Słów kilka o projekcie (1 część)

Po miesięcznej przerwie w „blogowaniu” (w końcu każdy zasługuje na chwilę odpoczynku :)) wracam z nowym wpisem, w którym chciałabym pokrótce opisać swój najnowszy projekt. Tak się składa, że w połowie maja zdobyłam grant na badania przyznany mi przez Narodowe Centrum Nauki (NCN). Tytuł projektu brzmi: „Analiza strukturalna kości udowej: rekonstrukcja ludzkiej mobilności od Paleolitu do czasów współczesnych”. Jako, że nadrzędnym celem mojego bloga jest popularyzacja nauki z dziedziny ewolucji człowieka, chciałabym dzisiaj napisać coś więcej o moich badaniach.

Słów kilka o projekcie

Często nie zdajemy sobie sprawy z tego, że szkielet naszego ciała działa jak konstrukcja nośna budynku. To właśnie odpowiedni kształt i budowa kości, zapobiega występowaniu złamań i pęknięć w trakcie „eksploatacji” tj. intensywnego wysiłku fizycznego (noszenia ciężkiego plecaka, przesuwania szafy w trakcie remontu). Dzieje się tak, ponieważ wykonywanie powtarzających się czynności powoduje nadmierny przyrost tkanki kostnej w miejscach, gdzie przyczepiają się mięśnie odpowiedzialne za poszczególne ruchy. Dzięki temu, kość lepiej przystosowuje się do działających na nie obciążeń mechanicznych i je minimalizuje. Oznacza to, że w ciągu całego okresu życia, nasz szkielet może ulegać nieznacznym modyfikacjom.

Antropolodzy prowadząc badania na dawnych populacjach stosują kilka metod, które służą do charakterystyki badanych grup. Jednym z takich sposobów jest analiza przekroju poprzecznego kości długich (czyli takich których długość jest znacznie większa od szerokości). Na podstawie analizy tych przekrojów, można wnioskować jaki tryb życia prowadziła badana populacja (bardziej osiadły czy wędrowny) lub na jakim terenie żyła (górzystym czy płaskim). Uzyskanie tego typu informacji może: 1) wzbogacić wiedzę w zakresie zmian zachodzących w dawnych grupach ludzkich oraz 2) pokazać w jaki sposób różne warunki życia, klimat czy waga ciała mają wpływ na kształt i formowanie się kości. Moje zainteresowania są związane z ewolucją człowieka, zatem postanowiłam w swoich badaniach prześledzić proces zmian zachodzących w kończynach dolnych w okresie od 150 tysięcy lat temu a czasami współczesnymi w oparciu o analizę przekrojów poprzecznych kończyny dolnej.  

Schemat przedstawiający najważniejsze czynniki mające wpływ na właściwości przekroju poprzecznego. 

Jak otrzymać przekrój poprzeczny kości?

Sposobów jest kilka, ale na chwilę obecną stosuje się najczęściej tomografię komputerową, która umożliwia wizualizację zarówno zewnętrznej jak i wewnętrznej budowy kości. Znacznie rzadziej wykorzystuje się skanowanie trójwymiarowe, które jest tańsze, ale nie pozwala „zajrzeć” do środka kości (możemy otrzymać wygląd tylko zewnętrznej części skanowanego obiektu). Dzięki otrzymanemu dofinansowaniu w swoich badaniach będę mogła wykonać tomografie komputerowe.

Jak można badać przekrój poprzeczny?

Przekrój poprzeczny kości długich można badać na dwa sposoby. Najpopularniejszy z nich, to  tzw. tradycyjna analiza biomechaniczna, która polega na obliczeniu takich właściwości przekroju jak, np. całkowita powierzchnia przekroju (TA), całkowita powierzchnia korowa (CA), moment bezwładności przekroju w przednio-tylnym wymiarze (I_x) lub przyśrodkowo-bocznym wymiarze (I_y, więcej na poniższej rycinie). Otrzymane wartości mogą nam powiedzieć np. o tym jak duże siły mechaniczne działały na danego osobnika (np. czy dana osoba pracowała ciężko fizycznie).

Drugi sposób wykorzystywany w tego typu badaniach to tzw. morfometria geometryczna. Jest to metoda, która pozwala nam testować czy badane elementy różnią się między sobą pod względem kształtu, a jeżeli tak, to gdzie te różnice występują. Aby otrzymać tego typu informacje musimy na każdym obiekcie rozmieścić tyle samo punktów w podobnych miejscach (tzw. punktach homologicznych). Moje badania opierają się na analizie obiektów dwuwymiarowych, dlatego każdy z wyznaczonych punktów będzie posiadał dwie współrzędne X i Y, które odpowiadają poszczególnym miejscom na układzie współrzędnych. Następnie, za pomocą testów statystycznych na otrzymanych współrzędnych testuję, czy różnice między kształtami są na tyle duże, że można je uznać za istotne (ważne). Tego typu analiza ma swoje zalety, gdyż umożliwia stwierdzić, które przyczepy są silnie rozwinięte i jakie mięśnie były częściej angażowane w trakcie życia.

Połączenie dwóch metod: tradycyjnej analizy biomechanicznej i morfometrii geometrycznej umożliwi mi pokazanie zarówno stopnia jak i rodzaju mechanicznego obciążenia oddziałowującego na kończynę dolną w danej populacji. Co więcej, materiał który zamierzam wykorzystać pochodzi z różnych okresów i szerokości geograficznych co pozwoli na wszechstronną analizę wybranych grup ludzkich.

Zarys kości udowej z dwoma metodami badania przekroju poprzecznego. Pierwszy przedstawia tradycyjną analizę biomechaniczną, z kolei drugi pokazuje przekrój analizowany za pomocą morfometrii geometrycznej. 

Jak długo będzie trwać projekt?

Mam 24 miesiące na wykonanie wszystkich zaplanowanych prac a koniec projektu przewidywany jest na połowę sierpnia 2018 roku. 

Kto jest zaangażowany w projekt?

Kierownikiem projektu jest autorka tego bloga (Anna Kubicka), a wszystkie prace wykonywane są pod nadzorem prof. Janusza Piontka (Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu). W swojej pracy mogę liczyć także na wsparcie pracowników z takich jednostek jak Uniwersytet Wrocławski czy Muséum National d'Histoire Naturelle w Paryżu.

Po co i na co ten projekt?

Na samy początku chciałabym zaznaczyć, że projekt uzyskał finansowanie Narodowego Centrum Nauki. Co to oznacza? Narodowe Centrum Nauki jest instytucją, która wspiera działalność naukową w zakresie badań podstawowych, czyli takich, których najważniejszym celem jest zdobycie nowej wiedzy, a nie opatentowanie lub opracowanie nowego wynalazku mającego wpływ na gospodarkę (tego typu badaniami zajmuje się inna agencja – Narodowe Centrum Badań i Rozwoju, NCBR). Innymi słowy, mój projekt ma na celu poszerzyć wiedzę w zakresie zmian w mobilności ludzkich społeczeństw na przestrzeni wielu lat. Czy to oznacza, że otrzymane wyniki nie będą mieć żadnego praktycznego zastosowania? Nie do końca, ponieważ zrozumienie w jaki sposób różnego rodzaju czynności (chodzenie, bieganie, podnoszenie ciężarów, tryb życia) wpływają na wygląd (cechy morfologiczne) i budowę kończyn dolnych może pomóc np. w badaniach medycznych. O tym, że badania prowadzone na populacjach z różnych okresów historycznych mogą okazać się przydatne w medycynie ewolucyjnej w cale nie są niczym abstrakcyjnym. Świetnym przykładem mogą być prace badawcze prowadzone na współczesnych łowcach-zbieraczach, które pomogły zrozumieć przyczyny oraz sposób leczenia bólu odcinka lędźwiowego kręgosłupa u pacjentów prowadzących siedzący tryb życia. Podsumowując: nie jest wykluczone, że otrzymane wyniki mojego projektu będą mieć praktyczne przełożenie na inne dziedziny nauki.

Jeżeli mój wpis wzbudził w kimś ciekawość, to zapraszam serdecznie do obserwacji mojego profilu na Instagramie, gdzie można zobaczyć jak wygląda realizacja projektu badawczego od kuchni :). Oprócz tego, postaram się umieszczać na blogu w miarę często „sprawozdania” z kolejnych etapów projektu.

Projekt wykonywany w ramach grantu Preludium 10 (nr grantu: 2015/19/N/NZ8/00177).