Rozmowy między dzbanecznikiem a nietoperzem

Autor: Ed Yong

Wyobraźcie sobie nietoperza, który leci przez dżunglę w Borneo. Woła, że szuka miejsca na spędzenie nocy. A roślina mu odpowiada.

Tą rośliną jest Nepenthes hemsleyana – roślina mięsożerna, która nie bardzo radzi sobie z jedzeniem mięsa. Jest to dzbanecznik i jak u wszystkich jej krewnych liście ukształtowane są w formę dzbanka. Mają być pułapkami. Owady powinny je badać, spadać ze śliskiego brzegu i topić się w stawie płynu na dnie dzbanka. Dzbanek wypuszcza następnie enzymy trawienne, żeby rozłożyć trupy i zaabsorbować ich azot, którego jest bardzo mało w bagnistej glebie, gdzie rosną te rośliny.

Ale N. hemsleyana ma bardzo duże dzbanki, w których jest dziwnie mało płynu i które nie uwalniają żadnych oczywistych wabików owadów. Kiedy zaś Ulmar Grafe z University of Brunei Darussalam zajrzał im do środka, zobaczył siedmiokrotnie mniej owadów niż w innych dzbanecznikach.Zamiast tego znalazł małe nietoperze.

Grafe zwerbował na pomoc Caroline i Michaela Schönerów z University of Greifswald, zespół małżeński, który pracuje z nietoperzami. Razem znajdowali raz za razem ten sam gatunek – Kerivoula hardwickii  - mieszkające wewnątrz tych roślin i nigdzie indziej. W niektórych wypadkach były tam maluchy przytulone do rodziców.

Roślina przystosowała się na przyjęcie tych lokatorów: to dlatego ich dzbanki są obszerniejsze niż przeciętnie i mają mało płynu. Nietoperze zaś odpłacają im się swoimi odchodami. Odchody nietoperza – guano – są bogate w azot i zespół badaczy odkrył, że zaopatruje to dzbaneczniki w jedną trzecią ich potrzeb. Ta mięsożerna roślina porzuciła już właściwie zabijanie owadów i utrzymuje się z wynajmowania lokali.

Wszystko to opublikowano w 2011 r. Od tego czasu Schönerowie i Grafe odkryli inną niezwykłą stronę relacji między nietoperzem i dzbanecznikiem. „Zaczęło się to, kiedy szukaliśmy tych roślin w lesie – opowiada Michael Schöner. – Mieliśmy masę trudności. Roślinność jest gęsta a dzbaneczniki zielone”.

Problem powinien być jeszcze gorszy dla nietoperzy. Nawigują przez echolokację: wydają wysokie piski i „widzą” świat w odbijającym się echu. „W tych lasach dostajesz odbicie od wszystkiego, od każdej rośliny, od każdego liścia, jaki tam jest” – mówi Schöner. Żeby było jeszcze trudniej, nietoperz musi odróżnić N. hemsleyana od blisko spokrewnionego, podobnego w kształcie i znaczne częściej występującego gatunku, który nie nadaje się na zamieszkanie. Jak to robią?

W Ameryce Południowej są kwiaty, które mają podobny problem: zapylają je nietoperze, ale w jakiś sposób muszą ściągnąć je do siebie w całym zatłoczeniu lasu deszczowego. Robią to przez zamianę kwiatów w anteny sonarowe, które odbijają zawołania echolokacyjne nietoperza. Schönerowie zastanawiali się, czy dzbanecznik także wyewoluował akustyczne „kocie oczka”.

Skontaktowali się z Ralphem Simonem z University of Erlangen-Nürnberg, który przybył z robotem – głową nietoperza.

Ma ona centralny głośnik i dwa mikrofony, które wyglądają jak uszy nietoperza. Używał jej do bombardowania dzbanecznika ultradźwiękami z różnych kierunków i mierzenia siły echa.

Zespół odkrył, że tylna ściana N. hemsleyana – odcinek, który łączy wieczko z komorą główną – jest niezwykle szeroka, wydłużona i zakrzywiona. Jest jak antena paraboliczna. Silnie odbija nadchodzące ultradźwięki w kierunku, z którego nadeszły na dużym obszarze. Inne dzbaneczniki, które żyją w tym samym środowisku, nie mają takiej struktury. Zamiast tego ich tylne ścianki odbijają przychodzące zawołania na strony. Tak więc, kiedy nietoperz Kerivoula hardwickii  zasypuje las wysokimi piskami, echo odbite od N. hemsleyana powinno wyróżniać się jak latarnia.

Czy to właśnie dzieje się? Dla sprawdzenia zespół zmodyfikował reflektory dzbanecznika. Powiększali je po bokach, doklejając części; zmniejszali je, obcinając boki nożyczkami; i odcinali je całkiem (podtrzymując wieczko wykałaczkami). Potem ukryli zmodyfikowane rośliny w krzewach, które umieścili w namiocie z nietoperzami.

Nietoperz i dzwoneczekNietoperzom zabierało znacznie mniej czasu znajdowanie dzbaneczników o powiększonych lub niezmodyfikowanych reflektorach niż o przyciętych lub amputowanych. Kiedy zaś miały wybór, na ogół wchodziły do tych, które miały naturalne, niezmienione reflektory. Silne echo zdawało się je przyciągać, ale kiedy były już blisko, dokonywały rozważniejszej decyzji w sprawie tego, czy znalazły właściwy gatunek.

Zespół odkrył także, że Kerivoula hardwickii  wydaje zawołania o najwyższym dźwięku kiedykolwiek zarejestrowanym u nietoperzy. Nie potrzebują tak wysokich frekwencji do polowania i inne polujące na owady nietoperze nawet się nie zbliżają do tej wysokości dźwięku. Zespół sądzi, że te dźwięki nadają się szczególnie do wykrywania celów w zatłoczonym środowisku. Przy tych piskach nietoperza i reflektorach rośliny partnerzy mogą odnaleźć się w najbardziej nieprawdopodobnych okolicznościach. Nietoperz dostaje dom, a dzbanecznik nagrodę z odchodów.

Not Exactly Rocket Science, 9 lipca 2015

Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska

Polskie tłumaczenie ukazuje się równolegle w Listach z naszego sadu

Myszy z wszczepionym ludzkim DNA mają większe mózgi

Autor: Ed Yong

Od około 5 do 7 milionów lat ewolucji dzieli nas od naszych najbliższych krewnych – szympansów. Przez ten czas nasze ciała znacznie rozwinęły się, podobnie jak umiejętności umysłowe jakie posiadamy. Stworzyliśmy język mówiony i pisany, matematykę i zaawansowane technologie – między innymi urządzenia, które mogą sekwencjonować nasz genom. Dzięki nim odkryto, że genetyczny dystans między nami, a szympansami, jest subtelniejszy niż myślano: dzielimy z naszymi kuzynami około 96 do 99 % DNA.

Niektóre obszary naszego genomu wyewoluowały ze szczególną prędkością, szybko kumulując mutacje odróżniające je od ich odpowiedników u szympansów. Można znaleźć te regiony porównując różne ssaki i szukając odcinków, które są zawsze takie same, z wyjątkiem tych występujących u ludzi. Naukowcy zaczęli identyfikować te „przyspieszone u ludzi regiony” (z języka angielskiego HAR- humanaccelerated regions), jakąś dekadę temu. Wiele z nich okazało się sekwencjami wzmacniającymi, które same w sobie nie wchodzą w skład genu, lecz kontrolują aktywność poszczególnych genów, dając im sygnał kiedy i gdzie działać. Są raczej czymś w rodzaju trenera niż samego zawodnika.

Skłania to do myślenia, że te szybko ewoluujące wzmacniacze dyrygując naszymi genami doprowadziły do ewolucji najbardziej charakterystycznych cech naszego gatunku. Między innymi do powstania przeciwstawnego kciuka i wyjątkowo dużego mózgu. Istnieją na to dowody. Jeden z obszarów HAR kontroluje aktywność genów w części ręki, która posiada zawiązki kciuka. Wiele innych możemy odnaleźć  w pobliżu genów zaangażowanych w rozwój mózgu, a co najmniej dwaaktywne podczas jego wzrostu. Dotychczas zebrano wiele nieodpartych dowodów, lecz pozostaje pytanie – co właściwie te sekwencje robią?

By znaleźć odpowiedź J. Lomax Boyd z Uniwersytetu Duke’a przeanalizował listę obszarów HAR w poszukiwaniu tych, które są prawdopodobnie wzmacniaczami. Wytypowano obszar HARE5. Został on zidentyfikowany, ale właściwie nigdy nie był dokładnie przebadany. Podejrzewano tylko, że bierze udział w kontroli aktywności genów zaangażowanych w rozwój mózgu. Ludzka wersja różni się od szympansiej tylko 16 „literami” DNA. Jednak okazało się, że te 16 zmian stanowi wielką różnicę.

Boyd i współpracownicy wprowadzili ludzką i szympansią wersję HARE5 do organizmów dwóch oddzielnych grup myszy. Dodatkowo, by oznaczyć omawiany wzmacniacz, zastosowali niebieski barwnik. Gdy zespół badał zarodki rozwijających się zwierząt, zaobserwował, że poszczególne części ciała gryzoni stają się niebieskie. Były to fragmenty, w których HARE5 przejawiały aktywność –obszary, gdzie doszło do działania wzmacniaczy.

Embrion myszy

W dziewiątym dniu życia zarodki myszy zaczynają budować swój mózg, niewiele później zaczynają działać HARE5. Badacze zauważyli, że ludzka wersja tych obszarów jest znacznie bardziej aktywna od tej występującej u szympansów.Owocuje to większym mózgiem i nieco szybszym startem.

HARE5 wydaje się szczególnie aktywny w komórkach macierzystych produkujących mózgowe neurony. Ludzka wersja tego wzmacniacza przyczynia się do szybszego podziału komórek macierzystych – dzielą się w ciągu zaledwie 9 godzin, w porównaniu z normalnym tempem podziału, który trwa 12. Tak więc w danym okresie czasu, myszy z ludzkim HARE5 wytworzyły więcej macierzystych komórek nerwowych, niż te posiadające wersję szympansią. W rezultacie miały większą liczbę neuronów.

A co za tym idzie, rozwinęły większe mózgi. Różnica w wielkości doszła do 12% w porównaniu do ich odpowiedników z drugiej grupy. „Nie spodziewaliśmy się aż tak dramatycznej różnicy” mówi Debra Silver, która przewodniczyła badaniu.

“Nasze odkrycie jako jedne z pierwszych badań potwierdza czynnościowy wpływ jednego z podanych obszarów HAR” dodaje. „Pokazuje jak zaledwie kilka zmian w naszym DNA może w znacznym stopniu wpływać na sposób rozwoju mózgu. Testy przeprowadzaliśmy tylko na myszach więc nie jesteśmy w stanie stwierdzić czy podobne rezultaty wystąpiłyby u ludzi. Istnieją jednak silne dowody wskazujące na to, że jest to ze sobą powiązane.”

„Jestem podekscytowana tym, że ludzie zajęli się badaniem tego problemu (obszarów HAR) i dowiadują się do czego one służą,” mówi Katherine Pollard z Instytutu Gladstone’a, będąca jedną z pierwszych badaczek, wśród naukowców którzy zidentyfikowali omawiane sekwencje. „ Naprawdę trudno było dowiedzieć się, co do licha te fragmenty robią. Badanie każdego trwa latami. Ci ludzie, pokazując zmiany w cyklu komórkowym i w wielkości mózgu, zrobili więcej niż cała reszta.”

„Myszy wykorzystano bardzo mądrze, pozwoliło to na ujawnienie  różnic między ludźmi a szympansami” twierdzi Arnold Kriegsteinz Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Francisco. „Różnica w wielkości mózgu nie jest kolosalna, jednak idzie to we właściwym kierunku”.

Nie przekonuje to Eddy’egoRubin’a z Joint Genome Institute w Stanach Zjednoczonych. Jego troskę budzi fakt, że metody stosowane przez zespół mogły obarczyć myszy wieloma kopiami HARE5 umieszczonymi w różnych obszarach ich genomu. W rezultacie nie można być do końca pewnym, czy różnice pomiędzy dwiema badanymi grupami gryzoni powstały właśnie wskutek takiego przebiegu sprawy, czy też ich przyczyną jest wspominane 16 sekwencji wzmacniających różniących ludzi od szympansów. „To rzuca znaczny cień na wyciągnięte wnioski” mówi Rubin. „Jest to interesujące badanie poruszające ważne kwestie, jednak wyniki powinny być przyjmowane z przymrużeniem oka.”

Zespół Silver nadal kontynuuje badania nad HARE5. Teraz gdy myszy osiągnęły wiek dorosły, można przeprowadzić testy pokazujące, czy osobniki z większymi mózgami zachowują się inaczej. Jest to bardzo istotne. Nie zawsze większy mózg idzie w parze ze zwiększoną inteligencją. Naukowcy przyglądają się również kilku innym sekwencjom wzmacniającym. Na przykład jedna z nich prawdopodobnie kontroluje geny wpływające na wzrost neuronów.

“Myślę, że HARE5 to tylko wierzchołek góry lodowej,” twierdzi Silver. „Prawdopodobnie jest to jeden z wielu regionów, które wyjaśniają dlaczego nasze mózgi są większe od szympansich. Teraz, gdy wstępnie mamy już próbny wzorzec, możemy rozpocząć poszukiwania pozostałych wzmacniaczy.”

Not Exactly Rocket Science, 19 luty 2015

Tłumaczenie: Justyna Trawińska

Polskie tłumaczenie ukazuje się równolegle w Listach z naszego sadu.

Ogon ćmy i nietoperze

Autor: Jerry Coyne

Saturniidae jest dużą rodziną ciem (około 2300 gatunków) i jest także rodziną dużych ciem, włącznie z niektórymi największymi i najpiękniejszymi na świecie.

Samica ćmy Actias luna
Oto jedna z nich: Actias luna; ta ćma jest samicą. Proszę zauważyć dwie cechy tego owada: długie „ogony” na tylnych skrzydłach i oczka pawie na tych samych skrzydłach. Jest jeszcze jedna cecha, której nie widać: podobnie jak jętki, dorosłe wykluwają się bez części gębowej, a więc nie mogą jeść. Żyją tylko po to, by kopulować i stworzyć następne pokolenie, i umierają w tydzień po wydostaniu się z kokonu.

 

Wiadomo było od pewnego czasu (dzięki eksperymentom), że pawie oczka służą do zdezorientowania drapieżników, głównie ptaków, które je atakują i choć mogą uszkodzić skrzydła, nie dziobią w głowę i tułów, dając dziobniętej ćmie szansę ucieczki. Jest w tym oczywista korzyść selekcyjna. (U niektórych łuskoskrzydłych pawie oczka mogą także odstraszyć napastnika, bo przypominają oczy groźnych ptaków, takich jak sowy.)
Ale o co chodzi z tymi długimi ogonami? Nowy artykuł w Proceedings of the National Academy of Sciences (US) autorstwa Jesse Barbera i kolegów (odnośnik poniżej; darmowe streszczenie i pdf) sugeruje, że pomagają dezorientować drapieżne nietoperze. Podobnie jak większość ciem, Saturniidae na ogół latają w nocy, a więc są obiektem polowań zwierząt, które nie widzą zbyt dobrze: w tym nietoperzy! Nietoperze polują przy pomocy sonaru i autorzy sprawdzali hipotezę, że „ogony” ciem, które kręcą się i ruszają podczas lotu, stanowią atrakcję dla nietoperzy. Nietoperze atakują je i zostawiają tułów w spokoju. Pojawiła sie hipoteza, że te ogony wyewoluowały, by pomóc ćmom w ucieczce przed drapieżnikami.
Badacze wpuścili ćmy Actias luna razem z mroczkami brunatnymi (Eptesicus fuscus) do zaciemnionego i dźwiękoszczelnego pomieszczenia i filmowali w podczerwieni, co się dzieje,  (oraz przysłuchiwali się również przy pomocy ultra czułych mikrofonów). Mieli tam osiem nietoperzy i 162 ćmy, jak również ćmy „kontrolne”. W każdej próbie wpuszczali do pomieszczenia jedną nienaruszoną ćmę Actias luna, jedną Actias luna z usuniętym ogonem, jak również kontrolną ćmę omacnicowatą. Dla wygody filmowania ćmy były przywiązane do sufitu długimi włóknami monofilament. Actias luna i mroczki brunatne nie żyją w tych samych miejscach w przyrodzie, więc nietoperze polowały na ćmy, których nigdy przedtem nie „widziały”.
Oto wyniki podane w tym artykule, pokazujące, że ćmy z ogonami miały znacznie większe szanse przeżycia takiego eksperymentu (można także obejrzeć pięć filmów,< które pokazują zachowania nietoperzy). Podkreślenie w poniższym jest moje:


Nietoperze schwytały 34,5% (liczba obecnych ciem; n = 87) Actis luna i 81,3% (n = 75) ciem bez ogonów – przewaga w przeżyciu 46,8% dla ciem z ogonami na tylnych skrzydłach (Fig. 1). Regresja logistyczna układów mieszanych ujawniła, że ćma bez ogona ma 8,7 razy większe prawdopodobieństwo [przedział ufności (CI) = 2,1–35,3] złapania niż ćma z ogonami.
Podczas każdej sesji dawaliśmy nietoperzowi jedną nienaruszoną Actias luna, jedną A. luna z usuniętym ogonem i 1-2 ćmy omacnicowate jako kontrolę. Ćmy kontrolne były chwytane w 97,5% (n = 136) przypadkach.

Nietoperze mniej więcej w połowie przypadków atakowały ogony nienaruszonych ciem, a kiedy to robiły, udawało im się złapać ćmę tylko w 4% wypadków. Kiedy jednak atakowały tułów ćmy z zachowanym ogonem równie często udawało im się ją zabić, jak wtedy, kiedy atakowały ćmy z usuniętymi ogonami (72%).
Choć te wyniki są silną wskazówką, że ogony mogły wyewoluować, by pomóc ćmom w umknięciu nietoperzowi, jest tu kilka zastrzeżeń.


1. Być może trudniej było złapać ćmy z ogonami po prostu dlatego, że były większe niż ćmy bez ogonów.
 Mroczki brunatne łapią ćmy przez objęcie ich skrzydłem, a następnie zagarnięcie do jamy gębowej. Być może, jest po prostu trudniej złapać w ten sposób ćmy z ogonami, a więc ogony nie wyewoluowały, by dezorientować nietoperze, ale by trudniej było je zgarniać. Dla sprawdzenia tego autorzy dali nietoperzom inne ćmy z rodziny Saturniidae, które nie mają ogonów (Antheraea polyphemus), ale mają jeszcze większe ciała i skrzydła niż Actias luna, co sugeruje, że większa powierzchnia ma znaczenie, ale efekt nie był wystarczająco duży, by wyjaśnić różnicę między całą ćmą i ćmą z usuniętym ogonem. Jednak prawdopodobieństwo, że ogony mają znaczenie poza zwiększeniem rozmiaru, nie było imponujące: wartość p (prawdopodobieństwo, że ogony nie mają prawdziwego znaczenie poza tym, które pojawia się przypadkowo) była marginalnie znacząca – mniej niż 5%. Jest to znaczące statystycznie, ale niezbyt imponujące.


2. Być może, istnieją inne naciski selekcyjne, które wyjaśniają ogony u ciem. 
Jednym z proponowanych wyjaśnień jest to,że pomagają ćmom lepiej latać. Autorzy przeanalizowali latanie ciem nienaruszonych i ciem z obciętymi ogonami i stwierdzili, że zmieniła się tylko częstotliwość uderzeń skrzydłami z 10 do 11 HZ (czymkolwiek to jest) – ale twierdzą, że nie zmieniła się żadna cecha lotu, która mogłaby pomóc ćmom w unikaniu drapieżników.
No dobrze, to już jest coś. Ale co z doborem płciowym? Czy długie ogony mogą być atrakcyjne dla samic, samców lub jednych i drugich? Autorzy uważają to za mało prawdopodobne, ponieważ samce i samice mają ogony o podobnych wymiarach (cechy dobrane płciowo często różnią się wielkością lub złożonością między płciami i zazwyczaj samce mają większe lub bardziej złożone cechy). Ponadto ćmy kopulują w nocy i nie używają wizualnych wskazówek przy łączeniu się w pary. U niektórych gatunków ciem samce mają jednak dłuższe ogony niż samice, ale autorzy mówią, że może to być spowodowane nie doborem płciowym, ale naciskiem ze strony drapieżników: samce spędzają więcej czasu na lataniu niż samice, bo latają w poszukiwaniu samic, a więc są pod większym naciskiem unikania drapieżników. Brzmi to trochę jak powoływanie się na szczególne okoliczności.
W sumie sądzę jednak, że autorzy mają rozsądny argument na to, że ogony utrudniają ataki  drapieżników, chociaż miło byłoby zobaczyć eksperymenty z innymi gatunkami ciem z ogonami. Ponadto, niska istotność tych wyników, szczególnie w testach na hipotezę o wymiarach ciała, jest nieco niepokojąca. Niemniej wyniki są lepsze niż zwykłe popatrzenie na ćmy i wymyślenie adaptacyjnej opowieści bez przetestowania jej! Było bardzo trudno przeprowadzić ten eksperyment.
Wreszcie, autorzy chcieli wiedzieć, jak wiele razy ogony Saturniidae wyewoluowały niezależnie. Zestawili drzewo rodowe grupy używając pięciu genów jądrowych i jednego mitochondrialnego, a następnie nałożyli na to rozmiary ogonów. Drzewo filogenetyczne + diagram rozmiarów ogonów pokazane poniżej pokazuje wyraźnie, że długie ogony wyewoluowały w tej grupie niezależnie co najmniej cztery razy (zacienione na szaro części drzewa). Dałem oryginalny podpis (nie spolszczony. MK), żebyście zobaczyli, co znaczą kolory:

ML molecular phylogeny of saturniid moths showing multiple independent origins of hindwing tails. Filled black circles indicate origin of tails. Open circles indicate losses. Branch colors indicate length of hindwing tail from absent (blue) to >50 mm (red), based on Phytools continuous character evolution analyses. Numbers by branches are bootstrap values. Gray shading denotes groups that have spatulate tails and contain species with tail lengths greater than 37.5 mm (the average for A. luna, n = 10). The images of saturniid moths used in these experiments are labeled: (A) A. luna and (B) A. polypheumus. Bold type and asterisks denote species that have tails longer than 37.5 mm. In combination with our bat–moth interaction data, this phylogeny suggests that tails serving a clear anti-bat function have evolved 4 times. Three additional origins of very short tails, of uncertain function, are also apparent.

ML molecular phylogeny of saturniid moths showing multiple independent origins of hindwing tails. Filled black circles indicate origin of tails. Open circles indicate losses. Branch colors indicate length of hindwing tail from absent (blue) to >50 mm (red), based on Phytools continuous character evolution analyses. Numbers by branches are bootstrap values. Gray shading denotes groups that have spatulate tails and contain species with tail lengths greater than 37.5 mm (the average for A. luna, n = 10). The images of saturniid moths used in these experiments are labeled: (A) A. luna and (B) A. polypheumus. Bold type and asterisks denote species that have tails longer than 37.5 mm. In combination with our bat–moth interaction data, this phylogeny suggests that tails serving a clear anti-bat function have evolved 4 times. Three additional origins of very short tails, of uncertain function, are also apparent.

Można to zakończyć klasycznym banałem często używanym przy wnioskach z badań naukowych: “Potrzebne są dalsze badania”. Niemniej wiemy nieco więcej niż wiedzieliśmy przedtem i te wyniki mogą prowadzić innych do odkrycia dodatkowych i nieoczywistych strategii przeciwko drapieżnikom wśród ciem. Jak to do znudzenia powtarzamy w grze Darwina: „Ewolucja jest mądrzejsza od ciebie”.

Why evolution is true, 18 luty 2015

Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska

Polskie tłumaczenie ukazuje się równolegle wListach z naszego sadu.

O pochodzeniu kolorowych twarzy małp

Te afrykańskie małpy znane są ze swoich pięknych i różnorodnych twarzy. Koczkodan nadobny ma białe wąsy i brodę i pomarańczowe słońce na czole. Koczkodan czubaty: ciemne powieki, czarny czub, para białych pasm na czole i bujna złota broda. Koczkodan czerwononosy: różowy nos pijaka, ciemny wał nad oczodołami, białe kępki wokół oczu i czerwone uszy. Każdy gatunek koczkodana, a jest ich między 24 a 36, ma własne, wyróżniające się oznaki na twarzy.Dlaczego?

“Słyszysz to?” pyta James Higham.
Słyszę. Jest to głośny, skrzeczący dźwięk w tle naszej rozmowy telefonicznej.
“To wkurzona samica rezusa” – wyjaśnia.
Rezusy często występują w eksperymentach laboratoryjnych, ale ta szczególnie głośna samica jest częścią grupy żyjącej dziko w Portoryko. Bada je Higham, antropolog z New York University. Interesują go ich twarze, które różnią się kolorami od bladoróżowego do jaskrawoczerwonego. Konkretnie zaś chce się dowiedzieć, czy samice taksują samców według intensywności koloru.
“Stoję około 5 metrów od niecałkiem dorosłego samca, który był z 3-letnią samica i oni często kopulują – opowiada. – Jest tu dużo innych małp i wielkie, niebieskie morze Karaibskie wokół”. Jak na pracę terenową nie wygląda to na ciężką harówkę.

Kolorowe twarze małpy
Nie da się powiedzieć tego samego o innej grupie małp z barwnymi twarzami, które bada Higham – o koczkodanach. Te afrykańskie małpy znane są ze swoich pięknych i różnorodnych twarzy. Koczkodan nadobny ma białe wąsy i brodę i pomarańczowe słońce na czole. Koczkodan czubaty: ciemne powieki, czarny czub, para białych pasm na czole i bujna złota broda. Koczkodan czerwononosy: różowy nos pijaka, ciemny wał nad oczodołami, białe kępki wokół oczu i czerwone uszy. Każdy gatunek koczkodana, a jest ich między 24 a 36, ma własne, wyróżniające się oznaki na twarzy.
Dlaczego?
W latach 1980. zoolog James Kingdon wysunął tezę, że rozpoznają one członków własnego gatunku po twarzach. Wiele z tych małp żyje w tym samym miejscu, a niektóre podróżują w dużych, mieszanych grupach. Razem żyją, żerują i pilnują się przed drapieżnikami, ale kiedy przychodzi pora kojarzenia się, twarze pozwalają im na znalezienie partnera własnego rodzaju.
Miało to sens; testowanie jednak jest trudne. Przede wszystkim, koczkodany żyją w koronach lasu i poruszają się szybko. Trudno przyjrzeć się ich twarzom, nie mówiąc już o obserwowaniu, jak przypatrują się wzajemnie swoim twarzom.
Ich wzory są skomplikowane, jak więc obiektywnie je porównywać? Jeśli dwa koczkodany mają żółte bokobrody i różowe nosy, ale inaczej ukształtowane czoła i oczy innego koloru, to czy są podobne? Trochę różne? Bardzo różne? Ludzie są bardzo nieudolni w takich zadaniach; musimy ograniczyć się do porównywania konkretnych rysów, co frustrowało Kingdona.
Higham wybrał inną metodę. Razem z postdoktorantem Williamem Allenem zrobił setki zdjęć 22 gatunków koczkodanów w różnych zoo i rezerwatach przyrody i zanalizował je techniką eigenface – programem rozpoznawania twarzy  wypracowanym w latach 1980. Potrafi on określić ilościowo, jak różne są dwie twarze przez porównywanie wielu rysów równocześnie.
Ta technika ujawniła, że gatunki koczkodanów, które żyją razem, mają bardziej różniące się twarze. Wspiera to hipotezę Kingdona, że barwne palety twarzy pomagają sąsiadującym ze sobą małpom na rozpoznawanie własnego rodzaju, mimo że żyją w tym samym lesie. W odróżnieniu od tego, gdyby twarze były adaptacjami do czegoś w środowisku małp – na przykład, poziomu światła – wtedy gatunki żyjące razem byłyby bardziej podobne. W rzeczywistości jest odwrotnie.
Następnie Higham i Allen chcieli wiedzieć, czy małpy potrafią zdobyć więcej informacji oglądając wzajemnie swoje twarze. Czy koczkodany potrafią określić wiek lub płeć drugiego koczkodana? Czy potrafią rozpoznawać jednostki tak jak my?
Użyli programu komputerowego do dwupoziomowego przeanalizowania 541 zdjęć z tego samego miejsca: albo wzór ogólny, albo konkretne rysy – jak jaskrawość, kolor, kształt lub rozmiar brwi i plamki na nosie. Chcieli zobaczyć, czy program potrafi w oparciu o te cechy klasyfikować małpy według wieku, płci lub rozpoznawać je jako jednostki. Na przykład, czy po obejrzeniu zdjęć różnych małp program potrafi zidentyfikować jedną z nich na nowym zdjęciu? A także, czy po zobaczeniu zdjęć małp obu płci potrafi powiedzieć, czy nowa małpa jest samcem, czy samicą?
Program oblał testy zarówno wieku, jak płci – najwyraźniej nie ma niczego w twarzy koczkodana, co ujawnia te cechy. Wypadł jednak świetnie w rozpoznawaniu zarówno gatunku, jak jednostek. To pierwsze nie jest zaskakujące, ale to drugie jest.
Jak sugerował Kingdon i jak potwierdził Higham, koczkodany żyjące razem wyewoluowały tak różny wygląd, jak to możliwe. Potrzeba różnic między gatunkami powinna ograniczać różnice wewnątrz gatunków. „Jeśli twój wygląd różni się bardzo od innych z twojego gatunku, ryzykujesz, że wezmą cię za coś innego” – Mówi Higham. Ten rodzaj „stabilizującego doboru” powinien prowadzić do wyraźnie różniących się gatunków, ale bardzo podobnych jednostek – niemniej odkryto coś innego. Jeden koczkodan potencjalnie może rozróżniać swoich sąsiadów jednym rzutem oka.
Oczywiście nie ma gwarancji, że to, co widzi program, jest tym, co rzeczywiście widzą koczkodany. Higham przeprowadza obecnie pewne eksperymenty, żeby zobaczyć, czy różnice, które potrafi odkryć komputer, istotnie są oczywiste dla samych małp. Próbuje nawet dronów, żeby sprawdzić, czy da się przyjrzeć bliżej koczkodanom, kiedy skaczą po koronach drzew.
Tymczasem uważa, że jego metoda może być szeroko przydatna dla naukowców, którzy badają sygnały zwierząt: „Jest wiele prac nad sygnałami kolorem u zwierząt i wiele z nich jest dość prostych, jak: Plamki tej jaszczurki wahają się od bladoróżowego do jaskraworóżowego. Ale wiele tych sygnałów jest bardzo skomplikowanych. Jak więc je zmierzyć?” Uczenie się komputerowe daje możliwość. “Działa to niezależnie, czy chodzi o koczkodana, osę, czy muchodławkę rajską, czy właściwie cokolwiek”.

Not Exactly Rocket Science, 5 luty 2015

Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska

Polskie tłumaczenie ukazuje się równolegle w Listach z naszego sadu.

Skaczący DNA i ewolucja ciąży

Autor: Ed Yong

Dziobak

Mniej więcej dziesięć lat temu Vincent Lynch napisał e-mail do Franka Grutznera i poprosił o próbkę tkanki ciężarnego dziobaka. Został uprzejmie spławiony.

Po mniej więcej ośmiu latach Grutzner zgłosił się do Lyncha. Jego zespół ma tkanki dziobaka, którego zagryzł jakiś pies. Mają macicę. Czy Lynch nadal chce kawałek?

“O rany, jasne!”

Dziobak był ostatnią, krytyczną częścią projektu, o którego wykonaniu Lynch, pracujący obecnie na University of Chicago, marzył od czasu, kiedy był studentem. Chciał badać ewolucję ciąży u ssaków, a konkretnie, zmiany genetyczne, które przekształciły stworzenia składające jaja (takie jak dziobak), w stworzenia, które rodzą żywe młode (jak my).
Dziobak ma krótką ciążę. Płód siedzi w macicy 2 do 3 tygodni, otoczony cienką skorupką jaja i odżywiany prymitywnym łożyskiem. Następnie wyłania się jako jajo. Torbacze, jak kangury i koala, także mają krótkie ciąże. Ale matki rodzą żywe młode, które żyją sobie w torbach aż podrosną. Inne ssaki – łożyskowce – trzymają swoje dzieci w macicy tak długo, jak to możliwe, odżywiając je poprzez skomplikowane łożysko. Ich ciąże potrafią być maratońskie – u słonia do dwóch lat.
Przeskok od składania jaj do żywych porodów był olbrzymi. Ssaki musiały przejść od trzymania pokrytego skorupką embriona przez kilka tygodni, do odżywiana płodu przez długie miesiące. Żeby zrozumieć, jak dokonały tego skoku, Lynch porównywał 13 różnych zwierząt, w tym składające jaja, takie jak dziobak; torbacze, takie jak opos krótkoogonowy; oraz łożyskowce, takie jak pies, krowa i pancernik. Skatalogował wszystkie geny, które każdy gatunek włącza w macicy podczas ciąży. Porównał następnie te różne zestawy, żeby dojść do tego, kiedy ssaki zaczęły (lub przestały) używać tych genów podczas rozmnażania.
Odkrył tysiące różnic, znacznie więcej niż się spodziewał. Na przykład, setki genów biorą udział w tworzeniu minerałów skorupki jaja; są aktywne w macicy dziobaka, ale milczące w macicach ssaków żyworodnych. I odwrotnie, torbacze i łożyskowce zaczęły aktywować setki genów biorących udział w tłumieniu układu odpornościowego i w przekazywaniu sygnałów hormonalnych między matką i płodem.
To wszystko ma sens. Embrion dziobaka jest podczas swojego krótkiego pobytu w macicy oddzielony od matki – i jej układu odpornościowego – przez skorupkę. „To jakby embrion miał płaszcz” – mówi Lynch. Kiedy ssaki wyewoluowały żyworodność, płaszcz zniknął i powstał problem. Każdy płód ma tylko połowę tych samych genów, co matka, więc układ odpornościowy matki uznaje tę grudkę rosnącej tkanki za potencjalne zagrożenie. Wczesne torbacze i łożyskowce – aby obywać się bez jaj w skorupkach – musiały wyewoluować sposoby opanowania reakcji immunologicznych, ale tylko w macicy. Potrzebne im także były sposoby wymiany sygnałów z embrionami. „Płód musi móc powiedzieć, Hej, tutaj jestem, a mama musi móc odpowiedzieć, Acha, no to w porządku” – mówi Lynch.
Jego badanie pokazuje, że zrobiły to przez zmianę przeznaczenia olbrzymiej liczby genów, które już miały swoje role w innych narządach, takich jak jelita, mózgi i krwiobieg. Ale jak? Jak zwierzę angażuje gen – lub tysiące genów – w innym narządzie?
Odpowiedź obejmuje skaczący DNA. Wiele odcinków genomu potrafi wyciąć się z otaczającego DNA i wkleić się gdzie indziej. Inne potrafią skopiować się i wstawić duplikaty w nowe miejsca. Te sekwencje są pasożytami genomowymi – reprodukują się, często kosztem swoich gospodarzy. Jeśli zakłócają funkcjonowanie innych genów w miejscu lądowania, mogą spowodować raka i inne choroby. Czasami jednak usadawiają się tam, gdzie są użyteczne.
Pomyśl o skaczącym DNA jak o podczerwonym czujniku w telewizorze. Czujnik rozpoznaje bodziec – sygnał z twojego pilota – i włącza telewizor. Wyobraź sobie, że czujnik robi tysiące kopii samego siebie i jakoś wmontowuje je w urządzenia w całym domu. Teraz, kiedy naciskasz pilota, ożywa telewizor, ale także zapalają się światła, pralka zaczyna chodzić, komputer włącza się i radio zaczyna grać. Przez powielanie i szerzenie czujnika zapewniasz, że ten sam bodziec włącza teraz wiele rzeczy.
To właśnie zdarzyło się podczas ewolucji ciąży, tylko bodźcem nie jest tam podczerwony sygnał, ale hormon o nazwie progesteron. U przodków ssaków łożyskowych skaczący DNA zaśmiecił genom sekwencjami, które rozpoznaje progesteron. Pozwoliły one temu jednemu hormonowi na włączanie olbrzymiej liczby nowych genów w macicy. I zrobiły to w czasie bardzo krótkim jak na standardy ewolucyjne, jak wylicza Lynch, tylko około miliona lat.


Craig Lowe
 ze Stanford University mówi, że przez dziesięciolecia naukowcy snuli teorie, że skaczący DNA mógłby zrobić coś takiego, ale Lynch pokazał, że rzeczywiście tak było. Lowe podejrzewa także, że inni naukowcy posłużą się tą samą metodą do badania ewolucji cech podobnych do ciąży, które początkowo wydają się przytłaczająco skomplikowane.
Istotnie, to właśnie od początku było motywacją Lyncha. Ciekawiło go, jak ewolucja tworzy całkowicie nowe struktury. „Niezbyt dobrze rozumiemy, jak powstaje coś zupełnie innego – mówi. – Łatwo wyobrazić sobie, jak adaptujesz zmiany na bazie istniejącej struktury, żeby otrzymać tylko nieco inną, jak zamiana płetwy w rękę lub w skrzydło nietoperza. Ale jak zaczyna się kończyna?”
Odpowiedź niemal z pewnością dotyczy używania istniejących genów w nowy i innowacyjny sposób. „Czy dzieje się to powoli i krok za krokiem, czy też można mieć duże zmiany genomowe, które reorganizują rzeczy większymi skokami? Nasza praca sugeruje, że możliwe są większe skoki”.

Not Exactly Rocket Science, 29 stycznia 2015

Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska

Polskie tłumaczenie ukazuje się równolegle w Listach z naszego sadu.

Towarzyskim małpom w zimie jest cieplej

Autor: Ed Yong

Jest trzecia nad ranem w RPA i jest to środek zimy. Temperatura spadła tuż poniżej zera i koczkodanowi tumbili – o srebrzystym futrze i czarnej twarzy – jest bardzo, bardzo zimno. Wkrótce wschodzące słońce ogrzeje ziemię do znacznie przyjemniejszej temperatury 25 stopni Celsjusza, ale teraz koczkodan ma przed sobą pięć godzin przenikliwego zimna. Szuka więc ciepła wśród przyjaciół. Kiedy kulą się razem w trzęsącej się kupce, miniaturowe termometry w ich ciałach zapisują ich temperaturę.

Richard McFarland z University of the Witwatersrand wszczepił te urządzenia dwunastu koczkodanom w styczniu 2011 r. Chciał zobaczyć, czy ich więzy społeczne pomagają tym dzikim zwierzętom dawać sobie radę z niesłychanie zróżnicowanymi temperaturami.
Takie badania nie są nowością dla McFarlanda. W 2008 r. badał dwie grupy makaków magotów – mocno zbudowanych małp bez ogonów, które żyją dziko w górach Atlasu w Maroku. Odkrył, że te, które miały silniejsze więzi społeczne miały też większe prawdopodobieństwo przeżycia zimy 2008 r. – wyjątkowo mroźnej i śnieżnej, która zabiła 30 spośród nich. Było to pierwsze badanie, które pokazało, że związki społeczne zwierzęcia mogą wpłynąć na jego szanse przeżycia złej pogody. Pytanie brzmiało: dlaczego?

Koczkodan tumbili, werweta
Jedną możliwością było, że bardziej uspołecznione makaki lepiej utrzymywały ciepło, ponieważ łatwiej im było znaleźć partnerów do przytulenia się, albo mogły kulić się w większych grupach.
Dla przetestowania tego zespół McFarlanda przeniósł się na drugi koniec Afryki. Uśpili dwanaście samic koczkodanów i chirurgicznie wszczepili im zapieczętowane aparaty zapisujące ich temperaturę. Kiedy małpy ocknęły się z narkozy, zespół uwolnił je i policzył, ile miały partnerów społecznych – to jest, ile innych koczkodanów iskały i ile je iskało. Dziewiętnaście miesięcy później zespół odzyskał aparaty zawierające cenne dane.
Dane ujawniły, że podczas zimy temperatura ciała małp często była o trzy stopnie niższa niż w ciągu dnia. W miarę upływu miesięcy te wahania temperatur pogłębiały się. Im więcej jednak partnerów miała małpa, tym stabilniejsza była temperatura jej ciała. Towarzyskość oznaczała stabilność.
Te wyniki dodają nowy aspekt do wartości życia grupowego wśród naczelnych. W kilku klasycznych już badaniach Joan Silk z University of California, Los Angeles, pokazała, że małe pawiany mają większą szansę przeżycia, jeśli ich matki mają silne więzi społeczne. Może tu działać wiele czynników, ale jedną popularną hipotezą jest to, że takie więzi pomagają zwierzęciu uporać się ze stresem. Zgadza się, małpy, które mają bogate kontakty, mają niższy poziom hormonów stresu niż małpy izolowane, a już to samo może pomagać ich układowi odpornościowemu i polepszyć szanse przetrwania. To samo stosuje się do ludzi – ludzie o większych kręgach towarzyskich na ogół są w lepszym stanie zdrowia zarówno fizycznym, jak i psychicznym.
Ale koczkodany tumbili pokazują, że więzi społeczne dają inną bardzo ważną korzyść. „Małpom, które mają lepsze sieci społeczne, jest cieplej w zimie” – mówi Katie Hinde z Harvard University, która nie brała udziału w tym badaniu. „Ma to potencjał ochrony zwierząt przed chorobami i pozostawienia im więcej kalorii potrzebnych w okresie ciąży i karmienia potomstwa”.
W odróżnieniu od pawianów Silk “nie liczą się tu tylko silne więzi – mówi Louise Barrett z University of Lethbridge, która kierowała badaniami. –  Słabe więzi są tu również neutralizowane. Posiadanie wielu towarzyszy oznacza, że możesz mieć większą, kulącą się razem grupę, jak również znaleźć partnera, jeśli twój już jest zajęty. W utrzymywaniu wielu więzi istnieje funkcja praktyczna”. Innymi słowy, ilość liczy się w równym stopniu, jak jakość. Ten efekt może być także ważny w utrzymywaniu razem grupy koczkodanów tumbili i powstrzymywaniu jej członków od rozdzielania się na mniejsze frakcje blisko związanych – ale bardzo zmarzniętych – osobników.
Tulenie sie do siebie nie jest też jedynym sposobem, by grupom było ciepło. Koczkodany tumbili cementują swoją przyjaźń przez wzajemne iskanie, a to poprawia własności izolujące ich futer. „To jest jak potrząśnięcie pierzyną” – mówi Barret.
“Sądzę, że to badanie ma ważne implikacje dla ekologii behawioralnej osobowości” – dodaje Hinde. Chce ona wiedzieć, czy cechy osobowości koczkodanów tumbili wpływają na ich kontakty społeczne i jak te z kolei wpływają na ich sukcesy przetrwania i rozmnażania się. Czy towarzyskie małpy, którym jest ciepło, żyją dłużej niż samotnicy? I jak różni się to w stosunku do innych części Afryki, gdzie jest inny klimat? Czy w regionach, gdzie temperatura jeszcze bardziej waha się w ciągu doby, małpy są bardziej zintegrowane?

Not Exactly Rocket Science, 25 stycznia 2015

Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska

Polskie tłumaczenie ukazuje się równolegle w Listach z naszego sadu.