sześciu miotach po jednej randce, więc przez dłuższy czas zbierano młode by na koniec ustalić ojcostwo urodzonego później potomstwa.

Każda para samców brała też udział w drugiej części eksperymentu, w której pobierano od nich spermę, mieszano ją w równych proporcjach i podawano samicom, z którymi postępowano identycznie jak w pierwszej części eksperymentu. Tych samic było 20. Okazało się, ze sukces reprodukcyjny w obu eksperymentach był uderzająco inny. W eksperymencie „randkowym” każda z samic rodziła w znakomitej przewadze potomstwo jednego z samców. Zupełnie inny wynik uzyskano po sztucznej inseminacji, wskutek której udział każdego z dawców spermy był wyrównany. Nie przekreśla to tezy, że niektóre samce produkują bardziej skuteczne plemniki od innych ale pokazuje istnienie jakiegoś mechanizmu, który pozwala samicom na postkoitalny wybór ojca swoich dzieci. Ten mechanizm nie działał, jeśli samica nie widziała z jakim samcem ma do czynienia.

Autorzy pracy nie podjęli się określenia jaki mechanizm wpływa na to zjawisko. Z całą pewnością badania tego zjawiska będą kontynuowane.

Ojcostwo gupików Gasparini Evans 2018

Wykresy przedstawiają dystrybucję ojcostwa w omawianym eksperymencie. a: samce uczestniczące w randkach mają najczęściej zerowy bądź 100% udział w produkcji potomstwa, wartości pośrednie zdarzają sie rzadko, b: sztuczna inseminacja mieszaniną plemników sprawia, że potomstwo samicy składa się w zróżnicowanym stopniu z dzieci obu samców dawców. Ilustracja z oryginalnej pracy Gasparini i Evans, 2018.

Idea selekcji nasienia dokonywanej przez samice (Cryptic Female Choice, CFC) liczy sobie już ponad 20 lat. Zadziwiające może się wydać, że choć już dzięki Darwinowi w „męski świat” wdarł się ewolucyjny mechanizm wyboru samca przez samicę, istnienie takich mechanizmów jak CFC jest rozważane także w kontekście filozoficzno – społecznym poprzez włączenie w schematy gender.

Na koniec dodam, że Australijczycy w swoich badaniach wykorzystali gupiki żyjące lokalnie, bo chociaż gatunek pochodzi z Ameryki Południowej, przeprowadził skuteczną inwazję w wodach Australii, z niewielką pomocą niefrasobliwych akwarystów. No i jak przystało na najeźdźcę, wygrał konkurencję z kilkoma rodzimymi gatunkami ryb.

Tomasz Kijewski

Zdjęcie w nagłówku: © Dave Wilson, pochodzi ze strony http://fishesofaustralia.net.au

Jeśli chcesz wiedzieć więcej:

Balshine S. i inni: Sperm size of African cichlids in relation to sperm competition; Behavioral Ecology; 2001

Boschetto C. i inni: Sperm number and velocity affect sperm competition success in the guppy (Poecilia reticulata); Behavioral Ecology and Sociobiology; 2011

Firman F.C. i inni: Postmating Female Control: 20 Years of Cryptic Female Choice: Trends in Ecology & Evolution; 2017

Fitzpatrick J.L. i inni: Female promiscuity promotes the evolution of faster sperm in cichlid fishes; Proceedings of the National Academy of Sciences; 2009

Gasparini C. i Evans J.P. Female control over multiple matings increases the opportunity for postcopulatory sexual selection; Proceedings of the Royal Society B; 2018

Martin R.D.: Sperm Wars: Dispatch From a Conscientious Objector; artykuł w Pcychology Today; 2013

Wielkie pływające filtry

Każdy z nas w taki lub inny sposób ma do czynienia z filtrami i zna jedną podstawową ich słabość: mają tendencje do zapychania się. W rozwiązaniach technicznych jednym ze stosowanych sposobów jest banalna, choć nierzadko kosztowna wymiana filtra, jednak ten koszt wydaje się nie do zaakceptowania w budowie i funkcjonowaniu organizmów żywych, które na filtracji opierają swoją dietę lub zdrowie. Inny sposób to konsekwentne czyszczenie filtrów przez specjalne konstrukcje lub substancje. Mechaniczne czyszczaki funkcjonują w oczyszczalniach ścieków i w paszczach wielorybów, gdzie ogromne jęzory zgarniają plankton z fiszbinów. Specjalne substancje usuwają zanieczyszczenia z filtrów fabryk chemicznych i kominów przemysłowych, a filtry DPF w silnikach diesla dostają co jakiś czas ognia, by sadza wypaliła się do cna. U małży czy w naszych drogach oddechowych funkcję tę pełni śluz, który łączy się z drobinami i przepływa w pożądanym kierunku. Te dwa generalne systemy oczyszczania filtrów do niedawna stanowiły całą znaną nauce pulę możliwości. Ale znalazł się ktoś, kto zadał pytanie: jak robią to jedne z większych ryb; rekiny wielorybie, rekiny koszykowe i manty. Grupa naukowców z uniwersytetów stanowych w Kalifornii i Oregonie przyjrzała się bacznie mantom.  Te ogromne ryby osiągające 9 metrów rozpiętości „skrzydeł” żywią się organizmami planktonowymi o rozmiarach od 50 do ponad 500µm i chociaż od lat fascynują badaczy, nikt dotąd nie rozwiązał zagadki w jaki sposób woda po drodze z paszczy do skrzeli oddaje pożywny ładunek do przełyku tych łagodnych istot. Wiadomo od dawna, że połączenie jamy gębowej ze skrzelami stanowią zmodyfikowane grzebienie skrzelowe zbudowane ze sprężystych liściopodobnych listewek niczym lekko uchylone żaluzje. Nikt jednak nie miał pomysłu jak to się dziele, że przestrzenie między tymi lamelkami nie zapychają się. Niestety, dokładne obserwacje tego co dzieje się w paszczach mant podczas posiłku są z przyczyn technicznych bardzo utrudnione.

manty filtry
Zdjęcie pochodzi z opisywanej publikacji w Science Advances. A: rozdziawiona paszcza manty, B: zbliżenie na lamelki i schemat ich ułożenia. C – F modele lamelek w układzie eksperymentalnym; na niebiesko zabarwiono wodę, a czerwone linie obrazują drogę i prędkość drobin symulujących plankton.

Amerykańscy naukowcy postawili hipotezę, że kluczowym zjawiskiem w tym przypadku jest dynamika płynu. Przeprowadzili dokładne pomiary tych struktur korzystając z muzealnych zbiorów i przetestowali ich modele w komorach przepływowych. Lamelki, zarówno te ustawione „pod prąd” i pracujące jak skrzydło, jak i ustawione „z prądem” spoilery okazały się być ułożone w taki sposób, że ich brzegi generowały przepływ wody gwarantujący oddzielenie cząsteczek stałych, pozostawiając je w pułapce paszczy, podczas gdy oczyszczona woda przepływa do skrzeli. Efektywność tego systemu jest zależna od prędkości przepływu wody, więc manty muszą dostosowywać prędkość do apetytu. A gdy już się najedzą, wykonują spektakularne skoki nad wodę.

Polecam dwuminutowy urywek filmu BBC

Przeczuwam, że niejeden inżynier będzie teraz kombinował jak zaaplikować ten wynalazek ewolucji do pracy na rzecz cywilizacji.

Tomasz Kijewski

Zdjęcie w nagłówku pochodzi z domeny publicznej.

Jeśli chcesz wiedzieć więcej:

Divi R.V. i inni: Manta rays feed using ricochet separation, a novel nonclogging filtration mechanism. Science Advances  26 Sep 2018

Najszybciej dojrzewający kręgowiec

Fenomen tej niewielkiej rybki, zagrzebki (Nothobranchius furzeri) pozwala zachwycić się i zadumać nad twardością życia i zaskakującymi rozwiązaniami ewolucyjnymi.

Niezwykła strategia życiowa zagrzebek, które żyją w kałużach pojawiających się podczas pory deszczowej na afrykańskiej sawannie, dotyczy czasu jaki jest im dany nim nastąpi pora sucha. Życie w kałuży pośród sawanny jest intensywne do tego stopnia, że ten gatunek zdobył uznanie jako najszybciej dorastający z kręgowców. Co prawda ikra zagrzebana w wyschniętej ziemi czeka na odpowiednie warunki przez całą porę suchą, ale w tym czasie nie zachodzą w niej praktycznie żadne procesy biologiczne*. Taka ikra pełni funkcję nasion, które dopiero w obecności wody „kiełkują” uwalniając półcentymetrowe larwy. Od tej chwili dla N. fuzeri zaczyna się wyścig z czasem. Zaledwie w ciągu dwóch tygodni rybki odbywają tarło by zdążyć zdeponować ikrę w dnie i nie przeżywają kolejnej pory suchej. Nawet gdy zaistnieje szansa dłuższego cieszenia się życiem, na przykład w akwariach ośrodków naukowych, matuzalemowie tego gatunku dożywają maksymalnego wieku 4 lat.

Nothobranchius furzeri zagrzebka starzenie Platzer Englert Trends in Genetics
Ilustracja przedstawia wygląd zagrzebek z długowiecznego rodu w różnym wieku. Zdjęcia pochodzą z publikacji Platzer i Englert 2016.

Ta niezwykła właściwość powiązana jest, a w zasadzie wynika z szeregu mocy specjalnych w jakie ewolucja wyposażyła te ryby**. Obok mechanizmów zapewniających odporność na wysuszenie i wysokie zasolenie, rozwijające się embriony dysponują odpornością na niedostatek tlenu i są w stanie niemal całkowicie zatrzymać procesy życiowe nie jeden, ale trzy razy podczas rozwoju w jaju. Dzięki temu gotowe już larwy mogą trwać w fazie diapauzy w osłonkach jajowych w pełni gotowości na pierwsze opady. Żeby zaś dobrze wykorzystać krótki czas gdy środowisko oferuje możliwość popływania, w rozwoju tych rybek uległy zmianie procesy migracji komórek, a pośpieszność podziałów i intensywność metabolizmu wspierana jest bardzo wydajnym systemem naprawy DNA. Jeżeli pora deszczowa trwa wystarczająco długo, zagrzebki są w stanie przejść cały rozwój bez przerw, starając się upchnąć kolejne pokolenie (lub dwa) w jednym sezonie deszczowym. Te właściwości mają dla badaczy nie tylko ogromną wartość poznawczą, ale dają obietnice głębszego wglądu w procesy różnicowania komórek i rozwoju technik bioinżynierii, dla której świętym Graalem jest skuteczne wytwarzanie spersonalizowanych narządów do przeszczepów.

Proces starzenia również jest centrum zainteresowania licznych grup naukowców. Możliwość zbadania zmian aktywności genów w tak krótkim czasie jak życie zagrzebek jest kuszącą perspektywą dla badań zmierzających do identyfikacji genów mających wpływ na przebieg i tempo procesów starzenia kręgowców. Szczególnie gdy wyraźnie daje się zidentyfikować rody tych ryb o zróżnicowanej maksymalnej długości życia. Gdy uda się wyłowić geny którymi różnią się rody zagrzebkowych matuzalemów od rodów dożywających ledwie roku i określić funkcje tych genów, może stać się możliwym podjęcie skutecznej walki ze schorzeniami i dysfunkcjami towarzyszącymi starzeniu się ludzi. Wszak w każdym z nas ukryta jest ryba.

* Taki stan fizjologiczny nazywany jest diapauzą. Wśród roślin i bezkręgowców jest całkiem powszechny, ale u kręgowców zdarza się tylko u nielicznych gatunków karpieńcowatych. Bohater dzisiejszej notki jest ekstremistą pośród tej grupy.

** Krewnym zagrzebek, również należącym do rzędu karpieńcowatych (Cyprinodontiformes) jest strumieniak , który także jest nietuzinkową rybą.

Tomasz Kijewski

Obrazek w nagłówku przedstawia parkę zagrzebek. © FLI/Nadine Grimm

 

Jeśli chcesz wiedzieć więcej:

Wyszukaj nazwę „Nothobranchius furzeri” w serwisie Science Daily

Naumann B. i Englert C.: Dispersion/reaggregation in early development of annual killifishes: Phylogenetic distribution and evolutionary significance of a unique feature; Developmental Biology 2018

Platzer M. i Englert C.: Nothobranchius furzeri: A Model for Aging Research and More; Trends in Genetics 2016

Reichard M. i inni: Turquoise killifish; Current Biology 2015

Sahm A. i inni: Outgroups and Positive Selection: The Nothobranchius furzeri Case; Trends in Genetics 2016

Vrtilek M. i inni: Extremely rapid maturation of a wild African annual fish; Current Biology 2018

 

 

Ryba z piekła rodem

Wydaje się całkiem prawdopodobne, że obecne upały stanowią preludium do gorącego lata. Takie warunki stwarzają zagrożenie dla wielu gatunków, ale bohater dzisiejszej notki lubi takie warunki.

 

Karpieniec diabli, Cyprinodon diabolis, to prawdziwy twardziel. Ta niepozorna, żwawa rybka, dorastająca do 3cm spędza całe swoje dwunastomiesięczne życie w rejonie, który trudno podejrzewać o bogactwo ichtiofauny. Karpieniec diabli żyje bowiem w Newadzie, w miejscu zwanym Devil’s Hole (chyba stąd nazwa rybki, bo wygląda bardzo przyzwoicie) na pustyni Amargosa, kilka strzałów z łuku od sławnej Doliny Śmierci. Jest uważany za najbardziej odizolowany gatunek ryb na Ziemi.

I chociaż na brak ciepła w tej okolicy nie ma co narzekać, środowiskiem zasiedlanym przez ten gatunek jest źródło termalne, w którym woda pozostaje w stałej temperaturze 33-34 stopni. Rzecz jasna, w głębszych rejonach źródła temperatura jest wyższa, ale dopiero 43 stopnie stanowią górną granicę tolerancji tych ryb. To drugi rekord.

Jak możecie przeczytać tutaj, rozpuszczalność tlenu w wodzie maleje ze wzrostem temperatury. Karpieniec jest odporny na brak tlenu wykorzystując ten sam mechanizm co nasze karasie pod lodem. Gdy robi się duszno, pozyskuje energię z przemiany glikogenu w alkohol.

Kolejny rekord dotyczy zasięgu występowania tego gatunku, bowiem obszar przezeń zajmowany wynosi około 20 metrów kwadratowych. Owszem, znalazłem także informację, że ryby te spotykano na oszałamiającej przestrzeni 68 metrów kwadratowych, ale wciąż tylko w jednym i tym samym termalnym źródle. Zresztą z opisu wynika, że do większości z tych 68 metrów rybki tylko zapływają, gdyż jest tam za ciepła woda.

Rozumiecie: Obszar Występowania Całego Gatunku!

DevilsHole NPS photo Kurt Moses
Pracownicy Służby Parków  Narodowych podczas badań tego niezwykłego siedliska.  © Kurt Moses

 

Niektórzy twierdzą, że C. diabolis zamieszkuje to niegościnne środowisko nawet od 60tys lat, inni wiążą pojawienie się rybki ze zmianami warunków hydrologicznych pod koniec ostatniego zlodowacenia 11 tys. lat temu, a jeszcze inni głoszą, że tak mała populacja nie miałaby szans trwać dłużej niż parę tysięcy lat. Genetycy mogą dyskutować do upadłego na ten temat, bo ocena wieku populacji wynika ze stopnia zróżnicowania genetycznego i jest tym bardziej precyzyjna im liczniejsza jest populacja oraz badana próba. Tymczasem liczebność tego gatunku waha się dość mocno, od ponad 500 osobników do niespełna 40 wywołując irytację u genetyków, a u ekologów stany euforii i apatii na przemian. Na dodatek tempo mutacji które akumulują się u tego gatunku jest podwyższone, więc genetycy muszą bardzo ostrożnie i niemal po omacku dobierać parametry do swoich kalkulacji.

Wobec tej dynamiki populacji i wrażliwości na powodzie, deszcze oraz ruchy sejsmiczne, C. diabolis uznany jest za gatunek krytycznie zagrożony, a okolica jego występowania znajduje się pod szczególna ochroną. To znaczy ogrodzona jest siatką.

devils hole cyprinodon © Dan Suzio

devils hole cyprinodon
Rezerwat specjalny Devil’s Hole. © Robert Shallenberger/U.S. Fish and Wildlife Service

 

Ichtiolodzy próbowali także hodować karpieńca diablego w akwariach, jednak nie udało się doprowadzić do rozrodu. Lepsze efekty uzyskano krzyżując karpieńce z pokrewnymi gatunkami, ale jak się zastanowić – gdzie jest sens biologiczny takich działań?

Tomasz Kijewski

Jeśli chcesz wiedzieć więcej:

Dzul M.C. i inni: Identifying sources of error in surveys of devils hole pupfish (Cyprinodon diabolis); The Southwestern Naturalist 2012

Heuton M. i inni: Paradoxical anaerobism in desert pupfish; Journal of Expewrimental Biology 2015

Martin C.H., Höhna S: New evidence for the recent divergence of Devil’s Hole pupfish and the plausibility of elevated mutation rates in endangered taxa; Molecular Ecology 2018

Reed J.M., Stockwell C.A.: Evaluating an icon of population persistence: the Devil’s Hole pupfish; Proceedings. Biological Sciences 2014

Sağlam İ.K. i inni: Phylogenetics support an ancient common origin of two scientific icons: Devils Hole and Devils Hole pupfish; Molecular Ecology 2016

Karaś na bani

Troszeczkę dla ochłody, a troszeczkę w powiązaniu z notką, która pojawi się za chwilę, przypominam wpis, który ukazał się tuż przed założeniem bloga na Wordpress.

Popularne w domowych akwariach i ogrodowych stawach złote karasie (Carassius auratus), podobnie jak ich dziki krewny karaś pospolity (C. carassius), wykazują się pewną niezwykłą cechą, co może ucieszyć mniej dbałych właścicieli akwariów lub sadzawek. W skrajnie zamulonej wodzie lub pod lodem, gdy dla innych ryb jest morderczo jest za mało tlenu, karasie radzą sobie co najmniej nieźle. Jeżeli zmagazynowały odpowiednio duży zapas energii pod postacią glikogenu*, są w stanie przetrwać w warunkach skrajnego deficytu tlenu nawet 5 miesięcy bez uszczerbku na zdrowiu. Fenomen ten zadziwiał ichtiologów i biochemików przez długie lata, aż wreszcie został rozwiązany przez naukowców z Uniwersytetów w Oslo, Liverpool i Lillehammer. Stwierdzili oni funkcjonowanie u karasi unikalnego mechanizmu przemiany beztlenowej, w którym zamiast kwasu mlekowego powstaje dużo bezpieczniejszy i przede wszystkim łatwiejszy do usunięcia z organizmu – etanol. Odkryciu towarzyszyła konstatacja, że w warunkach beztlenowych karasie mają poziom etanolu rzędu 0,3 promila. Otwiera to nową ścieżkę badań biochemicznych w kierunku wyjaśnienia jak to się dzieje, że ryby te nie doświadczają syndromu alkoholowego. Póki co zaobserwowano tylko, że będąc pod wpływem pływają wolniej.

Cóż za wspaniały wynalazek natury – wystarczyłoby na dłuższą chwilę wstrzymać oddech, jak w niektórych praktykach medytacyjnych. Ale niestety, nie każdemu to dane. Karasiom ten szczęśliwy szlak metaboliczny przydarzył się około 8 milionów lat temu, w czasach gdy rozchodziły się linie ewolucyjne karasia i karpia. Wtedy doszło do zdublowania genomu tych ryb, co dla większości zwierząt jest nieosiągalne. Znaczna część dodatkowego materiału genetycznego została przy tym wyzwolona spod porządkującej presji selekcyjnej i w ogólnym bałaganie doszło do powstania tego przystosowania na bazie powszechnych enzymów rozkładających alkohol.

* Takie przypomnienie z biochemii: Glikogen jest podstawowym materiałem zapasowym w organizmach zwierząt. Jego przemiana w normalnych warunkach prowadzi do uwalniania glukozy i utlenienia jej do dwutlenku węgla i wody z wydzieleniem energii. W warunkach deficytu tlenu podczas tych przemian powstaje kwas mlekowy, którego działanie w niewielkich dawkach poznał chyba każdy. Większe dawki są zabójcze.

Tomasz Kijewski

Na zdjęciu złoty karaś w jednej z dziwniejszych wersji hodowlanych. Nie wierzcie gdy ktoś powie, że ryba wstrzymuje oddech w celach rozrywkowych.  © Lerdsuwa via Wikimedia Commons // GFDL, CC-BY-SA

Jeśli chcesz wiedzieć więcej:

C.E. Fagernes: Extreme anoxia tolerance in crucian carp and goldfish through neofunctionalization of duplicated genes creating a new ethanol-producing pyruvate decarboxylase pathway; Nature Scientific reports; 2017

Piszczałka

Przedstawiciel rodzaju Synodontis, giętkoząb cętkowany był jednym z bohaterów poprzedniej notki. Dziś macie okazję poznać innych przedstawicieli tego rodzaju, którzy wyróżniają się nieszablonowymi rozwiązaniami ewolucyjnymi. Ale najpierw trzeba wyjaśnić kwestię nazewnictwa, bo polska nazwa wydaje się nieadekwatna. Ich zęby są twarde i ustawione w gęstą szczoteczkę, jak u wielu sumów.

synodontis zęby scotcat com
Zęby synodonta. Żródło: www.scotcat.com

Łacińskie słowo „synodontis” oznacza natomiast piszczałkę i to określenie, naśladowane zresztą w języku angielskim „squeaker catfish” jest jak najbardziej adekwatne. Te ryby są dosyć głośne. Jednak piszczące dźwięki nie są wydawane przy zaangażowaniu pęcherza pławnego, jak to bywa u innych ryb, a dzięki pocieraniu płetw piersiowych o specjalne bruzdy na brzuchu. To dla nich sygnał alarmowy „drapieżnik” i ogólny objaw zdenerwowania. Chociaż wiadomo, że te ryby nie opiekują się ikrą, uważa się, że te ćwierkające dźwięki służą w dużej mierze ostrzeganiu narybku przebywającego w okolicy. Nie jest to unikalna cecha (nawet jeśli pominąć świerszcze), bo podobny sposób komunikacji zaobserwowano także u innych sumów, np. Ictalurus punctatus, o którym krótka wzmianka znajduje się tutaj.

Jednak wśród giętkozębów wykształcił się dodatkowy kanał komunikacyjny, z którym mieliście do czynienia w innej notce. Na swój własny użytek giętkozęby wyewoluowały sobie system komunikacji elektrycznej. Jest to specjalnie wykształcony mięsień na grzbiecie, który emituje łagodne impulsy elektryczne, chociaż jak dowodzą badacze tych ryb, organ elektryczny w ich przypadku jest ewolucyjnie odmienny od tych które są u elektrycznych węgorzy. Tę właściwość zyskał bowiem mięsień, który u innych ryb służy do wprawiania pęcherza pławnego w wibracje, czyli do klasycznego sposobu komunikacji akustycznej ryb.

synodontis_schoutedeni_ JJphoto
Synodontis_schoutedeni piszczący giętkoząb. © JJPhoto

 

Innym dziwakiem jest giętkoząb czarnobrzuchy Synodontis nigriventris. Wyróżnia się on odstępstwem od jednej z bardziej oczywistych cech budowy zewnętrznej ryb jaką jest gradient ubarwienia. Czy ryba żyje w mulistych jeziorach, czy w krystalicznej wodzie; grzbiet ma ciemny a brzuch jasny. Dzięki temu zarówno oglądana z góry jak i z dołu, wpasowuje się zgrabnie w naturalny rozkład światła. Leżące na dnie flądry, przepraszam – płastugi, mają dolny bok zupełnie bialutki, górny zaś dopasowują do kolorystyki otaczającego dna niczym kameleony. Ryby żyjące w batialu, na granicy oceanicznego wielkiego mroku, nawet podświetlają sobie brzuchy by od spodu być bardziej niewidzialne. A Synodontis nigriventris nie. Ta rybka ma ciemny brzuch i jasny grzbiet. Giętkoząb czarnobrzuchy jest niewielką rybą dorastającą do 10cm i pochodzi z dorzecza rzeki Kongo. Spotykany jest także w akwariach. Ewolucyjny oportunizm przodków tej ryby sprawił, że zachowuje się dość dziwnie jak na rybę, a w szczególności na suma. Otóż, pradawne giętkozęby jeszcze-nie-czarnobrzuche zauważyły zasobną niszę pokarmową na powierzchni wody. Mniej lub bardziej przypadkowo znajdujące się tam owady stały się specjalnym przysmakiem tych ryb. Jednak wobec takiego feleru, że sumy generalnie mają pyski otwarte ku spodowi ciała, wiele pradawnych giętkozębów przypłaciło te łatwe posiłki życiem, przykuwając jasnym brzuchem uwagę rybożernych stworzeń czyhających nad wodą. Prostszą ścieżką ewolucyjną okazało się wyselekcjonowanie odmienności barwnych niż przebudowa paszczy, więc z pokolenia na pokolenie te rybki stawały się coraz ciemniejsze na brzuchu.

Synodontis nigriventis
Synodontis nigriventris, opaczek

W polskiej akwarystyce ryba ta nosi wdzięczną nazwę „opaczek” bo istotnie prawie wyłącznie pływa brzuchem do góry i w takiej pozycji odpoczywa, schowana pod korzeniami, w grotach i podobnych kryjówkach.

Zwyczaj odpoczywania do góry brzuchem (ha ha) jest też udziałem innych sumów, na przykład akwariowych „glonojadów” vel zbrojników. Jednak te ryby pływają grzbietem do góry, choć istnieją przekazy ustne o osobnikach, które na modłę opaczków pożywiają się karmą sypaną na powierzchnię wody. Czyżby nowy trend ewolucyjny?

Tomasz Kijewski

Zdjęcie w nagłówku przedstawia giętkozęba wielkopłetwego, Synodontis eupterus i pochodzi z biblioteki Wikimedia.

Jeśli chcesz wiedzieć więcej:

Blake RW, Chan KH: Swimming in the upside down catfish Synodontis nigriventris: it matters which way is up; Journal of Experimental Bilogy 2007

Lechner W. i inni: Ontogenetic development of auditory sensitivity and sound production in the squeaker catfish Synodontis schoutedeni. BMC Biology, 2010

Bardzo sympatyczny opis giętkozęba czarnobrzuchego znajduje się w IV tomie książki Nauka świata Dysku. (Terry Pratchett, Jack Cohen, Ian Stewart)