Biologia eksperymentalna, filogeneza i procesy rozwojowe u zwierząt

Opis kierunku badawczego

Prace naukowe dotyczące biologii eksperymentalnej, filogenezy i procesów rozwojowych zwierząt koncentrują się na następujących tematach badawczych:

1. Strategie rozwoju zwierząt w stresie środowiskowym (Insecta, Aranea; Oligochaeta, Gastropoda)
Prowadzone badania koncentrują się na analizie porównawczej parametrów rozwoju embrionalnego i historii życiowych różnych gatunków bezkręgowców (pod uwagę bierze się przede wszystkim tempo metabolizmu i wzrostu oraz dynamikę pojawiania się stadiów rozwojowych). Analizie poddaje się mierniki fizjologiczne i biochemiczne strategii rozrodczych samic przy ilościowych i jakościowych zmianach i interakcjach czynników stresowych. W badaniach dotyczących rozwoju zarodkowego określa się potencjał rozwojowy zarodków i mechanizmy ich (pre)adaptacji i/lub tolerancji na różnorodne czynniki stresowe. Prowadzone są także badania na wielopokoleniowych liniach rozwojowych owadów o wyselekcjonowanych parametrach (długo – lub krótko żyjące) narażonych na wpływ metali.

2. Ustalenia pokrewieństw filogenetycznych w obrębie Hemiptera na poziomie podrzędów: Sternorrhyncha, Fulgoromorpha et Cicadomorpha oraz Heteroptera.
W obrębie tego problemu badawczego wykonywane są analizy cech morfologicznych, histochemicznych i molekularnych wskazujące kierunki ich zmian ewolucyjnych. Na tej podstawie określa się przemiany ewolucyjne wśród wybranych grup Hemiptera na różnych poziomach taksonomicznych (rodzin, plemion, rodzajów). W oparciu o morfologię i ultrastrukturę układu rozrodczego oraz morfologię wybranych tagm ciała weryfikowane są stosunki pokrewieństwa. W tym celu wykorzystuje się również markery molekularne – mitochondrialne i jądrowe. Przy zastosowaniu kryteriów paleontologicznych oraz porównań wewnątrz i pozagrupowych rozpoznawane są zmiany w budowie elementów szkieletu  prowadzące do określenia kierunków zmian morfologicznych.

3. Układy rozrodcze i gametogeneza wybranych bezkręgowców (Clitellata, Tardigrada, Insecta)
W ramach tego tematu badawczego wykonywane są badania nad przebiegiem oogenezy i spermatogenezy oraz ultrastrukturą układów rozrodczych wybranych bezkręgowców takich jak pierścienice z gromadysiodełkowców, niesporczaki i owady (mszyce). Analizowana jest również organizacja przestrzenna, mechanizmy powstawania i funkcjonowanie zespołów komórek płciowych, które pojawiają się we wczesnej gametogenezietych zwierząt. Szczególny nacisk położony jest na poznanie organizacji i roli cytoszkieletu komórkowego w zespołach oraz poznanie procesów transferu organelli komórkowych w obrębie zespołów komórek płciowych. Wykazane cechy morfologiczne, histologiczne i cytologiczne wykorzystywane są do analiz pokrewieństw filogenetycznych w obrębie badanych grup.

4. Rozwój, struktura i funkcjonowanie jelita środkowego bezkręgowców (Hexapoda, Crustacea, Myriapoda, Tardigrada)
Niniejszy temat wiąże się z badaniami ultrastruktury nabłonka jelita środkowego, procesów jego degeneracji (takich jak apoptoza, nekroza, autofagia) i samoodnowy. Przy użyciu technik histo- i immunohistochemicznych poznawane są także mechanizmy procesów regeneracyjnych jelita (komórki proliferujące i różnicujące się) oraz rola jelita w ochronie organizmu przed stresorami środowiskowymi (np. ksenobiotyki, patogeny, czy głodzenie). Prowadzone badania embriologiczne dotyczą powstawania i różnicowania się jelita środkowego w trakcie rozwoju zarodkowego, jak i rozwoju pozazarodkowego. Rozwój układu pokarmowego analizowany jest przy wykorzystaniu obrazowania 3D.

5. Różnicowanie narządowe w rozwoju zarodkowym kręgowców.
Badania związane są z rozwojem zarodkowym gadów łuskonośnych (Squamata). W ramach projektu realizowane są następujące zagadnienia:

    • badania porównawcze rozwoju zarodkowego tarczycy jaszczurek i węży
    • morfogeneza trzustki zarodków węży
    • rozwój zarodkowy narządu lemieszowo-nosowego (narządu Jacobsona) oraz towarzyszących mu struktur różnych gatunków łuskonośnych
    • gametogeneza w rozwoju zarodkowym różnych gatunków łuskonośnych
    • różnicowanie zęba jajowego różnych gatunków łuskonośnych
    • różnicowanie języka różnych gatunków łuskonośnych
    • rozwój zarodkowy oczu lateralnych oraz oka ciemieniowego różnych gatunków łuskonośnych
    • różnicowanie ośrodków zegara biologicznego gadów łuskonośnych
    • porównanie procesów keratynizacji  w obrębie naskórka oraz powierzchni języka gadów łuskonośnych
    • różnicowanie mięśni różnych gatunków łuskonośnych

Cechy anatomiczne, morfologiczne, histologiczne oraz immunocytochemiczne różnicujących się narządów Squamata wykorzystywane są do analiz pokrewieństw filogenetycznych w obrębie badanych grup.

W badaniach wykorzystuje się następujące metody badawcze:

♦ metody mikroskopowe świetlne: mikroskopia jasnego pola, mikroskopia fluorescencyjna (tradycyjna i konfokalna);
♦ transmisyjną i skaningową mikroskopię elektronową z wykorzystaniem komory niskopróżniowej (Phenom XL) i wysokopróżniowej (Hitachi, Phenom);
♦ metody histochemiczne i immunohistochemiczne;
♦ metody detekcji komórek degenerujących i proliferujących;
♦ przetrzymywanie komórek w warunkach in vitro oraz przyżyciowa analiza organizacji cytoszkieletu i rozmieszczenia organelli komórkowych;
♦ metody trójwymiarowego obrazowania narządów, tkanek i komórek;
♦ cytometrię obrazową;
♦ rentgenowską mikrotomografię komputerową;
♦ testy genotoksyczności i uszkodzeń oksydacyjnych DNA;
♦ luminescencja w badaniach potencjału energetycznego komórek;
♦ spektrometrię absorbcji atomowej (AAS);
♦ ELISA, Western Blotting (HSP; metalotioneiny);
♦ metody elektroforetyczne (profile izoenzymów białek);
♦ spektrofotometrię UV-VIS i spektrofluorymetrię (aktywność enzymów, stężenie niskocząsteczkowych antyoksydantów, detekcja wolnych rodników);
♦ respirometryczne pomiary metabolizmu oddechowego małych zwierząt;
♦ analizę wartości energetycznej i bilanse energetyczne;
♦ weryfikację stosunków pokrewieństwa za pomocą markerów molekularnych: mitochondrialnego genu oksydazy cytochromowej I oraz innych markerów molekularnych;
♦ analizę cech morfologicznych i histochemicznych form współczesnych oraz kopalnych na poziomie gatunkowym oraz ponadgatunkowym;
♦ określenie ewolucyjnych kierunków zmian morfologicznych przez porównanie cech morfometrycznych, anatomicznych i molekularnych;