| |
|
 5-6,
2002
Pułapka księżycowa
Z obserwacji zachowań płyną wnioski na tyle generalne, że
mogą bardzo zmodyfikować całe nasze pojęcie o ewolucji, pochodzeniu
pewnych cech behawioralnych, może nawet ludzkich.
Rozmowa z prof. Maciejem Gliwiczem, hydrobiologiem, laureatem
Nagrody FNP za rok 2001
Zaczął Pan od szczegółowych obserwacji, a doszedł do pewnej
ogólnej konkluzji, że relacje między drapieżnikiem a ofiarą
decydują o zmianach ewolucyjnych organizmów.
- To hipoteza Darwina. Ja tylko zaobserwowałem kilka zjawisk
ją potwierdzających. Drapieżnictwo jest jedną z najpotężniejszych
sił doboru naturalnego, ponieważ działa nadzwyczaj selektywnie
i zależnie od zagęszczenia. Drapieżca działa tym silniej,
im większe jest zagęszczenie populacji ofiary. Oczywiście,
nie jest on jedynym czynnikiem doboru naturalnego, ale z
całą pewnością jest czynnikiem najsilniejszym i znacznie
łatwiejszym do zaobserwowania niż np. konkurencja o pokarm.
Szczególnie łatwo jest to zaobserwować w wodach otwartych,
stąd cała moja kariera.
- Jednak z wód otwartych na pole badań wybrał pan jeziora,
a nie morza i oceany?
- Są praktyczniejsze do badań. Jezioro to naturalne laboratorium.
Im dalej od lądu, tym sytuacja jest bardziej klarowna. Dlatego
staram się mieć kilkadziesiąt metrów wody pod kilem, być
gdzieś w okolicy środka zbiornika wodnego. Wtedy mam jednowymiarowy
świat. Przy brzegu strony świata są ważniejsze niż wymiar
pionowy. W wodzie kierunki świata nie mają żadnego znaczenia.
Liczy się tylko głębokość. Cała rzecz może być opisana na
osi pionowej. Im bliżej powierzchni, tym więcej światła potrzebnego
roślinom do fotosyntezowania, im głębiej, tym więcej składników
pokarmowych.
- A jak to się ma do zwierząt?
- To, co roślina zdobywa z wielkim trudem w postaci pojedynczych
składników, zwierzę dostaje w postaci gotowego zestawu
zawierającego wszystkie składniki - opakowane przez błony
komórkowe. Zatem zwierzęta też migrują w górę i w dół,
nie za światłem, lecz za zdobyczą - roślinami i innymi
zwierzętami. Na powierzchni znajdują pokarm, bo tam fotosyntetyzują
rośliny. Zatem, żeby się najeść, trzeba płynąć do góry.
Ale przy powierzchni jest niebezpiecznie, ponieważ jest
światło konieczne dla drapieżnika. Drapieżnik jest wszędzie,
ale w głębinach jest mało światła, można się tam zatem
ukryć przed jego wzrokiem. Najlepsze rozwiązanie to takie,
by nocą być przy powierzchni, a w dzień w głębinie. To
jest przykład, jak drapieżca modyfikuje zachowanie zwierząt,
wywołując dobową migrację zwierząt planktonowych. Wszystkie
zwierzęta muszą migrować, bo jeśli nie migrują, to albo
zdechną z głodu gdzieś głęboko, albo zostaną zjedzone przy
powierzchni.
- Zajmuje się Pan organizmami niewielkimi. Czy to także
ze względu na praktyczność prowadzenia badań?
- Badałem glony, bardzo małe zwierzęta, takie jak wrotki,
i dosyć duże zwierzęta planktonowe, takie jak oczliki i rozwielitki,
a nawet ryby, które się nimi odżywiają. Dafnia, którą badałem
w jeziorach tatrzańskich, ma ok. 3-4 mm, zatem jest zwierzęciem
tak dużym, że nie można jej całej zobaczyć w obrazie mikroskopowym,
bo się w nim nie mieści. Tymczasem zazwyczaj widzimy przez
mikroskop 100-200 zwierząt równocześnie, jeśli to próba ze
środowiska z rybami. Nie jest specjalnie istotne, na którym
poziomie troficznym działamy. Powinien to być poziom najbardziej
dogodny do udowodnienia pewnych tez, które dotyczą każdego
z tych poziomów.
- Początek Pana samodzielnych badań wiąże się z Tatrami.
Pierwsze eksperymenty podobno o mało nie zakończyły się tragicznie?
- Prof. Marian Gieysztor zaproponował, abym na swe magisterium
poszukał jednego z naszych reliktów polodowcowych, zmieraczka
polodowcowego, w przemarzających do dna jeziorkach tatrzańskich.
Zimą dokopaliśmy się przez dwumetrową warstwę śniegu do powierzchni
zamarzniętego Dwoistego Stawu. Wyrąbywaliśmy przerębel i
lód się zawalił. Wpadłem na zamarznięte, suche dno, a na
głowę zwaliła mi się lawina śniegu. Oczywiście moja partnerka
natychmiast mnie odkopała i wszystko skończyło się dobrze.
Moje pierwsze doświadczenia limnologiczne były więc bez wody.
- Wyjaśnijmy, czym jest limnologia?
- Limnologia to nauka o wodach słodkich (i płynących). wodami
słonymi zajmuje się oceanografia.
- Jakie znaczenie dla dalszych Pana badań miało to pierwsze
tatrzańskie doświadczenie?
- Moja przygoda ze zmieraczkiem polodowcowym (Branchinecta
paludosa) nie dała żadnego ciekawego materiału. Prof. Przemysław
Olszewski namówił mnie na przeniesienie się na duże stawy
tatrzańskie i zajęcie się dafniami - wielkimi, pięknie czerwonymi
rozwielitkami.
- Czy wtedy sformułował Pan pierwsze hipotezy dotyczące
drapieżnictwa?
- W Zielonym Stawie tej dafni nie było. Jej szczątki znaleźliśmy
w osadach dennych. Zorientowałem się, że dafnia znikła dlatego,
że w 1948 r. nowotarscy wędkarze zarybili to jezioro pstrągiem
kanadyjskim, który wyciął w pień całą populację dafni. Tak
zaczęła się moja przygoda z drapieżnictwem. Przekonałem się,
że kilkadziesiąt okazów niewielkich ryb w ciągu roku czy
dwóch rozprawiło się z całą populacją dafni, która niegdyś
była jedynym roślinożercą w tym jeziorze. Tam gdzie ryby
nie ma, występuje zawsze jeden gatunek zwierzęcia planktonowego...
- Sugeruje Pan, że drapieżnik nie zubaża, a wzbogaca ekosystem?
- Okazuje się, że tam, gdzie nie ma drapieżcy, występuje
tylko najsilniejszy konkurent, najsprawniejszy w korzystaniu
z zasobów pokarmowych, panuje więc monotonia. Pojawienie
się ryby zasadniczo zmienia sytuację. Zbiornikiem, który
pozwala stwierdzić jak wielka jest rola ryby, jest jezioro
bezrybne. Mamy tam monopolistę, jeden gatunek zwierzęcia
planktonowego, najsilniejszego konkurenta, który utrzymuje
zasoby pokarmu na tak niskim poziomie, że osobniki żadnego
innego gatunku nie są w stanie przeżyć i rozmnażać się.
Gdy są ryby, jest wiele gatunków zwierząt filtrujących,
ale ich liczebność jest zbyt mała, żeby utrzymać glony
na niskim poziomie. Wystarczy usunąć rybę, a jeziora staną
się krystalicznie czyste.
- Mimo że większość badań prowadzi Pan w Polsce, to przełomowe
znaczenie dla Pańskich hipotez badawczych miały badania w
Panamie i w Mozambiku.
- Pojechałem do Panamy z wiedzą, która do dziś pokutuje w
podręcznikach akademickich, że w strefie umiarkowanej gatunki
zmieniają się zależnie od pory roku - są gatunki zimowe,
wiosenne, letnie. Jadąc do tropiku nie spodziewałem się takich
zmian, bo nie ma tam wiosny ani lata, ani zimy. Cały czas
temperatura jest stała, w okolicach 30 stopni, a wilgotność
bliska 100 procent. Jest to jedno z najbardziej stabilnych
klimatycznie miejsc świata. Wiedząc o tym, że będę miał do
czynienia z jeziorem o stabilnych warunkach, uznałem, że
w tym jeziorze będziemy przez 12 miesięcy mieli taką samą
sytuację. Ku mojemu największemu zdumieniu okazało się, że
zmiany są jeszcze ostrzejsze niż w strefie umiarkowanej.
Zorientowałem się, że za te zmiany odpowiadają ryby. Ryby
wycinają zwierzęta, rośliny planktonowe zaczynają wtedy szybko
rosnąć i pozwalają na szybkie odbudowanie populacji zwierząt,
które szybko wycinają te rośliny, a ponieważ jest dużo zwierząt,
przypływają ryby i wycinają zwierzęta.
- Czy już wtedy postawił pan hipotezę, że w naszym klimacie
zachodzą podobne zmiany?
- Tak, tylko że w naszym klimacie nie są one tak wyraźnie
widoczne, gdyż równocześnie zmieniają się warunki świetlne
i temperatura. Jednak to nie one odpowiadają za dynamikę
zmian życia jeziora. W latach 60. wierzyliśmy, że to są fazy
fenologiczne, przypominające cykle pojawiania się kwiatów
na łące czy w lesie. Tymczasem okazało się, że przy całkowitej
stałości warunków fizycznych i chemicznych, w tym szczególnie
światła i temperatury, najważniejszych czynników środowiska
- mamy zmiany równie ostre jak te, które obserwujemy w naszej
strefie klimatycznej. Powodowało je drapieżnictwo ryby.
- Czy to była rewolucja w limnologii?
- Wokół tej idei powołaliśmy w Europie międzynarodową grupę,
która badała różne jeziora europejskie, później dołączyli
do nas także Amerykanie. Te badania doprowadziły do zasadniczych
zmian poglądów w limnologii. Sytuację z Panamy ekstrapolowaliśmy
na inne jeziora. Tak powstała praca czterech autorów -
Austriaka, Niemca, Szkotki z Anglii i Polaka. Jest to moja
najważniejsza praca. Połowa moich cytowań z niej właśnie
wynika. Prezentuje ona coś w rodzaju modelu zmian sezonowych
w jeziorze, do którego wszyscy porównują to, co sami zaobserwują.
To był udany pomysł.
- Co ważnego i nowego odkrył Pan w Mozambiku w Afryce?
- Prowadziłem prace na Cabora Bassa - jednym z dwu jezior
zaporowych na Zambezi. Niestety, początkowo poza łódką,
siatką, z którą nigdy się nie rozstaję, i 25-metrową linką
nie miałem żadnych instrumentów, bo skrzynia z aparaturą
gdzieś się zapodziała. Zacząłem pobierać próby. Zdumiewało
mnie, że w tych próbach nie było żadnych zwierząt. Trwało
to kilka miesięcy. Dopiero kiedy przyjechała ta skrzynia
i zacząłem ciągnąć próby z większej głębokości, okazało
się, że zwierzęta są, ale pochowane w mroku głębiny. Kiedy
po raz pierwszy zaryzykowałem popłynąć nocą, były przy
powierzchni. Okazało się, że jest ich z dnia na dzień coraz
więcej, a potem nagle, też z dnia na dzień, ich liczebność
gwałtownie spada - prawie ich nie ma. Potem znów ich liczebność
rośnie, aż nagle znów spada. Okazało się, że był to cykl
księżycowy. Zwierzęta były tak sprytne, że w ciągu dnia
przebywały dość głęboko, poniżej 25 m, więc nie mogłem
ich łowić krótką liną, ale także ryby miały problem z ich
znalezieniem. Jezioro leży blisko równika. Noc trwa 12
godzin, a zapada w ciągu 5 minut, bardzo gwałtownie. Gdy
księżyc jest w pełni, słońce zachodzi o godzinie 18, a
księżyc wschodzi i nic się nie dzieje - jest widno i zwierzęta
siedzą głęboko. Następnego dnia księżyc nie jest już w
pełni, ale wciąż bardzo jasno świeci. Jednak nie wschodzi
już wraz z zachodem słońca, ale godzinę później. Po zachodzie
słońca robi się zupełnie ciemno. Zwierzęta podchodzą do
góry, a ponieważ żyją 6-15 dni, nie mogą "wiedzieć", że
za chwilę zrobi się jasno. Mogą to jednak "wiedzieć" żyjące
znacznie dłużej - rok czy dwa - ryby. Powstaje "pułapka
księżycowa". Ryby czekają na ten moment, kiedy zaskoczone
nagłym światłem prawie pełnego księżyca zwierzęta planktonowe
stają się widocznym, łatwym łupem. W ciągu 15 minut, zanim
zwierzęta zorientują się, że jest jasno i uciekną w głąb,
ok. 90 proc. z nich pada łupem ryb. W ciągu jednej lub
dwóch takich nocy zwierzęta planktonowe zostają prawie
całkowicie wytrzebione. To jest zupełnie innego typu relacja
między drapieżnikiem i ofiarą niż np. relacja lwa i antylopy.
To jest drapieżnictwo typu zbieractwa raczej niż myślistwa.
- Jakie wnioski wysnuł Pan z tych obserwacji?
- Drapieżnictwo ryby jest niezwykle silnym czynnikiem determinującym
zachowania zwierząt planktonowych i ich liczebność. W tej
chwili próbujemy weryfikować kolejne hipotezy. Np. tę,
że bez względu na to, ile zjedzą zwierzęta, jak szybko
wyrosną, ile mają dzieci, jak szybko się reprodukują, jak
szybko rośnie zagęszczenie populacji, zagęszczenie populacji
zostanie określone przez ryby. One sprowadzą je do takiego
poziomu, poniżej którego dalsza eksploatacja jest nieopłacalna,
a nawet niemożliwa. Wycinając w pień jeden, ryba musi przejść
na inny gatunek, np. ten, który dotychczas nie był dla
niej interesujący. W ten sposób mamy kolejną hipotezę,
że ryba determinuje relatywne zagęszczenie różnych gatunków.
Ryba nie tylko określa zagęszczenie populacji różnych gatunków,
ale utrzymuje te populacje na poziomie, który jest charakterystyczny
dla każdego z nich. Gatunki o dużych wymiarach są oczywiście
trzymane na niskim poziomie, mniejsze na większym. Skład
gatunkowy zooplanktonu w jeziorze jest determinowany przez
ryby planktonożerne i wiąże się z odległością reakcji,
czyli odległością, z jakiej ryba jest w stanie zobaczyć
osobnika danego gatunku. Im mniejszy, tym trudniej go zobaczyć
i upolować.
- Czy te wszystkie hipotezy postawił Pan już w Mozambiku?
- Nie, te ostatnie sformułowaliśmy z moimi współpracownikami
w Polsce. Uwagę naszą zwróciło zagęszczenie populacji różnych
gatunków. Pojawiło się pytanie, dlaczego jeden gatunek
rozwielitki, dafnia, występuje w każdym jeziorze mazurskim
w zagęszczeniu 10 osobników na litr, a drugi, trochę większy,
występuje przez całe lato i wiosnę w zagęszczeniu tylko
jednego osobnika na litr. Magda Śliwowska zmierzyła odległość
reakcji ryby. Uzyskała informację, że dafnia liczniejsza
widoczna jest z 8 cm, natomiast drugi gatunek - z 4 cm.
Bardzo łatwo przejść z tej różnicy na różnicę w objętości
kuli, gdyż ryba widzi naokoło (stąd określenie obiektywu
fotograficznego o bardzo dużym kącie widzenia - "rybie
oko"). Ryba widzi obie dafnie w tym samym zagęszczeniu,
gdyż większą dafnię widzi w większej kuli niż mniejszą.
Jeśli tej większej dafni robi się mniej niż jeden osobnik
na litr, ryba przestaje się nią interesować i je tę drugą,
której - jak sądzi ryba - jest więcej. Za chwilę ryba uzna
jednak, że tej większej dafni jest więcej - tak widzi to
ryba - i znów zaczyna jeść tę większą. W ten sposób reguluje
zagęszczenie każdego z gatunków w jeziorze.
- Pana badania wskazują, że relacje między drapieżcą a ofiarą
determinują pewne zmiany genetyczne w tych zwierzętach.
- Konieczność unikania drapieżcy stwarza niezwykle silną
presję selekcyjną wśród ofiar. Najłatwiej pokazać to na zachowaniach
migracyjnych. Dzięki tej presji u ofiary powstają nowe cechy
behawioralne. Zmienia się również historia życia, np. decyzja,
kiedy przystąpić do rozrodu. Ucieczką dafni przed drapieżnictwem
może być podjęcie decyzji o wcześniejszym przystąpieniu do
rozrodu, gdy dafnia jest mniejsza, a zatem gorzej widziana
przez rybę. Zapis genetyczny nie tylko się zmienia, ale przechodzi
do następnego pokolenia. To jest typowy przykład obrony antydrapieżniczej.
- Także migracji dobowych nie wiązano z drapieżnictwem,
a Pana ponowne badania w Tatrach potwierdziły, że to drapieżnik
jest za te migracje odpowiedzialny. O co chodzi?
- Wiemy, że w Tatrach są środowiska z rybami, jak np. Morskie
Oko, zwane też Rybim Jeziorem, gdzie ryby są od kilku tysięcy
lat, czyli od ostatniego zlodowacenia, ale także zupełnie
bezrybne. Między tymi dwoma krańcami mamy np. Zielony Staw,
do którego w 1962 r. wpuszczono ryby, Wielki Staw w Dolinie
Pięciu Stawów Polskich, do którego ryby wpuścili Krzeptowscy
w latach 70. I szereg innych jezior, zarybionych w różnych
czasach. Co prawda, dafnia została w tych jeziorach całkowicie
wycięta, ale zostały inne gatunki, m.in. skorupiak, widłonóg
- oczlik (Cyclops abyssorum tatricus), trochę mniej wrażliwy
na rybę. Pomysł polegał na tym, aby sprawdzić, jak ten oczlik
rozmieszczony jest w południe, a jak o północy. Zrobiliśmy
to ze studentami i wyszła uderzająca prawidłowość. tam, gdzie
jest ryba, oczlika można w dzień znaleźć na głębokości 40
metrów, np. w Morskim Oku. jeżeli ryba była wpuszczona do
jeziora w latach 60., to oczlik był na 20 metrach, a jeżeli
nie ma ryby, to oczlik w dzień przebywa na tym samym poziomie,
co w nocy - nie ma żadnej migracji dobowej. Przepiękna regresja.
Im dłużej zwierzątko jest pod presją ryby, tym wyraźniejsza
jest migracja i dłuższa amplituda dobowa tej migracji. Ta
praca ukazała się w "Nature" w 1986 r. Wraz z miłym komentarzem.
To druga pod względem liczby cytowań moja praca. Pokazaliśmy,
że behawior ewoluuje, że na przestrzeni kilkudziesięciu pokoleń
ten sam gatunek pod wpływem ryby zachowuje się zupełnie inaczej.
- Metodolodzy nauk uwielbiają używać związku frazeologicznego "nieuzasadniona ekstrapolacja".
Czy nie należałoby tej hipotezy bardzo jasno ograniczyć
do jednego środowiska, czy też są
podstawy by je ekstrapolować na kolejne, wyższe obszary życia?
- Liczę na to, że nie będą to moje ekstrapolacje, że prace
na temat zwierząt wód otwartych, publikowane w dobrych czasopismach,
spowodują u ornitologów czy teriologów próbę weryfikacji
tych hipotez na zwierzętach, którymi się zajmują. Powtórzę
to, co mówiliśmy na wstępie - woda jest wyjątkowo wdzięcznym,
bo prostym środowiskiem do obserwacji. Na lądzie to jest
znacznie trudniejsze, warunki są zbyt zmienne, a czynników
determinujących zachowania zwierząt bardzo dużo.
- Niedawno można było odnieść wrażenie, że biologia odchodzi
od konkretnych roślin czy zwierząt, a badania schodzą na
poziom komórkowy. Tylko tam można znaleźć jeszcze coś nowego
i interesującego. Pana działalność dowodzi jednak, że na
poziomie organizmów można jeszcze odkryć szereg zupełnie
nieznanych, a niezmiernie ważnych prawidłowości.
- Rzeczywiście, w latach 60. wydawało się, że nic więcej
już nie wymyślimy, dlatego większość moich zdolnych kolegów
poszła w stronę genetyki, biologii molekularnej, biotechnologii.
Wciąż w tamtych okolicach jest większy ruch. Jednak daje
się zauważyć pewien renesans badań terenowych, badań behawioru,
historii życia. Z obserwacji zachowań płyną wnioski na tyle
generalne, że mogą bardzo zmodyfikować całe nasze pojęcie
o ewolucji, pochodzeniu pewnych cech behawioralnych, może
nawet ludzkich. Szans odrodzenia się klasycznej biologii
upatrywałbym w ekologii. Zwracamy uwagę na różne gatunki,
dotychczas mało interesujące, w związku z koniecznością poszukiwania
i zachowywania bogactwa genetycznego świata. W różnych, zupełnie
niespodziewanych miejscach, szukamy i odnajdujemy geny czy
substancje cenne dla człowieka. Zatem, z uwagi na prawdopodobne
aplikacje, musimy lepiej poznać świat, zwierzęta i rośliny.
- Czy jesteśmy w stanie przenosić wyniki Pańskich obserwacji
na populację ludzką?
- Jestem przekonany, że cykl menstruacyjny u kobiety jest
pamiątką po czasach życia jaskiniowego, gdy miesiączkowanie
opłacało się tylko wtedy, gdy mężczyźni byli na łowach. A
kiedy byli na łowach? W czasie pełni księżyca, bo w nowiu
łowy są trudne. Antropologowie i medycy stwierdzają, że cykl
menstruacyjny jest to cykl miesięczny. Bardzo dawna nazwa
tego zjawiska - miesiączka, wiąże je z wpływem księżyca.
Moja żona badała w Afryce sowy usiłując sprawdzić, czy przypadkiem
ich cykl odżywiania się nie jest związany z pełnią księżyca,
kiedy zaskoczone światłem drobne gryzonie stają się nagle
widoczne i sowa łatwo może je upolować. Niestety, bardzo
trudno jest badać wyższe formy zwierząt, bardziej skomplikowane
układy. Mam nadzieję, że dla kolegów zajmujących się bardziej
skomplikowanym środowiskiem i organizmami cenne, a może inspirujące
są nawet same sugestie, czy przypadkiem w cyklu lunarnym
nie ma czegoś na rzeczy.
Rozmawiał Piotr Kieraciński
Źródło:
|
|
|
