Czy trzmiele potrafią się dobrze bawić, jak to robią i właściwie po co? Czym są "komórki zombie" wewnątrz naszych organizmów i czy mogą spełniać jakieś pożyteczne funkcje? Arkadiusz Polak, witajcie w sobotnim wydaniu podkastu Naukowo, w którym zabiorę Was też w podróż na Księżyc, gdzie będziemy wypalać cegły oraz nieco bliżej - do ziemskiej atmosfery pełnej naelektryzowanych owadów.

Jeśli odcinek Wam się spodoba nie zapomnijcie udostępnić go znajomym, a jeśli chcielibyście wesprzeć mnie w mojej twórczości - można to zrobić za pośrednictwem serwisu Patronite lub po prostu postawić mi kawę - wszystkie linki znajdziecie w opisie odcinka, a fundusze zbieram przede wszystkim na nowy komputer, gdyż mój pomału protestuje i próbuje zakończyć naszą współpracę - to z tego powodu środowy odcinek się nie ukazał. Na szczęście reanimacja się udała, a ja zapraszam Was na kolejną porcję naukowych nowości.

Nie samą pracą człowiek żyje, a ponieważ nadszedł weekend to wielu ludzi oddaje się zabawie na sposób jaki najbardziej im pasuje. Sposobów na dobrą zabawę znamy jako ludzie mnóstwo, a choć wybór formy rozrywki jest sprawa bardzo indywidualną to bez względu na to jak się bawimy, czerpiemy z tego wymierne korzyści, trenując przy okazji nasze zdolności poznawcze lub motoryczne, sama zabawa przyczynia się też do naszego zdrowego rozwoju psychicznego.

Zabawa nie ogranicza się jednak do ludzi, ale jest zjawiskiem obserwowanym u wielu gatunków zwierząt. Przy czym większość takich zachowań obserwujemy i ssaków oraz ptaków z dużymi mózgami. Z mniejszymi zwierzętami, takimi jak owady, problem jest taki, że trudno jest w ogóle ustalić czym dla nich jest zabawa i jak się objawia. Naukowcy postanowili zatem sprawdzić czy trzmiele ziemne, tocząc drewniane kulki, wykazywały zachowania wskazujące na to, że robią to tylko dla rozrywki i mogą się przy tej czynności dobrze bawić.

Dobra zabawa obserwowana powszechnie wśród zwierząt może bowiem przybierać różne formy. Młode osobniki często bawią się wspólnie, podejmując bezpieczną walkę, ścigając się wzajemnie czy chowając się przed sobą właściciele młodych psów lub kotów często obserwują takie zachowania. Zdarza się też, że zabawa przyjmuje formę wysiłku fizycznego, podejmowanego bez wyraźnej, innej niż rozrywka, przyczyny, biegania, skakania i innych intensywnych ruchów ciała. Trzecią formą rozrywki jest zabawa z użyciem obiektów nieożywionych, przedmiotów z którymi zwierzę wchodzi w interakcję i to właśnie zabawę z takimi obiektami postanowiono zorganizować dla trzmieli.

Na początek trzeba było przyjąć jakieś kryteria owadziej zabawy, badacze przyjęli kilka założeń. Aby rozrywka była rozrywką, a nie obowiązkiem dana czynność nie mogła wpływać na strategię przetrwania owada, nie mogła być dla niego istotna w perspektywie zachowania życia i zdrowia. Owad bawiąc się nie może tego robić, aby zdobyć żywność, schronienie lub możliwość rozmnażania się, zachowanie to nie mogło być kojarzone przez owada z jakąkolwiek nagrodą.

Trzmiele musiały same z siebie, spontanicznie i dobrowolnie podejmować toczenie kulek, aby jedyną nagrodą było dla nich samo wykonanie tej czynności. Taką, a nie inną formę zabawy wybrano także dlatego, że toczenie drewnianych kulek musiało się różnić od czynności wykonywanych zwykle przez owada w trakcie jego życia. Do tego podobnie jak u ludzi, rozrywkowa czynność musiała być dla owada satysfakcjonująca, być powtarzalna, ale nie stereotypowa oraz następować wtedy, gdy owad jest bezpieczny i wolny od czynników stresujących, relaks podczas zabawy jest jednym z głównych czynników określających czy zwierzę zabawę rozpocznie.

Ale w ogóle to po co, można by słusznie zapytać, trzmiele miałyby się bawić? Otóż przy zbieraniu nektaru i pyłków trzmiele muszą posiadać pewne umiejętności poznawcze i motoryczne, na przykładzie pszczół wykazano wcześniej, że w miarę zdobywania doświadczenia pszczoły stają się szybsze i sprawniejsze. Oznacza to, że stale się uczą i doskonalą, trening czyni mistrza, a w przypadku owadów oznacza też nagrodę w postaci pożywienia. Trzmiele mogą podejmować próby zabawy obiektami, ponieważ wymaga to umiejętności manipulacyjnych, które mogą się im przydać w przyszłości do pobierania pokarmu z kwiatów. Manipulacją obiektami mogą się zatem bawić i uczyć, a sama czynność może być dla nich ważną umiejętnością ułatwiającą przetrwanie.

W eksperymencie obserwowano 28 samic i 17 samców trzmieli, w wieku do 23 dni, pochodzących z jednej owadziej kolonii, która podczas trwania eksperymentu dostawała od badaczy nektar i pyłek, gdyż najedzony owad to szczęśliwy owad. Który później może mieć ochotę na zabawę jedną z 18. drewnianych kulek, żółtych lub fioletowych, pokrytych plastikiem, aby łatwiej można było je czyścić z zapachów pozostawianych przez trzmiele podczas trwającego 18 dni eksperymentu. Ul zawierający kolonię trzmieli był połączony z areną za pomocą plastikowego tunelu, prowadził on do ścieżki, po bokach której znajdowały się kolorowe obiekty: dziewięć ruchomych kulek po prawej stronie i dziewięć nieruchomych kulek po lewej.

I to interakcje z kulkami były obserwowane i rejestrowane przez badaczy, a było ich niemało bo aż 910, poszczególne trzmiele z chęcią nie tylko dotykały piłki antenkami i przednimi odnóżami, ale także próbowały je chwytać, wchodziły na kulki i toczyły je po arenie raz po raz, niektóre z owadów nawet 44 razy w ciągu jednego dnia.

Segregując trzmiele na młodsze i starsze badacze wykazali też, że aktywność związana z toczeniem piłek była widoczna bardziej u młodszych osobników, zaangażowanie w to zachowanie było zależne od wieku, podobnie jak u wielu innych zwierząt, które się bawią. Badacze nie znaleźli za to różnic w inicjowaniu zabawy między samicami i samcami, ale samce toczyły kulki dłużej. Może to być spowodowane tym, że samce miały więcej "wolnego czasu" na zabawę, ponieważ to samice trzmieli dbają o zaopatrzenie kolonii w pokarm.

A to, że toczenie kulek było świetną zabawą, dla trzmieli satysfakcjonującą, sprawdzono w drugiej fazie eksperymentu, gdy owady otrzymały dostęp do dwóch kolorowych komór, jednej zawsze zawierającej ruchome kulki i jednej bez żadnych obiektów. Później dano im wybór pomiędzy dwoma komorami, z których żadna nie zawierała kulek, a wówczas trzmiele wykazywały preferencję dla koloru komory, którą kojarzyły z wcześniejszą zabawą drewnianymi kulkami.

Badania takie to nie tylko dobra zabawa dla trzmieli i mam nadzieję, także dla autorów pracy. Pomagają bowiem zrozumieć wpływ takich zachowań na życie zwierząt, korzyści jakie z nich mają oraz to czy rozrywka i zabawa może korzystnie wpływać na rozwój mózgu zwłaszcza u młodych osobników.

Zabawą nie są za to zombie, w swej naturze są destrukcyjne i szkodliwie aktywnie przyczyniając się do śmierci ludzi. I co gorsza, nie chodzi tu o krwiożercze potwory grasujące po ulicach i będące oznaką końca cywilizacji ludzi, ale o p16INK4a+ - komórki wewnątrz naszego ciała.

Człowiek z chęcią zatrzymałby lub chociaż znacznie opóźnił proces starzenia się, dąży do tego nie tylko medycyna, ale też pośrednio cała cywilizacja, opracowując technologie i metody na wolniejsze starzenie się. Poznawanie mechanizmów, które je wywołuje, utrzymywanie odpowiedniego trybu życia, ułatwianie pracy za pomocą narzędzi, zdobycze medycyny to wszystko wydłuża życie i może powodować, że starość nadchodzi później i jest mniej dokuczliwa.

Przykładem mogą być tu senolityki, czyli leki, które eliminują starzejące się komórki, zapewniając terapie okrzyknięte milowym krokiem w stronę długowieczności ludzi. Nowe badania pokazują jednak, że potrzeba wielu nowych badań, aby sprawdzić czy senolityki nie przynoszą też ludziom szkody.

Wszystko zaczyna się w "starzejącej się" komórce, czyli takiej, która przestałą się mnożyć, ale nie umarła, a zamiast tego wydziela do organizmu inne cząsteczki, które powodują stany zapalne. Wprawdzie nasz dzielny układ odpornościowy stoi na straży i usuwa takie niechętne do końca umrzeć "komórki zombie", ale wraz z wiekiem wydajność takiego czyszczenia jest coraz mniejsza, a wówczas komórki te gromadzą się i przyczyniają do chorób takich jak Alzheimer czy zapalenie kości i stawów. Do tej pory uważano, że takie komórki są rzadkie lub nieobecne w młodych i zdrowych tkankach, co sugeruje, że starzenie się nie odgrywa roli w normalnym utrzymaniu tkanek.

Nowe badanie pokazuje jednak, że komórki zombie nie muszą być całkowicie złe, a ich usunięcie za pomocą senolityków może przynieść nieoczekiwane szkody. Okazało się bowiem, że te starzejące się komórki pomagają równocześnie w naprawie uszkodzonej tkanki w płucach poprzez zachęcanie do wzrostu innych komórek - macierzystych. Co więcej wykazano też, że stosowanie leków potencjalnie będących sposobem walki ze starzeniem się i chorobami związanymi z wiekiem zaburza te mechanizmy naprawcze.

W ustaleniu tego po raz kolejny pomogły myszy, genetycznie zmodyfikowane w taki sposób, aby nanosiły świecące białko na genie kodującym białko "p16", które jest nadaktywne w wielu starzejących się komórkach. Za każdym razem, gdy starzejąca się w mysich płucach komórka włączała ten gen, wydzielała również białka fluorescencyjne i zaczynała świecić.

Ku zaskoczeniu naukowców, świecące komórki, niby stare i zbędne, odnaleziono w płucach myszy zaraz po urodzeniu, a później przez całe życie myszy ich liczba rosła. Znaleziono je w tkankach tworzących błonę, która wspiera wyściółkę worków powietrznych płuc, przewodów powietrznych i naczyń krwionośnych. Błona ta jest niezmiernie ważna, ponieważ blokuje przedostawanie się do płuc szkodliwych substancji chemicznych i patogenów, jednocześnie umożliwiając przenikanie tlenu do krwiobiegu.

"Komórki zombie" funkcjonują tu jako wartownicy i aktywują się po uszkodzeniu tkanek, aby promować naprawę nabłonka - zwołują w dane miejsce więcej komórek odpornościowych i pobudzają wzrost komórek macierzystych. Gdy myszom podano leki zapobiegające starzeniu się, to ta kaskady sygnałów zatrzymywała się, a wzrost naprawiających uszkodzenie komórek macierzystych został zahamowany.

Cały ten proces zaobserwowano także w przypadku ludzkich komórek płuc pobranych od ludzi, którzy zdecydowali się oddać nauce swoje narządy. Oznacza to, że podawanie leków przeciw starzeniu się może zakłócać naturalne procesy gojenia się ludzkich tkanek płuc czy skóry jak wykazano we wcześniejszych badaniach. Ale inne prace wykazały pozytywne działanie senolityków, leki te przyspieszają naprawę złamanych kości. No to jak to ostatecznie jest, leki te działają dobrze czy źle?

Zdaniem badaczy to nie ma tak, że dobrze albo że niedobrze. Gdyby mieli powiedzieć, co cenią w życiu najbardziej, powiedzieliby, że ludzi. Dlatego tak ważne jest ustalenie właściwej dawki, na tyle dużej, aby ludzki organizm odnosił korzyści z funkcji naprawczych, ale niezbyt dużej aby nie zakłócić naturalnych mechanizmów, powodując negatywne skutki.

Niemniej w dążeniu do opóźnienia procesów starzenia się naukę czeka jeszcze wiele badań i odkryć oraz poznania wszystkich zależności i konsekwencji wpływania na tak istotny w naszym życiu proces.

Misja Artemis, dzięki której ludzie mają zamiar powrócić na Księżyc, jest skomplikowana i wieloetapowa, opowiadałem o tym szerzej w 46. odcinku podkastu Naukowo, polecam, bo temat jest fascynujący. Ale poza postawieniem na Srebrnym Globie stopy, ludzie chcieliby nieco rozszerzyć swoje plany podboju Księżyca ustanawiając tam stały habitat, co łatwe wcale nie będzie. Trudności to mało powiedziane, w budowie i funkcjonowaniu księżycowej bazy przeszkadzać będą brak tlenu, ekstremalne temperatury oraz promieniowanie słoneczne i kosmiczne.

Jest jeszcze jeden problem z materiałami potrzebnymi do budowy księżycowych konstrukcji - koszt ich transportu na odległość ponad 384 000 kilometrów. Nowe badanie przypatruje się potencjałowi innej możliwości eliminującej problem transportu, czy możliwe jest wytwarzanie cegieł bezpośrednio na Księżycu, korzystając z jego zasobów?

A konkretnie z księżycowego regolitu, czyli luźnego pyłu, pokruszonych skał i żwiru, który pokrywa całą powierzchnię Księżyca. Kilkumetrowej grubości warstwa została utworzona wskutek uderzeń meteorytów, zatem regolitu jest na Księżycu pod dostatkiem, ale właśnie na Księżycu. Jak badać jego właściwości tu, na Ziemi?

Astronauci programu Apollo przywieźli z sześciu miejsc lądowania około 360 kilogramów skał księżycowych, ale próbki te zostały rozszczelnione i zanieczyszczone przez ziemskie powietrze i wilgoć. Nie ma za to żadnych próbek regolitu marsjańskiego patrząc bardziej przyszłościowo na możliwość zasiedlenia Marsa. Powstała zatem potrzeba wykonywania zamienników, w omawianym badaniu użyto regolitu wyprodukowanego na Ziemi przez firmę Exolith.

Aby wyprodukować z niego cegłę użyto technologię druku 3D oraz metodę wytwarzania addytywnego. Z grubsza polega to na wtłaczaniu środka wiążącego w płynie na złoże materiału. Materiałem tym był właśnie regolit, a wiążącym go płynem została słona, destylowana woda. Ma to spore znaczenie, ponieważ w skałach i glebie na Marsie znaleziono sole zachowane z czasów, kiedy planeta była bardziej wilgotna. Śladowe ilości sodu znaleziono też w regolicie księżycowym, choć oczywiście dostęp do wody jest trudny, ale nie jest niemożliwy. Warto też dodać, że sama woda nie spełnia wiążących regolit funkcji, koniecznie musi być słona.

Wytworzone w ten sposób cegły są gładkie, w dotyku przypominają szkło, jest to spowodowane obecnością w regolitach bogatego w szkło bazaltu. Oczywiście uzyskane w opisany sposób cegły nie są wolne od wad, kolejne prace będą dążyć do polepszenia wytrzymałości trzeba tez dokładnie sprawdzić, jak chronią one przed promieniowaniem i jaką wykazują trwałość w dłuższym czasie.

Jedną z fascynujących umiejętności człowieka jest jego zdolność do adaptacji, dostosowania się do warunków i środowiska. Te, które zastaniemy na Księżycu będą dla ludzi bezlitosne i niezwykle wymagające, musimy zatem już teraz, na Ziemi szukać sposobów na konstruowanie siedlisk bezpiecznych dla przyszłych księżycowych mieszkańców. A zdolność do szybkiego wytwarzania komponentów w celu rozwiązania problemów, które mogą pojawić się na Księżycu lub na Marsie będzie kluczowa dla zapewnienia sukcesu takich ekstremalnych przedsięwzięć.

Ekstremalna jest także ziemska atmosfera, ilość gwałtownych procesów w niej zachodzących jest od dawna obiektem zainteresowania nauki. Dzięki temu wiemy na przykład, że jest ona zawsze naelektryzowana nawet gdy lokalna pogoda jest świetna, a burze znajdują się daleko. Atmosferyczne pole elektryczne uznawane jest za podstawową właściwość atmosfery, a rozumie się go jako różnicę napięcia między powierzchnią Ziemi, a punktem nad nią, najczęściej jest to jeden metr.

Znane są różne czynniki, które modyfikują to pole elektryczne, słusznie jako pierwsze nasuwać się tu mogą burze, globalnie mocno oddziałują na atmosferę. Ale lokalnie znaczenie mogą także mieć chmury, opady i radioaktywność, a także działalność wulkanów i trzęsienia ziemi. Nowe badanie stawia jeszcze jedną hipotezę dodającą kolejne źródło ładunku elektrycznego i związanej z nim atmosferycznej zmienności elektrycznej.

"Efekt motyla" to pojęcie z teorii chaosu, które twierdzi, że zjawisko pozornie bez znaczenia może mieć niezamierzone, ogromne konsekwencje. Ruch skrzydeł motyla, który właśnie przeleciał koło ciebie może być początkiem dla burzy piaskowej, która rozpocznie się za dwa dni gdzieś w środkowej Afryce, poprzez szereg następujących po sobie wydarzeń. W przedstawianym badaniu naukowcy sugerują, że efekt motyla może być bardziej dosłowny i zachodzić na naszych oczach.

Nowa praca oparta jest na idei, że to organizmy żywe takie jak owady, zamieszkujące atmosferę mogą być dodatkowym źródłem ładunku elektrycznego. Wszak te małe organizmy są powszechne na wysokościach do 500 m, co więcej często występują w dużych zagęszczeniach, grupując się w roje.

Wcześniejsze badania pokazały już, że szeroki wachlarz gatunków owadów unoszących się w powietrzu przenosi ładunek elektryczny, tak mały jak małe są owady, mówimy tu o wartościach od pikokulombów do nanokulombów na osobnika. Ale gdy weźmiemy pod uwagę rój owadów to może być on znaczącym źródłem ładunku elektrycznego. Postanowiono to sprawdzić na przykładzie pszczół miodnych.

Na angielskim Uniwersytecie w Bristolu oprócz tysięcy studentów, znajduje się też kilka uli wykorzystywanych do badań, które w przypadku przepełnienia wykazują typowe dla pszczół zachowania rojowe.

Naukowcy tam właśnie przeprowadzili monitoring pola elektrycznego i wielkości roku, co doprowadziło do trzech kluczowych wniosków. Przede wszystkim potwierdzono, że pszczoły przenoszą ładunek elektryczny, a im więcej ich w jednym miejscu tym większy mają wpływ na elektryczność atmosferyczną. Dla potwierdzenia naukowcy zamontowali również monitor kontrolny na polu, na którym nie było rojów pszczół. Monitor w pobliżu roju pszczół wychwycił wzrost ładunku elektrycznego, podczas gdy monitor kontrolny nie wykrył takiego efektu, potwierdzając ich hipotezy.

Zaskakujący może się wydawać za to trzeci wniosek. Badacze twierdzą, że roje owadów mogą zmieniać pole elektryczne w atmosferze tak samo, lub nawet bardziej niż burze i inne zjawiska pogodowe. Jednak, aby uzyskać taki efekt potrzebne są naprawdę ogromne ilości owadów, takich jak szarańcze, których roje znane są z ilości i żarłoczności, stanowiąc plagę gdziekolwiek się znajdą. Obliczenia naukowców pokazują, że roje szarańczy pustynnej są w stanie przekroczyć gęstość ładunków obserwowanych podczas burz.

Co to właściwie oznacza, jaki wpływ na zjawiska w atmosferze ma to dodatkowe owadzie źródło ładunków elektrycznych? Niestety tego nie udało się ustalić, nie wiadomo czy obecność na przykład roju szarańczy jest w stanie zmienić pogodę w danym rejonie. Spekuluje się, że te elektryczne zmiany mogą mieć wpływ na cyrkulację aerozoli w atmosferze, ale tu potrzebne są kolejne badania, podobnie jak nad ustaleniem czy inne organizmy, takie jak ptaki i mikroby, których przecież nie brakuje w atmosferze, mogą również zmieniać jej pole elektryczne.

I tą elektryzującą informacją kończę dzisiejszy odcinek podkastu, na kolejny zapraszam w środę, o ile mój komputer nie odmówi mi znów posłuszeństwa. W międzyczasie odwiedzić możecie także podkastową stronę Naukowo.net lub dołączyć do naszego serwera Discord, zaproszenie znajdziecie w opisie odcinka. Dziękuję za Waszą uwagę, miłego weekendu, do usłyszenia!