Dr Anna Lipińska, dr Adam Ćmiel z Instytutu Ochrony Przyrody Polskiej Akademii Nauk oraz prof. Larysa Shevchuk z Państwowego Uniwersytetu Politechnika Żytomirska w Ukrainie i Lillia Bylyna z Berdyczowskiego Kolegium Medycznego w Ukrainie przeprowadzili pierwsze eksperymenty na linii POLYX, obserwując małże z rodzin Sphaeriidae. Badane mięczaki są ważnymi składnikami ekosystemów słodkowodnych ze względu na swoje skrzela, które działają jak naturalne filtry oczyszczające wodę.

Linia badawcza POLYX

Linia badawcza POLYX jest kompaktowym narzędziem służącym do mikroobrazowania i mikrospektroskopii rentgenowskiej. Dzięki dostępnym na niej technikom badawczym, naukowcy będą mogli uzyskać informacje o wewnętrznej strukturze próbek, ich składzie pierwiastkowym oraz związkach chemicznych w nich występujących. Linia POLYX znajdzie zastosowanie w badaniach z wielu dziedzin, takich jak: fizyka, chemia, nauki biologiczne, inżynieria materiałowa, inżynieria chemiczna, inżynieria medyczna, elektronika, inżynieria środowiska, archeologia i badania dziedzictwa kulturowego.

Czy mogą Państwo wyjaśnić na czym polegają Wasze badania?

- Małże słodkowodne należą do jednych z najbardziej zagrożonych grup zwierząt na planecie, wymagających natychmiastowych działań w zakresie ochrony. Projekt, nad którym obecnie pracujemy ma na celu zbadanie procesu rozmnażania małży z rodziny Sphaeriidae. Zrozumienie strategii reprodukcyjnej pozwoli nam sztucznie rozmnażać małże, a w przyszłości na wprowadzenie ich do naturalnych zbiorników. Liczymy, że nasze badania staną się  elementem programu ochrony i zachowania tych gatunków – wyjaśnia prof. Larysa Shevchuk z Państwowego Uniwersytetu  Poliechnika Żytomirska (Ukraina)

- Małże z rodziny Sphaeriidae są szczególnie interesującym przykładem mięczaków, ze względu na specyficzny system rozmnażania. Są to hermafrodyty  rozwijające swoje potomstwo w tzw. marsupiach znajdujących się w ich skrzelach, aż do momentu uwolnienia osobników młodocianych. Taki system reprodukcji oparty na kolejnych potomstwach ("matryoszka") jest bardzo nietypowym i dotąd nieznanym systemem reprodukcji, niezwykle ważnym z punktu widzenia biologii ewolucyjnej i ochrony przyrody. Strategia ta wydaje się być odpowiedzialna za ich wyjątkową obfitość w niektórych zbiornikach i ciekach wodnych. Kluczowym elementem ich strategii reprodukcyjnej, który został całkowicie niedoceniony w dotychczasowych badaniach, jest możliwość wylęgu wielu pokoleń w obrębie jednego cyklu życiowego. To zjawisko pozwala na szybkie rozmnażanie się tych osobników w sposób partenogenetyczny i na aktywne zwiększanie ekologicznych korzyści tej grupy. Jest to zjawisko zupełnie nowe i mało zbadane, nawet w kontekście biologii ewolucyjnej, więc nie wiadomo, co determinuje taką strategię i jak daleko jest ona zaplanowana. Wydaje się, że jest ona nie tylko odpowiedzią na niewystarczającą liczbę osobników w populacji (co uzasadniałoby partenogenezę), ale  także istnienie ogromnych populacji (np. o gęstości przekraczającej kilka tysięcy osobników na metr kwadratowy, co jest powszechne w populacjach tego gatunku na Ukrainie, gdzie zaobserwowano to zjawisko) jest wynikiem przyjęcia tej bardzo skutecznej strategii reprodukcyjnej. Zrozumienie mechanizmu tego zjawiska dałoby możliwość nie tylko ochrony tej grupy zwierząt, ale także aktywnego przywracania ich występowania i związanych z nimi usług ekosystemowych – mówi dr Anna Lipińska z Instytutu Ochrony Przyrody PAN.

Co chcieliby Państwo osiągnąć dzięki swoim badaniom?

- Planujemy policzyć liczbę osobników młodocianych wewnątrz każdego zebranego osobnika dorosłego. Planowane jest zebranie 100 osobników dorosłych, zamierzamy sprawdzić zawartość jam skrzelowych badanych osobników i oczekujemy, że obrazowanie pokaże, w sposób jakościowy i ilościowy, obecność młodocianych osobników. Będziemy także dokonywać pomiarów rozmiarów ciała zidentyfikowanych młodocianych osobników (długość i szerokość ich muszli). Są to badania wstępne i stanowią dopiero wprowadzenie do obszernych badań nad układem rozrodczym małży z rodziny Sphaeriidae - tłumaczy dr Adam Ćmiel z Instytutu Ochrony Przyrody PAN.

Dlaczego zdecydowali Państwo przeprowadzić swoje badania właśnie w Centrum SOLARIS?

Dr Lipińska wyjaśnia - Tradycyjne metody (tj. korzystanie z mikroskopu optycznego) nie dają zadowalających wyników w tym przypadku (brak możliwości nieinwazyjnego badania wnętrza ciała osobników), zaplanowaliśmy zastosowanie linii POLYX, która umożliwia obrazowanie struktury 3D i rozkładu pierwiastków w badanych próbkach.

Linia badawcza POLYX jest obecnie w ostatniej fazie konstrukcji i uruchamiania (ang. commissioning). Oznacza to, że zespół linii wykonuje pierwsze, testowe pomiary, jednocześnie usprawniając i kalibrując wszystkie jej elementy (optyka, detektory, motoryzacja itp.), by osiągnąć założone parametry układu badawczego (m.in. rozdzielczość). Pierwsi użytkownicy korzystali z linii POLYX w ramach tzw. expert commissioning access - dzięki nim, zespół mógł przetestować wydajność obrazowania rentgenowskiego na rzeczywistych próbkach (małże z rodziny Sphaeriidae)  i wprowadzić stosowne poprawki do kalibracji układu eksperymentalnego linii. Wynikiem współpracy były dwuwymiarowe radiografie małży, które pomogą użytkownikom w zidentyfikowaniu interesujących ich próbek. W przyszłości, dla wybranych okazów, możliwe będzie wykonanie mikrotomografii rentgenowskiej.

Rysunek 1. Radiografia małży z rodziny Sphaeriidae złożona z 5x3 radiografii poszczególnych fragmentów małży. 

Na zdjęciu widoczni są (od lewej):  Lillia Bylyna, prof. dr hab. Paweł Korecki, dr Katarzyna Sowa, dr Anna Lipińska, prof. Larysa Shevchuk, dr Adam Ćmiel, dr Tomasz Kołodziej.

Materiał powstał dzięki współpracy: dr Anny Lipińskiej, dr Adama Ćmiela, prof. Larysy Shevchuk, Lilliy  Bylyna, dr Katarzyny Sowy i prof. dr hab. Pawła Koreckiego.