Albo pożerasz, albo zostajesz pożarty
W czasopiśmie „Nature Communications” [kwiecień 2014] ukazał się artykuł dr. hab. Mariusza A. Salamona z Wydziału Nauk o Ziemi Uniwersytetu Śląskiego i jego współpracowników, prezentujący wyniki badań nad szkarłupniami kopalnymi
W morskich głębinach cały czas rozgrywany jest spektakl pełen aktów przemocy, podczas którego wszyscy nieustająco szukają pożywienia, by przetrwać. Ten, który szuka, sam może stać się pożywieniem dla innych, dlatego dynamiczność wspomnianych relacji ukrywa się w ciągłej zmienności funkcji: albo pożerasz, albo zostajesz pożarty. Codzienna batalia trwa od milionów lat, lecz nadal fascynuje dzięki zdolnościom organizmów do zmian form i kształtów, ich przystosowaniu do znanych i nowych zagrożeń oraz subtelnym udoskonalaniu istniejących już mechanizmów obronnych. Wyobraźmy sobie zatem ogromne akwarium, imitujące naturalne środowisko organizmów morskich, i przyjrzyjmy się zachowaniom szkarłupni, bezkręgowych zwierząt, takich jak liliowce, jeżowce czy wężowidła, którymi pasjonują się naukowcy skupieni wokół dr. hab. Mariusza Salamona. Zwierzęta te znajdują się na szczycie drabiny ewolucyjnej wszystkich bezkręgowców. Są organizmami prymitywnymi, aczkolwiek posiadają złożony układ wodny pełniący funkcje pokarmowe, wydalnicze i lokomotoryczne.
Prowadzone dotychczas badania koncentrowały się przede wszystkim na materiałach kopalnych, pochodzących sprzed kilkuset milionów lat, ale niezwykle cenne okazało się porównanie otrzymanych wyników z interakcjami obserwowanymi na przykładzie dzisiejszych szkarłupni. Badane zwierzęta charakteryzują się wysokim stopniem regeneracji uszkodzonych fragmentów ciała. Odrasta jednak nie tylko pożarta przez drapieżnika łodyga czy ramię, lecz również częściowej regeneracji ulega pokiereszowany kielich. Również sama łodyga, a więc element podtrzymujący ciało zwierzęcia, potrafi „żyć” samodzielnie. Zdolność do regeneracji uszkodzonego organizmu to nie jedyny mechanizm decydujący o przewadze w relacji drapieżnik – ofiara. Dr hab. Salamon wymienia także szereg zmian, jakie zaszły w tych organizmach na przestrzeni wieków. Okazuje się, że w tym czasie, czyli około 79–80 mln lat temu, żyło już wiele liliowców, które mogły prowadzić swobodny tryb życia. Dziś większość z nich całkowicie odrzuca łodygę w stadium młodocianym, aby móc sprawnie przemieszczać się po dnie morskim. W 2010 i 2012 roku naukowcy opublikowali w „Proceedings of the National Academy of Sciences” artykuł, z którego wynika, że to właśnie jeżowce zapoczątkowały tę morfologiczną i ekologiczną przemianę wśród liliowców.
– W poprzednim artykule sugerowaliśmy, że nie tylko „oderwanie” od podłoża, lecz również schodzenie na bardzo duże głębokości czy wykształcanie kolców w okolicach kielicha, służących ochronie tego, co najważniejsze, to tylko niektóre z wykształcających się mechanizmów obronnych. Ponadto dzisiaj liliowce są niezwykle kolorowe. To sygnał dla drapieżnika: Uważaj! Jestem toksyczny! Nie zbliżaj się! – mówi naukowiec.
W materiale kopalnym udało się nie tylko znaleźć ślady ugryzień jeżowców, pozostawione na szkieletach liliowców, lecz również zaobserwowane zostały niezwykłe guzki na szkieletach rozgwiazd i wężowideł. Kiedy naukowcy z Uniwersytetu Śląskiego zaobserwowali interesujące wypustki na materiale kopalnym, zwrócili się z prośbą o pomoc do dr. Przemysława Gorzelaka z Instytutu Paleobiologii PAN z Warszawy, który wykonał szereg analiz, w tym zdjęcia pod mikroskopem skaningowym. Tropem do rozwiązania zagadki okazała się praca Joanny Aizenberg z Instytutu Weismana z Izraela. Jej badania koncentrowały się wokół analizy struktur tzw. oczu złożonych współczesnych szkarłupni. Ich struktury mają charakter unikatowy. Otrzymane przez dr. Gorzelaka dane zostały porównane z tymi pochodzącymi z materiału współczesnego i wówczas wszystko stało się jasne – tajemnicze guzki zlokalizowane na materiale kopalnym to struktury oczne. Jest to najstarszy przykład tego prymitywnego narządu wzroku zaobserwowany u szkarłupni, który nie występował we wcześniejszych jurajskich szczątkach. Kolejnym krokiem było połączenie dokonanego odkrycia z tak zwaną mezozoiczną rewolucją morską, podczas której pojawiło się szereg nowych drapieżników zagrażających szkarłupniom. Była to prawdopodobnie najważniejsza przyczyna wykształcenia się struktur ocznych u szkarłupni, które nie widziały wprawdzie dokładnego kształtu, ale wystarczyło, że dostrzegły nad sobą cień jakiegoś innego zwierzęcia i to był dla nich sygnał ostrzegawczy.
Płytki kalcytowe tworzące owe struktury oczne są niezwykle wytrzymałe i mają nadzwyczajne właściwości optyczne. Są już prowadzone badania, pozwalające otrzymać tego typu płytki w warunkach laboratoryjnych. Stały się one inspiracją dla bioników, a więc naukowców, którzy czerpią informacje ze środowiska naturalnego, by je następnie zaadaptować dla potrzeb naszego codziennego życia. Elementy zaczerpnięte z budowy ciała wielu organizmów, w tym również ze szkarłupni, już są na świecie wykorzystywane. Chodzi nie tylko o architekturę (przykładem jest chociażby niezwykle wytrzymała i zarazem giętka konstrukcja pałąkowata inspirowana budową kolca jeżowca), lecz i medycynę. Elementem bionicznym jest na przykład implant ślimakowy, który pozwala głuchoniemym słyszeć.
Ogromną zasługą dr. hab. Salomona i jego współpracowników było dowiedzenie tego, że tzw. oczy złożone u szkarłupni pojawiły się już w okresie kredy i najprawdopodobniej powiązane jest to z mezozoiczną rewolucją morską. Naukowcy rozpoczęli już badania porównawcze nad innymi interakcjami drapieżnik – ofiara.
Małgorzata Kłoskowicz
Artykuł ukazał się drukiem w numerze 9 (219) „Gazety Uniwersyteckiej UŚ” (czerwiec 2014)
