Dołącz do czytelników
Brak wyników

Laboratorium

24 lipca 2019

NR 34 (Lipiec 2019)

W labiryncie – decyzje równonoga

0 71

Żadnego organizmu jako uorganizowanej struktury nie można traktować jako termodynamicznie odrębnego od środowiska – nie jest on więc układem izolowanym. Każde żywe stworzenie musi wchodzić w interakcje z otoczeniem, np. w celu pozyskania energii (tak w sposób cudzożywny, jak i samożywny), rozprzestrzeniania się czy też obrony przed niesprzyjającymi warunkami. Z tego powodu organizmy wykształcają swoisty zestaw charakterystycznych dla nich zachowań. Z kolei każde zachowanie możemy scharakteryzować jako skoordynowane postępowanie organizmu w odniesieniu do specyficznych warunków otoczenia w określonym czasie – określa więc ono, w jaki sposób podmiot reaguje na bodźce pochodzące z otoczenia. Zachowanie coraz częściej nazywa się także behawiorem.

Myślę, że każdy, kto miał kiedykolwiek do czynienia ze zwierzętami, stwierdzi, że ich zachowania mogą być bardzo interesujące. Analiza może tu często przynieść wiele informacji. Przykładowo charakterystyczny ruch psów i kotów okręcających się przed zajęciem miejsca leżącego jest pozostałością po dzikich przodkach (daje nam więc pewne pojęcie o ewolucji tych zwierząt) – pozwalało to na łatwiejsze zajęcie wygodnego miejsca w trawie lub pośród innych roślin.

Ale nie tylko ssaki jako najwyżej uorganizowana grupa zwierząt wykazują ciekawe zachowania. Możemy je zaobserwować nawet u organizmów jednokomórkowych, np. pantofelków (Paramecium) z typu orzęsków (Ciliata) [1].

Obserwacje zachowań zwierząt w warunkach szkolnej lub amatorskiej pracowni biologicznej nie zawsze są łatwe do przeprowadzenia, np. z powodu uciążliwej konieczności prowadzenia ich hodowli. Można w tym celu zaproponować obserwację zwierząt domowych. W przypadku niektórych doświadczeń byłoby to kłopotliwe, choćby ze względu na rozmiary zwierzęcia. Dosyć łatwo jest wyobrazić sobie klasyczne doświadczenia polegające na obserwacji zachowania zwierzęcia w labiryncie w odniesieniu do chomików, myszy czy nawet szczurów, ale w przypadku kotów czy psów byłoby to trudniejsze do zrealizowania. 
Należy też pamiętać, że doświadczenia na zwierzętach lub ich wykorzystanie w edukacji może wymagać odpowiedniej zgody dedykowanej komisji etycznej, jeśli powoduje ból lub stres u badanego organizmu. Dotyczy to jednak jedynie kręgowców i najwyżej uorganizowanych bezkręgowców, tj. głowonogów Cephalopoda. Polecam dokładne zapoznanie się z obowiązującymi przepisami [2]. Doświadczenia na pozostałych bezkręgowcach – przynajmniej na razie – nie wymagają takiej zgody. Moim zdaniem nie uprawnia nas to jednak do bezprzedmiotowego męczenia nawet tych organizmów i zawsze należy się starać ograniczać do minimum możliwość zaszkodzenia zwierzęciu.

Z wyżej wspomnianych powodów chciałbym zaprezentować pewne doświadczenie z wykorzystaniem labiryntu. Przedmiotem naszego zainteresowania będzie często niedoceniane, a jak się okazuje ciekawe i przydatne w tym celu zwierzę, czyli prosionek.

Bohater

Prosionki (Porcellio) są rodzajem skorupiaków (Crustacea) z rzędu równonogów (Isopoda). Co ciekawe, w odróżnieniu od dużej części żyjących obecnie skorupiaków prowadzących całkowicie lub połowicznie wodny tryb życia są one organizmami typowo lądowymi, chociaż preferującymi wilgotne środowiska. Z tego względu bywają mylone z częściej zamieszkującymi lądy owadami (Insecta), podobnie jak one należącymi do typu stawonogów (Arthropoda).

Gdzie znaleźć te zwierzęta? Okazuje się, że nie jest to problemem, ponieważ na terenie naszego kraju występuje kilkanaście gatunków prosionka [3]. Najłatwiej spotkać prosionka szorstkiego (Porcellio scaber).

Prosionka szorstkiego najczęsciej można znaleźć spotkać w ogrodach, na skrajach łąk i w niezbyt gęstych lasach. Za dnia ukrywa się pod kamieniami, butwiejącym drewnem, rozkładającymi się liśćmi i w podobnych miejscach. Dosyć często zamieszkuje też szklarnie i piwnice [4]. To niewielkie stworzenie chętnie zasiedla stosunkowo wilgotne miejsca, w których dostępny jest jego pokarm, tj. rozkładające się szczątki roślin lub rzadziej zwierząt. Podobne siedliska zajmuje też inny skorupiak lądowy, a mianowicie stonoga murowa (Oniscus asellus) nazywana też stonogiem myszatym. Zresztą stonogi są podobne pod względem budowy do prosionków i na pierwszy rzut oka nie zawsze jest łatwo je od siebie odróżnić, podobnie zresztą jak od kulanek (Armadillidium). Te ostatnie mają jednak w przeciwieństwie do pozostałych zdolność zwijania swoich ciał w kulę, co jest odruchem obronnym. 

Prosionki najłatwiej znaleźć pod kamieniami i w podobnych miejscach (fot. 1). W czasie bardziej wilgotnej pogody i w nocy opuszczają kryjówki, wyruszając na poszukiwanie pokarmu. Wygodnie jest je chwytać, przeszukując w czasie dnia miejsca ich kryjówki. Zamiast prosionków w doświadczeniu można użyć także stonóg, więc jeśli je znajdziemy, to także możemy je pozyskać.
 

Fot. 1. Prosionki na spodniej stronie odwróconego kamienia


Omawiane skorupiaki mimo dosyć twardego chitynowego pancerza są stosunkowo delikatne, więc przy ich zbieraniu trzeba zachować ostrożność. Zwierzęta należy umieścić w pojemniku (dobrze w tym celu nadają się pojemniki spożywcze), na którego dnie powinno się znaleźć nieco ziemi lub torfu, a także np. liści i innych szczątków roślin czy trocin (fot. 2). Materiał musi być delikatnie wilgotny, ponieważ jest to konieczne dla życia równonogów. W takich warunkach zwierzęta można przechowywać bez najmniejszych trudności kilka, a nawet kilkanaście dni, ewentualnie dokarmiając je pokarmem roślinnym. Prosionki nie tolerują zbyt silnego światła, dlatego pojemnik – jeśli jest wykonany z przejrzystego materiału – powinien być przechowany z dala od bezpośredniego blasku słońca. Oczywiście w pokrywce pojemnika należy wywiercić otwory umożliwiające dostęp powietrza.
 

Fot. 2. Pojemnik do przechowywania prosionków, pokrywka zdjęta


Pamiętajmy, by po naszych doświadczeniach wypuścić zwierzęta do środowiska, najlepiej bezpośrednio w tym samym miejscu, skąd je pozyskaliśmy.

Prosionki same w sobie raczej nie są nosicielami patogenów groźnych dla człowieka, ale musimy pamiętać, że żyją one często w bezpośrednim sąsiedztwie rozkładającej się materii organicznej, co już może być niebezpieczne. Dlatego zalecana jest ostrożność i może być przydatne użycie rękawiczek jednorazowych.

Warto przyjrzeć się bliżej budowie zewnętrznej przedmiotu naszego zainteresowania. Ciało prosionka ma zwartą budowę i osiąga zwykle do 17 mm długości. Wierzchnia część ciała jest pokryta gęsto niewielkimi guzkami, od czego skorupiak ten wziął swoją nazwę gatunkową. Typowe ubarwienie ciała jest niebieskawoszare u samców, natomiast u samic oraz form młodocianych jaśniejsze i nakrapiane (fot. 3). Występują także prosionki odznaczające się odmienną barwą, np. brązowe lub nawet pomarańczowe [5].
 

Fot. 3. Wierzchnia strona ciała prosionka


Podobnie jak u pozostałych obunogów tułów prosionka jest złożony z siedmiu dużych segmentów, zaś skrócony odwłok z sześciu mniejszych. Krawędzie grzbietowych płytek odwłoka, czyli pleonitów, są wyraźnie zakrzywione i skierowane ku tyłowi. Charakterystyczny jest kształt części głowowej, która przy odrobinie wyobraźni przypomina koronę. Elementem dominującym obraz budowy przedniej części ciała zwierzęcia jest para dużych czułków, które dostarczają zwierzęciu dużą część informacji z otoczenia. Ich końcowy element składa się z dwóch członów, co pozwala na odróżnienie tych zwierząt od stonóg, których analogiczny fragment czułka jest trójczłonowy [6]. Pozostała para czułków jest niewielka i trudna do zauważenia. Prosionki są stworzeniami o głównie nocnym trybie życia i wzrok jest dla nich mniej ważnym źródłem wrażeń zmysłowych niż czułki czy receptory chemiczne. Niemniej posiadają one parę dosyć niewielkich oczu złożonych, umiejscowionych na grzbietowej powierzchni części głowowej i zbudowanych z około 20 ommatidiów każde (fot. 4).
 

Fot. 4. Oczy złożone zwierzęcia (wskazane strzałkami)


Rzut oka na spodnią stronę ciała zwierzęcia pozwala stwierdzić, że posiada ono 7 par odnóży tułowiowych, po jednej parze na każdym segmencie (fot. 5). 
 

Fot. 5. Spodnia strona ciała prosionka, strzałka – uropodia, asteryski –
płuca pleopodialne


Aparat gębowy jest położony po spodniej stronie ciała zwierzęcia. W obrębie krótkiego odwłoka znajdują się narządy oddechowe w postaci dwóch par płuc pleopodialnych nazywanych też często pseudopłucami. Można je łatwo zauważyć – są to wyraźnie odznaczające się białawe struktury. Ciało kończy niewielki telson i charakterystyczne wyrostki – uropodia. 

Preferencje prosionków co do wilgotnego środowiska są związane z podatnością tych zwierząt na wysychanie. Ich szkielet zewnętrzny jest – w przeciwieństwie do wykształconego przez owady – stosunkowo łatwo przepuszczalny dla wody.

Prosionki rozmnażają się płciowo, a samice noszą przy sobie jaja (a potem także larwy) przez okres 40–50 dni. Długość życia skorupiaka sięga dwóch lat.

Doświadczenie

Aby przeprowadzić doświadczenie, musimy zbudować odpowiedni labirynt. Schemat modelu opracowanego przeze mnie i wykorzystanego w opisanych dalej doświadczeniach przedstawia rys. 1.
 

Rys. 1. Schemat labiryntu, a – 8 mm, b – 40 mm, c – 144 mm, d – 4 mm, szary – podstawa
(grubość 3 mm), czarny – ściany (wysokość 15 mm), dalszy opis w tekście


Jak widać, labirynt składa się z 9 kwadratowych (długość boku 40 mm) pól obrzeżonych ścianami o wysokości 15 mm. Tworzą one dwie pary prostych, jednakowych korytarzy o szerokości 8 mm przecinających się pod kątem prostym i formujących cztery skrzyżowania. Wokół całości biegnie obramowanie o szerokości 4 mm, tj. równej połowie szerokości korytarza.

Labirynt tego rodzaju można skleić choćby z grubszego papieru lub złożyć – po koniecznej modyfikacji wymiarów – z klocków używanych zwykle do zabawy przez dzieci. Wspomnę jednak, że znaczna zmiana wymiarów może wprowadzić pewne odstępstwa w wynikach doświadczenia w stosunku do opisanych w dalszej części artykułu.

Ja postanowiłem tym razem posłużyć się stosunkowo nowoczesną techniką, jaką jest drukowanie przestrzenne (ang. 3D printing). Wykorzystałem jedną z drukarek 3D działających w oparciu o metodę osadzania topionego materiału (ang. fused deposition modelling, FDM), których modele przystosowane do użytku domowego i amatorskiego są w zasięgu zainteresowanych – zarówno jeśli chodzi o kupno gotowych urządzeń, jak i ich samodzielną budowę. W metodzie FDM nanoszony materiał przeciskany jest przez dyszę ogrzaną do temperatury jego topnienia. Stopione tworzywo jest następnie układane warstwa po warstwie, dzięki czemu powstaje przestrzenny obiekt. Może być tutaj wykorzystane wiele rodzajów tworzyw termoplastycznych.

Chcąc uczynić swój projekt bardziej ekologicznym, zastosowałem w nim specyficzny rodzaj tworzywa, a mianowicie PLA (polilaktyd). Jest on w pełni biodegradowalny i otrzymuje się go z odnawialnych surowców naturalnych w rodzaju mączki kukurydzianej lub innej. Wykorzystanie polilaktydu obejmuje m.in. cele biomedyczne, w tym produkcję różnego rodzaju implantów (np. dentystycznych) i resorbowalnych nici chirurgicznych.

Rozkład PLA przyspiesza ekspozycja na światło UV, wilgoć i inne czynniki. Dlatego wykonane z niego sprzęty należy przechowywać w odpowiednich warunkach, jeśli mają służyć nam przez dłuższy czas. Oczywiście ten sam projekt można wykonać z innych, niebiodegradowalnych materiałów. Wymaga to jednak zmiany warunków druku 3D.

Projekt labiryntu i blokad korytarzy został wykonany w programie Blender, który jest przykładem wolnego i otwartego oprogramowania, a następnie zapisany w formacie .stl akceptowanym przez narzędzia obsługujące drukarki przestrzenne. Gotowe pliki udostępniłem w dedykowanym serwisie, skąd można je pobrać pod adresem //www.thingiverse.com/thing:3672459. Dla ułatwienia zamieszczam też kod QR do zeskanowania za pomocą smartfona wyposażonego w odpowiednią aplikację - prowadzi on bezpośrednio do wcześniej wspomnianej strony z materiałami do druku 3d (Rys.2).

Parametry wydruku ustawiono na standardowe dla tworzywa PLA. Zastosowano dyszę 0,4 mm przy grubości warstwy 0,2 mm – większa dokładność nie jest tutaj konieczna. Sam proces druku zajął kilka godzin, a po wszystkim na ruchomym stole urządzenia otrzymano gotowy labirynt (fot. 6).
 

Fot. 6. Końcowy etap drukowania labiryntu, lewy górny róg – widoczna gło wica drukująca


Po wydrukowaniu i ostygnięciu wydrukowanego modelu należy go zdjąć ze stołu drukarki i ewentualnie oczyścić z pozostałości tworzywa. Uzyskany w ten sposób labirynt wygląda naprawdę dobrze i jest dosyć wytrzymały (fot. 7). Warto zauważyć, że kwadratowe pola są wewnątrz po...

Pozostałe 70% treści dostępne jest tylko dla Prenumeratorów.

Co zyskasz, kupując prenumeratę?
  • 6 wydań czasopisma "Biologia w Szkole"
  • Dostęp do wszystkich archiwalnych artykułów w wersji online
  • ...i wiele więcej!
Sprawdź

Przypisy