Ekologia biochemiczna

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj
Pomiar lotnych substancji chemicznych – (E)-2-heksenal i (E)-2-oktenal – uwalnianych przez pluskwy w czasie godów

Ekologia biochemiczna, ekologia chemiczna[a]dziedzina nauki leżąca na pograniczu biologii i chemii, dział ekologii obejmujący chemiczne oddziaływania między organizmami należącymi do tego samego lub różnych gatunków oraz oddziaływania organizmów z elementami ich siedliska.

Ekologia biochemiczna zmierza m.in. do poznania związków chemicznych, istotnych z punktu widzenia ekologii gatunków, populacji i biocenoz, oraz reakcji między nimi, zachodzących w ekosystemach o określonej strukturze.

Przedmiot ekologii biochemicznej[edytuj]

Jeden z pionierów ekologii biochemicznej, Jeffrey Harborne[1], wieloletni redaktor naczelny cenionego czasopisma Phytochemistry (zob. fitochemia), napisał we wstępie do wielokrotnie wznawianego podręcznika „Ekologia biochemiczna” (ang. Introduction to Ecological Biochemistry, Academic Press Limited 1993)[2]:

Połączenie dwóch tak odległych dyscyplin naukowych, jak ekologia i biochemia na pierwszy rzut oka może wydawać się dziwnym tworem. Ekologia polega głównie na obserwacji[b] i dotyczy oddziaływań pomiędzy organizmami żywymi w ich naturalnym środowisku, w związku z czym badania przeprowadza się w warunkach polowych. Natomiast biochemia jest nauką eksperymentalną, dotyczy oddziaływań na poziomie molekularnym i jest uprawiana na stole laboratoryjnym. Pomimo to te dwie różne dziedziny w ostatnim okresie skrzyżowały się z zadziwiającym powodzeniem…

— J.B. Harborne 1997
(fragment wstępu do rozdz. 1, tłum. Wiesław Oleszek[3])
1
Paul R. Ehrlich – amerykański ekolog w czasie  obserwacji terenowych
2
Laboratorium biochemiczne Uniwersytetu w Kolonii

Przedmiotem badań ekologii biochemicznej stała się przede wszystkim identyfikacja związków chemicznych, które przenoszą informacje między organizmami (głównie metabolity wtórne, w pierwszej kolejności metabolity komórek roślinnych, zob. fitochemia) oraz badania ich syntezy w organizmach żywych i funkcji w ekosystemach (zob. np. substancje semiochemiczne)[4]. Przykładami takich funkcji są: obrona przed roślinożercami i patogenami, wabienie zapylaczy zapachem lub barwą i inne. Analogicznie działające metabolity są wytwarzane w komórkach zwierzęcych (np. feromony, kairomony, odstraszające tiole wydzieliny skunksa)[5].

Elementy historii ekologii biochemicznej[edytuj]

Sok mleczny wyciekający z nacięć makówki, zawierający alkaloidy, m.in. morfinę
Okładka książki E. Poultona, Colours of Animals (1890)
Swynnertonia swynnertoni[6], noszący imię Charlesa Swynnertona (1877–1938)

Za kamień milowy drogi do poznania „chemii życia” uważa się zidentyfikowanie morfiny – składnika opium. Czystą krystaliczną substancję wyizolował w latach 1805–1806 Friedrich Wilhelm Sertürner (1783–1841). Po kilku kolejnych latach morfina była już powszechnie stosowana jako lek przeciwbólowy, a wkrótce zidentyfikowano i wyodrębniono inne alkaloidy mleczka makowego i innych roślin (np. kodeina, papaweryna, narkotyna, chinina, strychnina, kofeina), zbadano ich działanie na ośrodkowy układ nerwowy człowieka i zaczęto powszechnie stosować np. w lecznictwie (np. leki o działaniu depresyjnym)[7][8].

Miriam Rothschild (1908–2005, FRS, DBE), autorka ponad 350 prac naukowych z dziedziny entomologii[9] (m.in. prezentujących wyniki pionierskich badań owadów aposematycznych[10]), wymieniała również innych chemików i przyrodników, którzy od początku XIX w. wnosili istotny wkład w narodziny i rozwój ekologii biochemicznej. Znaleźli się wśród nich[11]:

Stowarzyszenie organizuje konferencje corocznie[37]. Ich tematyka jest cyklicznie powtarzana (np. od roku 1976 co trzy lata odbywają się konferencje z serii Chemical Signals in Vertebrates, CSiV)[38]. W marcu 2014 roku ukazał się jubileuszowy numer oficjalnego organu International Society of Chemical Ecology (ISCE) i Asia-Pacific Association of Chemical Ecologists (APACE) – czasopisma Journal of Chemical Ecology – poświęcony 40-leciu jego istnienia, zawierający artykuły[39]:

  • Preface (redaktor naczelny: J. Romeo)
  • The Importance of Volatile Organic Compounds in Ecosystem Functioning (J.H. Tumlinson)
  • Stereochemical Aspects of Pheromonal Communications: Diversity is the Key Word (K. Mori)
  • Pheromone Research—Still Something to Write Home About (J. Ruther)
  • Challenges and Opportunities in Marine Chemical Ecology (M.E. Hay)
  • There’s Something in the Water: Opportunities in Marine Chemical Ecology (J. Kubanek)
  • Plant Chemical Ecology Finally Gets to its Root(s) (N.M. van Dam)
  • Where Might We Go From Here? (J. Meinwald)
  • From Applied Entomology to Evolutionary Ecology and Back (T.C.J. Turlings)
  • New Synthesis: Parallels Between Biodiversity and Chemodiversity (M. Hilker)

Treści programowe kursów akademickich (przykład)[edytuj]

Program przedmiotu Ekologia biochemiczna, wykładanego na Uniwersytecie Gdańskim, obejmuje takie zagadnienia, jak[40]:

  • adaptacja roślin do warunków klimatycznych i glebowych (podstawy biochemiczne)
  • mechanizmy detoksykacji fungicydów, herbicydów i związków fenolowych
  • zapylanie roślin (podstawy biochemiczne)
  • toksyny roślinne (wpływ na zwierzęta)
  • oddziaływania hormonalne rośliny–zwierzęta
  • hormony linienia i juwenilne owadów
  • preferencje żywieniowe owadów i kręgowców (podstawy biochemiczne)
  • feromony i substancje obronne zwierząt
  • bioinsektycydy
  • oddziaływanie allelochemiczne rośliny–owady
  • oddziaływania między roślinami (podstawy biochemiczne)
  • biochemia odporności roślin na choroby
  • fitotoksyny

Uwagi[edytuj]

  1. Za synonim tych pojęć bywa uznawane określenie „ekologia fitochemiczna”, mimo że jest węższe – dotyczy zbiorowisk roślinnych.
  2. Zobacz też: cele i efekty eksperymentów, eksperyment w warunkach naturalnych, laboratorium.
  3. J.B. Harborne uważał, że „ekologia biochemiczna”, jako nauka o biochemicznej koewolucji zwierząt i roślin oraz roli substancji semiochemicznych w kształtowaniu struktury współczesnych ekosystemów, narodziła się dopiero w połowie XX w., ponieważ do tego czasu metabolity wtórne były uważane za „produkt odpadowy” przemiany materii. Za przełomowe uznał prace Gottfrieda Fraenkla (The raison d'être of secondary plant substances, 1959[28]) oraz Paula R. Ehrlicha i Petera H. Ravena (Butterflies and plants: a study in coevolution, 1964[29])[33].

Zobacz też[edytuj]

Przypisy

  1. a b John N. Prebble: Jeffrey Barry Harborne. 1 September 1928 — 21 July 2002 (ang.). W: Strona internetowa Royal Society, streszczenie biografii [on-line]. royalsocietypublishing.org. [dostęp 2014-06-05].
  2. Harborne 1997 ↓, s. 17.
  3. prof. dr hab. czł. koresp. PAN Wiesław Aleksander Oleszek (pol.). W: Portal Nauka Polska OPI [on-line]. nauka-polska.pl. [dostęp 2014-06-07].
  4. Shane Que Hee, University of California at Los Angeles: Ecological Biochemistry (ang.). W: In: Encyclopedia of Life Science DOI: 10.1002/9780470015902.a0003275.pub2 [on-line]. John Wiley & Sons, Ltd., 2001. [dostęp 2014-06-06].
  5. Harborne 1997 ↓, s. 19, 154–156.
  6. Swynnerton's Robin (Swynnertonia swynnertoni) (ang.). W: Internet Bird Collection (IBC) [on-line]. ibc.lynxeds.com. [dostęp 2014-06-07].
  7. Friedrich Sertürner (1783–1841) (ang.). W: Science Museum's ; History of Medicine website [on-line]. www.sciencemuseum.org.uk. [dostęp 2014-06-06].
  8. Rudolf Schmitz. Friedrich Wilhelm Sertürner and the Discovery of Morphine. „Pharmacy in History”. 27 (2), s. 61–74, 1985. American Institute of the History of Pharmacy (ang.). 
  9. The Hon. Dame Miriam Rothschild FRS > Bibliography (ang.). W: Portal 'Miriam Rothschild & John Foster Human Rights Trust' [on-line]. www.rothschildfostertrust.com. [dostęp 2014-06-06].
  10. Harborne 1997 ↓, s. 16.
  11. Harborne 1997 ↓, s. 12-14.
  12. a b Mimicry & Warning Colour: Fritz Müller Review of Müller's biography (ang.). W: Quarterly Review of Biology 79:196 (2004); Jim Mallet's home page [on-line]. University College London. [dostęp 2014-06-07].
  13. a b Mimicry & Warning Colour (ang.). W: Jim Mallet's home page > Müllerian mimicry [on-line]. University College London. [dostęp 2014-06-07].
  14. Alfred Russel Wallace (ang.). W: Notable Names Database (NNDB) [on-line]. [dostęp 2014-06-07].
  15. Obituary  : Mr. C. F. M. Swynnerton, C.M.G. (ang.). W: Nature 142, doi:10.1038/142198a0 [on-line]. www.nature.com, 30 czerwca 1938. [dostęp 2014-06-07]. s. 198–199.
  16. a b Harborne 1997 ↓, s. 12.
  17. Edward Bagnall Poulton (abstract) (ang.). W: Wiley Online Library [on-line]. onlinelibrary.wiley.com. [dostęp 2014-06-07].
  18. G. D. H. Carpenter: Poulton, Sir Edward Bagnall (1856–1943) (ang.). W: Oxford Dictionary of National Biography, doi:10.1093/ref:odnb/35586 [on-line]. Oxford University Press, 2004. [dostęp 2017-03-21].;faculty.kirkwood.edu
  19. Haase Erich (19.01.1857 Koszalin – 24.04.1894 Bangkok) (pol.). W: Mały słownik przyrodników śląskich [on-line]. przyrodnicy_slascy.republika.pl. [dostęp 2014-06-08].
  20. Gay H. (Imperial College London). Chemist, entomologist, Darwinian, and man of affairs: Raphael Meldola and the making of a scientific career. „Ann Sci.”. 67 (1), s. 79–119, styczeń 2010. DOI: 10.1080/00033790903472980. PMID: 20503778 (ang.). 
  21. red, Gerald A. Rosenthal, May R. Berenbaum: Herbivores: Their Interactions with Secondary Plant Metabolites. Academic Press, s. 255.
  22. Tadeus Reichstein – Facts (ang.). W: The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1950 > Edward C. Kendall, Tadeus Reichstein, Philip S. Hench [on-line]. Nobel Media AB. [dostęp 2014-06-07].; Biographical.; Chemistry of the Adrenal Cortex Hormones. W: Nobel Lecture [on-line]. 11 grudnia 1950.
  23. Reichstein, Tadeus (ang.). W: Strona internetowa Harvard University Herbaria & Libraries > Index of Botanists [on-line]. [dostęp 2014-06-08].
  24. a b c Harborne 1997 ↓, s. 13.
  25. F.A. Urquhart (Department of Zoology and Scarborough College, University of Toronto). The Effect of Micro-Cauterizing the ALPPM1 ("Gold Spot" of Authors) of The Pupa of the Monarch Butterfly, Danaus P. Plexippus (Lepidoptera: Danaidae). „The Canadian Entomologist”. 104 (7), s. 991–993, lipiec 1972. DOI: http://dx.doi.org/10.4039/Ent104991-7 DOI: http://dx.doi.org/10.4039/Ent104991-7. 
  26. Order of Canada > Frederick Albert Urquhart, C.M., Ph.D. (ang.). W: Strona internetowa 'The Governor General of Canada' [on-line]. www.gg.ca. [dostęp 2014-06-08].
  27. F.A. Urquhart (red.): Changes in the fauna of Ontario (ang.). W: Book, Illustrated [on-line]. University of Toronto Press, 1957. [dostęp 2014-06-08].
  28. a b G. Fraenkel. The raison d'être of secondary plant substances. „Science, NY”, s. 1466–1479, 1959 (ang.). 
  29. a b P.R. Ehrlich, P.H. Raven. Butterflies and plants: a study in coevolution. „Evolution”, s. 586–608, 1964 (ang.). 
  30. Harborne 1997 ↓, s. 55-57, 74-82.
  31. Brower, J. Vz.. Experimental studies of mimicry in some North American butterflies. „Evolution”. 35, s. 32–47, 1958 (ang.). 
  32. Phytochemistry, biochemical systematics and ecology : In tribute to professor Tony Swain, 1922–1987]. „Phytochemistry”. 27 (78), s. vii–viii, 1988. Elsevier Ltd.. DOI: 10.1016/0031-9422(88)87002-X (ang.). 
  33. Harborne 1997 ↓, s. 55–57, 74–82.
  34. Books by Tony Swain (ang.). www.goodreads.com. [dostęp 2014-06-08].
  35. Books by Teffrey B. Harborne (ang.). www.goodreads.com. [dostęp 2014-06-08].
  36. Tony Swain, Jeffrey B. Harborne, Chris F. van Sumere (red.): Biochemistry of plant phenolics (ang.). W: Proceedings of the first joint symposium of the Phytochemical Society of Europe and the Phytochemical Society of North America, held at the Rijksuniversiteit, Ghent, Belgium [on-line]. New York : Plenum Press, c1979. [dostęp 2014-06-08].
  37. International Society of Chemical Ecology (ang.). W: Strona internetowa ISCE [on-line]. www.chemecol.org. [dostęp 2014-06-08].
  38. CSiV History (ang.). W: Strona internetowa Western Kentucky University [on-line]. www.wku.edu. [dostęp 2014-06-08].
  39. Redaktor naczelny: John Romeo, Department of Cell, Micro, Molecular Biology, University of South Florida. Celebrating 40 Years. „Journal of Chemical Ecology Journal of Chemical Ecology”. 40 (3 / March 2014), marzec 2014. ISSN 0098-0331 (ang.). 
  40. dr Beata Szafranek; dr Marek Gołębiowski (Zakład Analizy Środowiska)): Ekologia biochemiczna (pol.). W: Karta kursu, prowadzonego na Wydziale Biologii i Wydziale Chemii UGj [on-line]. ug.edu.pl. [dostęp 2014-06-05].

Bibliografia[edytuj]