Jestem pracownikiem naukowym Instytutu Nauk o Środowisku, Uniwersytetu Jagiellońskiego.

Moje zainteresowania: ekologia ewolucyjna i fizjologiczna bezkręgowców; symbioza pomiędzy różnymi gatunkami bezkręgowców, a także pomiędzy bezkręgowcami i bakteriami; gatunki inwazyjne; ochrona biologiczna.

Zapraszam na nowe studia drugiego stopnia: Master Programme in Ecology and Evolution

paulina.kramarz@uj.edu.pl

Zespół Ekologii Fizjologicznej i Ewolucyjnej Bezkręgowców
Instytut Nauk o Środowisku
Uniwersytet Jagielloński
ul. Gronostajowa 7, 30-387 Kraków
telefon: 12 664 68 65
fax: 12 664 69 12

Projekt realizowany, koordynator projektuImpact of climate change on biodiversity and spread of invasive species - A study on Arion slugs

Finansowanie: Norweskie Mechanizmy Finansowe, EEA we współpracy z Instutem Ochrony Roślin w Poznaniu oraz Bioforsk, Plantehelse, Norwegia

It is well recognized that climate change will affect impact and range of biological invasions, one of the major drivers of biodiversity changes. The ecological and economic consequences of interaction of both phenomena are still only partly understood and difficult to predict. Thus, enhanced research on biological invasions in the face of climate change is urgently needed. The infamous ‘Iberian slug’, Arion vulgaris (also known as A. lusitanicus), is a well-known example of a devastating invasive species that has gradually spread from Southern Europe to Central and Northern Europe in the last 4-5 decades, confirming the reported rise in average temperature. We propose to study climate change as a major factor contributing to further expansion of A. vulgaris as a model to predict further spread of other invasive species with increase of environmental temperature. At the same time, by studying the slug’s parasites we will discover the most common parasites of Arion and will explore mode of parasites’ spread along with invasive species. We will also aim to find novel biological control agents of A. vulgaris possible to apply in future and thus contributing to non-toxic environmentally friendly alternatives for pest management.

Projekt realizowany, kierownik projektuFluktuacje termiczne środowiska oraz zmienność geograficzna pasożyta (nicień owadobójczy, Steinernema feltiae) jako czynniki wpływające na jego infekcyjność względem gospodarza (trojszyk gryzący, Tribolium castaneum)

Finansowanie: Narodowe Centrum Nauki, program Opus

Matematycznym modelem typowej odpowiedzi zwierząt ektotermicznych na warunki termiczne jest asymetryczna funkcja, gdzie najwyższe wartości danej cechy (ang. performance – dalej osiągi) są maksymalizowane w temperaturze pośredniej dla całego zakresu możliwych do przeżycia dla danego gatunku temperatur. Parametry krzywych osiągów umożliwiają porównywanie ich kształtu pomiędzy organizmami/gatunkami i wnioskowanie o relacjach wewnątrz i międzygatunkowych w danych warunkach termicznych. Co jest szczególnie istotne, a najczęściej zaniedbywane, na parametry krzywych ma wpływ zakres zmienności temperatur w otoczeniu danego organizmu. Pomimo, że krzywe osiągów pozwalają na dokładne sprecyzowanie wymagań termicznych, jak dotąd słabo poznany jest ich związek ze strategiami życiowymi danego organizmu. Zmiany w strategiach życiowych natomiast, mogą być związane również podstawowym parametrem osobniczym, jakim jest rozmiar ciała. Zakłada się, że zwierzęta ektotermiczne rosną wolniej w niskich temperaturach, dojrzewają później i w ostateczności osiągają większe rozmiary ciała niż zwierzęta żyjące w wyższych temperaturach (ang. temperature-size rule TSR), ale szczególnie w przypadku zwierząt bezkręgowych notuje się wiele odchyleń od tej reguły (np. Orthoptera). Powoduje to, że tematyka zmian wielkości ciała jest obecnie przedmiotem dyskusji pomiędzy naukowcami, a jako jedno z wyjaśnień podaje się zmiany w wielkości i/lub liczbie komórek. By wziąć pod uwagę zarówno czysto naukowe jak i praktyczne aspekty wpływu zmiennych warunków termicznych na organizmy i ich interakcje, proponujemy badania nad dwoma zwierzętami zmiennocieplnymi: chrząszczem zaliczanym do szkodników (Tribolium castaneum) oraz pasożytniczym nicieniem owadobójczym (Steinernema feltiae). Wybraliśmy prosty ze względu na hodowlę i dostępność model relacji typu pasożyt-gospodarz. W badaniach zamierzamy użyć dzikich szczepów nicieni pochodzących z różnych szerokości geograficznych (o szerokim zakresie warunków termicznych).

Projekt realizowany, główny wykonawcaRola wielkości komórek w kształtowaniu allometrii tempa metabolizmu i zależności wielkości ciała od temperatury - doświadczalne testowanie hipotez i budowa teorii ewolucji strategii życiowych zintegrowanej z fizjologią i biologią komórki

Kierownik projektu:

prof. dr.hab. Jan Kozłowski

Finansowanie: Narodowe Centrum Nauki, program Maestro

Podstawy teoretyczne: Teoria allometrycznego skalowania autorstwa Westa i innych (1997), będąca głównym filarem tzw. metabolicznej teorii ekologii (ang. MTE), została podważona, a aktualnie wyjaśnienia skalowania tempa metabolizmu są nakierowane na procesy zachodzące w komórkach (Agutter i Tuszyński 2011). Chociaż model skalowania proponowany przez Kozłowskiego i innych (2003a) jest oparty na biologii komórki, w świetle badań ostatnich lat musi on zostać zmodyfikowany. Biorąc pod uwagę, że duże komórki mają niższy stosunek powierzchni do objętości, powinny one być tańsze w utrzymaniu, ponieważ mniej ATP jest potrzebne do utrzymania gradientów jonowych na błonach komórkowych. Pierwotnie model komórkowy przewidywał, że ten mechanizm w pełni wyjaśnia tempo skalowania metabolizmu z rozmiarami ciała. Wprawdzie dowody eksperymentalne wykazują niezbicie związek między wielkością komórek i tempem metabolizmu u różnych grup organizmów, ale zależność między wielkością komórek i masą jest zbyt mało stroma, by w pełni wyjaśniać wykładniki skalowania tempa metabolizmu. Nie powinno to być niespodzianką: tylko część metabolizmu, rzędu 20%, jest zużywana na podtrzymywanie gradientów na błonach komórkowych. Nasza aktualna i niepublikowana jeszcze hipoteza brzmi następująco. Tempo metabolizmu w przeliczeniu na jednostkę masy musi spadać z masą w jej szerokim zakresie z powodu ograniczeń konstrukcyjnych. U kręgowców, u których tlen jest rozprowadzany przez układ krwionośny, utrzymywanie tempa metabolizmu ze wzrostem masy ciała na tym samym poziomie wymagałoby izometrycznego wzrostu ilości krwi w kapilarach, co oznaczałoby nieproporcjonalnie szybki wzrost ilości krwi w naczyniach doprowadzających, nie uczestniczących bezpośrednio w wymianie gazowej. Ewolucja takich organizmów w szerokim zakresie masy ciała jest fizycznie niemożliwa, ponieważ tego typu duże zwierzęta składałyby się prawie wyłącznie z układu krążenia. Aby utrzymać proporcję krwi w organizmie na mniej więcej takim samym poziomie przy wzrastającej masie ciała, gęstość kapilar musi maleć (proporcjonalnie mniej krwi kapilarnej), co redukuje dostawy tlenu do tkanek, a zatem i metabolizm. Tkanki o niższym na jednostkę masy metabolizmie wymagają mniej zasobów i tlenu, co powinno prowadzić do obniżenia zagęszczenia mitochondriów lub zmniejszenia ich aktywności poprzez modyfikacje błon mitochondrialnych. Jeśli równocześnie zwiększają się rozmiary komórek, mniejsza frakcja tlenu i innych zasobów będzie zużywana na utrzymanie błon komórkowych, a większa na efektywną pracę. Natomiast wysokie zapotrzebowanie na tlen lub niskie stężenie parcjalne tlenu powinny faworyzować małe rozmiary komórek, ponieważ ich błony stanowią gęstą sieć, po której rozprowadzany jest tlen. Podobne rozumowanie można przeprowadzić dla innych niż u kręgowców sposobów rozprowadzania tlenu, np. poprzez tchawki u owadów. Podsumowując, zwiększanie rozmiarów komórek z masą ciała nie jest jedynym mechanizmem odpowiedzialnym za ujemną allometrię tempa metabolizmu. Związek przyczynowo-skutkowy jest następujący: niski metabolizm – możliwe są większe komórki – powodując jeszcze niższy metabolizm. Przy czym jest to uzależnione od ograniczeń w długodystansowym transporcie tlenu. U zwierząt zmiennocieplnych optymalna wielkość komórek powinna zależeć od temperatury. Wyższa temperatura powoduje zwiększenie zapotrzebowania na tlen, co faworyzuje małe, kosztowne w utrzymaniu komórki dobrze rozprowadzające tlen. Niskie temperatury obniżają tempo metabolizmu poprzez ograniczenie tempa procesów wewnątrz komórki, powodując, że duże tanie w utrzymaniu komórki są optymalne. Teoria ta może wyjaśnić, dlaczego pewne zwierzęta zmiennocieplne mają małe komórki jeśli są hodowane w cieple i przy niskiej zawartości tlenu, może także wyjaśniać klinalną zmienność geograficzną rozmiarów komórek. Teoria ta może być użyta także w wyjaśnianiu roli wielkości komórek w kształtowaniu tzw. temperature-size rule (TSR; zwierzęta zmiennocieplne rosną wolniej w niskiej temperaturze, ale przeważnie dorastają ostatecznie do większych rozmiarów, poprzez wydłużenie fazy wzrostu).

Wybrane publikacje naukowe

Kramarz P.E., de Vaufleurey A., Zygmunt P.M.S., Verdun C. 2007. Increased response to cadmium and Bt maize toxicity in the snail Helix aspersa infected by the nematode Phasmarhabditis hermaphrodita. Environmental Toxicology and Chemistry 26:73-79
PDF

Kramarz P.E., De Vaufleury A., Carey M. 2007. Studying the effect of exposure of the snail Helix aspersa to the purified Bt toxin, Cry1Ab. Applied Soil Ecology 37:169-172
PDF

Kramarz P., de Vaufleury A., Gimbert F., Cortet J. 2009. Effects of Bt-maize material on the life cycle of the land snail Cantareus aspersus. Applied Soil Ecology 42: 236-242
PDF

Laskowski R. , Bednarska A.J., S Kramarz P.E., Loureiro S., Scheil V., Kudłek J., Holmstrup M. 2010 Interactions between toxic chemicals and natural environmental factors - A meta-analysis and case studies. Science of the Total Environment 408: 3763-3774
PDF

Holmstrup M., Bindesbol A.-M., Oostingh G.J., Duschl A., Scheil V., Köhler H.-R., Loureiro S., Soares A.M.V.M., Ferreira A.L.G, Kienle C., Gerhardt A., Laskowski R., Kramarz P.E., Bayley M., Svendsen C., Spurgeon D.J. 2010 Interactions between effects of environmental chemicals and natural stressors: A review. Science of the Total Environment 408: 3746-3762
PDF

Plesnar-Bielak A., Jawor A., Kramarz P.E. 2013. Complex response in size-related traits of bulb mites (Rhizoglyphus robini) under elevated thermal conditions - an experimental evolution approach. Journal of Experimental Biology 210: 4542-4548

Kramarz P.E., Mordarska A., Mroczka M. 2014 Response of Tribolium castaneum to elevated copper concentrations is influenced by history of metal exposure, sex-specific defences, and infection by the parasite Steinernema feltiae. Ecotoxicology DOI 10.1007/s10646-014-1212-z

Popularnonaukowe (wybrane, pełna lista w załączonym CV)

Kramarz P., 2004. Nicienie entomopatogeniczne stosowane do ochrony upraw. Bioskop 4: 24-27
PDF

Proponowane zagadnienia do prac licencjackich i magisterskich

Zmienność warunków termicznych jako czynnik warunkujący odpowiedź zwierząt ektotermicznych na temperaturę.

Dymorfizm płciowy u owadów

Gatunki inwazyjne jako model specjacji

Wpływ warunków termicznych środowiska na układ gospodarz-pasożyt u bezkręgowców.

Rola bakterii symbiotycznych w infekcyjności nicieni owadobójczych.

Czy ochrona biologiczna upraw może zastąpić chemiczne pestycydy? (praca teoretyczna)

Host-parasite interaction – ecology and application in biological control, pierwsza edycja: semestr letni 2012/13

Kurs w języku angielskim, dotyczy różnorakich pasożytów (w tym tak zwanych patogenów, np. bakterii czy też parazytoidów, np. muchówek) zwierząt bezkręgowych. Wykłady: Omówienie podstawowych interakcji pomiędzy organizmami ze szczególnym uwzględnieniem kontinuum symbioza-patogenność. Obrona gospodarza przed pasożytami vs. odporność pasożytów na reakcje obronne gospodarza. Wpływ warunków środowiskowych na interakcje gospodarz-pasożyt. Znaczenie interakcji gospodarz-pasożyt w procesach ewolucyjnych. Organizmy używane do zwalczania zwierząt bezkręgowych, niepożądanych z punktu widzenia ekonomicznego. Konwersatoria: Przykłady interakcji pomiędzy pasożytami/patogenami/parazytoidami a różnymi taksonami zwierząt bezkręgowych. Możliwości stosowania biologicznej ochrony roślin oraz jej ekonomiczne uzasadnienie jako alternatywy dla środków chemicznych (pestycydów).

Ecophysiology of Insects, pierwsza edycja: semestr zimowy 2013/14

Kurs w języku angielskim. Wykłady: Rodzaje oraz sposoby pobierania pokarmu, metabolizm, wymiana gazowa, sposoby poruszania się w zależności od środowiska życia owadów. Adaptacje do warunków termicznych, dostępności wody oraz zasolenia środowiska. Powiązanie cech historii życiowych (rozmnażanie, rozwój, długość życia, przeżywalność) z warunkami środowiska. Interakcje biotyczne. Konwersatoria: Adaptacje owadów do wybranych środowisk, ze szczególnym uwzględnieniem środowisk ekstremalnych oraz środowisk istniejących w przeszłości życia na Ziemi.

Ewolucjonizm

Kurs ten prowadzę wspólnie z prof. dr.hab. Janem Kozłowskim i dr. Marcinem Czarnołęskim. Poniżej linki do ich stron oraz pliki z ocenami z testów w roku akademickim 2013/14:

Jan Kozłowski, wykłady

Marcin Czarnołeski, materiały do ćwiczeń.

Biol-Geog

Grupa 02

Grupa 04

Grupa 05

Polecam też strone czasopisma Nature z materialami do nauki nie tylko ewolucjonizmu:

Scitable, Ecology

Koordynuje również kurs "Practical environmental biotechnology" w ramach projektu: Utworzenie anglojęzycznych interdyscyplinarnych studiów doktoranckich o specjalności ekologia i wzmocnienie potencjału dydaktycznego kadry Instytutu Nauk o Środowisku Uniwersytetu Jagiellońskiego.

lecture01

lecture02

lecture03