Dr hab. Michał S. Wojciechowski Zakład Zoologii Kręgowców Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu ul. Lwowska 1, 87-100 Toruń email: mwojc@umk.pl Toruń, 2015-02-20 Ocena osiągnięcia naukowego i dorobku naukowego doktora Pawła Brzęka przygotowana dla potrzeb postępowania habilitacyjnego Niniejszą ocenę przygotowałem na podstawie dokumentów przesłanych mi przez Dziekana Wydziału Biologiczno-Chemicznego Uniwersytetu w Białymstoku, zawierających m.in. autoreferat Habilitanta, wykaz osiągnięć naukowych, dydaktycznych i organizacyjnych oraz kopie prac wchodzących w skład osiągnięcia naukowego zatytułowanego Plastyczność fenotypowa ontogenezy fizjologii trawienia u piskląt gniazdowników. Sylwetka Habilitanta Dr Paweł Brzęk ukończył studia magisterskie na Uniwersytecie Jagiellońskim, zaś stopień doktora nauk biologicznych uzyskał w 2003 roku na Wydziale Biologiczno- Chemicznym Uniwersytetu w Białymstoku, gdzie jest zatrudniony od roku 1997. Tam też prowadzone jest postępowanie habilitacyjne. Habilitant jest aktywny na arenie międzynarodowej. Po uzyskaniu doktoratu, odbył dwuletni (2007-2009) staż na Uniwersytecie Wisconsin w laboratorium prof. Williama H. Karasova. Regularnie uczestniczy również w konferencjach międzynarodowych, a obecnie jest członkiem komitetu programowego 9th International Congress of Comparative Physiology and Biochemistry, który odbędzie się w Krakowie w 2015 roku. Do kategorii aktywności międzynarodowej należy też zaliczyć udział Habilitanta w badaniach ptaków w Szwecji i w Hiszpanii, udział w kursie biologii tropikalnej w Ugandzie oraz członkostwo w międzynarodowych towarzystwach naukowych.
Dr Brzęk jest również aktywnym nauczycielem akademickim oraz działa na polu popularyzacji nauki. W ramach obowiązków dydaktycznych prowadził wykłady i ćwiczenia z przedmiotów takich jak ekologia ogólna i fizjologiczna (w tym również po angielsku), ekologia ewolucyjna, biologia ptaków. Dotąd był opiekunem ośmiu magistrantów i sześciu licencjatów oraz jednego studenta zagranicznego w ramach programu Erasmus. Dr Brzęk koordynował również organizację Festiwalu Nauki oraz Nocy Biologów w Instytucie Biologii UwB. Ocena osiągnięcia naukowego Na osiągnięcie naukowe składają się wyniki badań dotyczących zmienności fenotypowej mechanizmów fizjologii układu pokarmowego piskląt gniazdowników, które zostały zawarte w sześciu artykułach opublikowanych w latach 2009-2013 w najlepszych czasopismach rozpowszechniających prace dotyczące fizjologii ekologicznej i ewolucyjnej zwierząt. Są to: Journal of Experimental Biology (cztery prace), Physiological and Biochemical Zoology (jedna) oraz Journal of Comparative Physiology B (jedna). We wszystkich pracach Habilitant był pierwszym, korespondencyjnym autorem, co wskazuje to na jego wiodącą rolę w powstaniu tych prac. Deklarowany przez Habilitanta udział w powstaniu większości prac wynosił 70%, zaś w jednej z nich 40%. Liczby te są poparte deklaracjami współautorów. Zgodnie z wymogami Ustawy o stopniach naukowych i tytule naukowym oraz o stopniach i tytule w zakresie sztuki, jednym z warunków ubiegania się o stopień doktora habilitowanego jest posiadanie osiągnięć naukowych, uzyskanych po doktoracie, które stanowią znaczny wkład autora w rozwój określonej dyscypliny naukowej. Lektura prac załączonych do wniosku pozwala mi stwierdzić, iż spełniają one wymagania formalne zapisane w ustawie. Jak Habilitant pisze w autoreferacie, ogólnym celem badań stanowiących osiągnięcie naukowe było zbadanie plastyczności fizjologii przewodu pokarmowego w odpowiedzi na zmiany składu diety u dwóch gatunków gniazdowników o różnej ekologii żerowania wróbla zwyczajnego Passer domesticus i zeberki Taeniopygia guttata. Różnica pomiędzy gatunkami polega na tym, iż wróbel zmienia skład diety podczas ontogenezy z owadziej na złożoną głównie z nasion, zaś zeberka jest wyłącznie nasionożercą. Ta różnica stała się punktem wyjścia dla serii eksperymentów, które zostały opisane w przedstawionych pracach. W tym miejscu chcę zaznaczyć, iż nie będę szczegółowo omawiać poszczególnych faz
eksperymentów, które stanowiły podstawę przedstawionych w osiągnięciu prac. Skupię się na najważniejszych, moim zdaniem, wynikach i wnioskach płynących z przeprowadzonych przez Habilitanta doświadczeń. Chcę jednak podkreślić konsekwentny sposób zaplanowania i realizacji poszczególnych etapów badań, co zaowocowało w spójności i kompletności dzieła. Pierwsze pytanie, na które Autor starał się odpowiedzieć dotyczyło możliwego związku pomiędzy specjalizacją pokarmową a zmianami w fizjologii przewodu pokarmowego w czasie ontogenezy gniazdowników. Zgodnie z przewidywaniami gatunek wykazujący większą plastyczność pokarmową (wróbel), wykazywał również większą plastyczność, a właściwie elastyczność, fizjologii przewodu pokarmowego. Zeberka będąca większym specjalistą pokarmowym nie była zdolna do dostosowania charakterystyki enzymatycznej przewodu pokarmowego do zmieniającej się diety. Ze względu na koszt utrzymywania możliwości elastycznej zmiany fenotypu, ewolucyjnie wytłumaczalną wydaje się rezygnacja z niej, szczególnie jeśli warunki środowiskowe umożliwiają specjalizację pokarmową. Kolejnym etapem badań było określenie charakteru zmian fenotypowych obserwowanych w fizjologii układu pokarmowego wróbli zwyczajnych. Stosując odwracalną zmianę diety z imitującej dietę owadzią na bogatą w skrobię podczas wzrostu piskląt autor stwierdził, iż zmiany aktywności enzymów trawiących cukry są odwracalnymi i przez to mogą być nazwane elastycznością. Podlega ona jednak pewnemu zaprogramowaniu genetycznemu aktywność enzymów trawiących węglowodany, maltazy i cukrazy, wzrasta wraz z wiekiem piskląt niezależnie od składu pokarmu. Wiedząc, iż aktywność enzymów trawiennych jest modyfikowana składem diety, autorzy prac postanowili odpowiedzieć na pytanie, jakie składniki diety odpowiadają za wywołanie tej elastycznej modyfikacji. Czy jest to wynik zmiennej zawartości w diecie węglowodanów, czy też lipidów. Wcześniejszy układ doświadczalny nie pozwalał bowiem na jednoznaczną odpowiedź na to pytanie. I znów, konsekwentnie i uważnie planując eksperyment, autor odpowiedział na zadane pytanie, wykazując, iż zmiany aktywności enzymów trawiących węglowodany odpowiadają zarówno na zmianę zawartości w diecie tak lipidów, jak i węglowodanów. Zmiany te jednak różniły się w zależności od odcinka jelita. Po raz kolejny autor wykazał, iż pisklęta wróbla zwyczajnego charakteryzują się dość znaczną elastycznością fizjologii przewodu pokarmowego, która to zmienia się wraz ze zmieniającą się dietą. Kolejny etap badań to określenie zmian w zdolności absorpcji glukozy w przewodzie pokarmowym wróbli podczas ontogenezy. Wykorzystując metodę farmakokinetyczną dr Brzęk stwierdził, iż zdolność absorpcji glukozy zmienia się ze wzrostem i rozwojem piskląt, będąc najniższą u najmłodszych piskląt, a
największą w wieku ~3 tygodni. Ciekawą jest obserwacja, iż rola biernej absorpcji glukozy jest mniejsza u piskląt niż u ptaków dorosłych. Intuicyjnie spodziewałbym się odwrotnego wyniku. Zakładając znaczne zapotrzebowanie energetyczne młodych ptaków, przy jednocześnie wciąż wzrastającym przewodzie pokarmowym, można by spodziewać się większego udziału pasywnej absorpcji glukozy, podobnie jak ma to miejsce u ptaków migrujących we wczesnych etapach postoju migracyjnego. Ale, co ciekawe, skład diety nie wpływa na zdolność ani biernej, ani całkowitej absorpcji glukozy. Ostatnim etapem przedstawionych badań była analiza korelacji pomiędzy aktywnością enzymów trzustkowych, a aktywnością enzymów jelitowych piskląt wróbli i zeberek. Autor stwierdził, iż aktywność enzymów trzustkowych u obu gatunków zmieniała się z wiekiem i u obu gatunków jest podobna do ontogenetycznych zmian aktywności maltazy. Jednakże, przeciwnie do enzymów jelitowych, aktywność enzymów trzustkowych nie wykazywała elastycznych zmian w odpowiedzi na zmianę diety. Według Autora może to wynikać z różnych mechanizmów kontrolujących aktywność poszczególnych organów układu pokarmowego i ich enzymów. Co ciekawe, również u migrujących wróblaków trzustka (jako masa organu) jest stosunkowo niezmiennym organem, podczas gdy jelita są bardziej plastyczne i ich masa podlega znacznej redukcji podczas lotu migracyjnego. Podsumowując, prace wchodzące w skład osiągnięcia naukowego stanowią jedną, nierozerwalną całość, która jest bardzo skrupulatnym studium problemu plastyczności i elastyczności fenotypowej przewodu pokarmowego ptaków na początkowym etapie ich rozwoju. Stanowią one istotny wkład dr Brzęka do wiedzy nt. fizjologii ekologicznej zwierząt i roli elastyczności fenotypowej w rozwoju ontogenetycznym zwierząt, również w kontekście różnych specjalizacji ekologicznych. Wyniki przeprowadzonych eksperymentów pokazują, iż zwierzęta, których dieta zmienia się w trakcie ontogenezy są zdolne do elastycznego dostosowywania aktywności enzymów jelitowych. Ta zdolność mogła dawać przewagę ewolucyjną w środowisku, w którym zmiana diety podczas wzrostu piskląt jest korzystna ekologicznie. Powyżej opisanej elastyczności nie obserwuje się u ptaków będących dietetycznymi specjalistami. Prawdopodobnie koszt utrzymania potencjalnej zdolności do elastycznych zmian fenotypu był zbyt wysoki aby został utrwalony ewolucyjnie w sytuacji, gdy warunki środowiska umożliwiają specjalizacje pokarmową. Jednak elastyczne zmiany są ograniczone poprzez ontogenezę. Ostatecznie aktywność enzymatyczna dostosowuje się do potrzeb dietetycznych dorosłych ptaków. Dzięki dociekliwości i konsekwencji w pracy badawczej Habilitant był w stanie zaprezentować pełną analizę zmian fizjologii układu
pokarmowego następujących podczas ontogenezy piskląt gniazdowników. Jak sam wskazuje, takich badań dotąd nie prowadzono, a wiedza nasza opierała się na wynikach badań drobiu. Bez wątpienia uzupełnił tę lukę. Inne osiągnięcia i dokonania Habilitanta Poza pracami wchodzącymi w skład osiągnięcia naukowego dr Brzęk jest autorem ośmiu prac opublikowanych w czasopismach o zasięgu międzynarodowym, trzech publikacji w czasopismach krajowych oraz 21 streszczeń konferencyjnych. Jego publikacje są rozpoznawane w świecie. Świadczy o tym bardzo przyzwoita liczba cytowań (156, bez autocytacji 129; stan na 20-2-2015) oraz wskaźniki bibliometryczne. Według mnie znacznie ważniejszym jednak jest, iż wszystkie te prace zostały opublikowane w najlepszych czasopismach w dziedzinie fizjologii ekologicznej i ornitologii. Wyraźnie wskazuje to na jakość publikowanych prac. Prace, które nie weszły w skład osiągnięcia naukowego dotyczą dwóch głównych zagadnień: fizjologii ekologicznej plastyczności rozwojowej ptaków oraz ekologicznych i ewolucyjnych skutków zmienności energetyki ssaków. Badania te były finansowane z funduszy uzyskanych przez niego ze źródeł zewnętrznych. Jednym z bardziej interesujących wyników jego badań było stwierdzenie, iż selekcja myszy w kierunku wysokiego tempa metabolizmu koreluje ze spadkiem, a nie wzrostem stopnia nienasycenia lipidów budujących błony komórek wątroby. Kwestionuje to niektóre przewidywania płynące z hipotezy błonowego pacemakera, które wskazywały iż wysokie tempo metabolizmu powinno korelować ze wzrostem stopnia nienasycenia kwasów tłuszczowych wchodzących w skład błon biologicznych. Kolejnym niezmiernie ciekawym wynikiem prowadzonych przez niego prac było stwierdzenie niższego niż przewidywany stopnia uszkodzeń oksydacyjnych związanych z reprodukcją u zwierząt selekcjonowanych w kierunku wysokiego podstawowego tempa metabolizmu. Bez wątpienia badania te wnoszą istotny wkład w zrozumienie ekologicznych i fizjologicznych kosztów związanych z reprodukcją i mogą również okazać się istotnymi również z medycznego punktu widzenia. Kolejną, niezmiernie ważną informacją jest ilość grantów badawczych, które dotąd uzyskał Habilitant. Jak wspomniałem, dotyczyły one plastyczności rozwojowej ptaków oraz fizjologii ewolucyjnej ssaków. Od momentu zatrudnienia na Uniwersytecie w Białymstoku do dziś dr Brzęk był kierownikiem czterech grantów uzyskanych ze źródeł krajowych i wykonawcą w dwóch, w tym jednego amerykańskiego (NSF). Świadczy to dobitnie, iż Habilitant potrafi z sukcesem aplikować o pieniądze na prowadzenie badań oraz posiada
doświadczenie w kierowaniu badaniami naukowymi. Obecnie jest współautorem wniosku złożonego do programu Horizon 2020. O rozpoznawalności jako eksperta naukowego świadczy jego aktywność jako recenzent prac naukowych dla czasopism o zasięgu międzynarodowym (w sumie 24 recenzje), recenzowanie planu ochrony Białowieskiego Parku Narodowego, recenzowanie w akcji certyfikacji lasów oraz recenzje wniosków złożonych do Narodowego Centrum Nauki. Wykonywał również ekspertyzę ornitologiczną dla potrzeb oceny wpływu inwestycji drogowych na awifaunę Doliny Supraśli. Dr Brzęk jest również członkiem Lokalnej Komisji Etycznej ds. Doświadczeń na Zwierzętach w Białymstoku. Wniosek końcowy Podsumowując, wyrażam opinię, że osiągnięcie naukowe, jak i ogólny dorobek naukowy, dydaktyczny i organizacyjny dr. Pawła Brzęka spełniają warunki formalne określone w art. 16 Ustawy z dnia 14 marca 2003 r. o stopniach naukowych i tytule naukowym, jak też zwyczajowe warunkujące dopuszczenie Habilitanta do dalszych etapów przewodu habilitacyjnego. Prace wchodzące w skład osiągnięcia naukowego wnoszą znaczny wkład w rozwój wiedzy o fizjologii ekologicznej i ewolucyjnej wybranych gatunków, a tym samym do wiedzy ogólnej z zakresu biologii ptaków. Konsekwentne i nowatorskie podejście do badanego problemu rozwoju ontogenetycznego gniazdowników ma też o wiele donioślejsze znaczenie biologiczne pozwalając lepiej zrozumieć procesy fizjologiczne zachodzące w organizmie ptaków podczas wczesnych etapów rozwoju piskląt. Dorobek naukowy Habilitanta, jego umiejętność pracy zespołowej oraz zdobywania funduszy i kierowania badaniami naukowymi w pełni uzasadniają nadanie mu stopnia doktora habilitowanego nauk biologicznych w zakresie biologii. Toruń, 2015-02-20 Dr hab. Michał S. Wojciechowski