Kép

Rovarbelső lencsevégen

Amikor Wilhelm Conrad Röntgen 1895-ben közzétette a világ első röntgenfelvételét felesége kézcsontjairól, a tudományos közösség igencsak elámult. Azonnal észlelték ugyanakkor a felfedezés rendkívüli jelentőségét: mivel a röntgenkészülék műtéti beavatkozás nélkül tette láthatóvá az emberi test rejtett részeit, a 2 dimenziós képet adó új eszköz egykettőre az orvosi diagnosztika nélkülözhetetlen kelléke lett. Ugyan kellő gyakorlattal képesek voltak eligazodni a térben egyébként jól elkülönülő testrészek egymásra vetülő árnyékképei között, egyre nagyobb igény mutatkozott a 3 dimenziós megjelenítésre is. Bár Johann Radon nem sokkal ezután le is fektette az erre lehetőséget adó komputertomográf (ismertebb nevén CT) működésének elvi alapjait, az első ilyen készülék alkalmazására csak az 1970-es években nyílt lehetőség. Az újítás lényege, hogy a CT-vizsgálatok során nem egy, hanem több irányból készítenek felvételeket a páciensről, az elkészült keresztmetszeti képek utólagos összeillesztésével pedig 3 dimenzióban is megjeleníthető a vizsgálni kívánt testrész. A fejlesztések természetesen azóta is tartanak, így a CT-felvételek felbontása egyre jobb, az elkészítésükhöz szükséges idő egyre kevesebb, a felhasználási területük pedig egyre változatosabb lett.

Ma már széles körben elterjedt módszernek számít a mikrotomográfia (azaz a mikro-CT vagy µCT) is, melynek az anatómiai vizsgálatoktól a borostyánba ragadt őslények tökéletes térbeli rekonstrukciójáig számtalan speciális alkalmazási területe van. Néhány kutató már élő kisemlősök és gerinctelen állatok testébe is bepillantást kívánt nyerni ezzel a 10-100 µm-es felbontású műszerrel, ezek a vizsgálatok azonban számtalan kihívást rejtettek magukban. Ezek az állatok ugyanis túlságosan izgő-mozgó lények ahhoz, hogy a belső szerveikről készülő 3 dimenziós képek értékelhetően élesek legyenek, és ne kerüljenek rájuk a mocorgásokból eredő zavaró műtermékek. Emlékezzünk csak: a röntgen-, CT- és MRI-vizsgálatok során nekünk is mozdulatlanul kell kivárnunk, míg a felvételek elkészülnek, hiszen azok csak így adhatnak valós és pontos képet egészségi állapotunkról.

Nem voltak igazán kifogástalanok a rovarbelső vizsgálatát célzó korábbi módszerek sem: bár a hagyományos fénymikroszkóp és a 3 dimenziós megjelenítést lehetővé tevő konfokális mikroszkóp segítségével már lehetett értékes adatokat gyűjteni a gerinctelenek belső anatómiájáról, ezek a mérések rendszerint az állatok pusztulását és boncolását igényelték. Ugyanazt az egyedet tehát nem lehetett két egymást követő fejlődési stádiumban megvizsgálni, így a szervezetben bekövetkező időbeli változások nyomon követésére sem volt lehetőség. Felmerült tehát az igény a biológusok körében egy olyan műszerre, ami úgy készít éles képeket és úgy teszi lehetővé a rovarbelső időbeli változásainak alapos tanulmányozását, hogy a procedúrát a vizsgált állatok is túléljék. A megoldás Joanna Konopka és a Robarts Research Institute mikro-CT-laboratóriumának biofizikusa, Danny Poinapen példamutató összefogása révén született meg, és a rovarokról megszerzett korábbi ismeretekre épít.

A kutatók új ötlete az volt, hogy a rovarok tanulmányozása közben mindvégig szén-dioxid gázt adagoltak a mikro-CT berendezésbe. Ezzel ugyanis el tudták érni, hogy az állatok az így kialakuló oxigénhiányos környezetben átmenetileg ne mocorogjanak, ugyanakkor maradandó kár se essen bennük. És bár míg az emberi pácienseket érő ionizáló sugárterhelés nagyságát a lehető legkisebbre kell csökkenteni, a rovarok erre kevéssé érzékenyek, így a vizsgálatok idején használt röntgensugárzás sem okozott problémát az ízeltlábúaknál. Az új eljárás további előnye, hogy ugyanannak az állatnak a többszöri vizsgálatát egyaránt lehetővé teszi, ily módon a belső szervekben és a légzőrendszerben zajló, ám eddig sosem látott apró időbeli változások is feltárulhatnak a kutatók előtt. Joanna Konopka tehát most valahogy úgy érez, mint Wilhelm Conrad Röntgen korának tudósai: „Az eredmény totálisan lenyűgözött. Bár jól ismerem a könyvekben megjelenő képeket és rajzokat, mindez teljesen új perspektívát nyit számunkra.

Poinapen et al. (2017) Micro-CT imaging of live insects using carbon dioxide gas-induced hypoxia as anesthetic with minimal impact on certain subsequent life history traits. BMC Zoology 2 (1) DOI: 10.1186/s40850-017-0018-x Kép: Fig.2.

A cikk az Élet és Tudomány 2017/37. számban jelent meg.

Kép

Ostoros kórokozók blokkolása

Innovatív módszerrel lépnének fel a kutatók az álomkór, a fekélyekkel járó leismaniasis és a szívproblémákat is okozó Chagas-kór terjedése ellen, melyek emberek millióit érintik világszerte. A betegségeket egysejtű élősködők okozzák, melyek különböző vérszívók csípése által kerülnek az emberi véráramba. Az álomkór például a cecelégy nyála által továbbított Trypanosoma brucei, a Chagas-kór pedig a vérszívó rablópoloska csípés helyéhez ürített székletével terjedő T. cruzi ostoros parazitákhoz köthető. A T. brucei paraziták kezdetben 2-3 héten át a rovarok bélrendszerében élnek, később pedig a nyálmirigyekbe vándorolnak át, ahonnan a következő csípéskor már közvetlenül az emberi szervezetbe juthatnak. A cecelégy testében való vándorlás azonban veszélyekkel terhes számukra, hiszen át kell haladniuk például a bélrendszer fizikai határain vagy ellen kell állniuk az emésztőenzimeknek. Azt már korábban felfedezték, hogy a paraziták ezt az utat nem egyedül, hanem csoportosan teszik meg, azt azonban mostanáig homály fedte, hogy mozgásukat vajon hogyan képesek összehangolni?

A legújabb kutatások szerint az egyedek közti kommunikációt jelzőhólyagocskák (exoszómák) segítik, amiket veszély esetén maguk a paraziták választanak ki. Ezek megjelenése megzavarja és megakasztja a szomszédos élősködők addig akadály nélkül folyó vándorlását is, mintha a „felderítők” azt üzennék utánuk érkező társaiknak: maradjatok távol! Az eredmények azt sugallják, hogy ez a fajta „parazitacsevej” távol tartja az életerős egyedeket a sérültektől, és nem utolsó sorban a kedvezőtlen környezeti hatásoktól is. Az eredmények a bábeli esetre emlékeztetnek: ha sikerülne kikapcsolni a paraziták közti kommunikációs rendszert, az olyan új gyógyszerek kifejlesztéséhez vezethet, melyek a kezelésben és a pusztító betegségek terjedésének megelőzésében egyaránt segíthetnek.

Eliaz et al. (2017) Exosome secretion affects social motility in Trypanosoma brucei. PLOS Pathogens 13 (3) article. no. e1006245. (Kép: Fig. 8. Hősokkra kiválasztott jelzőhólyagocskák)

Még több érdekesség az Élet és Tudomány 2017/17. számában megjelent cikkemben olvasható.

Kép

Üvegcsapdák

Rajzik a dunai tömegtegzes Budapesten! Kétségtelen, hogy a faj nevével nem sokat találkozunk a mindennapokban, holott a Duna-parton sétálva április végétől június elejéig gyakran megfigyelhetjük tömeges repülésüket. Szaporodásuk természetes körülmények között a folyók mentén álló nagyobb fák vagy bokrok csúcsainál zajlik, ám a tegzesrajok gyakran feltűnnek a rakparti üvegpaloták ablakainál is. Később a párosodó tegzesek és a petézéshez készülő nőstények közül egyre több az ablakokra is rászáll, végül pedig rengeteg egyed a Duna vize helyett az üvegre petézik. A rovarok különös viselkedésének hátterében a poláros fényszennyezés áll: rajzás elején vonzóbbnak találják a poláros fényt visszaverő ablakokat, mint a természetes rajzóhelyüket jelentő magas fákat, az ablakra szállva pedig azért petéznek le, mert a vízszintesen poláros üvegfelületet az optikai hasonlóság miatt tévesen vízként azonosítják.

Az üvegnél repdeső rovarfelhő könnyen megszerezhető táplálékot jelent számos madárfajnak is: a barázdabillegetők akár röptükben vagy egy helyben lebegve is képesek elkapni a tegzeseket, az üvegre szállt példányokból pedig házi verebek, szarkák és széncinegék is lakmározhatnak. Egy új megfigyelés szerint nagy fakopáncsok is csipegettek a tegzesekből, ami azért különleges, mert korábban még nem jegyezték fel, hogy ez a faj a közismert fakopácsolás helyett vízparti üvegépületeknél táplálkozott volna.

Pereszlényi et al. (2017) Atypical feeding of woodpeckers, crows and redstarts on mass-swarming Hydropsyche pellucidula caddisflies attracted to glass panes. Urban Ecosystems doi:10.1007/s11252-017-0672-3 (Kép: Kriska György, videó: Supplementary Video Clip 1.)
Kép

Rovarvonzó LED

A LED-es fényforrások rohamos terjedésével párhuzamosan egyre több kutatás foglalkozik az új technológia ökológiai hatásaival is. Egy új-zélandi vizsgálat például a LED-ek fokozott, a nátriumlámpákhoz képest 48%-kal nagyobb rovarvonzó hatásáról számolt be, aminek hátterében hullámhosszbeli eltérések állhatnak. Az 589 nanométer hullámhosszú fényt kibocsátó nátriumlámpák élénksárga fényét ugyanis csupán kevés faj érzékeli, a folytonos színképpel rendelkező LED-es fényforrásokat viszont több faj is vonzónak találhatja. Egy új kutatás azonban most reménnyel kecsegtet: amikor a vizsgált gyepfoltokat bevilágító LED-ek fényerejét felezték, illetve éjféltől 4 órára teljesen kikapcsolták, az egész éjjel erős fénynek kitett gyepfoltokhoz képest jelentősen lecsökkent az érintett pók- és bogárfajok száma. A környezeti hatások csökkentése érdekében tehát kulcsfontosságú a közvilágítás megfelelő vezérlése.

Pawson & Bader (2014) LED lighting increases the ecological impact of light pollution irrespective of color temperature. Ecological Applications 24 (7) 15611568
Davies et al. (2017) Multiple night-time light-emitting diode lighting strategies impact grassland invertebrate assemblages. Global Change Biology doi:10.1111/gcb.13615 (Kép: Fig.S1)
Kép

“Fényes” rovartemetők

A vizes élőhelyek világnapján egy közelmúltban felfedezett, ám korántsem új keletű környezeti probléma kerül górcső alá: a poláros fényszennyezés. A főként vízirovarokat csapdázó hatás szinte minden sötét és fényes mesterséges felület esetében jelentkezik, de a legkifejezettebb károkat a vízpart közeliek okozzák. Az elsők között megfigyelt zászlóvivő áldozatok temetőben tanyát vert szitakötők voltak, amelyek furcsa módon vonzódtak a fényes fekete sírkövek vízszintes felületeihez, miközben a világosaktól távol maradtak. Olykor oda-vissza szálldostak a fekete sírkövek felett vagy azok fényes felületét érintve le is rakták petéiket, néhány esetben pedig a sírkő feletti ágakon sütkéreztek vagy párzottak. Később más mesterséges sötét felületek közelében – például aszfaltutakon, pakuratavakban, fényes fekete és piros autókon, folyóparti üvegépületeknél és napelemeken is – megfigyeltek hasonlóan viselkedő szitakötőket és kérészeket, de más vízirovarokat is. Ezek a rovarok azonban természetes körülmények között csak vizeknél mutatnak ilyen territoriális és reproduktív viselkedést.

A rovartévedések hátterében az áll, hogy a vízhez hasonlóan a vízszintes fényes fekete felületekről is erősen és vízszintesen poláros (azaz vízszintes irányban rendezetten rezgő) fény tükröződik. Mivel a vízirovarok (az emberrel ellentétben) képesek érzékelni a fény polarizációs tulajdonságait, a sötét felületek a vízhez való optikai hasonlóság révén megtévesztőek lehetnek számukra. A világos, érdes felszínek ezzel szemben nem vonzzák őket, hisz az azokról visszaverődő fény gyengén és nem vízszintesen poláros. Fontos lenne tehát a jövőben arra is figyelni, hogy a vízpartok közelében kevesebb fényes fekete felületet telepítsenek, elősegítve ezzel a vízirovarok utódainak túlélését.

Horváth Gábor, Farkas Alexandra, Kriska György (2016) A poláros fény környezetoptikai és biológiai vonatkozásai. ELTE Eötvös Kiadó, p. 485.
Kép

Szteroiddal a rovar-felnőttkor felé

Petéből lárva, lárvából báb, bábból kifejlett állat. A bonyolult testi átalakulásokkal járó metamorfózison számos rovar átesik, míg felnőtt korára ivaréretté nem válik. Bár ennek legfontosabb állomásait és történéseit már korábban jól ismerték, az átalakulás pontos időzítését meghatározó molekuláris folyamatokat mindeddig homály fedte. A régóta várt áttörést egy ecetmuslicákkal végzett kísérletsorozat hozta meg, mely szerint a fiatalkori fejlődési időszak végét szteroid hormonokat termelő sejtek jelzik a rovarnak. Mivel ezek a sejtek a bennük lévő DNS megkettőződése után sem válnak ketté, egy idő után sejtmagjuk “óriásira” nőhet. Egy bizonyos szint elérése után visszafordíthatatlanul beindul a rovar testében a szteroidtermelés, ami egyúttal átalakulásának kiindulópontját is jelenti. A felfedezés a mezőgazdasági kártevők visszaszorítása mellett a szteroidokkal összefüggő olyan betegségek jobb megértésében is segíthet, mint a mell- és prosztatarák.

Ohhara et al. (2017) Nutrient-Dependent Endocycling in Steroidogenic Tissue Dictates Timing of Metamorphosis in Drosophila melanogaster. PLoS Genetics 13 (1) e1006583.