Dwa lata temu w hodowli laboratoryjnej świerszcza domowego prowadzonej przez dr. Jacka Francikowskiego na Wydziale Biologii i Ochrony Środowiska UŚ zauważono jednego osobnika o innym niż właściwy dla linii dzikiej kolorze oczu. Wśród czarnookich owadów pojawił się niespodziewanie… żółtooki mutant. To jedna z dwóch linii świerszcza domowego (Acheta domesticus) z deficytami pigmentów wzrokowych, która stała się przedmiotem badań Bartosza Barana, laureata prestiżowego konkursu „Diamentowy Grant”.

Bartosz Baran z Wydziału Biologii i Ochrony Środowiska UŚ

Owady, które mają kolor oczu inny niż charakterystyczny dla linii dzikiej, są obserwowane względnie często w przyrodzie. Z badań na muszce owocowej wiadomo, że są to mutacje w grupie genów (m.in. white, brown, cinnabar, vermillion) związanych ze szlakami przetwarzania pewnych bazowych substratów w barwniki wzrokowe. Barwa oczu owadów jest zmienna i uzależniona od proporcji różnorodnych pigmentów. Podobnie jest z mutantami: zależnie od pierwotnego składu i brakujących substancji obserwowana barwa oka może być skrajnie różna od wyjściowej (np. żółta, biała, czerwona).

– Kiedy zauważono żółtookiego świerszcza, skrzyżowano go z owadem dzikim, czarnookim. Uzyskano w ten sposób czarnookie potomstwo. Dopiero w kolejnym pokoleniu, zgodnie z podstawowymi zasadami genetyki, pojawiły się żółtookie osobniki i to one dały początek czystej linii. Co niezwykłe, po kilku miesiącach pojawiły się wśród jej przedstawicieli owady z drugim rodzajem mutacji, mianowicie świerszcze z oczami białymi. Prawdopodobnie obecnie jest to jedyna tego typu hodowla na świecie. Właśnie odkrycie wspomnianych linii było inspiracją mojego tematu badawczego – mówi Bartosz Baran.

Już podczas pierwszego roku studiów laureat konkursu spotkał się z dr. Jackiem Francikowskim z Katedry Fizjologii Zwierząt i Ekotoksykologii, by, pracując jako wolontariusz, móc jednocześnie poszerzać program studiów i rozwijać swoje zainteresowania. Jego praca licencjacka poświęcona była badaniu metod przezkutykularnego podania kofeiny. Świat owadów okazał się fascynujący, dlatego student ISM zaangażował się w kolejne badania prowadzone na wydziale oraz postanowił przygotować własny projekt, którego opiekunem naukowym został dr hab. prof. UŚ Mirosław Nakonieczny.

Ze względu na budowę owadziego oka kolor oczu mutantów świerszczy widoczny jest gołym okiem. Jak wyjaśnia młody naukowiec, owady mają tak zwane oczy złożone składające się z dużej liczby „małych oczek” – ommatidiów. Każde z nich oddzielone jest od następnego warstwą komórek zawierających barwniki odpowiadające za wspomniany kolor oczu. Nie są to jednak barwniki służące bezpośrednio do rejestracji bodźca świetlnego. Ich zadaniem jest raczej jego modulacja. To w nich nastąpiły zmiany, które bada Bartosz Baran. Zasadnicze pytanie będące również przedmiotem dofinansowanego projektu dotyczy tego, jak owe zmiany pigmentacji wpływają na sposób widzenia owadów.

– Interesuje mnie m.in. to, czy świerszcz domowy z linii mutantów widzi np. ostrzej, jak postrzega kontury czy w jaki sposób odbiera bodźce świetlne. Dziś możemy już z dużą dozą pewności zakładać, że ommatidia w przypadku osobników z mutacjami są od siebie gorzej izolowane niż w przypadku oczu przedstawicieli linii dzikiej. Możemy zatem przyjąć, że bodziec świetlny padający na jedno z ommatidiów będzie łatwiej docierał do pozostałych i pobudzał je, co prawdopodobnie zmieni również obraz odbierany przez mózg owada. Właśnie to zamierzam zbadać – wyjaśnia autor projektu.

O ile jednak biolodzy dosyć dobrze poznali budowę oka złożonego i sposób odbierania bodźców świetlnych przez owady, o tyle nadal nie znają odpowiedzi na pytanie, jaki obraz powstaje w ich mózgu.

– Zakładam, że taka zmiana prawdopodobnie będzie miała odbicie w strukturze układu nerwowego, ponieważ wykazuje on właściwości plastyczne, które umożliwiają mu kompensowanie ubytków pojawiających się u danego osobnika – dlatego projekt zakłada także neurohistologiczną charakterystykę układu nerwowego obu wybranych linii mutantów. Zamiany te mogą być również przyczyną odmiennego zachowania mutantów w porównaniu z linia dziką.

Zespół, w którego skład wchodzi Bartosz Baran, aktywnie współpracuje m.in. z Pracownią Etologii Instytutu Biologii Doświadczalnej im. M. Nenckiego PAN kierowaną przez prof. Ewę Godzińską oraz z krakowskim Centrum Kopernika Badań Interdyscyplinarnych. W najbliższym czasie uruchomiona zostanie strona internetowa (http://www.insectinside.us.edu.pl), na której publikowane będą wyniki prowadzonych badań. Student ISM jest również współautorem wielu publikacji w czasopismach międzynarodowych. Ostatnia z nich pt. „Caffeine effects on AdoR mRNA expression in Drosophila melanogaster” ukazała się w październiku 2016 roku na łamach „Open Life Sciences”.

– Otrzymany „Diamentowy Grant” jest oczywiście wyróżnieniem, ale traktuję go także jak kredyt zaufania, który otrzymałem od ministra edukacji i szkolnictwa wyższego, na pewno motywujący do cierpliwej i odpowiedzialnej pracy – przekonuje młody badacz.