WWW.CHFPN.PL

Trzy rodzaje dynamiki

REDUKCJONIZM W BIOLOGII I TRZY RODZAJE DYNAMIKI
Dr Jolanta Koszteyn
Referat przedstawiony podczas konferencji ChFPN "Bryza"
Kościelisko 2010 

 

REDUKCJONIZM W BIOLOGII

Redukcjonizm (ontologiczny, metodologiczny i teoretyczny) – mimo prób odchodzenia od niego – nadal dominuje we współczesnej biologii.

Laureat Nagrody Nobla (1974 r.) z dziedziny Fizjologii i Medycyny, Christian de Duve, we wstępie do swej książki „Vital Dust” pisze:  „przez cała tę książkę starałem się dostosować do nadrzędnej reguły, by życie traktować jako proces naturalny, że jego pochodzenie, ewolucja i manifestacje, włącznie z gatunkiem ludzkim, rządzą się takimi samymi prawami jak procesy nieożywione.”     (de Duve 1995/XIV)

Jak zauważa Ernest Mayr, wielu biologów „uważa biologię jedynie za peryferia fizyki i redukowalną do fizyki” (Mayr, 1996/97)

Co najmniej od Kartezjusza, w nowożytnej biologii pokutuje mechanicystyczne traktowanie dynamiki żywej.

Redukcjonizm w biologii ma dwa „oblicza”. A właściwie, lepiej byłoby powiedzieć, że redukcja przebiega „dwuetapowo”:

  • W pierwszym etapie dochodzi do zredukowania istoty żywej do niezmiernie skomplikowanej maszyny lub w pełni zautomatyzowanego zakładu produkcyjnego (w którym oczywiście nie ma nadzoru człowieka). Innymi słowy jest to redukcja dynamiki biologicznej do dynamiki technicznej (np. maszyny, automatu).
  • W drugim etapie następuje zredukowanie funkcjonowania układu mechanicznego do procesów fizyczno-chemicznych. Ściślej mówiąc jest to: redukcja dynamiki technicznej do dynamiki mineralnej (tzn. takiej, jaka zachodzi w przyrodzie nieożywionej).

Konsekwencją tych intelektualnych procedur jest:

  • sugerowanie możliwości „spontanicznego”, „samoistnego” przechodzenia dynamiki mineralnej w dynamikę techniczną,
  • wyeliminowanie z dorobku poznania ludzkiego pojęcia dynamiki żywej – bo byłaby ona (rzekomo) jedynie skomplikowaną dynamiką techniczną.

 

TRZY RODZAJE DYNAMIKI

Dynamikę istot żywych czyli dynamikę żywą zwykło się dyskutować w kontekście jakiejś „uogólnionej” dynamiki abiotycznej (nieożywionej). Biorąc jednak pod uwagę owe dwa „oblicza” redukcjonizmu, tę dyskusję należy przeprowadzić w zestawieniu z dynamiką techniczną oraz dynamiką mineralną.

Wprawdzie biologa (czy też filozofa przyrody ożywionej) interesuje przede wszystkim dynamika żywa, nie może on tracić z oczu pozostałych rodzajów dynamik, tym bardziej, że pozostają one w wyraźnych, choć specyficznych relacjach z dynamiką istot żywych.

 

BIAŁORZYTKI

Wstępną ilustracją, ukazującą specyfikę tych relacji – a tym samym ujawniającą osobliwość dynamiki żywej – będzie zachowanie się ptaków z rodziny drozdowatych, zwanych białorzytkami.

Białorzytki z gatunku Oenanthe leucopyga  – o których będzie tutaj mowa – są niewielkimi ptakami (o długości 17-19 cm i ciężarze 23-32 g), zamieszkującymi tereny na skraju Sahary.

Nie trudno się domyślić, że warunki życia nie są tam łatwe. W ciągu dnia panuje niemiłosierny upał, w nocy robi się zimno. Nie ma roślinności, która tworzyłaby mikroklimat łagodzący drastyczne różnice temperatur. Dorosłe ptaki mogą się schronić w cieniu głazów lub półki skalnej, a ponadto warstwa piór skutecznie zabezpiecza je zarówno przed gorącem dnia, jak i chłodem nocy. Takich możliwości nie mają  – z oczywistych względów – jaja tych ptaków. Ochrona potomstwa, rozwijającego się pod osłoną cienkiej skorupki, spoczywa na rodzicach.

Istotnym elementem tej ochrony jest wybudowanie odpowiedniego gniazda. Gniazda białorzytek są niewielkie (ok. 15-16 cm wysokości) i surowe w swej architekturze. Mają one kształt przewiewnej piramidki, zbudowanej z kilkudziesięciu, a nawet kilkuset niedużych kamieni. Na szczycie znajduje się zagłębienie wysłane gałązkami i/lub zeschniętymi źdźbłami traw.

Niezmiernie ważną sprawą jest wybór odpowiedniego, czyli w miarę zacienionego miejsca – np. u stóp głazu lub pod występem skalnym.

Gdy białorzytka znajdzie takie miejsce, przystępuje do poszukiwania i znoszenia odpowiednich kamieni. „Odpowiednimi kamieniami” są wyłącznie odłamki porowatego piaskowca – oczywiście o takiej wielkości, żeby ptak mógł je unieść.

Gniazdo zbudowane jest w większości z kamieni o wadze od 2 do 10 g, choć białorzytka przynosi czasem odłamki o wadze ok. 20 g. Łączna waga kamieni, z których zbudowane jest gniazdo, dochodzi do 1 kg, a czasem do prawie 2 kg, co w porównaniu z ciężarem ptaka (23–32 g) jest imponującym wyczynem.

Mimo, że wokół jest duża rozmaitość gruzu skalnego, białorzytka zbiera jedynie porowaty piaskowiec. Dlaczego?

Porowatość piaskowca powoduje, że w ciągu chłodnej nocy – gdy skrapla się para wodna – nasiąka on wilgocią. W ciągu dnia, woda „uwięziona” w licznych mikroporach, przenikających cały kamień, stopniowo i powoli wyparowuje, chłodząc jaja (a potem pisklęta), znajdujące się we wnętrzu gniazda. W nocy zaś, kamienie wolno „oddają” ciepło, ogrzewając białorzytkę i jej potomstwo. Gniazdo białorzytki jest więc „komorą klimatyzacyjną”, zapewniającą cyrkulację powietrza oraz warunki termiczne stosowne dla rozwoju potomstwa.

Spójrzmy na tę ilustrację empiryczną z punktu widzenia trzech, wymienionych wcześniej, rodzajów dynamik:

  • dynamiki mineralnej,
  • dynamiki żywej,
  • dynamiki technicznej.

 

DYNAMIKA MINERALNA

  • Powstawanie piaskowca i jego kruszenie
  •  nasiąkanie wodą odłamków skalnych, 
  •  parowanie wody i jej skraplanie się
  •  nagrzewanie powierzchni ziemi przez promienie słoneczne,
  •  unoszenie się ciepłego i opadanie schłodzonego powietrza,

to zjawiska mineralne.

Są to przykłady różnorakich dynamik mineralnych, w powstawaniu których białorzytka nie miała żadnego udziału.

Tego rodzaju dynamiki są skutkami wzajemnego wpływania na siebie obiektów fizycznych i różnych form energii mineralnych. U „podłoża” tych dynamik leżą – odkrywane przez fizyków i chemików – właściwości tzw. materii.

Naszą uwagę zwraca również inny łatwo dostrzegalny fakt:

Promienie słoneczne – na przykład – docierają zarówno do formacji skalnych, głazów, kamieni, jak i gniazd białorzytek. Miejsce ich docierania Determinowane jest m.in. rzeźbą terenu, ruchem Ziemi względem Słońca, no i oczywiście zjawiskami powodującymi powstawanie fal elektromagnetycznych w tej gwieździe.

Promienie słoneczne nie wyróżniają (nie selekcjonują „same z siebie”) żadnego miejsca na powierzchni ziemi.

Ich dynamika jest homogeniczna, nieselekcjonująca, i sama siebie nie może modyfikować.

Promienie słoneczne nie mogą się samozdeterminować

  • ani co do miejsca swego padania,
  • ani co do kierunku swego padania,
  • ani co do swej intensywności.

Wszelkie tego typu modyfikacje są determinowane przez inne zjawiska fizyczne – ruch Ziemi, chmurę przesłaniającą tarczę Słońca, masyw górski znajdujący się na drodze promieni słonecznych, itp. 

Zjawiska, z którymi spotykamy się w jakimś fragmencie przyrody nieożywionej, to  zbiory różnorodnych, wzajemnie determinujących się dynamik mineralnych lub skutki tych dynamik.


 

DYNAMIKA ŻYWA (BIOLOGICZNA)

  • Wyszukiwanie kawałków piaskowca o odpowiedniej wielkości,
  • przenoszenie ich w zacienione miejsce,
  • stopniowe układanie kamieni tak, by powstała odpowiednich rozmiarów piramidka, 

to działalność ptaka – to dynamika żywa.

Oczywiście rozwój – embriogeneza potomstwa białorzytki, zachodząca pod osłoną wapiennej skorupki, jest również dynamiką żywą, i to o kluczowym znaczeniu. Tej to właśnie delikatnej dynamice (wrażliwej na niekorzystne wpływy otoczenia) podporządkowane są opisane zabiegi dorosłej białorzytki.
Bez ochrony procesu embriogenezy nie byłoby dorosłego ptaka zdolnego do przekazania życia kolejnemu pokoleniu białorzytek.

Obserwując białorzytkę z całą oczywistością dostrzegamy, jak dokonuje ona różnorodnych selekcji, między innymi takich, jak:

 - Selekcja czasu. Białorzytka nie zbiera odłamków skalnych przez cały rok, ale tylko w okresie poprzedzającym składanie jaj. Moment rozpoczęcia budowania gniazda skorelowany jest z dostępnością odłamków piaskowca o odpowiedniej wielkości. Jeśli białorzytka zorientuje się, że materiał budowlany jest rozproszony na dużej powierzchni (a więc jego wyszukiwanie i transportowanie jest czaso- i energochłonne) wówczas do budowy piramidki przystępuje nawet na kilka miesięcy przed lęgiem. Gdy materiał nie jest rozproszony, budowa rozpoczyna się kilka tygodni lub tylko kilkanaście dni przed składaniem jaj.

- Selekcja miejsca. Białorzytka nie buduje gniazda na jakimkolwiek skrawku pustyni, ale – jeśli to możliwe – w miejscu, które przynajmniej przez jakiś okres dnia będzie zacienione. Dorosły ptak, penetrując zamiesz-kiwany przez siebie teren, sam poszukuje schronienia przed prażącymi promieniami Słońca, a więc orientuje się, gdzie może znaleźć skrawek cienia.

- Selekcja materiału. Na terenie zamieszkiwanym przez białorzytki pełno jest różnorakich odłamków skalnych. Ale nie każdy odłamek jest odpowiedni na budowę gniazda. Ptak zbiera wyłącznie piaskowiec. Ponadto, spośród odłamków znajdujących się na pustyni, białorzytka wybiera najbardziej ekonomiczną „klasę wielkościową” – czyli kamienie niezbyt duże i niezbyt ciężkie (bo transport kamieni jest energochłonny, szczególnie gdy odległość od gniazda jest znaczna), ale też nie za drobne (bo wprawdzie dźwiganie lżejszych kamieni wymaga mniej wysiłku, ale budowanie gniazda z drobnych odłamków wymaga większej liczby przelotów, które „same w sobie” są energochłonne). Ciężar odłamków skalnych, zbieranych przez białorzytkę, nie jest stały. Ptak – jeśli ma wybór (a zazwyczaj go ma) – zbiera odłamki o „ciężarze ekonomicznym”, bowiem orientuje się, na jaką odległość będzie musiał je transportować, i uwzględnia to w swoim wyborze materiału budulcowego.

Dynamika białorzytki – w odróżnieniu od dynamiki mineralnej – jest więc heterogeniczna, selekcjonująca i zdolna do auto-modyfikacji.

Co jest szczególnie uderzającego w tych różnorodnych selekcjonujących działaniach białorzytki? Uderzające jest pojawianie się licznych i wyraźnych korelacji między zjawiskami fizycznymi lub pewnymi ich parametrami.

Te korelacje nie wynikają z dynamiki mineralnej. Tego rodzaju więzi tworzy ptak.

Istotną rolę w powstawaniu tych korelacji odgrywa dynamika orientacji białorzytki – zarówno w zjawiskach otaczającej jej przyrody ożywionej i nieożywionej, jak i w strukturach oraz dynamice własnego ciała.

Warto przy tym zauważyć, że niektóre korelacje – np. te, niejako „zamrożone” w architekturze gniazda – na długo pozostaną śladami dynamiki żywej, której aktualnie już nie widzimy (bo ptak zakończył budowanie piramidki lub w ogóle opuścił tereny lęgowe).

Różnorakie, selektywne i skorelowane czynności dorosłego ptaka, które prowadzą do wybudowania gniazda, są również skorelowane z szeregiem innych działań ptaka, takich, jak budowanie struktur ciała, zdobywanie pokarmu, obrona przed agresorem, poszukiwanie partnera, itp.

Budowanie gniazda jest więc działaniem „zawierającym się” w osobniczej dynamice cyklu życiowego.

Jest ono także w oczywisty sposób podporządkowane rozwojowi potomstwa. Brak którejkolwiek czynności zniweczyłby ich prawidłową embriogenezę. Znaczy to, że w tej misternej „sieci” skorelowanych (skoordynowanych) czynności nie może zabraknąć żadnego elementu.
Innymi słowy, budowanie gniazda jest działaniem dynamicznie niepodzielnym, wkomponowanym w cykl życiowy białorzytki i nierozerwalnie (w sposób istotny) związanym z trwaniem linii pokoleń tej formy żywej.

Budowanie gniazda jest zatem działaniem zintegrowanym.


 

DYNAMIKA TECHNICZNA

Specyficzna, chłodząco-ogrzewająca, cyrkulacja powietrza wewnątrz gniazda, wynikająca z jego architektury – tzn. zarówno z materiału, jak i struktury – to rezultat różnorodnych zabiegów białorzytki. Ta klimatyzacja, to być może prymitywna, ale jednak dynamika techniczna taka, jaką tworzy człowiek, gdy np. zawiesza na kaloryferze porowate, gliniane pojemniki z wodą.  (Przykład bardziej „zaawansowanej” dynamiki technicznej przedstawię za chwilę.)

Czym jest dynamika techniczna?

Najkrócej mówiąc, dynamika techniczna jest selektywnie zawężoną” („ograniczoną”) – co do miejsca, czasu, formy oraz intensywności – dynamiką mineralną.

Te różnorakie selektywne „ograniczenia” nie wynikają z dynamiki mineralnej, ale z dynamiki istoty żywej.

Dynamika żywa dynamiką „zawężającą”.

Uwaga 1.

Dynamika żywa nie tworzy dynamiki mineralnej.

Dynamika mineralna – czyli różnorodne procesy fizyczno-chemiczne – to skutek właściwości materii.

 Dynamika żywa jedynie selektywnie „zawęża” dynamikę mineralną.
 
Dynamika żywa – w przeciwieństwie do dynamiki technicznejnie jest „zawężoną” dynamiką mineralną, ale jest dynamiką zawężającą dynamikę mineralną.

Uwaga 2.

Mówi się, że organizm żywy to „coś więcej niż materia mineralna”. I jest w tym dużo prawdy.

Ale – i to należy podkreślić – od strony organizacji i funkcjonowania struktur ciała (na którą biolodzy przede wszystkim zwracają uwagę, i z którą wręcz utożsamiają istotę żywą) organizm żywy to „coś” zdecydowanie mniej niż dynamika mineralna.

Ciało żywe jest wysoce wyselekcjonowanym fragmentem dynamicznych i strukturalnych możności, zawartych w materii mineralnej.

Dobson (2004) wprowadził bardzo pożyteczne (dla biologów i filozofów przyrody) pojęcia „przestrzeni chemicznej” oraz „biologicznie istotnej przestrzeni chemicznej”. Oszacował on, że wewnętrzne właściwości materii mineralnej pozwalają na utworzenie ogromnej liczby rozmaitych połączeń atomów w cząsteczki chemiczne. Okazało się też, że organizm żywy buduje tylko 1/1060 możliwych fizycznie cząsteczek, nie przekraczających swoim ciężarem masy 500 atomów wodoru (tzw. mikrocząsteczek).
Większość cząsteczek biologicznie istotnych ma masę dziesiątki, setki a nawet tysiące razy większą od masy 500 atomów wodoru. Na poziomie takich makrocząsteczek (a należą tu wszystkie polimery biologiczne, białka, polinukleotydy, polisacharydy itp.) selektywność procesów biosyntezy jest znacznie większa. W wypadku makromolekuł „biologicznie istotna przestrzeń chemiczna” stanowi zaledwie 1/10390 możliwości całej „przestrzeni chemicznej”.
[Dobson C.M. 2004. Chemical space and biology. Nature, 432: 824-828.]

Jakie są warunki „zawężania” dynamiki mineralnej?

Niezbędne – „minimalne” – warunki „zawężania” dynamiki mineralnej przez istotę żywą to:

  • posiadanie narzędzi biologicznych,
  • umiejętność posługiwania się narzędziami,
  • zdolność do orientowania się w otoczeniu  i  strukturach własnego ciała.

Narzędzia biologiczne

Za pomocą narzędzi biologicznych forma żywa może wpływać na strukturę i dynamikę obiektów materialnych. Na przykład dziób białorzytki, jej skrzydła i noginarzędziami biologicznymi (organami), służącymi jej (między innymi) do podnoszenia, transportowania i układania odłamków skalnych tak, by powstała z nich piramidka.
Takimi narzędziami są nasze ręce, za pomocą których możemy ukształtować z gliny dzban na wodę, nasze oczy, za pomocą których możemy się zorientować, czy wykonywany przez nas dzban jest kształtny, jak również nasze enzymy trawienne, przy pomocy których możemy precyzyjnie rozmontowywać łańcuchy przyswojonego białka, itp.

Przeważająca część struktur ciała istot żywych (ludzi, zwierząt, roślin, grzybów, bakterii) to narzędzia biologiczne o różnej skali wielkości – od molekularnej do anatomicznej.

Specyficzną „klasą” narzędzi są maszyny biologiczne.

Większość narzędzi na poziomie subkomórkowym to właśnie maszyny molekularne, takie jak np. ATPaza, silniczek lokomocyjny bakterii Escherichia coli, rybosomy, enzymy trawienne.

Silniczek lokomocyjny

ATPaza

Oczywiście, maszyny biologiczne występują również na anatomicznym poziomie organizacji, czego przykładem mogą być nematocysty (parzydełka) jamochłonów lub mechanizm dźwigienkowy w kwiecie szałwi.

Nematocysta

Mechanizm dźwigienkowy w kwiecie szałwii

Umiejętność posługiwania się narzędziami biologicznymi

Nie wystarczy jednak mieć skrzydła lub nogi. Konieczna jest również umiejętność posługiwania się tymi biologicznymi narzędziami.

Ta umiejętność może być instynktowna nabywana na drodze uczenia się, treningu tak, jak ma to miejsce ptaków uczących się latać lub u niemowlęcia, które stopniowo nabywa wprawy w chodzeniu.

Zdolność orientowania się

Aby istota żywa mogła wywrzeć jakikolwiek selektywny wpływ na otaczającą ją rzeczywistość materialną, musi się w niej – jak już wcześniej powiedziałam –  orientować.

Białorzytka 

  •  musi widzieć odłamki skalne (bo inaczej nie mogłaby ich chwycić dziobem), 
  •  musi dostrzegać budowane przez siebie gniazdo (inaczej nie mogłaby wznosić swojej konstrukcji), 
  •  musi orientować się w położeniu „placu budowy” (inaczej nie trafiłaby do niego z wyprawy po odłamki skalne),
    itp.

Człowiek, który chce zerwać kwiaty bzu, musi je widzieć, a przynajmniej czuć ich zapach, by kierując się potem dotykiem ułamać gałązkę, na której są kwiaty (a nie tylko liście). To oczywiście wymaga również jakiejś orientacji w strukturach własnego ciała – przede wszystkim w położeniu narzędzi biologicznych oraz w zakresie możliwości posługiwania się nimi.

Geneza narzędzi

Skąd się biorą narzędzia, które są niezbędnym warunkiem zawężania dynamiki mineralnej?

Zdecydowaną ich większość buduje sobie każdy osobnik (lub osoba) w toku embriogenezy. A pewną – naprawdę niewielką – ich liczbę otrzymuje w „posagu” od organizmu rodzicielskiego, kształtującego komórkę rozrodczą.

Tak, czy inaczej, narzędzia biologiczne – podobnie, jak narzędzia techniczne człowieka – budowane są przez istoty żywe, są dziełem istot żywych.

Manipulacja

Orientacja i selektywne posługiwanie się wybudowanymi narzędziami biologicznymi umożliwia istotom żywym manipulowanie obiektami materialnymi, co w konsekwencji prowadzi (a przynajmniej może prowadzić) do „zawężenia” ich dynamiki, modyfikacji ich struktury.

Manipulowanie zatem, to selektywne ingerowanie w zjawiska materialne, możliwe dzięki temu, że dynamika narzędzia biologicznego (lub narzędzia technicznego) jest podporządkowywana orientacji.

Dynamika orientowania się jest oczywiście odmienna od dynamiki narzędzia, ale w ramach manipulowania materiałem lub energią te dwie dynamiki są ze sobą ściśle skorelowane.

Manipulacja formą behawioru

Manipulowanie jest jednym z rodzajów selektywnego, skoordynowanego i zintegrowanego działania, które zarówno w języku potocznym, jak i naukowym, nazywamy behawiorem (zachowaniem się) form żywych.

Z behawiorem mamy do czynienia zarówno wtedy, gdy istota żywa posługuje się narzędziami technicznymi (np. gdy człowiek buduje silnik lub strzela z kuszy), narzędziami z anatomicznego poziomu organizacji ciała (np. gdy ptak buduje gniazdo lub zebra broni się przed atakiem lwa),
jak i wtedy, gdy wykorzystywane są narzędzia wewnątrzkomórkowe (np. gdy bakteria buduje silniczek lokomocyjny lub człowiek broni się przed inwazją bakterii i wirusów przy pomocy układu immunologicznego).

Behawior

Bez względu na to, który poziom organizacji istoty żywej obserwujemy, to zawsze obserwujemy behawior (całej) istoty żywej.

Budowa i skala wielkości narzędzi nie ma tu istotnego znaczenia. Warto sobie również uświadomić, że behawior, jakim jest manipulowanie materiałem i energią, leży u podstaw fundamentalnej dynamiki istot żywych, jaką jest rozwój, czyli budowanie, odbudowywanie, modyfikowanie (adaptowanie) i naprawianie (regeneracja) struktur ciała.


 

BEHAWIOR OBRONNY STRZELA

Obronna chemiczna strzela w niczym – w swej istocie – nie różni się od obrony żołnierza wyposażonego np. w miotacz ognia. Oboje posługują się dynamiką techniczną sensu stricto.

Strzel Stenaptinus insignis (chrząszcz z rodziny biegaczowatych) w obliczu agresora ma – teoretycznie – dwa wyjścia:

  • odlecieć z miejsca zagrożenia, lub
  • stawić czoło napastnikowi.

Błyskawiczne salwowanie się ucieczką jest dla chrząszcza niewykonalne. Aby wzbić się w powietrze, musi on najpierw unieść okrywy skrzydeł (elytry), a dopiero potem może rozwinąć skrzydła i odfrunąć. Procedura startu trwa zbyt długo, by ucieczka była efektywną strategią ratowania życia w nagłym niebezpieczeństwie.

Strzel stosuje inną – szybszą i skuteczniejszą – taktykę obrony. Razi napastnika strumieniami gorącego (ok. 100oC) sprayu, zawierającego parę wodną oraz silnie drażniący p-benzochinon.

Strumień rozpylonej cieczy wydostaje się z ogromną prędkością (ok. 40 km/godz.) z otworu położonego na końcu odwłoka, i może dosięgnąć przeciwnika, znajdującego się w odległości 5 cm (sam owad ma ok. 2 cm długości).

Chrząszcz oddaje swój pierwszy „wystrzał” już w 100 ms (0,1 s) po zlokalizowaniu napastnika. Potem – w razie potrzeby – następuje cała seria „wystrzałów”, z których każdy trwa średnio 12 ms.

O skuteczności obrony decyduje nie tylko zasięg, siła rażenia, oraz drażniące właściwości gorącego sprayu.

Decyduje również precyzyjne wcelowanie w napastnika.

Strzel nakierowuje strumień sprayu na wybrany obiekt poprzez odpowiednie ustawianie wierzchołka odwłoka.

Chrząszcz, umiejętnie manewrując ruchliwym odwłokiem, precyzyjnie poraża napastnika, znajdującego się zarówno w jego najbliższym otoczeniu, jak i takiego (np. mrówkę), który zdołał opanować jego odnóża.

[Eisner T., Aneshansley D.J., Eisner Maria, Attygalle Athula B., Alsop D.W., Meinwald J. (2000) Spray mechanism of the most primitive bombardier beetle (Metrius contractus). J. Exp. Biology, 203: 1265-1275.]

Doświadczenia wyraźnie ukazały, że chrząszcz z ogromną precyzją kieruje strumienie sprayu na określony („zaatakowany”) fragment odnóża, co oczywiście wymaga orientacji w położeniu kończyny.

Co więcej, strzel jest w stanie dosięgnąć strumieniami sprayu agresora siedzącego na jego grzbiecie. W tym wypadku nie wystarcza tylko odpowiednie wygięcie wierzchołka odwłoka.

Chrząszcz nakierowuje strumień sprayu przy pomocy dwóch reflektorów, czyli tarczowatych struktur (rf), znajdujących się w pobliżu otworu wylotowego.

W sumie, nie ma takiego miejsca na powierzchni ciała owada, w którym agresor mógłby się czuć bezpiecznie.

Odpowiednio manewrując wierzchołkiem odwłoka oraz odpowiednio ustawiając reflektory strzel może skutecznie razić napastnika, któremu udało się wspiąć na jakąkolwiek część ciała owada.

Obrona strzela przed agresorem oparta jest o „zaawansowaną technicznie” broń, charakteryzującą się nadzwyczaj skomplikowaną budową i precyzyjnym mechanizmem działania, budzącym podziw zarówno biologów, jak i inżynierów.

„Ostatnie prace naszego zespołu dotyczyły kontrolowanej eksplozji u pewnych zdumiewających stworzeń. Te małe stworzenia posiadają mini-komory spalania oraz skomplikowany system zaworów i kanałów wylotowych. Modelowanie tych urządzeń do spalania ujawniło ich niewyobrażalną precyzję. /.../
Wyrafinowane małe komory spalania, mechanizmy kontrolujące ciśnienie, wewnętrzny system szybkiego przełączania zaworów i precyzja celowania – to wszystko wykazuje, że mamy do czynienia z jednym z najlepszych urządzeń do kontrolowanego spalania, jaki istnieje w otaczającym nas świecie! Zapewne nie powinniśmy się dziwić tej skomplikowanej, nieredukowalnej złożoności w świecie istot żywych, która z pewnością wskazuje na wielki Umysł, który ustanowił ją wraz z całym Kosmosem.”
[McIntosh A.C. 2002. Burning, Frizzling or Fizzling? Mathematics Today, 38(2): 40-45.]

Struktura broni chemicznej strzela

Na broń chemiczną strzela składają się:

Płaty komórek wydzielniczych (S), zaopatrzonych w przewody (P), doprowadzające hydrochinon oraz nadtlenek wodoru („paliwo”) do zbiorników.

Dwa, dość duże, ślimakowate zbiorniki (R) o elastycznych, otoczonych mięśniami ściankach, do których dochodzą zakończenia komórek nerwowych.

Dwie pary znacznie mniejszych, sercowatych komór eksplozyjnych (E) o sztywnych, masywnych ściankach.

- każda para komór zakończona jest kanałem wylotowym („dyszą”), otwierającym się na zewnątrz, na końcu odwłoka.

Ponadto, na broń chemiczną strzela składają się jeszcze:

Ciasne zastawki (mięśnie zwierające), które zaciskają połączenie między zbiornikiem i komorą eksplozyjną.

Gruczoły, w których wytwarzane są enzymy: katalaza i peroksydaza (te gruczoły są położone na zewnętrznej powierzchni komory eksplozyjnej i uchodzą do jej wnętrza).

Reflektory umiejscowione u wylotu „dyszy”, i służące do nakierowywania    strumieni sprayu.

Ruchomy wierzchołek odwłoka, który działa jak obrotowa wieżyczka czołgu.
 
Mechanizm działania broni chemicznej strzela

Nadtlenek wodoru oraz hydrochinony przedostają się przewodami do zbiorników (w warunkach panujących w zbiornikach, składniki „paliwa” nie wchodzą ze sobą w reakcję chemiczną).

Skurcz mięśni otaczających zbiorniki powoduje ich ściśnięcie. Wskutek tego gwałtownie wzrasta ciśnienia płynu znajdującego się w zbiornikach, co powoduje rozwarcie zastawek i wtłoczenie nadtlenku wodoru i hydrochinonów do komór eksplozyjnych.

Zwolnienie nacisku na ścianki zbiorników powoduje, że ciśnienie zawartych w nich płynów jest niższe niż w komorze eksplozyjnej. To powoduje zwieranie się zastawek, zapobiegające cofaniu się „paliwa”.

Enzymy (katalaza i peroksydaza), które napłynęły do komory eksplozyjnej, katalizują dwie silnie egzotermiczne reakcje (tzn. reakcje, w trakcie których uwolniona zostaje energia cieplna):
     - katalaza rozkłada natlenek wodoru na wodę i tlen,
     - peroksydaza katalizuje reakcję utleniania hydrochinonu przez nadtlenek wodoru, w wyniku czego powstaje drażniący p-benzochinon.
 Uwolniona podczas reakcji energia cieplna jest tak duża, że powstaje znaczna ilość pary wodnej.

Wysoka temperatura, nagromadzenie się tlenu oraz pary wodnej powoduje, że w komorze eksplozyjnej gwałtownie wzrasta ciśnienie. Wskutek tego następuje wyrzucenie przez otwór wylotowy („dyszę”) strumienia gorącego sprayu na zewnątrz ciała.

Warunki skuteczności obrony

 Broń chemiczna jest urządzeniem, służącym strzelowi do: 

  •  wytwarzania „pocisków” – czyli strumieni sprayu, oraz 
  •  nakierowywania tych „pocisków” w stronę agresora.

Jest to skomplikowane, na wpół automatyczne narzędzie, umożliwiające obronę przed wrogiem.
 
Jednak skuteczność obrony, w istotny sposób zależy od orientacji strzela – zarówno w otoczeniu, jak i strukturach własnego ciała, oraz umiejętnego posługiwania się bronią.

Obrona chemiczna strzela jest więc par excellence behawiorem, wymagającym:

Kontrolowania produkcji nadtlenku wodoru i hydrochinonów, czyli uruchamiania lub wstrzymywania biosyntezy „paliwa”, zależnie od stanu napełnienia zbiorników.

Kontrolowania biosyntezy enzymów (katalazy i peroksydazy), które po każdym „wystrzale” muszą zostać uzupełnione.

Kontrolowania ściskania zbiorników, czyli „włączania” broni w obliczu niebezpieczeństwa i „wyłączania”, gdy ono minie, utrzymywania regularnych, ściśle określonych odstępów czasu między kolejnymi skurczami zbiorników, albowiem do komory musi dopływać odpowiednia ilość „paliwa”, aby wybuch nie był ani za silny (co groziłoby rozsadzeniem komory eksplozyjnej), ani za słaby (bo wówczas strumień nie wytrysnąłby z dostateczną siłą).
 
Kontrolowania pozycji (ustawienia) wierzchołka odwłoka oraz reflektorów tak, by strumień sprayu precyzyjnie trafiał w napastnika.

Kontrolowania ściskania zbiorników, czyli „włączania” broni w obliczu niebezpieczeństwa i „wyłączania”, gdy ono minie, utrzymywania regularnych, ściśle określonych odstępów czasu między kolejnymi skurczami zbiorników, albowiem do komory musi dopływać odpowiednia ilość „paliwa”, aby wybuch nie był ani za silny (co groziłoby rozsadzeniem komory eksplozyjnej), ani za słaby (bo wówczas strumień nie wytrysnąłby z dostateczną siłą).
 
Kontrolowania pozycji (ustawienia) wierzchołka odwłoka oraz reflektorów tak, by strumień sprayu precyzyjnie trafiał w napastnika.

 

 
Copyright (c) 2000 - 2018 Ruch Nowego Życia
All Rights Reserved
[ created by hornet.com.pl ]
WEB interface