Dlaczego możesz pić mleko, które komórki są mordercami i jak zapyla się pod wodą – #040

Arkadiusz 00:00

Mleko jest smaczne, zdrowe i stanowi nasz pierwszy pokarm, ale jak to się stało, że możemy go pić także jako dorośli? Pszczoły są świetnymi zapylaczami na lądzie, ale czy ten proces odbywa się też w morskich głębinach, a jeśli tak to kto pełni funkcję owadów? Przy mikrofonie Arkadiusz Polak, dzień dobry, zapraszam Was na czterdziesty już odcinek podkastu Naukowo, w którym dowiecie się także o morderczych komórkach naszego ciała zabijających inne komórki bez wyraźnego powodu oraz o mini robocie zbudowanym z DNA. Przyjrzymy się też długości snu u dzieci i jak wpływa ona na ich długoterminowy rozwój. Jeśli odcinek Wam się spodoba, udostępnijcie go proszę znajomym, aby w każdą środę i sobotę sięgnęli po nową porcję naukowych nowości. Dziękuję za każdy komentarz czy polubienie bardzo mi to pomaga w dotarciu do nowych słuchaczy. A naszą społeczność możecie znaleźć na serwerze Discord, który prowadzimy, zapraszamy do dołączenia wszystkie linki znajdziecie w opisie odcinka. Dziś zaczniemy od szklanki czegoś pożywnego.

Arkadiusz 01:04

Dla niektórych z nas biały, krowi sok jest codziennym napojem. Bez mleka niektórzy nie wyobrażają sobie kawy, inni płatków, a część z nas uwielbia jego smak w czystej postaci, najlepiej prosto od krowy. Niestety część ludzi pić go nie może ze względu na uczulenie na niektóre jego składniki lub na nietolerancję laktozy, czyli mlecznego cukru. Gdy cofniemy się do ostatniej epoki lodowcowej, około 11 700 lat temu, zobaczymy niemowlęta jako jedynych przedstawicieli ludzi mogących strawić laktozę. To, że dziś jako dorośli możemy trawić ten cukier jest przejawem naszej ewolucji i stanowi podręcznikowy przykład tego jak człowiek przystosował się do rolniczego trybu życia. Ale dlaczego w ogóle jesteśmy w stanie trawić laktozę, co wydarzyło się w okresie tych kilkunastu tysięcy lat i jakie czynniki skłoniły ewolucję do tak błyskawicznego nadania nam takiej cechy? Różne są hipotezy mówiące o tym co doprowadziło do rozprzestrzeniania się w Europie genów odpowiedzialnych za możliwość tworzenia laktazy, czyli enzymu, który przetwarza laktozę. Niektóre z nich twierdzą, że pijący mleko otrzymali korzyść w postaci szybszego wzrostu albo większej ilości witaminy D co mogło mieć korzystny wpływ dla organizmów zamieszkujących północne tereny Ziemi, gdzie zmniejszone jest promieniowanie ultrafioletowe. Nowe badanie zaprzecza tym domysłom i podaje inne wyjaśnienie. Nowa historia picia mleka w Europie zaczyna się 6 500 lat p.n.e. na długo zanim człowiek uzyskał zdolność do trawienia laktozy. Dowodzą temu fragmenty ceramiki zebrane w całej Europie od Finlandii po Portugalię. W 13 000 naczyń charakterystyczne pozostałości tłuszczy zwierzęcych pozwoliły ustalić, że przechowywane było w nich mleko. Jak zatem starożytni ludzie, którzy mlecznego cukru trawić nie mogli, pili mleko swobodnie? Korzystając ze współczesnej bazy danych genetycznych UK Biobank naukowcy ustalili, że ponad 90% ludzi, którzy nie trawią laktozy, nadal piją mleko. Okazało się, że organizm, który nie wytwarza laktazy, może nadal trawić laktozę z pomocą biomu jelitowego. Nietolerancja laktozy może w ogóle być niezauważalna dla człowieka, pozwalając mu na swobodne spożywanie mleka, bez żadnych nieprzyjemnych skutków. Wzdęcia, gazy i inne rzekome objawy nietolerancji laktozy są mniej powszechne niż się ludziom wydaje. I chociaż niestrawiona laktoza może powodować biegunkę, to samo dotyczy kawy, śliwek i wielu innych popularnych pokarmów. Ale skoro tak, to pojawia się nowe pytanie. Jeśli bowiem możemy swobodnie pić mleko bez produkcji enzymu trawiącego mleczny cukier to po co ewolucja w ogóle rozwinęła tolerancję na laktozę? Brak takiej tolerancji może powodować biegunkę, ponieważ niestrawiony nadmiar cukru zalega w okrężnicy wysysając przy okazji wodę. W normalnych okolicznościach biegunka nie jest groźna, ale gdy człowiek jest chory lub cierpi głód, biegunka może wzmacniać cierpienie i być gwoździem do trumny. W czasach głodu lub epidemii problem z dostępem do żywności, skłaniał do częstego sięgania po łatwiejsze w produkcji mleko. Ale picie wówczas mleka przy równoczesnej nietolerancji laktozy było jak picie trucizny, biegunka stawała się w takich okolicznościach śmiertelnym zagrożeniem. I to właśnie zdolność do oparcia się temu zatruciu napędzała tolerancję laktozy na całym kontynencie. Zwłaszcza gdy dzieci, które wyrosły z wieku niemowlęcego i straciły zdolność trawienia laktozy, coraz częściej były narażone na zagrożenie biegunką laktacyjną i jelitowymi chorobami zakaźnymi, a to ze względu na coraz gęstsze występowanie siedlisk ludzkich. Połączenie tych czynników wyjaśnia, dlaczego na początku epoki żelaza, około 3 000 lat temu, tolerancja laktozy stała się tak powszechna. Skutki tego odczuwamy współcześnie - abyśmy mogli pić mleko globalny przemysł mleczarski wykorzystuje około 1,5 miliarda krów, a my wykorzystujemy ewolucyjną korzyść z czasów głodu i zarazy.

Arkadiusz 05:01

Mała, żółta i puchata. Sympatyczna pszczółka lata sobie po okolicy, z kwiatka na kwiatek, szukając pyłku będącego znakomitym źródłem białka. Albo czegoś słodkiego w postaci nektaru, ale przy okazji zupełnie nieświadomie odgrywa jeszcze jedną rolę - zapylacza. Związek między pszczołami i roślinami nie jest przypadkiem, ale jest wynikiem koewolucji czyli przemian, które zachodziły między zapylaczami i roślinami równocześnie w efekcie wzajemnego oddziaływania. Roślina zużywa energię, aby wytworzyć słodki nektar, ten jest pożywieniem dla owada, który zapyla rośliny umożliwiając jej rozmnażanie. Nic tu nie dzieje się przypadkowo, ale proces ten powstawał miliony lat, powoli dopasowując ten schemat do poprawnego działania. Na lądzie proces zapylania jest prosty i skuteczny, wymaga tylko aby pyłek przeniósł się pomiędzy roślinami tego samego gatunku. Aby doszło do takiego transportu można wykorzystać wiatr, wiedzą o tym świetnie wszyscy alergicy. Ale powietrze jest mało wydajne, tylko niewielka ilość pyłku trafi do adresata, co powoduje, że roślina musi go wyprodukować bardzo dużo. Najlepiej do tego celu nadają się zwierzęta, mnóstwo jest gatunków chętnych na słodki nektar, owady nasuwają nam się same, ale także ryby, ptaki czy gady mogą pełnić rolę kurierów. Nowe badanie naukowców z francuskiego Uniwersytetu Paryskiego opuszcza lądy i schodzi głęboko pod wodę. Bo czy do zapylania dochodzi też w morskich głębinach, a jeśli tak to w jaki sposób i kto w nim uczestniczy? W nauce długo utrzymywało się przekonanie, że zapylanie przez zwierzęta nie występuje w morzu. Teraz jednak odkryto podobny do roślinno-pszczelich związków układ w podmorskim świecie z udziałem czerwonych alg i maleńkich skorupiaków. Czerwone algi nie są ani rośliną, ani zwierzęciem, ale też muszą się jakoś rozmnażać. Do tej pory uważano, że komórki rozrodcze przenoszone były z jednej algi na drugą za pomocą podwodnych prądów. Męskie gamety alg niestety nie przypominają plemników i nie mogą samodzielnie pływać. Nowe badanie pokazuje, że podobnie jak na lądzie, także i tutaj znalazł się kurier, jest nim podwoik bałtycki, mały, 40 milimetrowy skorupiak żerujący na algach właśnie. Podczas takiej uczty odbywającej się na samcach algi czerwonej do zwierzęcia przylegają męskie gamety, wytwarzane przez struktury na powierzchni algi. Kiedy skorupiak przenosi się w inne miejsce i trafi na samicę algi wówczas część przylepionego do niego śluzu przenosi się do organu rozrodczego, dokonując w ten sposób procesu zapłodnienia. Jaką korzyść ma z tego kurier? Po pierwsze jedzenie, algi są pokryte malutkimi organizmami, które skorupiak zjada. Ale zapewniają mu także schronienie wszak głębia morza nie zawsze jest przyjaznym do życia miejscem. Transport gamet alg, które w zamian zapewnia może być ważnym mechanizmem reprodukcji, choć nie ustalono jeszcze jak bardzo. Odkrycie to sugeruje, że zapłodnienie za pośrednictwem zwierząt mogło ewoluować niezależnie w środowiskach lądowych oraz morskich i podnosi możliwość pojawienia się tego mechanizmu w morzu, zanim rośliny przeniosły się na ląd.

Arkadiusz 08:06

My za to przenosimy się teraz do innej rzeczywistości, gdzie znajdziemy organizmy tak małe, że dostrzec ich nie sposób, a maleńkie siły wpływają na procesy, dzięki którym w ogóle istniejemy. Za najmniejszy znany organizm zdolny do niezależnego wzrostu i reprodukcji uważa się bakterię Mycoplasma genitalium, która osiąga rozmiary od 0,3 do 0,8 mikrometra. Niestety jest to pasożyt żyjący w pęcherzu moczowym, drogach rodnych i oddechowych, powodując wiele chorób np. zapalenie cewki moczowej. Abyśmy mieli jakieś porównanie musimy przytoczyć rozmiar największej komórki w organizmie - komórki jajowej. Ma ona średnicę aż 0,1 mm i w porównaniu do swojego nieodzownego partnera, czyli plemnika jest naprawdę gigantyczna, ponieważ plemnik może poszczycić się długością 4,3 mikrometra. Jeszcze mniejsza, bo mierząca 4 mikrometry jest komórka ziarnista móżdżku będąca najmniejszą komórką w układzie nerwowym człowieka. Niewiele większe, bo mierzące 5 do 10 mikrometrów szerokości są kapilary, czyli najcieńsze naczynia krwionośne będące 50 razy cieńsze niż włos dziecka. Gdyby rozwinąć te maleńkie kapilary posiadane przez jednego przeciętnego dorosłego człowieka to miałyby gigantyczną długość około 40 000 km. W tym mikroświecie, który znajduje się w każdym z nas nauka stara się badać procesy komórkowe niewidoczne gołym okiem, a które są kluczowe dla wielu mechanizmów biologicznych czy tych mających udział w rozwoju chorób. Jednym z czynników wywołujących sygnały biologiczne jest siła mechaniczna wywierana na nasze komórki, będąca niezwykle istotną dla wielu procesów komórkowych. Przykładem może być uczucie dotyku, które jest częściowo uwarunkowane działaniem sił mechanicznych na specyficzne receptory komórkowe. Receptory te umożliwiają regulację innych kluczowych procesów biologicznych, takich jak zwężanie naczyń krwionośnych, oddychanie, odczuwanie bólu czy wykrywanie fal dźwiękowych w uchu i nazywane są mechanoreceptorami. Badanie procesów opartych na sile mechanicznej i zachodzących w mikroskali jest niezmiernie trudne, drogie i czasochłonne. Głownie dlatego, że potrzeba narzędzi umożliwiających zastosowanie i kontrolowanie siły o mocy 1 pikonewtona. Gdy weźmiecie do ręki długopis automatyczny i wciśniecie przycisk to włożycie w to siłę około 1 Newtona. Naukowcy potrzebują narzędzi, dzięki którym będą mogli posługiwać się siłami rzędu jednej bilionowej siły potrzebnej do uruchomienia długopisu. Pomysł francuskiej grupy naukowców z Centrum Biologii Strukturalnej w Montpellier wydaje się wychłodzić na przeciw zapotrzebowaniu nowych narzędzi, ale równocześnie brzmi jak wyjęty z filmu science fiction. Postanowili oni bowiem stworzyć maleńkiego robota zbudowanego z DNA. Metoda origami DNA może być używana do składania nanostruktur przypominających maszyny, które mogą być mechanicznie kontrolowane przez badaczy lub pracować w trybie autonomicznym. Wykorzystując tę metodę, stworzyli oni modułowe urządzenie molekularne nazwane Nanowyciągarką. Jest ona zaprogramowana do wywierania naprężeń mechanicznych na specyficzne, pojedyncze białka, mające zastosowanie w komórkach. Kształt Nanowyciągarki jest opracowany w taki sposób, aby wygenerować ruch liniowy, usadowić się na powierzchni komórki, a następnie działać jak molekularna sprężyna w celu wywierania naprężeń. Całość na grafikach przypomina kształtem lądownik księżycowy, dzięki któremu ludzie postawili stopę na srebrnym globie, tylko skala jest nieprawdopodobnie mała. Komponenty tego "nanorobota" są proste do złożenia w kompletny siłownik, wystarczająco wytrzymałe, aby można go było zastosować w różnych kombinacjach oraz zdolne do regulacji przyłożonej odległości i napięcia jakie wywołuje. Choć ma też dość poważną wadę, którą naukowcy będą starali się usunąć. Ponieważ nanowyciągarka zbudowana jest z nanostruktur DNA, jest to twór biologiczny i jako taki podlega potencjalnemu zniszczeniu wskutek niekorzystnych oddziaływań środowiska w jakim się znajduje. Gdyby badaczom udało się wzmocnić jej wytrzymałość i sprawić, że oprze się ona na przykład enzymom degenerującym DNA, mogłaby być skierowana do konkretnych typów komórek i receptorów, aby zbadać wpływ przykładania siły mechanicznej na różne procesy podczas określonych etapów wzrostu lub rozwoju komórek. I czemu te nano, mikro cuda mają służyć, może są to tylko wytwory fantazji naukowców? Zaburzenia powiązań siły mechanicznej i komórek naszego organizmu są faktycznie zaangażowane w powstawanie chorób na przykład nowotworów. Dzięki nowym narzędziom i metodom powiększa się wiedza, a przyszłe badania dzięki takim przełomom technologicznym mogą wznieść naukę w skali mikro na niedostępne do tej pory poziomy.

Arkadiusz 12:56

Człowiek to bardzo zróżnicowane zwierzę. Z jednej strony nasz potencjał twórczy pozwala budować cywilizację i pobudza rozwój w tempie, który nieodmiennie mnie zadziwia. Drugą stroną medalu są ludzkie skłonności do zniszczenia, nie tylko planety będącej naszym domem, ale także siebie nawzajem, mordując się z powodów całkowicie abstrakcyjnych. Na poziomie jednostek potrafimy nawet niszczyć samych siebie czy to psychicznie czy też dosłownie, kończąc swoje życie. Nasze życie, działania i śmierć są świetnym odzwierciedleniem tego co dzieje się wewnątrz naszego organizmu. Te wszystkie procesy zachodzą wewnątrz nas, każdego dnia, miliardy razy. Komórki będące budulcem naszego ciała nie tylko tworzą jego elementy, ale potrafią też popełniać samobójstwo lub eliminować się wzajemnie. W naszym organizmie zachodzą bez przerwy nieustanne zmiany, aby ten proces mógł w ogóle zachodzić potrzebne są nam zapasy nowego budulca - są nimi komórki macierzyste. Komórki krwi, skóry czy mięśni będące wyspecjalizowanymi strukturami nie potrafią same się namnażać i muszą być uzupełniane przez komórki macierzyste, które mają dwie podstawowe cechy. Po pierwsze potrafią wytwarzać kopię samych siebie, po drugie potrafią się różnicować, czyli zamieniać się w inną dojrzałą i wyspecjalizowaną komórkę. Korzystając z tych cech każda komórka macierzysta w procesie uzupełniania, na przykład komórek włosów, dzieli się na dwie komórki, z których jedna jest zachowywana do wykorzystania w przyszłości, a druga rozwija się, aby zająć miejsce utraconej komórki włosa, takie komórki nazywane są prekursorowymi. Ale co dzieje się z komórkami umierającymi, które wykonały swoje zadanie i muszą zniknąć z organizmu? Następuje ich śmierć w procesach, z których zwykle wyróżnia się dwa, przeciwstawne sobie mechanizmy. Pierwszym z nich jest apoptoza, czyli śmierć zaplanowana, spodziewana i niewywołująca specjalnego poruszenia w organizmie. Ot, jakaś komórka wykonała swoje zadanie i musi odejść, nawet układ odpornościowy zbytnio się tym nie przejmuje nie reagując na ten proces. Drugim sposobem zakończenia egzystencji komórki jest nekroza, czyli gwałtowna śmierć, następująca z przyczyn patologicznych, wywołując przy tym stan zapalny organizmu. W normalnych warunkach komórki mają zdolność do popełnienia samobójstwa, gdy doszło do poważnej mutacji lub gdy spełniły swoje zadanie. Tworzą one wówczas specyficzne sygnały na swojej powierzchni mówiące "zjedz mnie". Następnie wyspecjalizowane komórki, fagocyty, przybywają, aby pożreć umierające komórki, skutecznie zabierając ich zawartość i rozpuszczając je. Przywołać tu można na przykład makrofagi, które codziennie niszczą miliardy starych i niepotrzebnych już czerwonych krwinek wewnątrz Twojego organizmu. Okazuje się jednak, że fagocyty mogą też funkcjonować jako bezlitośni mordercy i to bez wyraźnego powodu. Jak donoszą naukowcy z Uniwersytetu w Hajfie, fagocyty niszczą te komórki macierzyste, które mają się zamienić na przykład w komórkę włosa. Mimo, że te nie robią nic "złego" i są po prostu w procesie zamiany na docelową komórkę, są wciąż nowe i nie są pod żadnym względem nieprawidłowe. Co więcej komórki prekursorowe są połykane żywcem przez fagocyt, a dopiero potem inicjowany jest proces śmierci. Nasuwają się tu dwa pytania. Po pierwsze, dlaczego tak się dzieje. Ponieważ proces ten został właśnie odkryty jego powód jest nieznany. Jak spekulują autorzy badania być może proces ten ma na celu dostarczenie składników odżywczych, aby utrzymać funkcjonalną populację komórek macierzystych przez całe życie organizmu, ale hipoteza ta wymaga potwierdzenia w kolejnych badaniach. Po drugie, jakie korzyści może takie odkrycie nam przynieść, poza poszerzeniem wiedzy o mechanizmach zachodzących wewnątrz nas. Poznanie procesów takiego komórkowego mordu mogłoby przyczynić się do powstania nowych leków czy sposobów na kontrolowanie śmierci komórek. A to z kolei ma olbrzymie znaczenie w trakcie chorób nowotworowych, w których dochodzi do zaburzenia naturalnych procesów komórkowej śmierci. Gdyby udało się stworzyć fagocyty, które mogą pożerać zdrowe komórki raka, można by się ich pozbywać i przez to ograniczyć jego wzrost, zamieniając tym samym mordercze fagocyty na skuteczną terapię nowotworową.

Arkadiusz 17:08

Skuteczną terapię, tylko że naturalną zapewnia nam też sen, będący jedną z podstawowych funkcji biologicznych naszego organizmu, pozwalający utrzymać nas w dobrym zdrowiu i kondycji oraz przynoszący nam niesamowite często sny. Czas jego trwania jest sprawa indywidualną, zaleca się 7 - 8 godzin snu każdej doby, ale czas ten jest bardzo zróżnicowany, gdy weźmiemy pod uwagę wiek. I to nawet jeśli weźmiemy pod uwagę tylko dzieci. Amerykańska Akademia Medycyny Snu zaleca, aby niemowlęta do pierwszego roku życia spały regularnie od 12 do 16 godzin na dobę. Następnie czas ten skraca się w miarę dorastania, w wieku 3-5 lat dzieci powinny spać od 10 do 13 godzin, włączając w to drzemki. Nastolatki od 13 do 18 lat powinny regularnie spać od 8 do 10 godzin na dobę, bardziej szczegółowy podział na wiek i potrzebę snu znajdziecie w linku, który umieszczam w opisie tego odcinka. Do tej pory żadne badania nie sprawdzały długotrwałego wpływu niewystarczającej ilości snu na rozwój nastolatków. Lukę tę postanowili wypełnić naukowcy z amerykańskiego Uniwersytetu w Maryland analizując sporą ilość danych z badania ABCD, które jest największym długoterminowym badaniem rozwoju mózgu i zdrowia dzieci w Stanach Zjednoczonych. Dane uzyskane zostały od ponad 8000 dzieci w wieku 9 do 10 lat, kategoryzując ich na dwie grupy o wystarczającej lub niewystarczającej ilości snu. Badanie ABCD obejmowało między innymi problemy behawioralne, zdrowie psychiczne oraz strukturalne i funkcjonalne pomiary mózgu w stanie spoczynku. Analizie poddane zostały obrazy rezonansu magnetycznego, dokumentacje medyczne i ankiety wypełnione przez uczestników i ich rodziców w momencie zapisania się do badania oraz po upływie 2 lat, gdy dzieci miały już 11 i 12 lat. Wyniki pokazują, że dzieci w wieku szkoły podstawowej, które dostają mniej niż dziewięć godzin snu mają znaczące różnice w niektórych regionach mózgu odpowiedzialnych za pamięć, inteligencję i dobre samopoczucie w porównaniu do tych, którzy dostają zalecane dziewięć do 12 godzin snu. Dzieci, które miały niewystarczającą ilość snu, miały mniejszą ilość istoty szarej lub mniejszą objętość w niektórych obszarach mózgu odpowiedzialnych za uwagę, pamięć i kontrolę zachowania. Co gorsza te efekty utrzymywały w badaniu kontrolnym przeprowadzonym po dwóch latach co sugeruje długoterminowe szkody wynikające ze zbyt małej ilości snu. Badanie pokazało tez, że u dzieci, które miały zapewnioną odpowiednią do swojego wieku długość snu, jego skracanie wraz z wiekiem przebiegało naturalnie i bez zakłóceń. Natomiast u dzieci, które nie spały wystarczająco długo ten proces nie występował, zaburzając ten ważny element dorastania. Praca ta pokazuje po raz kolejny jak ważny jest sen oraz wskazuje, że poprawa jakości snu u dzieci w różnym wieku ma wpływ na ich przyszły rozwój. Ważny wpływ na ten proces mają rodzice, które powinni zwracać uwagę na to, aby odpowiedni sen stał się dla dzieci standardem, zachęcając je do aktywności fizycznej w ciągu dnia i ograniczając ilość czasu spędzanego przed ekranem. Niezwykle ważne jest też, aby rodzice nie pozwalali dzieciom na korzystanie z telefonów, komputerów czy telewizji na co najmniej godzinę przed snem, aby zapewnić im komfortowe zasypianie i odpowiednią długość snu.

Arkadiusz 20:29

I to już wszystko w dzisiejszym odcinku, na kolejny zapraszam w środę, zajrzyjcie tez na stronę naukowo.net gdzie możecie odsłuchać inne odcinki podkastu lub przeczytać więcej artykułów popularnonaukowych na przykład o tym, dlaczego miłość wydaje się nam tak magicznym doświadczeniem. Dziękuję za uwagę i do usłyszenia!