Przedstawione prace to:

Transkrypt

1 Prof. dr hab. Jan R.E. Taylor Instytut Biologii Uniwersytet w Białymstoku Białystok, ul. Świerkowa 20 B tel. (085) taylor@uwb.edu.pl Białystok, 14 czerwca 2015 R e c e n z j a osiągnięcia naukowego zatytułowanego "Wpływ zróżnicowania masy ciała i tempa metabolizmu na śmiertelność małych ssaków" autorstwa Pana dr Karola Zuba w związku z postępowaniem o nadanie stopnia doktora habilitowanego Sylwetka habilitanta Dr Karol Zub jest bardzo aktywnym naukowo biologiem, łączącym w swej pracy zagadnienia i metody klasycznej ekologii, ekologii fizjologicznej i ewolucyjnej oraz genetyki zwierząt. Jego obiektem badań są przede wszystkim ssaki. Zagadnieniem dominującym w publikacjach dr. Karola Zuba są adaptacje tych zwierząt w sezonowo i długoterminowo zmieniającym się środowisku, a dotyczące fizjologii (gospodarowania energią), morfologii i behawioru. Dr Zub jeszcze przed rozpoczęciem studiów uczestniczył w terenowych badaniach ekologicznych. Tytuł magistra biologii uzyskał w roku 2002, a już w 2006 obronił pracę doktorską na temat energetyki ekologicznej łasic. Temu niezwykle ciekawemu gatunkowi pozostał wierny do dzisiaj, choć w dorobku dr. Zuba są też liczne prace o nornikach, o wilkach, ptakach, czy nawet owadach. Badania prowadzone przez dr. Karola Zuba zaowocowały pokaźną liczbą 36 prac naukowych, z których 31 znalazło się w czasopismach z Listy Filadelfijskiej. O wejściu tych publikacji do międzynarodowego obiegu świadczy najlepiej łączna liczba 452 cytowań i indeks Hirscha równy 11. Choć cały życiorys naukowy dr. Zuba jest związany z Zakładem Badania Ssaków PAN (przekształconym następnie w Instytut Biologii Ssaków PAN) w Białowieży, to odbył on staże naukowe na Uniwersytecie w Edynburgu oraz pracował w zespole prof. Johna Speakmana, w jednym z najlepszych na świecie w zakresie energetyki ekologicznej. Zebrane doświadczenia we współpracy zagranicznej i krajowej, opanowanie wielkiej gamy metod pomiarowych i statystycznych, a przede wszystkim konsekwentnie realizowany program badań, sprawiły, że dr Karol Zub jest rozpoznawanym i cenionym w świecie specjalistą w zakresie ekologii ewolucyjnej i fizjologicznej ssaków. Ocena osiągnięcia naukowego Dr Karol Zub jako swoje osiągnięcie naukowe, będące podstawą postępowania habilitacyjnego, przedstawił zestaw pięciu artykułów naukowych opublikowanych w latach w czasopismach o międzynarodowym zasięgu, o Impact Factor między a Dr Zub jest pierwszym autorem czterech z tych pięciu prac. Jego udział w powstaniu pięciu prac, jak wynika załączonego oświadczenia, wynosi 55-75%. Mimo, że bardzo niewiele czasu upłynęło od ukazania się tych prac drukiem, wszystkie były już cytowane od 2 do 11 razy (Web of Knowledge, ). 1

2 Przedstawione prace to: [1]. Zub K, Szafrańska PA, Konarzewski M, Speakman JR Effect of energetic constraints on distribution and winter survival of weasel males. Journal of Animal Ecology 80: IF=4.937, 11 cytowań, 45 pkt MNiSW. [2]. Zub K, Piertney S, Szafrańska PA, Konarzewski M Environmental and genetic influences on body mass and resting metabolic rates (RMR) in a natural population of weasel Mustela nivalis. Molecular Ecology 21: IF= 6.275, 9 cytowań, 40 pkt MNiSW. [3]. McDevitt AD, Oliver MK, Piertney SB, Szafrańska PA, Konarzewski M, Zub K Individual variation in dispersal associated with phenotype influences fine-scale genetic structure in weasels. Conservation Genetics 14: IF=1.846, 4 cytowania, 20 pkt MNiSW. [4]. Zub K, Fletcher QE, Szafrańska PA, Konarzewski M Male weasels decrease activity and energy expenditure in response to high ambient temperatures. PLoS ONE 8: 1-7. IF=3.534, 2 cytowania, 40 pkt MNiSW. [5]. Zub K, Borowski Z, Szafrańska PA, Wieczorek M, Konarzewski M Lower body mass and higher metabolic rate enhance winter survival in root voles, Microtus oeconomus. Biological Journal of the Linnean Society 113: IF=2.535, 3 cytowania, 20 pkt MNiSW. Obiektem badań w czterech z pięciu prac, składających się na osiągnięcie naukowe, jest łasica, mały drapieżny ssak o bardzo wysokich wymaganiach energetycznych i silnie wyrażonym dymorfizmie płciowym. Okazał się on idealnym obiektem do rozpatrywania kwestii ogólnobiologicznych. Dużym problemem w badaniach nad znaczeniem masy ciała jest jej mała zmienność w obrębie gatunku, co uniemożliwia stwierdzenie istotnych zależności między masą przeżywalnością. Tymczasem łasice charakteryzują się aż trzykrotną jej zmiennością. Gatunek ten jest także ciekawy z tego względu, że duże rozmiary samców, ważne w okresie rozrodu, mogą być niekorzystne w zimie, gdyż pociągają za sobą większe zapotrzebowanie na pokarm. W pracy opublikowanej w Journal of Animal Ecology [praca 1], Autor wykazał, że sytuacja nie jest tak prosta większe osobniki zasiedlały bardziej produktywne siedliska, co zniwelowało wpływ masy ciała na zimową śmiertelność. Uzasadnienia tego wniosku dostarczył ogromny i unikalny materiał przedstawiony w pracy, uzyskany przez ważenie schwytanych łasic, pomiar ich otłuszczenia, pomiar tempa metabolizmu i aktywności w naturalnych warunkach. Dane te umożliwiły Autorowi skonstruowanie modelu skutecznie przewidującego, jak łasice różnej wielkości mogą zbilansować swój budżet energetyczny polując na duże i małe ofiary, a jednocześnie minimalizując czas polowania, podczas którego są narażone na ataki innych drapieżników. Dużym walorem tej pracy jest wykazanie, że wymagania energetyczne osobników, związane z rozmiarami ciała, wpływają na ich przestrzenne rozmieszczenie w bardzo małej skali sąsiadujących siedlisk. Wyróżnia to tę pracę na tle szeroko analizowanych wielkoobszarowych wzorców geograficznej zmienności masy ciała, zwłaszcza w kontekście tzw. reguły Bergmanna. Nie mogę tu jednak nie wspomnieć, że część przedstawionych w pracy [1] wyników, łącznie z modelem (dane zebrane w latach ), została już wykorzystana przez dr. Karola Zuba w jego rozprawie doktorskiej zatytułowanej Czynniki wpływające na zróżnicowanie rozmiarów ciała łasic Mustela nivalis obronionej w 2006 roku. Tylko dwie spośród pięciu prac bezpośrednio dotyczą wpływu zróżnicowania masy ciała i tempa metabolizmu na śmiertelność małych ssaków, zawartego w tytule osiągnięcia jest to powyżej omówiona praca [1] i praca badająca ten wpływ u nornika północnego [5]. Badania nad śmiertelnością zwierząt w naturalnych populacjach borykają się często z niekontrolowaną emigracją i imigracją na powierzchnię badawczą. Dr Karol Zub ze współpracownikami uporał się z tym problemem przez zbudowanie dwóch 1-ha nornikowoszczelnych zagród na torfowisku niskim nad Biebrzą, co umożliwiło śledzenie losów indywidualnie znakowanych osobników i określenie ich śmiertelności. Jest to bardzo przykładnie przeprowadzony projekt, który przez cztery lata dostarczył tym bardziej unikalne dane, że podobnych prac, przeprowadzonych w naturalnym środowisku, jest bardzo niewiele i z reguły prowadzone były przez krótszy okres. Praca dr. Karola Zuba i współpracowników, dzięki metodologicznej doskonałości i długiemu czasowi trwania, solidnie uzasadniła pogląd, iż nie należy się raczej spodziewać powtarzalnej z roku na rok kierunkowej selekcji masy ciała i tempa metabolizmu. Obie cechy okazały się fenotypowo plastyczne i na dodatek zmieniały się różnie w różnych kohortach gryzoni. Zwłaszcza fenotypowa 2

3 zmienność spoczynkowego tempa metabolizmu (RMR), obniżanie go w sytuacji gorszej bazy pokarmowej, jest bardzo ciekawym stwierdzeniem. Mimo tej fenotypowej plastyczności, udało się wykazać, że dobór naturalny w pierwszej połowie zimy preferuje mniejsze osobniki, a w drugiej większe, natomiast wyższy RMR korygowany o masę ciała sprzyjał przeżywaniu. Podział zimy na dwa okresy był więc bardzo dobrym posunięciem brak korelacji między masą ciała a przeżywalnością, relacjonowany przez innych badaczy, mógł wynikać z analizowania zimy jako całego okresu. Na szczególną uwagę zasługuje kolejna praca [2] (w Molecular Ecology ), która przedstawia po raz pierwszy odziedziczalność tempa metabolizmu u dzikiego ssaka w warunkach naturalnych i po raz trzeci odziedziczalność masy ciała ssaka w tychże warunkach. Ssakiem tym jest ulubiony obiekt dr. Karola Zuba łasica. Przez długi czas ekolodzy o zacięciu fizjologicznym badali zmienność fenotypową interesujących ich cech, zaniedbując ich podłoże genetyczne. Podłoże to jest jednak krytycznie ważne, bo tylko ono gwarantuje, że na badane cechy może działać dobór naturalny i zachodzić mikroewolucja. Praca ta jest więc niezwykle ważną częścią osiągnięcia naukowego, umożliwiającą zrozumienie mechanizmu zmian masy ciała i tempa metabolizmu, tzn. udziału komponenty genetycznej i środowiskowej. Do oceny odziedziczalności, dr Karol Zub wraz ze współpracownikami zastosowali stosunkowo nową metodę rekonstrukcji pokrewieństw między schwytanymi osobnikami, opartej na wysoce polimorficznych markerach mikrosatelitarnych i zaawansowanej statystyce służącej do wyodrębnienia addytywnej wariancji genetycznej. Efektem tych badań jest stwierdzenie wysokiej odziedziczalności masy ciała u samców i nieco niższej, ale nadal istotnej odziedziczalności spoczynkowego tempa metabolizmu. Wynik ten jest szczególnie ważny w kontekście globalnych zmian klimatyczno-środowiskowych i oznacza, że łasice mogą szybko adaptować się do tych zmian, choć istotna korelacja między tymi cechami (kolejny bardzo ciekawy wynik pracy) może nieco ograniczać reakcję na presję selekcyjną. Wszystkie prace dr. Karola Zuba znajdują się w głównym nurcie aktualnych badań szeroko pojętej ekologii ewolucyjnej i fizjologicznej. Kolejnym tego przykładem jest praca z zakresu landscape genetics [3], od niedawna bardzo popularnego kierunku, zajmującego się przestrzenną strukturą genetyczną populacji, uzależnioną od przepływu genów w konkretnych uwarunkowaniach środowiskowych. Praca ta jest rozwinięciem i uzupełnieniem pracy [1], w której wykazano występowanie większych łasic w środowisku z większymi gatunkami ofiar, a mniejszych z mniejszymi. Dr Zub rejestrował przemieszczanie się łasic zaopatrzonych w nadajniki telemetryczne, których profil genetyczny zbadał na podstawie 10 loci mikrosatelitarnych. Wnioski z tych badań są niezwykle ciekawe zróżnicowane wymagania energetyczne, wynikające z odmiennych rozmiarów ciała, doprowadziły do różnic genetycznych między dwoma środowiskami. Jeszcze ciekawszym wnioskiem jest stwierdzony jednokierunkowy przepływ genów z wypieraniem mniejszych osobników przez większe z zasobnych środowisk. Wydaje mi się jednak, że wnioskowanie na podstawie uzyskanych wyników o historii populacji gronostaja w europejskich dolinach rzecznych jest nieco ryzykowne. Piąta i ostatnia praca [4] oparta jest na unikalnym zbiorze pomiarów tempa metabolizmu samców łasic w ich naturalnym środowisku izotopową metodą podwójnie znakowanej wody z jednoczesnym telemetrycznym pomiarem ich aktywności ruchowej. Dr Karol Zub testował tu sformułowaną niedawno hipotezę HDL (Heat Dissipation Limit), wykazując, zgodnie z tą hipotezą, że możliwości rozpraszania ciepła mogą limitować maksymalne wydatki energetyczne samców łasic. W wysokich temperaturach łasice ograniczały swe całkowite wydatki energetyczne, a także spoczynkowe tempo metabolizmu (RMR) i czas aktywności. Obniżenie RMR w wysokich temperaturach jest zjawiskiem odwrotnym do oczekiwanego i nie stwierdzonym dotąd u ssaków. Szkoda, że pomiarom tym nie towarzyszyły pomiary temperatury ciała, które wiele mogłyby wyjaśnić. Jest to bardzo dobra praca, a jej wnioski są szczególnie ważne w kontekście globalnego ocieplenia klimatu. Hipoteza HDL została oryginalnie dotyczyła ograniczeń wydatkowania energii przez laktujące samice, co ma bezpośredni związek z liczbą potomstwa. Szkoda więc, że nie badano 3

4 właśnie samic, które zresztą są mniejsze i z tego powodu mogą zapewne lepiej rozpraszać ciepło (może właśnie dlatego są małe?). Podsumowanie. We wszystkich pięciu pracach dr Karol Zub testuje ważne dla biologii hipotezy i uzyskuje ważne, a nie zawsze spodziewane odpowiedzi. Być może najważniejszym osiągnięciem jest wykazanie, że dotychczasowe hipotezy dotyczące relacji między masą ciała a przeżywalnością zimową są zbyt proste, bo nie uwzględniają plastyczności fenotypowej, możliwości wyboru przez zwierzęta siedlisk, a dobór naturalny, w zależności od roku, może zmieniać swój kierunek. Przedstawione pięć prac, jak również inne prace dr. Karola Zuba, wskazują, że konsekwentnie realizuje on zamierzony program badawczy, a problemy pojawiające się w jednych pracach, rozwiązywane są w kolejnych (np. praca [3] rozwija genetyczne aspekty pracy [1]). Co jednak najbardziej cenię w ocenianym osiągnięciu, to połączenie różnych dziedzin, w których dr. Zub obraca się bardzo swobodnie. Ma to też bezpośredni związek z wszechstronnością warsztatu Habilitanta, od terenowych metod telemetrycznych, przez laboratoryjne pomiary respirometryczne i metody genetyki populacji, do wyszukanych analiz statystycznych. Użycie przez dr. Zuba izotopowej metody podwójnie znakowanej wody do pomiaru wydatków energetycznych w warunkach naturalnych było drugim jej zastosowaniem w Polsce. Dostarczone materiały nie mówią co prawda, czy dr. Zub własnoręcznie wykonywał analizy izotopowe i genetyczne, ale świadczą przynajmniej o tym, że potrafi świetnie organizować współpracę ze znanymi w świecie specjalistami. Wszystkie pięć prac zostało bardzo dobrze opublikowane, co przypieczętowuje ich wysoką jakość merytoryczną. Fakt przejścia przez sita recenzenckie nie pozostawia zresztą pola do krytyki piszącemu te słowa. By nie rozpłynąć się w pochwałach, dodam, że tytuł osiągnięcia jest nietrafiony, bo tylko prace [1] i [5] dotyczą śmiertelności zwierząt. Pewnym problemem jest wykorzystanie części materiału z pracy [1] w doktoracie. Materiał ten został jednak później znacząco powiększony, a nawet bez tej pracy osiągnięcie oceniłbym bardzo wysoko. Działalność naukowa po doktoracie Zdecydowana większość dorobku dr. Karola Zuba powstała po doktoracie, a więc w okresie mającym znaczenie dla postępowania habilitacyjnego. W tym czasie dr Karol Zub opublikował 23 prace w czasopismach z Listy Filadelfijskiej (w tym 5 zaliczanych do osiągnięcia), a więc średnio ponad dwie prace na rok. Wiele z tych artykułów znalazło się w najlepszych czasopismach z reprezentowanej przez Habilitanta dziedziny, takich jak Proceedings of the Royal Society of London, Functional Ecology, Oecologia, Biology Letters czy Journal of Experimental Biology. Jest wśród nich jedna wieloautorska praca w Science. Sześć spośród tych prac było już cytowanych przynajmniej 10 razy. Największym oddźwiękiem cieszy się praca z Functional Ecology z 2007 roku, cytowana 27 razy. Była to pierwsza praca relacjonująca długoterminową powtarzalność masy ciała i spoczynkowego tempa metabolizmu u wolnożyjącego ssaka (tu: łasicy). Powtarzalność ta określa górny pułap odziedziczalności cech, ma więc zasadnicze znaczenie ewolucyjne. Wiele innych prac dr Zuba poświęconych jest łasicy, ale także i nornikowi północnemu, badanemu w dolinie Biebrzy, w ramach szeroko zakrojonego eksperymentu terenowego. Podobnie jak w wypadku osiągnięcia naukowego, tak i w tej części dorobku zwraca uwagę rozległa współpraca międzynarodowa. Trzeba też wspomnieć, że dr Karol Zub skutecznie zdobywa fundusze na swoje badania był kierownikiem trzech grantów z Komitetu Badań Naukowych i Narodowego Centrum Nauki. Jego osiągnięcia naukowe zostały uhonorowane w 2014 r. Nagrodą II Wydziału Nauk Biologicznych i Rolniczych PAN za cykl publikacji na temat przyczyn zróżnicowania rozmiarów ciała i tempa metabolizmu łasicy Mustela nivalis (wspólnie z prof. Markiem Konarzewskim i dr. Pauliną Szafrańską). 4

5 Pozostała działalność naukowa, działalność popularyzatorska i dydaktyczna Poza regularną pracą badawczą, dr Karol Zub jest bardzo aktywny na wielu innych polach działalności naukowej i organizacyjnej. W latach dr Zub był redaktorem Acta Theriologica (obecnie Mammal Research), a od roku 2013 jest redaktorem naczelnym tego znanego w świecie czasopisma. Oceniał wnioski grantowe będąc członkiem panelu ekspertów w Narodowym Centrum Nauki. Był też członkiem Lokalnej Komisji Etycznej do spraw Doświadczeń na Zwierzętach w Białymstoku. Recenzuje liczne maszynopisy przysyłane do redakcji międzynarodowych czasopism naukowych. Swą rozległą wiedzę przyrodniczą dr Karol Zub wykorzystuje w szeroko pojętej ochronie przyrody. Wykonał ekspertyzy do planu ochrony ssaków Białowieskiego Parki Narodowego i Parku Narodowego Borów Tucholskich, ekspertyzy zasobów pokarmowych orlika krzykliwego w ramach projektu LIFE, uczestniczył w przygotowywaniu planów zadań ochronnych dla obszaru Natura 2000 Puszczy Knyszyńskiej i w wielu innych podobnych przedsięwzięciach. Wysoko sobie cenię działalność popularyzatorską dr. Karola Zuba, tym bardziej, że choć tak potrzebna, nie jest ona popierana w środowisku naukowym. Dr Zub jest współautorem niezwykle popularnej książki Drugie życie drzewa, uzasadniającej potrzebę pozostawiania w lesie martwego drewna, niezbędnego dla zachowania wielu gatunków i bioróżnorodności. Książka ta dokonała przełomu w myśleniu wielu ludzi o lesie. Poza rozdziałami w książkach popularnonaukowych, dr Zub opublikował 72 (sic!) artykuły w Głosie Białowieży, Mateczniku Białowieskim, Poznaj Swój Kraj i innych pismach. Dr Karol Zub, choć pracuje w instytucji PAN-owskiej, ma spore doświadczenie dydaktyczne. Przez siedem lat prowadził ćwiczenia i wykłady w ramach europejskich szkół letnich w Białowieży, prowadził także liczne szkolenia i opiekował się osobami odbywającymi praktyki studenckie w Instytucie Biologii Ssaków w Białowieży. Wniosek końcowy Dr Karol Zub jest zdolnym badaczem o szerokich zainteresowaniach, działającym na styku ekologii, ekologii fizjologicznej, ewolucyjnej i genetyki. Zajmuje się ważnymi w biologii zagadnieniami i poprzez konsekwentne realizowanie swego programu badawczego osiąga znaczące sukcesy naukowe. Duże zaangażowanie w prace badawcze nie przeszkadza dr. Karolowi Zubowi w pełnieniu funkcji głównego edytora międzynarodowego czasopisma, w działaniu na rzecz ochrony przyrody i w działalności popularyzatorskiej. Osiągnięcia naukowe Pana dr. Karola Zuba przedstawione w cyklu publikacji zatytułowanym Wpływ zróżnicowania masy ciała i tempa metabolizmu na śmiertelność małych ssaków oraz inne dokonania habilitanta uzyskane po otrzymaniu stopnia doktora stanowią znaczny wkład Autora w rozwój swej dyscypliny naukowej. Spełniają one warunki określone w Ustawie z dn o stopniach naukowych i tytule naukowym oraz w Rozporządzeniu Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego z dn Z pełnym przekonaniem i dużą przyjemnością mogę stwierdzić, że dorobek naukowy Kandydata z nadwyżką uzasadnia nadanie mu stopnia doktora habilitowanego w dziedzinie nauk biologicznych w dyscyplinie biologia. Prof. dr hab. Jan R.E. Taylor 5