Recenzja #3

Dr hab. Michał S. Wojciechowski
Toruń, 2015-02-20
Zakład Zoologii Kręgowców
Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu
ul. Lwowska 1, 87-100 Toruń
email: [email protected]
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 BiologicznoChemicznym 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