Zmysł elektryczny w otoczeniu - niewidzialne nici połączeń wokół nas
Elektrorecepcja, czyli zjawisko nazywane zmysłem elektrycznym - zdolność do wykrywania pól elektrycznych w otoczeniu - to umiejętność występująca przede wszystkim w świecie kręgowców wodnych, głównie wśród rekinów i płaszczek, ryb elektrycznych i dziobaków. Woda jest przewodnikiem, ale prąd elektryczny otacza nas ze wszystkich stron. Możemy zaobserwować ten fakt, gdy włoski porastające nasze ramiona unoszą się, gdy znajdujemy się w pobliżu kineskopu. Mówimy wówczas o elektrorecepcji w ośrodku niebędącym przewodnikiem, czyli elektrorecepcji w powietrzu. Owady zapylające i rośliny, które próbują do siebie przyciągnąć, są od siebie zależne. Pojawia się zatem pytanie o roli zmysłu elektrycznego w tych ściśle symbiotycznych relacjach. „W przypadku pszczół i pająków wyczuwanie pól elektrycznych to moment, w którym włosy dosłownie jeżą im się na głowach. Możemy wykazać, że pole elektryczne, które powstaje na przykład między pszczołą a kwiatem, może odchylać małe włoski porastające ich głowy i nogi”, wyjaśnia Daniel Robert, profesor bionanonauki i pracownik naukowy School of Biological Sciences, części Uniwersytetu w Bristolu. Projekt ElectroBee, który został zrealizowany dzięki dofinansowaniu ze środków Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych, miał na celu zgłębienie tego wyjątkowego sposobu odczuwania otoczenia, którego nie jesteśmy w stanie doświadczyć jako ludzie i którego dotychczas nie dostrzegaliśmy.
Laserowy wibrometr dopplerowski - dokładny do nanometra
Badacze zajmują się zgłębianiem świata pełnego delikatnych sygnałów i receptorów. W tym celu zespół wykorzystuje możliwości laserowych wibrometrów dopplerowskich do pomiaru ruchu włosów z dokładnością do pojedynczych nanometrów. Jak wyjaśnia badacz: „Aby dać naszym czytelnikom pewne wyobrażenie dotyczące skali wielkości, o jakiej mówimy, powiem tylko, że jeśli uznamy, że jabłko ma wielkość jednego nanometra, wówczas wielkość Ziemi będzie odpowiadała jednemu metrowi. Nawet tak drobne ruchy mogą być jednak wykrywane przez czułe neurony znajdujące się u podstawy wielu włosów na ciałach owadów”. Aby sprawdzić, czy trzmiele mogą wyczuwać sygnały elektryczne, zespół projektu ElectroBee pozwolił kolonii trzmieli poruszać się po wyznaczonym obszarze w laboratorium, w którym badacze mogli dowolnie ustalać i mierzyć warunki. Owady miały dostęp do dwóch źródeł pokarmu - z jednego z nich mogły pobierać wodę z cukrem, która stanowi ich przysmak, natomiast drugie z nich zawierało chininę, której nie lubią. Każde ze źródeł charakteryzowało się takim samym wyglądem, dodatkowo zostało też wyposażone w urządzenia elektryczne nazwane przez badaczy elektronicznymi kwiatami. „Dzięki możliwości ustawiania dowolnych parametrów, skonfigurowaliśmy napięcie źródła wody z cukrem na 30 woltów, czyli względnie niewielką wartość zbliżoną do typowych kwiatów. Podajniki chininy zostały ustawione na zero woltów”. Urządzenia były przenoszone po każdym karmieniu, aby uniemożliwić trzmielom zapamiętanie ich pozycji oraz ogólnej geometrii przestrzeni. „Odkryliśmy, że owady są w stanie znajdować źródło cukru, jeśli skojarzą z nim pole elektryczne. Co ciekawe, gdy wyłączyliśmy wszystkie kwiaty elektroniczne i powtórzyliśmy doświadczenie, trzmiele nie były w stanie znaleźć źródeł wody z cukrem”.
Latanie przez obręcze
Dokładne ustalenie napięcia odczuwanego przez owady w pobliżu kwiatów wymagało od zespołu upewnienia się, że w ramach badań wykorzystywany jest odpowiedni ładunek elektrostatyczny. W tym celu badacze wykorzystali miedziane obręcze. „Dzięki skłonieniu trzmieli do przelatywania przez obręcze wykonane z miedzi połączone z bardzo czułymi urządzeniami pomiarowymi, mogliśmy określić odpowiednie wartości”, dodaje Robert. Dzięki ustaleniu ładunku występującego w naturze, zespół mógł następnie odtworzyć go, pocierając nylonową kulkę o powierzchnię wykonaną z tworzywa w odpowiedni sposób. Po kilku próbach, które zaowocowały wypracowaniem skutecznej metody, badacze mogli umieścić ją w pobliżu trzmiela i oświetlić światłem lasera. „Nie różniło się to szczególnie od pocierania balonem o dywan podczas przyjęcia urodzinowego, aby sprawić, by włosy dzieci stanęły dęba”, wyjaśnia Robert.
Niewidzialne oddziaływania
Wszystkie ssaki mają włosy wykonane z keratyny, które są w stanie doskonale gromadzić ładunki elektryczne. Istnieje zatem możliwość, że elektrorecepcja jest naprawdę powszechnym zjawiskiem. Jakie są jednak korzyści z niej płynące? „Odwiedzenie kwiatu przez owady zapylające nie sprawia, że zmienia się jego wygląd zewnętrzny. Nadal ma taki sam kolor, kształt i zapach. Zmienia się jedynie jego potencjał elektryczny, a sama zmiana następuje na tyle szybko, że może posłużyć za informację o tym, że inny owad znalazł dany kwiat wcześniej. Największą korzyścią jest to, że dzięki temu można odczytać najnowszą historię danego kwiatu”, wyjaśnia Robert. Zmysł elektryczny to zjawisko występujące nie tylko u pszczół i trzmieli. Pająki mogą dzięki niemu przemieszczać się na odległości sięgające setek kilometrów przy pomocy babiego lata. W przypadku gąsienic elektrorecepcja pozwala na wykrywanie zbliżających się do nich naładowanych elektrycznie drapieżników. „Dotychczas udało nam się udokumentować wiele przykładów występowania elektrorecepcji, która stanowi przystosowanie do środowiska. Z pewnością jest ich znacznie więcej - wymagają jedynie odkrycia przez świat nauki”. Przełomowe badania zostały opisane na łamach kilku czasopism naukowych, a ich autorzy po raz pierwszy w historii udowodnili, że pola elektryczne znajdujące się w powietrzu mogą być wykrywane i wykorzystywane przez trzmiele i inne stawonogi lądowe. „Im lepiej radziliśmy sobie z pomiarami maleńkich pól elektrycznych pszczół, pająków, kwiatów i gąsienic, tym częściej wyobrażałem sobie jak świat może wyglądać dla istot odczuwających pola elektrostatyczne. Oczami wyobraźni zobaczyłem kwiaty na łące rozświetlające się, gdy obok nich przelatują pszczoły, a także jedwabne nici pajęczyn skierowane prosto w niebo i przypominające światło lasera wskazującego kierunek następnej podróży”, mówi Robert. „Mógłbym powiedzieć, że z mojego punktu widzenia te pola i napięcia elektrostatyczne to ulotne i kruche połączenia między organizmami, nieustannie tworzone i zrywane, które przywodzą na myśl złożoną sieć życia”.
Słowa kluczowe
ElectroBee, Europejska Rada ds. Badań Naukowych, pszczoły, elektrorecepcja w powietrzu, napięcie, siły elektrostatyczne, przystosowanie do środowiska, kwiaty, owad zapylający