przytul swoją wewnętrzną bioróżnorodność

OM NOM NOM NOM. Tęgoryjec dwunastnicy.

Genocentryczna teoria ewolucji (jednym z jej najsłynniejszych orędowników jest Richard Dawkins) zmieniła nasz sposób patrzenia na organizmy żywe. W myśl takiego spojrzenia, to co żyje, żyje dlatego, iż stanowi skuteczny wehikuł służący do rozprzestrzeniania się genów, funkcjonujący o tyle, o ile sprawdza się w swoim zadaniu. W ewolucji nie chodzi o gatunek, nie chodzi również o pojedyncze osobniki - tym, co tak naprawdę podlega doborowi naturalnemu są geny, stanowiące instrukcje do budowy samopowielających się przetrwalników, takich jak my (postaraj się nie myśleć o tym przy najbliższej randce).

Podobnie zmieniająca sposób patrzenia na świat jest, genialna w swej prostocie, oczywistości i jednocześnie odkrywczości, koncepcja fenotypu rozszerzonego (autorstwa R. Dawkinsa). Fenotypem nazywano dotychczas zespół cech organizmu - cechy fizjologiczne, zachowanie, cykl życiowy, itd., będące skutkiem oddziaływania genotypu ze środowiskiem. Fenotyp, jest więc nazwą na to wszystko, co stanowi sposób genów na przetrwanie. Powodują one wytwarzanie białek, które powodują określone skutki w środowisku. Takim skutkiem jest np. geranium, pchła i będący jej żywicielem pies a także piszący i czytający te słowa. Czasem zdarza się, że instrukcje zawarte w genach sięgają poza to, co w ludzkim postrzeganiu stanowi granice danego organizmu. I tak na przykład, niektóre geny tworzące zespół białek zawartych we współpracujących ze sobą komórkach - skuteczny wehikuł - znany nam jako Mus musculus, mysz domowa, modyfikują swoje otoczenie. Ów zespół białek, wykorzystując elementy otoczenia takie jak odpadki, trociny i kawałki tektury, pociesznie buduje sobie norki w piwnicach całego świata, usiłując zapewnić przetrwanie kolejnym kopiom kodujących go genów, ucieleśnionym w postaci uroczych małych myszek. Instrukcje zawarte w genach bobrów, nakazujące im budowanie tam, powodują radykalne przekształcanie ich środowiska i zmianę krajobrazu. W radykalnej wersji tego rozumowania, blog niniejszy stanowi element rozszerzonego fenotypu wywołanego przez moje geny, szukające dla siebie społecznego uznania. A wszyscy wiemy, do czego jest mi ono potrzebne - toruje ono drogę moim genom.

W niektórych wypadkach, geny jednych organizmów silnie wpływają na fenotypy innych organizmów. Taka sytuacja ma miejsce np. w wypadku pewnego gatunku przywry (pasożyta) i stanowiących jej żywicieli ślimaków. Ślimaki będące nosicielami przywry, na skutek wytwarzanych przez nią substancji, wytwarzają grubsze muszle, co zapewnia im dłuższe życie - w ten sposób geny przywry, dostosowując do swoich potrzeb inny organizm, rozszerzają sferę swoich wpływów i zapewniają sobie większe szanse na replikację. Zachowanie zwierzęcia ma na celu zwiększenie szans przetrwania genów, które to zachowanie spowodowały, niezależnie od tego czy te geny należą do tego zwierzęcia czy nie, konkluduje Dawkins.

Wiemy w rezultacie, że człowiek stanowi konglomerat współpracujących ze sobą komórek, które z kolei stanowią rezultat mającego miejsce dawno temu połączeniu jednokomórkowych organizmów, którego pozostałością jest obecność mitochondriów w naszych komórkach. Nasze DNA pełne jest pozostałości po patogenach z którymi nasi przodkowie mieli styczność. Organizm ludzki stanowi również środowisko życia większej ilości mikroorganizmów niż liczba jego własnych komórek. Jeszcze bardziej uświadamia nam to, jak bardzo zależni jesteśmy od środowiska i jak silnie uwikłani jesteśmy w sieć życia.

* * *

Oko w skoleks z tasiemcem.

Jeszcze do niedawna, nieliczni ludzie byli całkowicie wolni od pasożytów. Przez miliony lat nasi przodkowie koegzystowali z nimi, przyczyniając się do nieustannego wyścigu zbrojeń. Uważa się, że jednym ze szczytowych osiągnięć w walce z pasożytami i innymi patogenami jest wynalazek płci - rozmnażanie płciowe zwiększa różnorodność pośród potomstwa, sprawiając, że organizmy potomne stają się trudniejszym środowiskiem do zamieszkiwania przez kolejne pokolenia pasożytów (i dlatego ładniej pachnie nam pot osób przeciwnej płci zróżnicowanych względem nas w kwestii posiadanego zestawu przeciwciał). Z drugiej strony, z punktu widzenia organizmu, niekiedy bardziej opłacalne mogło okazywać się nie kosztowne całkowite pozbycie się pasożytów a raczej utrzymywanie ich populacji w ryzach lub po prostu minimalizowanie wywoływanych przez nie strat. Lub nawet wyciąganie z ich obecności korzyści.

W pewnym sensie więc, nasze systemy odpornościowe stanowią swego rodzaju interfejs służący m.in. do komunikacji z symbiotycznymi organizmami zamieszkujące fragment środowiska posiadający imię i nazwisko. Hipoteza starych znajomych (Old Friends hypothesis) głosi, że nasze układy odpornościowe nauczyły się funkcjonować ze stałą obecnością sublokatorów i dostosowały się do środowiska jakie stwarzają wydzielane przez nie związki chemiczne (liczone w dziesiątkach, jeśli nie setkach i dostosowane do nosiciela), mające za zadanie osłabić czujność naszych przeciwciał, tak, by życie pasożytów było łatwiejsze.

Jeden z przeprowadzonych niedawno eksperymentów polegał na porównaniu szczurów laboratoryjnych i szczurów żyjących na wolności. Szczury laboratoryjne, od wielu pokoleń poddawane chowowi wsobnemu, żyjące w sterylnych warunkach i pojone czystą wodą żyją w niebotycznie lepszych warunkach, niż ich dzicy krewni, stanowiący rezerwuar pasożytów wewnętrznych i zewnętrznych. Jednakże to komórki śledziony tych pierwszych wykazywały nadaktywność, jeśli chodzi o reakcję odpornościową. Najprościej rzecz ujmując, układ odpornościowy, funkcjonując przy niskim poziomie stresu ze strony patogenów, nie ma nic lepszego do roboty i niejako z nudów atakuje komórki należące do własnego organizmu (ze względu na to, że część alarmujących go białek z konieczności znajduje się także w naszych komórkach).

Rewolucja w higienie, jakiej jesteśmy świadkami właściwie od niedawna, zmieniła tę delikatną równowagę dość diametralnie, co zbiegło się ze znacznym wzrostem zachorowań na choroby autoimmunologiczne - wywoływane przez aktywność naszego własnego układu odpornościowego. 40% populacji cierpi z powodu jakiejś formy alergii, liczba ta przypuszczalnie będzie rosnąć. Pewne badania wskazują także na związek pojawiania się stanów zapalnych w mózgu z autyzmem. Jednym z proponowanych wyjaśnień tego faktu jest hipoteza higieny (Hygiene hypothesis, dziś określana często jako Biome Depletion hypothesis). Ponieważ nasz genom jest jeszcze niedojrzały, środowisko w jakim żyjemy, za sprawą naszej działalności, zmieniło się z kolei nie do poznania, nie jesteśmy więc przystosowani do warunków, w których przyszło nam żyć. Pozbawiliśmy się kontaktu z odwiecznymi towarzyszami, by nie rzecz nawet partnerami. Zmniejszyliśmy bioróżnorodność, tym razem w naszej własnej biocie. To nie pierwsza taka sugestia odnośnie naszego niedostosowania, tym razem dotyczy jednak nieobecności pasożytów w naszych organizmach.

Jaja włosogłówki. Przed użyciem skonsultuj się lekarzem lub farmaceutą.

Czy zatem powinniśmy je tam ponownie sprowadzić? Wbrew temu, czego uczy się nas od najmłodszych lat, przestać myć warzywa i owoce przed spożyciem? Jeść piasek, czym zajmuje się każde dziecko, kiedy nie pilnują go rodzice? Nie tak szybko.

W, przeprowadzanych na ludziach i zwierzętach, eksperymentach z infekowaniem organizmów pasożytami i podawaniem wydzielanych przez nie substancji, rzeczywiście zaobserwowano zmniejszenie objawów w przypadku cukrzycy typu I, zespołu jelita drażliwego, reakcji alergicznej na orzeszki ziemne czy artretyzmu. W wypadku ludzi dotkniętych zespołem jelita drażliwego, spośród 29 osób, którym medycyna nie potrafiła pomóc w inny sposób, zaordynowanie jajeczek włosogłówki pomogło w 23 przypadkach. Spośród obserwowanych przez kilka lat pacjentów chorych na stwardnienie rozsiane, ci, którzy przypadkowo zasiedleni zostali przez pasożyty mieli mniej objawów. Prowadzi się dalsze badania nad podawaniem pacjentom starannie wyselekcjonowanych, bezpiecznych dla nich i dostosowanych do konkretnego przypadku pasożytów (czy nie powinniśmy zatem pomyśleć nad nazywaniem ich symbiontami?).

Do poczytania:

The worms within (Scientific American)

Reconstituting the depleted biome to prevent immune disorders (The Evolution & Medicine Review)

Wild vs. Lab Rodent Comparison Supports Hygiene (DukeHealth.org)

grafika: 

tęgoryjec - saunderses

tasiemiec - PHIL, domena publiczna, za WikiCommons

jaja włosogłówki - PHIL, domena publiczna, za WikiCommons

żabki ważniejsze dla ludzi

"Co mnie obchodzi jakaś zgnilizna głęboko w lesie?" i tym podobne rozterki częstokroć towarzyszą doniesieniom o działaniach na rzecz ochrony organizmów dalekich od tego, co przeciętny człowiek uważa za estetyczne i istotne. Nie ulega wątpliwości spadek bioróżnorodności dotykający wielu ekosystemów, przejawiający się nie tylko w zagrożeniu wyginięciem takich pokazowych gatunków jak duże ssaki - np. pandy wielkie i tygrysy - ale i maleńkich bezkręgowców (części których pewnie nigdy nawet nie poznamy), stanowiących nieodłączne elementy sieci pokarmowych. Których dobrostan, jak się okazuje, ma ogromny wpływ na dobrostan człowieka.

Tempo wymierania gatunków jest obecnie większe niż kiedykolwiek a przewidywania na najbliższe 50 lat wskazują na 10-100-krotny jego wzrost. Zagrożenie dotyka wiele gatunków bezpośrednio - przez niekorzystne dla nich zmiany w środowisku, konkurencję z człowiekiem o habitat, odławianie i inne czynniki - jak również niebezpośrednio, poprzez ograniczanie liczebności innych gatunków, od których są zależne.

Jednym z gatunków zależnych od innych wciąż pozostaje człowiek. Badacze przyjrzeli się badaniom biorącym pod uwagę wpływ bioróżnorodności na zagrożenie jakie dla człowieka stanowią patogeny. Okazał się on dwojaki.

Po pierwsze, utrata bioróżnorodności powoduje zwiększenie transmisji patogenów pomiędzy systemami ekologicznymi, jak również częstości występowania chorób. Mniejsza bioróżnorodność może oznaczać zmniejszenie udziału w środowisku pewnej ilości gatunków, na rzecz jednego, najlepiej dostosowującego się do zmienionych warunków. Przykładem może być pole uprawne, oznaczające zwycięstwo zbóż (przy nieobecności gatunków uznanych przez nas za niepożądane, nazywanych chwastami), gatunków traw najlepiej dostosowanych do nowych warunków środowiskowych, jakie stworzyło przejście człowieka na osiadły tryb życia i uprawę roli. Nieszczęście zaczyna się wtedy, kiedy gatunek ten jest wektorem (nosicielem) dla groźnego dla nas patogenu - w tej sytuacji pasożytów będzie po prostu więcej, jako, że więcej będzie nosicieli. Większa różnorodność oznacza, iż np. pasożyty mogą trafić na nosicieli, którzy uniemożliwią im dalsze rozprzestrzenianie się (np. na gatunki, których ostateczny żywiciel nie jada).

Porównanie liczby kleszczy będących nosicielami zainfekowanych boreliozą w środowiskach
w których ich żywicielami były myszaki i oposy wirginijskie. W wypadku oposów większość
kleszczy zostaje usunięta, nieliczne stają się nosicielami zarazków.
Grafika: © 2010 Nature Publishing Group

Po co komu jakieś ptaszki? Na co nam gryzonie? Badania wykazały, iż szczególnie narażeni na zakażenie wirusem Zachodniego Nilu byli mieszkańcy tych obszarów USA, w których niskie było zróżnicowanie gatunków ptaków. Innym ciekawym przykładem jest borelioza, której krętki roznoszone są przez kleszcze. Kleszcze roznoszone są przez wiele gatunków ssaków, w tym gryzonie i, należące do dydelfowatych, oposy. Myszaki (ang. white-footed mouse, Peromyscus leucopus) są znacznie lepszymi żywicielami dla kleszczy niż oposy (te potrafią się lepiej przed nimi bronić). Liczebność tych drugich spada, myszaki zaś lepiej radzą w sobie w zmienionych przez człowieka ekosystemach, na czym korzystają kleszcze i zarazki wywołujące boreliozę.

Czym by był świat, ogołocony
Z miejsc mokrych i miejsc dzikich? Niech będą zawsze,
Niech trwają zawsze, dzikie i mokre;
Niech zawsze będą chwasty i zawsze będzie dziko

Gerald Manley Hopkins

Ten kij ma jednak dwa końce. Zauważono, iż szanse na przeskok nowych patogenów ze zwierząt żyjących na wolności na ludzi wzrastają wraz z bogactwem gatunków ssaków w danym środowisku. Innymi słowy, im większa bioróżnorodność ssaków, tym większa szansa, iż w okolicy pojawi się nowa odzwierzęca choroba. Sytuacja jest jednak dość skomplikowana i w grę wchodzi przypuszczalnie wiele czynników. Obecny kontakt człowieka z tym co dzikie obejmuje częstokroć wycinki lasów pod uprawy i polowanie na dziko żyjące zwierzęta, m.in. dla ich mięsa. W rezultacie, niemal połowa chorób zoonotycznych (pochodzących od innych zwierząt) od 1940 roku zaistniała w wyniku podobnej działalności.

Kiedy do takiego przeskoku dojdzie, sytuację pogarsza mniejsza ogólna bioróżnorodność. Przykładem może być wirus Nipah, przeniesiony przez owocożerne nietoperze na udomowione świnie w Malezji. Duże zagęszczenie osobników jednego gatunku na małej przestrzeni pomogło w przenoszeniu się wirusa wewnątrz chlewni, bliski kontakt tych zwierząt z człowiekiem pozwolił zaś na kolejną transmisję. Badacze sugerują także, iż istotne znaczenie dla rozwoju nowych zagrożeń związanych z patogenami może mieć spadek bioróżnorodności pośród ludzkiej bioty mikrobalnej, na skutek nadużywania przez nas antybiotyków.

Co więc począć w związku z tą dwoistością kontaktów człowieka z resztą świata przyrody? Dbać o różnorodność, przede wszystkim przez pozostawienie jej w spokoju, sugerują badacze.


grafika: kadr z filmu Ashes and Snow


Źródło:

Keesing F, Belden LK, Daszak P, Dobson A, Harvell CD, Holt RD, Hudson P, Jolles A, Jones KE, Mitchell CE, Myers SS, Bogich T, & Ostfeld RS (2010). Impacts of biodiversity on the emergence and transmission of infectious diseases. Nature, 468 (7324), 647-52 PMID: 21124449

d∞

o czym warto pamiętać fałszując dane

Brokuł romanesco przypuszczalnie nie ilustruje prawa Benforda.
Jest jednak pięknym przykładem fraktala, których nigdy dość.

Potoczne rozumienie statystyki obfituje w przeinaczenia a ludzie mają tendencję do dostrzegania znaczących wzorców tam, gdzie ich tak naprawdę nie ma. Profesjonalne jej rozumienie również dostarcza wielu kłopotów. Jednocześnie, wszechświat, jako ostateczny rzucający kośćmi, lubi płatać nam figle.

Przykładowo, jak pokazuje przykład rozwinięcia dziesiętnego liczby pi, dostatecznie długi ciąg przypadkowych znaków pozwala na dostrzeżenie w nim niemal dowolnych znaczących wzorców - odpowiednia ilość małp dostatecznie długo stukających w maszyny do pisania pozwoli na napisanie Biblii a astronomiczna liczba planet w połączeniu z astronomiczną skalą czasu dają ogromnie nieprawdopodobnemu zjawisku życia szansę zaistnienia. Wyglądający nieprzypadkowo zestaw wyników podrzucania monetą ORORORORO jest prawdopodobny dokładnie w takim samym stopniu jak nieregularny a więc "przypadkowy" jak OORROROOR. Nasze rozumienie "przypadkowości" jest więc dość płynnym pojęciem - widzenie wzorców jest związane ze specyficznymi dla człowieka mechanizmami percepcji.

Jedną z ciekawszych prawidłowości dotyczących prawdopodobieństwa jest prawo Benforda. Określa się tym mianem fakt zaskakująco uporządkowanego występowania cyfr w wartościach statystycznych zebranych w tak odległych od siebie dziedzinach, jak astronomia, sport czy wyniki wyborów. Na czym dokładnie polega ten fenomen? Wydawać by się mogło, że takie dane jak powierzchnia zbiorników wodnych, częstotliwości obrotów pulsarów czy liczby wylosowane z gazety wykazywać się będą nieuporządkowaniem. Otóż okazuje się, że można określić prawdopodobieństwo z jakim pierwsza cyfra każdej z tych wartości będzie konkretną cyfrą - jest np. 30,1% szans, iż będzie jedynką a tylko 4,9% szans, że będzie dziewiątką. Najprawdopodobniej więc będzie to raczej 1xx niż 4xx. Co ciekawe, reguła ta działa niezależnie od skali, co oznacza, że możemy przekonwertować jednostki na inne a prawidłowość pozostanie.

Tabela rozkładu wartości prawdopodobieństw dla poszczególnych cyfr

Rozkład Benforda został opisany po raz pierwszy w 1881 roku, przez amerykańskiego astronoma Simona Newcomba w 1881 roku, ponownie odkrył go Frank Benford w 1938. Lista znanych od tego czasu wielkości w których sprawdza się prawo Benforda jest imponująca a niedawne badanie tylko ją poszerzyło. Powierzchnie zbiorników wodnych, emisje gazów cieplarnianych poszczególnych krajów, liczby składające się na ciąg Fibonacciego, statystyki futbolowe, najwyższe budynki świata, stałe fizyczne, statystyki dotyczące 250 000 ostatnich trzęsień ziemi, jasności rozbłysków gamma i dane epidemiologicznego 987 chorób zakaźnych w roku 2007.

Co z tego wynika? Znajomość prawidłowości, które powinny pojawiać się w statystykach "wziętych z natury" pozwala na wysnuwanie przypuszczeń odnośnie potencjalnych czynników zakłócających w wypadku wystąpienia danych niezgodnych z oczekiwanymi w świetle rozkładu Benforda. Mogą to być wcześniej przeoczone mniejsze trzęsienia ziemi (jak w wypadku autorów publikacji), jak również księgowi kreatywni i manipulacje wynikami głosowania (jak przypuszczalnie miało miejsce w wypadku wyborów w Iranie).

grafika:

brokuł - Richard Bartz

rozkład Benforda - Gknor, grafika w domenie publicznej

źródło:

Sambridge, M., Tkalčić, H., & Jackson, A. (2010). Benford's law in the natural sciences Geophysical Research Letters, 37 (22) DOI: 10.1029/2010GL044830

rozplatając tęczę

Moment narodzin uwieczniony na skanie MRI.

Tak się to wszystko zaczyna. Nagranie MRI.