Dzieńdoberek, podkast Naukowo znów nadaje, Arkadiusz Polak, witam Was serdecznie. W dzisiejszym odcinku przypomnimy sobie swoje sny, ale sprawimy też za pomocą kofeiny, że senność minie. Popływamy nieco z żółwiami i na olbrzymich liściach pewnej amazońskiej rośliny. Sprawdzimy też jaki wkład do nauki ma pewna nastolatka i czym grozi wdychanie smogu. Poproszę Was także o udostępnianie tego odcinka podkastu wśród swoich znajomych, lajkowanie i komentowanie, to bardzo mi pomaga i bardzo Wam za to dziękuję. A teraz zaczynamy nieco sennie...

Jak często pamiętacie własne sny? W końcu na spanie przeznaczamy około 1/3 naszego życia, a sam sen jest niezbędny do funkcjonowania. Ale nauka ma ze snem mnóstwo problemów, na przykład nie są znane żadne neurofizjologiczne objawy sennego marzenia, co oznacza, że nie można mieć pewności, czy dana osoba rzeczywiście śni, czy nie w danym momencie snu. Większość badań nad snem opiera się zatem na raportach ze snów zebranych po przebudzeniu osoby śniącej i nawet wtedy podstawowym ograniczeniem badań jest to, że brak pamiętania snu nie musi oznaczać braku śnienia w ogóle. I właśnie pytanie, dlaczego niektórzy ludzie przypominają sobie swoje sny każdego dnia, podczas gdy inni prawie nigdy nie pamiętają swoich snów, stanowi zagadkę dla nauki. W nowym badaniu postanowiono sprawdzić, czy istnieją różnice neurofizjologiczne między osobami, które często przypominają sobie swoje sny, a tymi, które tego nie robią, używając technik obrazowania mózgu. 55 uczestników o podobnych cechach osobowości, poziomie lęku, jakości snu czy zdolności pamięciowych, podzielono na dwie grupy w zależności od zdolności do pamiętania o czym śnili ostatniej nocy. Po nocy spędzonej w laboratorium uczestnicy zostali poddani trzem skanom rezonansu magnetycznego w celu zmierzenia aktywności mózgu w stanie spoczynku. Wykryto, że u osób, które często przypominają sobie swoje sny zachodzi większa aktywność w obrębie sieci trybu domyślnego, która odpowiada za działanie mózgu w stanie spoczynku, błądzenie myślami, myśli związane z samym sobą, wnioskowanie, przewidywanie przyszłości i pamięć epizodyczną. Chodzi tu o części mózgu nazywane skroniowo-ciemieniową i przyśrodkową korą przedczołową, w których to naukowcy zaobserwowali zwiększony przepływ krwi. To potwierdziło wcześniejsze badania, jako że uszkodzenia tych obszarów mózgu wiążą się z całkowitym lub częściowym ustaniem przypominania sobie snów, nawet przy braku innych współistniejących zaburzeń. Badanie zdaje się potwierdzać tezę, że częste przypominanie sobie snów powiązane jest z większą kreatywnością i zdolnościami twórczymi, a samo śnienie i twórcze myślenie należą do tej samej rodziny spontanicznych procesów umysłowych. Opierając się na tych i wcześniejszych wynikach, naukowcy twierdzą, że osoby, które w dużym stopniu przypominają sobie senne marzenia, mają specyficzny profil poznawczy i profil funkcjonowania mózgu, obejmujący większą aktywność podstawową i funkcjonalną łączność w tych regionach mózgu, co z kolei może sprzyjać kreatywności i zdolności do marzeń u tych osób. Badanie ma pewne ograniczenia, a jednym z nich jest trudność w określeniu czym właściwie jest kreatywność. Jest to z pewnością złożona i wielowymiarowa zdolność, która obejmuje kilka procesów poznawczych i cech na przykład pamięć, rozumowanie skojarzeniowe czy elastyczność w rozumowaniu, a wszystko to jest połączone w różnych proporcjach u różnych osób. Otwartą kwestią pozostaje również pytanie czy zwiększona ilość marzeń sennych sprzyja kreatywnemu myśleniu i ostatecznie prowadzi do zmian w funkcjonowaniu mózgu? Czy też na odwrót i to wrodzona wyższa funkcjonalność mózgu u tych osób sprzyja zapamiętywaniu snów i zdolnościom twórczym? Sam sen jest zjawiskiem fascynującym, a badania nad nim mogą pomóc rozwiązać nie tylko zagadkę powstawania i znaczenia snów, ale także rozszerzyć naszą wiedzę o samym mózgu i procesach w nim zachodzących.

Za antagonistę snu i marzeń sennych możemy z pewnością uznać kofeinę, czyli najbardziej popularną na świecie stosowaną przez człowieka substancję o działaniu psychoaktywnym. światowe jej spożycie szacuje się na około 120 000 ton rocznie, według badań z 2014 roku około 85% populacji Stanów Zjednoczonych spożywa przynajmniej jeden napój zawierający kofeinę dziennie, spożywając jej średnio około 200 miligramów. Wpływa na sposób, w jaki nasz organizm reguluje senność, ponieważ blokuje receptory adenozyny. Adenozyna to substancja chemiczna, która gromadzi się w ciągu dnia i powoduje, że w miarę upływu dnia czujemy się senni. Kofeina wchłaniana jest w ciągu 45 minut od spożycia, ale zostaje w organizmie na wiele godzin. Pełny metabolizm kofeiny jest uzależniony od wielu czynników, czasem nieoczywistych takich jak palenie papierosów czy ciąża. U osób zdrowych usunięcie kofeiny z organizmu trwa około 5 godzin, ale u kobiet przyjmujących doustnie antykoncepcję kofeina może krążyć w organizmie nawet do 10 godzin, a u ciężarnych kobiet od 9 do 11 godzin. Dzieci powinny się trzymać od kofeiny z daleka, ponieważ u nich metabolizm tej substancji przedłuża się nawet do godzin 30. Z kolei palacze papierosów szybciej usuwają ją z organizmu. Wrażliwość na kofeinę zależy od wieku, płci czy czynników środowiskowych, ale także od uwarunkowań genetycznych. Wykazano, że zmiany w genach CYP1A2 i AHR mają wpływ na to, jak szybko organizm metabolizuje kofeinę. Badania wykazały również, że osoby z wariantem w genie ADORA2A odczuwają silniejsze działanie kofeiny i to przez dłuższy czas. Nadużywanie kawy może mieć fatalne skutki dla całego procesu jakim jest sen. Wpływa nie tylko na problemy z zaśnięciem i długość snu, ale także na jego jakość skutkując fatalnym samopoczuciem następnego dnia. Badania opublikowane w Journal of Sleep Medicine wskazują, że nie powinniśmy spożywać kofeiny na co najmniej sześć godzin przed snem. Należy również pamiętać, że nie tylko kawa zawiera kofeinę, ale także czekolada czy niektóre napoje gazowane. Czy można jakoś przyspieszyć usunięcie kofeiny z organizmu? Niektóre badania wskazują, że pomóc mogą ćwiczenia fizyczne oraz spożywanie brokułów, kalafiora czy rzodkiewki. Natomiast spożywanie posiłków bogatych w błonnik może spowolnić wchłanianie kofeiny.

Tak jak geny mogą wpływać na oddziaływanie kofeiny na nasze organizmy, tak przyczyna tocznia, choroby autoimmunologicznej o nieznanych przyczynach, również może leżeć w genach. Jest to choroba, w której układ odpornościowy organizmu zaczyna atakować własne zdrowe tkanki i narządy, powodując stan zapalny, zmęczenie, bóle stawów i rumień na twarzy. Trudno ją zdiagnozować, a do jej wywołania może przyczynić się wiele czynników w tym infekcje wirusowe, niektóre leki i światło słoneczne. Obecnie nie ma na tocznia lekarstwa, a leczenie koncentruje się na łagodzeniu objawów, sama choroba może mieć okresy uśpienia jak i dużej aktywności. Jak donosi El Pais, wcześniejsze badania wiązały konkretny gen z toczniem, ale nie było pewne czy jest to przyczyna, konsekwencja czy efekt uboczny choroby. Nowe badanie zidentyfikowało nieznany wcześniej wariant tego genu u hiszpańskiej nastolatki, u której w dzieciństwie zdiagnozowano toczeń. To właśnie w jej genomie badacze znaleźli pojedynczą mutację genetyczną, która aktywuje w błonach komórkowych receptor TLR7. Receptor ten jest zwykle wykorzystywany do rozpoznawania groźnych wirusów, ale u nastolatki reaguje na jej własne DNA i rozpoczyna atak na jej własne narządy, niszcząc płytki krwi, co powodowało obfite krwawienia i siniaki na całym ciele. Aby sprawdzić, czy mutacja ta rzeczywiście była przyczyną choroby, badacze odtworzyli tę samą mutację u myszy. I ich przypuszczenia potwierdziły się, u myszy rozwinął się toczeń. Co więcej może to wyjaśniać, dlaczego częściej na tocznia i inne choroby autoimmunologiczne zapadają kobiety. Gen z instrukcjami tworzenia TLR7 znajduje się na chromosomie płciowym X, którego kobiety mają dwie kopie, podczas gdy mężczyźni tylko jedną. Naukowcy mają nadzieję, że odkrycie mutacji u tej jednej nastolatki może doprowadzić do opracowania lepszych narzędzi diagnostycznych, terapii tocznia czy innych chorób autoimmunologicznych, choć przyznają, że odkryte powiązanie może nie być jedynym i wymaga dalszych badań. Tym bardziej, że trwają badania kliniczne nad lekiem, który jest inhibitorem TLR7 i przeznaczony jest do leczenia tocznia u osób dorosłych. A ponieważ gen ten jest związany również z innymi zaburzeniami autoimmunologicznymi, może pomóc naukowcom lepiej zrozumieć i leczyć takie choroby jak reumatoidalne zapalenie stawów i cukrzyca typu 1.

A teraz przeniesiemy się do głębin oceanu, aby śledzić żółwie, bo sposób nawigacji zwierząt przez ocean do odległych często miejsc pozostaje zagadką od ponad 150 lat. Żółwie morskie są znane z tego, że są w stanie migrować na ogromne odległości przez ocean, często lądując na małych i odizolowanych wyspach, daleko od innych miejsc. Wcześniejsze badania terenowe potwierdziły istnienie nawigacji geomagnetycznej u żółwi morskich, a podobne wyniki uzyskano u innych długodystansowych nawigatorów. Ale nie ma pewności, czy ten zmysł jest bardzo dokładny, umożliwiając precyzyjną, punktową migrację, czy też jest to bardziej surowa mapa, która umożliwia zwierzętom utrzymywanie się w przybliżeniu na właściwej ścieżce. Zresztą nie tylko o żółwie tu chodzi, zmiany natężenia i kierunku pola magnetycznego Ziemi są wykorzystywane przez wiele gatunków, aby zorientować się, w którą stronę należy podążać. Ryby, ptaki i ssaki morskie często odbywają powtarzające się migracje pomiędzy specyficznymi dla siebie obszarami lęgowymi i żerowiskami. Niektóre zwierzęta prawdopodobnie dobrze pamiętają przebyte wcześniej trasy migracji, a na ich przebieg mogą mieć również wpływ rodzice i inne osobniki podobne do nich, jak ma to miejsce u niektórych ptaków lądowych. Nowe badanie wzięło pod lupę żółwie szylkretowe, wyróżniające się długim, zakrzywionym ku dołowi dziobem. 22 osobniki tego gatunku wyposażono w nadajniki GPS, aby sprawdzić, jakimi trasami wracają na swoje pierwotne żerowiska po odbyciu godów i lęgów. Gatunek ten migruje na stosunkowo krótkie odległości do odizolowanych celów na Oceanie Indyjskim. Istnienie rozległych żerowisk i obszarów lęgowych na odizolowanych terenach oceanicznych sugerowało, że poszukiwanie celu w końcowych etapach migracji jest powszechne u żółwi morskich. Opierając się na tych wcześniejszych ustaleniach, badacze wzięli pod lupę dwie alternatywne hipotezy: albo żółwie mają czuły zmysł mapujący i poruszają się wówczas prosto do celu, albo ich zdolność do odnajdywania drogi jest bardziej ogólna i wówczas muszą odbyć dłuższą drogę, aby dotrzeć do celu. Okazało się, że śledzone żółwie często pokonywały okrężne trasy, aby dotrzeć do docelowych miejsc. Na przykład jeden osobnik przebył ponad 1 300 km, podczas gdy linia prosta do miejsca żerowania wynosiła tylko 176 km. Choć niektóre żółwie podążały dość bezpośrednimi trasami do celu, przykłady takich ścieżek były rzadkie - tylko 4 z 22 żółwi wybrało taką drogę. Wyniki badania sugerują, że zdolności nawigacyjne żółwi morskich są dalekie od doskonałości, nawet stosunkowo krótkie migracje oceaniczne mogą stanowić dla nich poważne wyzwanie. Wydaje się raczej, że żółwie dysponują surową mapą geomagnetyczną o rozdzielczości wielu dziesiątek, a nawet kilkuset kilometrów i często dopiero gdy znacznie zbaczają z kursu, korygują kierunek. Praca zawiera także inne wnioski wskazujące na przykład, że ich okresowe wynurzanie się na powierzchnię i mała prędkość przemieszczania się oznaczają, że wykrycie śladów zapachów pochodzących z lądu jest prawdopodobnie trudniejsze dla żółwia morskiego niż dla latającego ptaka i raczej nie jest wskazówką wykorzystywaną do nawigacji. Także prądy morskie nie odgrywają w żółwich podróżach dużej roli. Ptaki i owady potrafią dostrzec kierunek wiatru, przed rozpoczęciem migracji, czasem prawdopodobnie próbując wiatrów poprzez wznoszenie się przed podjęciem decyzji o rozpoczęciu wędrówki. Gdy żółwie znajdują się blisko brzegu, prawdopodobnie nie są w stanie dostrzec prądów oceanicznych, które napotkają na swojej drodze. Wydaje się więc, że żółwie nie optymalizują swoich tras w odniesieniu do najbardziej korzystnych prądów oceanicznych.

Zostańmy jeszcze w świecie pływających organizmów, ale tym razem przyjrzymy się roślinie. A konkretnie Wiktorii Królewskiej występującej w dorzeczu Amazonki w Ameryce Południowej. Ta olbrzymia roślina wytwarza jedne z najbardziej zdumiewających osiągnięć inżynierii naturalnej - największe liście pływające w królestwie roślin, osiągające średnicę do 3 m i na tyle mocne, że są w stanie utrzymać na swej powierzchni nawet dziecko. Forma systemu naczyniowego tej rośliny zainspirowała Josepha Paxtona do zaprojektowania konstrukcji nośnej dla wielkich tafli szkła, które tworzyły wiktoriański Crystal Palace w Londynie - 18-hektarową konstrukcję ze szkła i żelaza, zaprojektowaną w 1851 roku i zniszczoną przez pożar 85 lat później. Niewiele jednak wiadomo o mechanice działania tych niezwykłych liści oraz w jaki sposób liście te osiągają gigantyczne proporcje i właściwie po co? Chociaż wodny tryb życia eliminuje ryzyko utraty wody i poprzez umożliwienia pływania wspiera duże liście, to olbrzymie, okrągłe liście nie występują u innych roślin wodnych. Unikalna forma tej amazońskiej lilii wodnej mogła powstać jako naturalne rozwiązanie inżynieryjne w odpowiedzi na presję selekcyjną, która sprzyjała zarówno niskiej masie liści, jak i utrzymaniu dużej powierzchni dostępnej dla fotosyntezy. Spodnia strona liścia jest ozdobiona przypominającą fraktal siecią rozgałęzionych żyłek. Zapewniają one szkielet dla olbrzymiego liścia, zwiększając jego wytrzymałość. Sztywna architektura naczyniowa sprawia, że roślina zużywa mniej energii na utrzymanie swojego rozmiaru niż inne lilie wodne więc zapewnia dużą wytrzymałość przy niskich kosztach utrzymania takiego organizmu. I znów ludzie mogą wyciągnąć wnioski z naturalnego projektowania nie tylko w architekturze, ale także stosując takie rozwiązania inżynieryjne. Na przykład przy projektowaniu pływających platform do produkcji energii odnawialnej, morskich turbin wiatrowych i urządzeń do konwersji CO2 wydobytego z wody morskiej w paliwo syntetyczne.

A na koniec szybki rzut oka na badanie przeprowadzone w Chinach. Wiemy, że prawidłowe odżywianie się, ćwiczenia fizyczne czy unikanie palenia tytoniu mogą przyczynić się do poprawy funkcjonowania układu krążenia i zdrowia naszego serca. Natomiast zanieczyszczenie powietrza jest czynnikiem niekorzystnym. I to właśnie tym zajęto się w badaniu przeprowadzonym wśród ponad 1 290 000 pacjentów z 2 239 szpitali w 318 chińskich miastach. Badanie prowadzono między styczniem 2015 roku, a wrześniem 2020 roku chcąc potwierdzić związek między krótkotrwałym narażeniem na zanieczyszczenie powietrza atmosferycznego a ostrym zespołem wieńcowym. Zbierano także dane dotyczące zanieczyszczeń, a mianowicie godzinowe stężenia drobnego i grubego pyłu zawieszonego, dwutlenku azotu, dwutlenku siarki, tlenku węgla i ozonu. I okazało się, że były one mocno powiązane z podwyższonym ryzykiem zawału serca, nawet przy stężeniach poniżej wytycznych Światowej Organizacji Zdrowia dotyczących jakości powietrza. Wszelkie stężenia zanieczyszczeń powietrza odnotowane w tym badaniu mogą potencjalnie wywołać początek zawału serca i to już w ciągu godziny od narażenia się na nie. Większą siłę takiej zależności zaobserwowano u pacjentów w wieku powyżej 65 lat oraz w chłodnej porze roku. A ze względu na ogromną ilość samochodów i intensywność przemysłu Chińczycy są szczególnie narażeni na smog i konsekwencje wynikające z zanieczyszczenia powietrza. Jeden z chińskich performerów postanowił za pomocą specjalnego odkurzacza, przez 100 dni wciągać powietrze, którym oddychają mieszkańcy Pekinu. Okazało się, że zebrany przez ten czas pył wystarczył do stworzenia cegły, która następnie została wbudowana w ścianę jednego z wieżowców. Możemy sobie wyobrazić jakie konsekwencje dla żywego organizmu ma stałe wdychanie takiej ilości zanieczyszczeń.

I to wszystko w dzisiejszej audycji, dbajcie o siebie i nie zapomnijcie o kolejnym odcinku podkastu Naukowo już w najbliższą sobotę, planuję w nim dla Was małą niespodziankę. Dziękuję za uwagę i do usłyszenia!