Mucha warta Nobla
Doświadczenie 1
Do sterylnego pojemnika na mocz włóż końcówkę banana odciętą stroną do dołu. Skórkę nakłuj wcześniej w kilku miejscach czystym nożem. Polej owoc łyżeczką 10-procentowego octu. Na pojemnik nałóż papierowy ręcznik i zabezpiecz go gumką recepturką. Czystym nożem zrób otwór o średnicy 0,5 cm i odłóż pojemnik w ustronne miejsce w pobliżu okna na kilka dni. Potem nałóż na ręcznik pokrywkę pojemnika, ale jej nie dokręcaj.
Wyjaśnienie: Muszki octowe to inna zwyczajowa nazwa, pod którą znane są owocówki, bo ocet stanowi dla nich przynętę. Kwas octowy powstaje w wyniku fermentacji cukrów przez drożdże i bakterie, wskazując położenie „psujących” się owoców. Muszki potrafią w ciągu jednego dnia znaleźć zwilżony octem banan i złożyć na nim jaja. Taki pojemnik jest też świetną pułapką na te owady, które już pojawiły się w domu – pod warunkiem, że na czas działania przywabiacza zamkniemy okna dla nowych gości z zewnątrz.
Już po upływie doby z jaj rozwijają się larwy, które osiągają pełny rozmiar mniej więcej po tygodniu – przestają wtedy jeść i wychodzą na ścianki pojemnika (faza wędrowania), a tam z ruchliwych czerwi przekształcają się w nieruchome poczwarki. W ciągu kolejnych 4–5 dni wylęgają się z nich dorosłe osobniki i cykl rozpoczyna się na nowo. To znakomity przykład przeobrażenia zupełnego – larwa jest zupełnie niepodobna do organizmu dorosłego. Natomiast żywi się nie tylko fragmentami owocu, ale i rozwijającymi się na nim mikroorganizmami, stanowiącymi źródło białka. Co więcej, larwy wydzielają substancje hamujące rozwój niepożądanych gatunków mikroorganizmów i stymulujące wzrost najbardziej korzystnych dla siebie drożdży. Ocet także może przeciwdziałać rozwojowi np. niektórych pleśni (jeśli owoc pokryje się pleśnią, wyrzuć hodowlę i załóż nową).
Doświadczenie 2
Hodowlę z latającymi muszkami włóż na 4 min (nie więcej) do zamrażalnika (–20˚C). W tym czasie przygotuj nowy sterylny pojemnik na mocz. Umieść tam plasterek banana. Przygotuj recepturkę i czysty papierowy ręcznik. Szybko (w mniej niż minutę po wyjęciu) przesyp ospałe muszki do nowego pojemnika, zabezpiecz go papierowym ręcznikiem i gumką, po czym (opcjonalnie) nakryj wieczkiem. Zamiast pojemnika na mocz można użyć szklanych butelek po sokach owocowych lub litrowego słoika.
Wyjaśnienie: Badania naukowe nie byłyby możliwe bez utrzymywania hodowli muszek – czyli pasażowania. Opracowano wiele pożywek dla muszek owocowych – z rozgotowanych płatków owsianych, owoców i ich mieszanin. Czasami dodaje się do nich agaru lub żelatyny (wystarczy łyżeczka na 60 ml papki owsianej; całość trzeba podgrzać, aż do rozpuszczenia żelatyny), aby była stabilniejsza i by dorosłe osobniki się w niej nie topiły (jeśli w słoiku zbierze się dużo płynu ze zjadanego owocu, wrzuć do środka czysty ręcznik papierowy i pokręć naczyniem, by nasiąknął płynem – co ciekawe, na tak nasiąkniętym papierze zwykle nie rozwinie się pleśń).
Jako organizmy zmiennocieplne muszki stają się mało ruchliwe w niskiej temperaturze, co ułatwia ich przenoszenie do nowego pojemnika. Większy pojemnik (np. butelka) pozwala z czasem zaobserwować rytuały godowe – samce unoszą jedno skrzydło i tańczą przodem do samicy. Jeśli zostawić hodowlę bez pokrywki, to papierowy ręcznik będzie też wabić wolno żyjące samce. Stanie się areną, z której będą przeganiać słabsze osobniki. Czas rozwoju muszek zależy od temperatury – im wyższa, tym szybciej rosną. Może to też wynikać ze składu pożywki – badacze często sprawdzają np. preferencje larw względem różnych pokarmów (bogatych w białka albo tłuszcze) na różnych etapach ich życia, obserwując, w którym kierunku pełzną larwy.
Doświadczenie 3
W sklepach akwarystycznych lub przez internet kup nielotne muszki owocowe Drosophila melanogaster stosowane jako karma. Przygotuj nowych 10 hodowli (użyj pojemników na mocz albo małych pojemniczków po drażetkach miętowych). Z bloku technicznego wytnij wąski pasek (szerokość ok. 2 cm, długość 7 cm). Za jego pomocą do każdego nowego pojemnika włóż jedną larwę lub poczwarkę (uwaga, te są bardzo delikatne i łatwo je uszkodzić) z hodowli typu dzikiego (latające) i jedną z hodowli muszek nielotnych. Zamknij hodowle i obserwuj, co wykluje się z poczwarek. Jeśli wyklują się samiec (chudszy, z wyraźnie czarną końcówką odwłoka) i samica (od spodu wyraźnie kremowobiały „pełniejszy” odwłok), pozwól im się rozmnożyć i obserwuj, jakie (latające czy nielatające) będą miały potomstwo.
Wyjaśnienie: Badania dziedziczenia wymagały selekcji i krzyżowania wybranych osobników – najczęściej mutantów o dobrze widocznych cechach charakterystycznych, np. białych oczach. Takiego osobnika zidentyfikowali w pierwszej połowie XX w. Thomas Hunt Morgan i jego pozostająca w cieniu historii żona Lilian Vaughan Morgan, która także była biologiem eksperymentalnym. Dostępne w handlu akwarystycznym liczne nielotne mutanty muszek pozwalają zobaczyć podstawy dziedziczenia mendlowskiego. Możemy trafić na mutanty typu curly (bo ich skrzydła są podwinięte do góry – cecha ta jest dominująca), a potomstwo latającego i nielotnego osobnika będzie nielotne! Co więcej, spośród potomstwa dwóch nielotnych osobników (które zawsze są heterozygotami, gdyż osobniki homozygotyczne cy/cy nie przeżywają – cy obniża zatem płodność) 1/3 będzie mogła normalnie latać! Mutacje curly wskazują też na rzadko omawiane na lekcjach biologii zjawisko plejotropii – jeden gen warunkuje różne cechy fenotypu – dlatego genetyka nie jest łatwą dziedziną. Możemy też trafić na mutanty typu dumpy lub vestigial – te są recesywne. Zatem nielotne osobniki będą zawsze homozygotami (dp/dp albo vg/vg) i krzyżując się z innymi homozygotami tego samego typu, będą mieć nielotne potomstwo. Ale skrzyżowane z osobnikiem dzikiego typu (+/+) dadzą zawsze heterozygotyczne potomstwo (dp/+ albo vg/+), które będzie mogło latać.
Doświadczenie 4
Do lodówki włóż na całą noc miseczkę z wodą, zamroź także woreczek z kostkami lodu. Następnego dnia dodaj lód do wody i do takiej wody wsyp schłodzone przez 4 min w lodówce hodowle muszek (latających i osobno nielotnych). Postaraj się, by owady nie dotykały kostek lodu, bo zamarzną! Wykałaczką wybieraj samce do krzyżowania.
Wyjaśnienie: Zimna woda ogranicza ruchliwość muszek, dochodzących do siebie po ogrzaniu do temperatury pokojowej. W takich warunkach można obserwować ich skrzydła lub policzyć proporcję osobników o skrzydłach podwiniętych lub zwykłych. Samce w ciągu kilku godzin odnawiają zapasy nasienia i są w stanie kopulować z kolejnymi samicami – można zatem odseparować je i dodać do hodowli z poprzedniego doświadczenia, w których pojawiły się tylko samice. W zimnej wodzie zaobserwujemy też, czy w trakcie hodowli ujawniły się recesywne mutacje (kolor ciała, oczu i inne cechy), które można utrzymać i zbadać ich typ dziedziczenia w domowych warunkach. Rozdzielanie samic i samców pozwala także powtórzyć ciekawe badania nad długowiecznością – krzyżowanie osobników najdłużej żyjących (które dotrwają do ustalonego przez badacza terminu od wyklucia się) prowadzi do uzyskania populacji muszek długowiecznych, żyjących nawet o 20% dłużej niż dzikie.
***
Uwaga!
Redakcja nie ponosi odpowiedzialności za ewentualne szkody powstałe wskutek doświadczeń.
***
Zestaw przyrządów i materiałów
blok techniczny, 20 pojemników na mocz, wykałaczki, słoiki lub butelki po sokach, ręcznik papierowy, gumki recepturki, kiść bananów, 10-procentowy ocet, hodowla much karmowych
Niewliczone w cenę: miska, lodówkozamrażarka, nóż
Czas przygotowania: 6 godz.
Koszt: 77 zł
***
Wiedza w pigułce
Dojrzewające poza lodówką owoce ściągają chmary irytujących muszek owocówek (Drosophila melanogaster). Owady te na trwałe zapisały się w historii nauki. Poświęcono im przeszło 120 tys. prac naukowych (z czego wiele dotyczy genetyki, neurobiologii czy funkcjonowania białek) i aż sześć razy badania z wykorzystaniem tego niepozornego organizmu doceniono Nagrodą Nobla. Dzięki muszkom owocowym (inne nazwy to wywilżna karłowata, drozofila karłówka) wiemy, jak dziedziczone są chromosomy (1933 r.) i że promieniowanie X działa mutagennie (1946 r.). To w ich komórkach analizowano działanie zegara biologicznego (2017 r.) czy genetyczną kontrolę rozwoju embrionalnego (1995 r.). Nawet bezbłędny zmysł „węchu”, który zwabia je do naszych mieszkań, także był przedmiotem przełomowych badań (2004 r.). Do tego dochodzą liczne prace nad schorzeniami neurologicznymi, np. alzheimerem, determinacją płci biologicznej, starzeniem i długowiecznością, działaniem układu odpornościowego czy rozwojem organów.
Wszechstronne wykorzystanie muszek wynika z ich zaskakująco wysokiego genetycznego podobieństwa do ludzi – mamy wiele wspólnych genów, białek i mechanizmów regulacyjnych. Dlaczego? Pozornie obca muszka jest naszym kuzynem na ewolucyjnym drzewie życia i ma z nami wspólnego przodka, po którym odziedziczyliśmy te same zestawy skutecznych genów kontrolujących podstawowe procesy biologiczne. Trudno o bardziej żywy przejaw ewolucji. I to właśnie badania genetyczne zasugerowały przeklasyfikowanie owocówek na członków podrodzaju Sophophora.
Ale muszki dostarczają też niezmiernie ciekawych obserwacji behawioralnych – mają skomplikowane zwyczaje godowe. Co więcej – trwają badania nad zrozumieniem, jak powstaje „indywidualizm” u pojedynczego osobnika, jak funkcjonują w grupie i jak grupa zmienia zachowanie poszczególnych owadów lub dlaczego mogą się różnić np. temperamentem. Licznym analizom sprzyja łatwość hodowli – można je hodować w domu lub szkolnej klasie.