Najlepiej oceniony projekt Bekker NAWA! Dr Maciej Mańko pojedzie do Uniwersytetu Yale
Propozycja badań dr. Macieja Mańko z Pracowni Badań Planktonu w Katedrze Biologii Morza i Biotechnologii została oceniona najlepiej w naborze do programu Bekker NAWA, wspierającego mobilność międzynarodową badaczy. Na jesieni br. dr Maciej Mańko pojedzie do Uniwersytetu Yale, gdzie wraz ze światowej klasy specjalistami będzie zgłębiał tajemnice fragmentacji rurkopławów.
Marcel Jakubowski: - Rurkopławy zachwycają już u samych podstaw swojego jestestwa. Czy mógłbyś pokrótce opowiedzieć, co to za stworzenia?
Dr Maciej Mańko: - Rurkopławy to kolonijne parzydełkowce, czyli bliscy kuzyni meduz. Ich struktura polega na tym, że stanowią całą kolonię połączonych ze sobą pojedynczych organizmów, z których każdy ma inną funkcję. Jedne elementy służą do przemieszczania się, inne do zbierania pokarmu, a jeszcze inne posiadają funkcje rozrodcze.
- Czym taka struktura różni się od struktury np. człowieka, którego organizm także posiada elementy pełniące różne funkcje?
- Aby odpowiedzieć na to pytanie, musimy się cofnąć do sposobu, w jaki powstają te stworzenia. Rurkopławy rozpoczynają swoje życie jako niewielka larwa o długości 0.5 mm, tak zwana planula, która dryfuje po oceanie. Ta niewielka struktura zaczyna pączkować kolejne elementy, które tworzą kolonię. Dorosły rurkopław ma kolonię linearną - to znaczy, że przybiera formę długiej linii, w której pączkowanie postępuje nieustannie, czyli cały czas dodawane są nowe elementy. To trochę tak, jakby z szyi wyrastały nam bez przerwy kolejne ręce, nogi czy inne organy. Co ważne, każdy gatunek rurkopława ma bardzo konkretną sekwencję dobudowywania nowych elementów kolonii.
- Czy istnieje jakaś granica ich rozwoju? Czy dopóki mają odpowiednie warunki, będą się rozrastać w nieskończoność?
- Tego nie wiemy. To jedno z kluczowych pytań, obok pytania o to, jak długo żyją rurkopławy. Rekordziści mają ponad 40 metrów, zatem zdecydowanie wygrały tytuł najdłuższych bezkręgowców w oceanie.
- W ramach projektu dofinansowanego z programu im. Bekkera Narodowej Agencji Wymiany Akademickiej zbadasz fragmentację tych stworzeń, czyli oddzielanie się części kolonii. Jak taka fragmentacja następuje i co się potem dzieje z tymi fragmentami rurkopława?
- Tym zagadnieniem zacząłem się interesować już w ramach poprzedniego projektu, finansowanego z programu Preludium Narodowego Centrum Nauki. Badałem w nim bardzo precyzyjną fragmentację występującą tylko u niektórych rurkopławów. Te gatunki same decydowały, że chcą odciąć część samych siebie. Oddzielały końcowy fragment kolonii z elementami do pływania, zdobywania pokarmu i przede wszystkim funkcjami rozrodczymi. Taki fragment dryfował w oceanie i następnie rozmnażał się z dala od kolonii rodzicielskiej.
- Czy rurkopławy mogą zostać podzielone nie tylko z własnej woli?
- W ramach stypendium Bekkera zajmę się fragmentacją najdłuższych rurkopławów, które wedle naszej wiedzy nie dzielą się z własnej woli. Natomiast może zajść sytuacja, że w taką kolonię wpłynie ryba i kolonia rozbije się na mniejsze kawałki. Te fragmenty są w stanie przeżyć w głębiach toni wodnej setki i tysiące metrów pod wodą. Mają doskonałą pływalność, więc ani nie opadną na dno, ani nie zostaną wyniesione na powierzchnię. Mogą rozmnażać się i zdobywać pokarm. W projekcie chcemy sprawdzić, czy taka oportunistyczna zdolność do fragmentacji wpływa na to, jak kształtuje się genetyka populacyjna tych zwierząt. Czyli czy populacje żyjące w różnych częściach oceanu łączą się ze sobą za pomocą tych fragmentów. Zakładamy, że fragment rurkopława może dryfować bardzo długo wraz z prądami morskimi, nawet na drugi koniec oceanu - i tam rozmnażać się z drugą populacją.
- Taki rurkopław nie jest w stanie przemieszczać się świadomie, tylko płynie z prądami morskimi. Jaka jest szansa, że w przeogromnym oceanie trafi akurat na innego przedstawiciela swojego gatunku?
- To świetne pytanie, na które nie znamy definitywnej odpowiedzi. Mniejsze rurkopławy są w stanie pływać w wybranym przez siebie kierunku i odbywać związane z cyklem słonecznym dobowe wędrówki pionowe. Oznacza to tyle, że wieczorem wypływają ku powierzchni, a o świcie zanurzają się w głębszych warstwach wody. Natomiast u takich większych rurkopławów część odpowiedzialna za pływanie stanowi jedynie ok. 0.1% długości ich kolonii. Nie ma możliwości, aby coś tak małego uciągnęło całą kolonię. Zakładamy więc, że przenoszą się one pasywnie w wodzie.
- Istnieją jakieś hipotezy na temat tego, jak im się to udaje?
- Cały czas mamy rurkopławy na świecie, więc ten sukces rozrodczy występuje. Wskazówką tutaj może być np. synchroniczność rozmnażania. Takie zjawisko jest dobrze udokumentowane u koralowców. Wszystkie osobniki danego gatunku wypuszczają gamety do oceanu w tym samym momencie. Synchronizują to zwykle z fazami księżyca. W ten sposób zmniejszają ryzyko, że wypuszczone gamety będą obumierały w toni wodnej, i zwiększają szansę na zapłodnienie. Być może u rurkopławów też coś takiego występuje, to w końcu bliscy kuzyni koralowców.
- Czy mówiąc o rurkopławach, masz na myśli wszystkie ich podrzędy?
- W takiej klasycznej taksonomii wyróżniamy trzy podrzędy rurkopławów, nazywają się one Cystonectae, Physonectae i Calycophorae. Te nazwy rozróżniają rurkopławy zależnie od budowy kolonii. U Cystonectae nie występują elementy służące do pływania, tj. nektofory. Do tego podrzędu należy m.in. żeglarz portugalski, który unosi się na powierzchni oceanu za pomocą pęcherza wypełnionego tlenkiem węgla. U pozostałych dwóch podrzędów mamy już elementy służące do pływania - u Calycophorae jeden lub dwa, a u Physonectae będzie ich wiele. Rodzina Apolemidae należy do tego ostatniego podrzędu. Posiada zazwyczaj od 8 do 12 elementów służących do pływania. Cechą charakterystyczną tej rodziny jest to, że posiada drobne struktury pomiędzy nektoforami, które nie występują u żadnego innego rurkopława. Niestety funkcji tych elementów nadal nie znamy.
- Jak wynika z twoich odpowiedzi, wciąż wielu rzeczy nie wiemy o rurkopławach. Co cię najbardziej nurtuje z tych niewiadomych, czego chciałbyś się najbardziej o nich dowiedzieć?
- Osobiście najbardziej interesuje mnie ich różnorodność, głównie odkrywanie gatunków, których jeszcze nie znamy. Brałem udział w kilku rejsach oceanicznych, podczas których zbieraliśmy zwierzęta z różnych głębokości - i praktycznie każda próbka to kilka nowych dla nauki gatunków. Jeśli chodzi o biologię rurkopławów, to najbardziej nurtuje mnie ich biologia rozwoju, czyli jak to się dzieje, że z tak niewielkiej larwy powstaje gigantyczny twór kolonijny, oraz jak długo te zwierzęta żyją.
- Która jednostka w rurkopławie podejmuje decyzje, np. o fragmentacji czy kierunku przemieszczania się kolonii?
- Przygotowałeś same świetne pytania, ponieważ i w tym zakresie nie znamy definitywnej odpowiedzi. U rurkopławów nie obserwujemy żadnej centralizacji układu nerwowego. Czysto teoretycznie moglibyśmy założyć, że każdy element ma tyle samo do powiedzenia, natomiast jakaś koordynacja musi występować. Mimo że są to zwierzęta kolonijne, to wykazują się pewnymi cechami behawioralnymi, które wskazują na bardzo wysoki stan koordynacji akcji pomiędzy elementami. Mniejsze rurkopławy układają kolonie w spiralę, dzięki czemu zwiększają pole powierzchni, z której zdobywają pokarm. Takie ułożenie wymaga współpracy setek organizmów. Element, który łączy kolonię, czyli trzon, wyposażony jest w dwa wielkie neurony biegnące wzdłuż organizmu. Na pewno odgrywają ważną rolę w koordynacji tych elementów, ale jaką? Tego jeszcze nie wiemy.
- Rurkopław to jedno z wielu niesamowitych stworzeń głębin oceanicznych. Dlaczego akurat tysiące metrów pod wodą powstają tak wyjątkowe organizmy?
- Głębie oceaniczne to największe ekosystemy na Ziemi, czyli jest tam dużo miejsca do rozwoju bogatej fauny, natomiast równocześnie stanowią bardzo trudne środowisko do życia. Panuje tam kompletna ciemność, więc trudniej jest zdobyć pokarm. Stąd u wielu zwierząt rozwinęły się organy, które służą do łapania pokarmu, niezwiązane z bodźcami wizualnymi. Panuje bardzo wysokie ciśnienie, więc większość organizmów musiała zrezygnować ze struktur w ciele wypełnionych gazem. Z powodu niskiej dostępności pokarmu przechodzą same siebie, wymyślając różne pułapki, albo mają bardzo szerokie diety, czyli np. wyłapują martwe szczątki organiczne z toni wodnej. To środowisko jest diametralnie odmienne od znanych nam płytkich mórz czy jezior, dlatego zwierzęta też wyglądają zupełnie inaczej.
- Skoro już rozmawiamy o ciemności, to jaką rolę odgrywa bioluminescencja w życiu rurkopławów?
- Zakładamy, że bioluminescencja u stworzeń wodnych służy do wabienia pokarmu, odstraszania drapieżników, szukania partnerów albo do innego rodzaju komunikacji, jak synchronizacja kierunku płynięcia. Do czego ta cecha służy rurkopławom, tego nie wiemy. Jedynym przypadkiem, w którym znamy zastosowanie tego światła, jest przypadek rurkopława, który świeci na czerwono, co w ogóle stanowi ewenement wśród wszystkich zwierząt. Takie czerwone światło na dużych głębokościach dla większości stworzeń sygnalizuje źródło pożywienia. Natomiast u rurkopława struktura, która świeci, to parzydełko. Ryby rzucają się na ten świecący element i natychmiastowo umierają, ponieważ mają kontakt z bardzo mocnymi toksynami.
- Jaką rolę w twoich badaniach odegra wizyta w Uniwersytecie Yale?
- Ta wizyta jest kluczowa dla mojego projektu z dwóch powodów. Pierwszym jest lider zespołu, u którego będę pracował, czyli prof. Casey Dunn. To niekwestionowany autorytet w dziedzinie biologii rurkopławów. Równocześnie jest też cenionym na całym świecie bioinformatykiem. Spora część zaplanowanych przez nas prac dotyczy genomów rurkopławów. Ja nie mam dużego doświadczenia w takiej pracy, więc pomoc Casey’ego będzie tutaj nieoceniona. Drugim powodem jest Muzeum Historii Naturalnej Yale, które jest związane z uczelnią. To największa baza okazów rurkopławów z całego świata. Zatem będziemy mieli zebrany materiał, który jest zdeponowany w tej kolekcji, i wsparcie światowej klasy eksperta, który będzie koordynował te prace.
- Dziękuję za rozmowę.
- Dziękuję.
Tekst za: M. Jakubowski, Zespół prasowy UG
Doktor Maciej Mańko stypendystą programu Bekker NAWA 2023
Projekt badawczy dr. Macieja Mańko, adiunkta w Pracowni Badan Planktonu Katedry Biologii Morza i Biotechnologii, został oceniony jako najlepszy w tegorocznym rozdaniu programu Bekker Narodowej Agencji Wymiany Akademickiej (https://nawa.gov.pl/naukowcy/program-imienia-bekkera/wyniki-naboru).
Dzięki temu, dr M. Mańko odbędzie staż podoktorski na Uniwersytecie Yale, jednym z najbardziej prestiżowych ośrodków akademickich na świecie.