Institucijski projekti Odjela za biologiju

Cilj ovog projekta je utvrditi praksu i potrebe učitelja Prirode za poučavanje koje vodi ka prirodoslovnom opismenjavaju učenika. Istraživanje će obuhvatiti oko 40 učitelja koji u petom razredu predaju Prirodu i njihove učenike. S učenicima i njihovim učiteljima provest će se anketiranje, a s učenicima i testiranje znanja. Analizom ankete i provjere znanja utvrdit će se potrebe učitelja za poučavanje koje vodi do razvoja prirodoslovne pismenosti. Očekivani rezultati su visoke procjene u anketama i niski rezultat u pisanoj provjeri znanja. Zato se planira organizacija stručnog usavršavanja učitelja uključenih u projekt uz izradu nastavnih materijala za samostalnu provedbu nastavnog sata u kojem se učenici prirodoslovno opismenjavanju u online okružju. Planiraju se i zajednice učenja s ciljem analize nastavnih sati kako bi se utvrdila učinkovitost gotovih materijala za potrebe stručnog usavršavanja. Provedeni projekt pridonijet će teorijskoj, empirijskoj i praktičnoj vrijednosti osmišljavanja stručnog usavršavanja učitelja u segmentu poučavanja za razvoj prirodoslovne pismenosti.

Vitamini korišteni u prehrani tovne junadi domaćeg goveda (Bos taurus) podložni su razgradnji u buragu što smanjuje resorpciju u tankom crijevu. Postotak razgradnje vitamina u buragu manji je od postotka razgradnje u tankom crijevu. Kako bi se izbjegla razgradnja u buragu, vitamini mogu biti obloženi zaštitnom ovojnicom, koja im pruža netaknut prolaz do tankog crijeva gdje se pod utjecajem lipaze ovojnica otapa te se vitamini otpuštaju i resorbiraju. Resorpcija vitamina u tankom crijevu omogućuje preciznije doziranje i smanjuje preporučenu količinu vitamina u prehrani.

Održiva sinteza nanočestica srebra korištenjem prirodnih redukcijskih sredstava u smislu ekološki prihvatljive alternative konvencionalnim metodama biti će fokus ovog projekta. Nanočestice srebra imaju široku primjenu u medicini, elektronici i industriji zbog svojih jedinstvenih fizikalno-kemijskih svojstava, no tradicionalne metode sinteze često uključuju upotrebu toksičnih kemikalija koje predstavljaju rizik za okoliš i ljudsko zdravlje. Koristeći obnovljive izvore poput biljnih ekstrakata kao reducense, promičemo održivu proizvodnju nanočestica srebra.

Vodozemci su najugroženija skupina kralježnjaka te je istraživanje utjecaja svjetlosnog onečišćenja od velikog značaja za zaštitu žaba. Cirkadijalni ritam kod punoglavaca je od iznimne važnosti za njihov razvoj kao i proces metamorfoze u odrasle jedinke te posljedice njegovog poremećaja mogu biti dugoročne za jedinke izložene svjetlosnom onečišćenju. Osnovna pretpostavka ovog istraživanja je da je izloženost noćnom svjetlu povezana s promjenama u fiziologiji punoglavaca koja se može očitovati i na molekularnoj razini. Ispitat će se razlika između punoglavaca izloženih različitim svjetlosnim režimima. Utjecaj svjetlosnog onečišćenja na organizme je rastući problem, no istraživanja posljedica njegovom izlaganju su još uvijek štura, pogotovo na ugrožene skupine životinja poput žaba. No, zbog velike homologije cirkadijalnog ritma, rezultate ovog istraživanja provedenog na punoglavcima bit će moguće ekstrapolirati i na sisavce, a samim time i na ljude. Ljudi su stalno izloženi umjetnim izvorima svjetla te je poznato da su poremećaji cirkadijanoga ritma povezani s raznim bolestima.

Bakterija Bacillus thuringiensis israelensis (Bti) komercijalno se proizvodi diljem svijeta u različitim formulacijama za upotrebu kao larvicid, ciljajući posebno na stadij vodenih ličinki komaraca. Međutim, postoji zabrinutost da ponavljani tretmani Bti-jem mogu imati izravne i neizravne učinke na neciljane organizme i ekosustave koje nastanjuju. Ovim istraživanjem pokušali bismo utvrditi djelovanje ovakvog sredstva in situ na vodene ličinke kukaca te pripadnike zajednice podvodnih makrofita, perifiton, fitoplankton i zooplankton.

Osnovica ovoga projekta je edukacija učenika u osnovnim školama kontinentalnog dijela Hrvatske o biologiji tigrastog komaraca. Projekt se odvija kroz nekoliko faza. Prvo je edukacija edukatora tj nastavnika u OŠ. Potom nastavnici održe predavanje o biologiji i načinima kontrole tigrastog komarca učenicima i daju im zadatak da u svom dvorištu postave ovipozicijske klopke. Nakon završenog uzorkovanja nastavnici sumiraju rezultate u tablice i šalju ih nama na završnu obradu.

Uslijed klimatskih promjena posljednjih godina dolazi do sve većeg nedostatka vode u kritičnim periodima rasta i razvoja ozime pšenice. Kao odgovor na nedostatak vode biljke su razvile različite mehanizme tolerantnosti na sušu, uključujući i ekspresiju različitih gena osjetljivih na stres. Cilj je ovog istraživanja odrediti molekularni odgovor šest hrvatskih genotipova ozime pšenice izložene srednjem i visokom intenzitetu suše početkom stadija vlatanja, kada biljka ima veću potrebu za hranjivima i vodom čiji nedostatak može znatno utjecati na formiranje klasnog vretena i broj klasića, a time i na prinos zrna. Analizirat će se ekspresija gena osjetljivih na sušu koji kodiraju dehidrine (DHN5 i WZY2) i pirolin-5-karboksilat sintazu (P5CS), ključni enzim u biosintezi prolina, te gena koji kodiraju transkripcijske faktore (WRKY2, WRKY49, WRKY62, DREB1 i DREB2) odgovorne za regulaciju gena osjetljivih na stres. Identifikacija molekularnih mehanizama odgovora na sušu će doprinijeti razumijevanju kompleksnih strategija koje doprinose tolerantnosti pšenice u ranoj fazi vlatanja.

U slatkovodnim ekosustavima, mikrobna aktivnost se najvećim dijelom odvija na površini različitih podloga uronjenih u vodu. Zajednica autotrofnih i heterotrofnih organizama koja se razvija na takvim podlogama – perifiton ili obraštaj – ima ključnu ulogu u vodenim ekosustavima. Osim što predstavlja važan izvor hrane za brojne organizme, perifiton ima i sve veću bioindikatorsku primjenu. Unutar heterotrofne komponente perifitona, fagotrofni protisti (jednostanični eukariotski organizmi koji se hrane procesom fagocitoze) postižu veliku brojnost i raznolikost te imaju važnu ulogu u kontroliranju populacija bakterija i alga, odnosno prijenosu ugljika i energije na više trofičke razine. Među fagotrofnim protistima, u perifitonu su često najzastupljenija skupina trepetljikaši (Ciliophora), a osim njih veliku brojnost i raznolikost postižu i ameboidni protisti (gole i okućene amebe). Navedene skupine predstavljaju važnu komponentu ekoloških istraživanja vodenih ekosustava, posebice jer znatno doprinose bioraznolikosti nekog područja, imaju ključnu ulogu u hranidbenim mrežama te mogu ukazati na različite promjene u okolišu.

Zaslanjivanje vodenih ekosustava posljedica je klimatskih promjena, a klimatski modeli predviđaju da će se ovaj problem u budućnosti još više pogoršati. Ekotoksikološka istraživanja često koriste vodene leće i zelene alge kao modelne vrste s obzirom na njihov visok kapacitet bioakumulacije i fitoremedijacije. Zbog brzog prirasta i visokog prinosa biomase, celuloze i škroba, neke od njih predstavljaju značajan održivi resurs s velikim potencijalom u proizvodnji bioenergije. Povećanje saliniteta može smanjiti njihovu produktivnost, no dodatak regulatora rasta u uvjetima povišenog saliniteta može ju dodatno povećati. Stoga će se vodene leće (Lemna minor i Spirodela polyrhiza) i zelenu algu (Parachlorella kessleri) izložiti djelovanju različitih koncentracija natrijevog klorida (50, 100 i 150 mM NaCl) i fitohormona (6-BA, ABA, brasinolidi), pojedinačno i u kombinaciji. Cilj istraživanja je analizirati mehanizme tolerancije na različitim razinama - fiziološkoj, biokemijskoj i morfo-anatomskoj, s posebnim naglaskom na akumulaciju škroba, fenolnih komponenata i ukupni antioksidacijski kapacitet. Rezultati ovog istraživanja mogu značajno doprinijeti ne samo fundamentalnoj znanosti, nego i razvoju tehnoloških procesa za proizvodnju biogoriva iz biomase navedenih vrsta.

Tlo je neobnovljivi resurs na skali ljudskog života. To znači da tlo koje uništimo naši nasljednici, naša djeca, neće moći koristiti. Za što sve koristimo tlo i čemu tlo sve služi? Osim za proizvodnju hrane koja predstavlja osnovno dobro svakog živog bića, tlo služi i za proizvodnju druge biomase koju se koristi kao industrijsku sirovinu ili kao ogrijev; kao rezervoar biodiverziteta, gena te kao stanište; te je u stalnoj interakciji s ostatkom okoliša služeći kao skladište ugljika, filter vode i mjesto transformacije otpadnih tvari i ksenobiotika. Tlo dakle predstavlja dragocjen resurs neprocjenjive vrijednosti. Sve spomenute funkcije tla ovise o strukturi i prostornoj organizaciji mikroorganizama tla, a s klimatskim promjenama i promjenom u učestalosti sušenja i vlaženja tla klimatski efekti se lako prenose na mikroorganizme tla mijenjajući respiraciju i brzinu rasta, enzimsku aktivnost, strukturu zajednice i mineralizaciju utječući tako i na tlo. U isto vrijeme buka u gradovima utječe na mikroorganizme tla bez ikakve kontrole. U kojoj mjeri su mikroorganizmi različitih tipova tla otporni na stres koji donose različiti izvori biti će istraženo ovim projektom.

Tvrdi krpelji (Acari: Ixodidae) poslije komaraca (Culicidae) najznačajniji su vektori različitih patogenih mikroorganizama (bakterije, virusi, protozoa) na ljude i životinje, te su radi toga objekt brojnih istraživanja u okviru medicinske i veterinarske parazitologije. U fauni Hrvatske utvrđene su 23 vrste tvrdih krpelja svrstanih u pet rodova. Veliki broj vrsta krpelja zabilježenih u fauni hrvatske odlikuje se izuzetno visokim vektorskim potencijalom, i radi toga su istraživanja faune ili vektorskog potencijala krpelja vrlo zanimljiva. Najviše istraživanja raznolikosti faune krpelja i s njima povezanih istraživanja vektorskog potencijala obavljena su na području mediteranskog i sjeverozapadnog dijela Hrvatke, a u poslijednje vrijeme i na području Slavonije (Papuk). Sustavna istraživanja faune tvrdih krpelja u hrvatskom dijelu Baranje kao i mnogim drugim područjima u kontinentalnom dijelu zemelje izostala su. Svrha ovoga istraživanja usmjerena je na istraživanje raznolikosti faune tvrdih krpelja na prostoru Banskog brda gdje reljefna raščlanjenost pogoduje mikroklimatskoj diferencijaciji što može znatno doprinijeti raznolikosti faune tvrdih krpelja.

Mikroplastika su sitne plastične čestice veličine manje od 5 milimetara. Svake godine proizvede se više od 380 milijuna tona plastike, a neka istraživanja pokazuju da je 50% od toga za jednokratnu upotrebu – iskorišteno u samo nekoliko trenutaka, ali na planetu ostaje još barem nekoliko stotina godina. Od 1950. proizvedeno je 9.2 milijardi tona plastike, a do 2050. godine predviđa se da će ta brojka iznositi 34 milijarde tona. Mikroplastika također olakšava prijenos ostalih toksičnih tvari kroz hranidbeni lanac, s potencijalno ozbiljnim posljedicama za ljudsko zdravlje. Globalno, glavni fokus istraživanja uglavnom je na onečišćenju morskog okoliša mikroplastikom, dok istraživanja onečišćenja tla zasada uglavnom ostaju po strani. No, unatoč tome, mikroplastika u tlu smatra se ozbiljnim ekološkim problemom u cijelom svijetu. Glavni cilj predloženog projekta je istražiti toksične utjecaje mikroplastike na organizme tla; njezinu toksičnost u kombinaciji sa drugim zagađivalima, primarno pesticidima u različitim okolišnim uvjetima.

Biofortifikacija je obećavajuća, isplativa i održiva metoda unosa mikronutrijenata za konzumente koja imaju ograničen pristup raznolikoj prehrani i drugim mikronutrijentima. Tijekom posljednjeg desetljeća, svježa, zdrava i funkcionalna hrana postaje sve zanimljivija i učestalija u ljudskoj prehrani. S druge strane, preporučeni dnevni unosi mikronutrijenata često premašuje onaj koji se može naći u svježem povrću i koje je dostupno većini potrošača. Mikrozelenje je nezrelo zeleno povrće, koje se može jednostavno i brzo uzgojiti, a iznimno je prihvatljivo uzgajivačima i potrošačima zbog povećanog sadržaja bioaktivnih tvari u odnosu na zrelo povrće. Neadekvatan unos mikronutrjenata, posebice cinka (Zn) i selena (Se), često dovodi do poremećaja brojnih bioloških funkcija ljudskog organizma. Brojna istraživanja su pokazala pozitivan sinergistički učinak Zn i Se na imunološki sustav, stoga se biofortifikacija mikrozelenja smatra dobrim načinom poboljšanja nutritivne kvalitete te sigurnim izvorom minerala koji podupiru ljudsku prehranu i zdravlje.

Holandsku bolest brijesta, koja je uzrokovala odumiranje velikog broja stabala brijesta na području Europe i Sjeverne Amerike, uzrokuje gljiva mješinarka Ophiostoma novo-ulmi. Brojna biološka svojstva te čimbenici koji doprinose virulentnosti ovog patogena još uvijek nisu u potpunosti istraženi, a mogli bi utjecati na epidemiologiju bolesti te je njihovo poznavanje važno za razvoj strategija kontrole ove bolesti. Dosadašnja istraživanja patogena u Hrvatskoj ukazala su na rasprostranjenost na širem području s različitim klimatskom obilježjima. Molekularna karakterizacija izolata primjenom analize nukleotidnih sekvenci ciljanih genskih lokusa dala je djelomični uvid u složenost populacijske strukture ovog patogena te je do sada istraživan fiziološki odgovor u uvjetima temperaturnih promjena. Ova istraživanja potrebno je dalje proširivati te provesti usporednu analizu svojstava što većeg broja genetički različitih izolata prikupljenih na različitim područjima kako bi se omogućilo bolje razumijevanja biokemijskih i fizioloških svojstva ovog iznimno viruletnog patogena brijesta što će značajno doprinijeti njegovoj biološkoj karakterizaciji

Tlo je najvažniji i najznačajniji prirodni resurs. U tlima se nalazi više od 25% bioraznolikosti u svijetu i najveći su kopneni bazen ugljika na planetu. Strategija EU-a za tlo za 2030 pruža okvir i konkretne korake prema zaštiti i obnovi tla, te osiguravanju održivog korištenja tala. Gujavice su zbog ekološke važnosti jedna od najistraživanijih skupina pedobionata. Taksonomska identifikacija vrsta ključna je komponenta istraživanja bioraznolikosti. Unatoč napretku računalne tehnologije, još uvijek nedostaje korisnički prijateljski softverski alat za identifikaciju vrsta gujavica i istovremeno pohranjivanje podataka o lokaciji nalaza. Cilj projekta je nadograditi postojeći softverski ključ za identifikaciju vrsta gujavica, uključivanjem strojnog učenja, GIS komponente i kreiranjem mobilne aplikacije, te suradnjom sa znanstvenicima iz inozemstva.

Poplavna područja velikih europskih rijeka danas su najugroženiji vodeni ekosustavi budući su poplavne riječne doline sistematski isušivane tijekom proteklog stoljeća. Jedno od najvećih očuvanih prirodnih poplavnih područja Dunava je Kopački rit. Cilj ovog istraživanja je na temelju podataka analiza fitoplanktona provedenih u posljednjih pola stoljeća utvrditi: a) ukupan biodiverzitet fitoplanktona Sakadaškog jezera sa standardnih postaja hidrobioloških istraživanja voda Kopačkog rita; b) pojavu masovnog razvoja pojedinih vrsta s posebnim naglaskom na invazivne strane i toksične vrste; c) procijeniti moguće utjecaje globalnih klimatskih promjena, posebno ekstremnih hidroloških zbivanja na biodiverzitet fitoplanktona. Metode istraživanja kvalitativnog sastava fitoplanktona su identične kroz cijelo promatrano razdoblje što omogućava jedinstvenu obradu podataka biodiverziteta fitoplanktona u razdoblju od 1973. do 2003. godine. Realno je očekivati stotine vrsta, tj. izuzetno veliku biološku raznolikost fitoplanktona što se može tumačiti sinergističkim utjecajima lokalnih i regionalnih procesa odgovornih za strukturiranje mikrobnih zajednica. Presudnu ulogu u održavanju visokog biodiverziteta vjerojatno imaju hidrološke veze između različitih tipova biotopa koji egzistiraju na velikom prirodnom području poplavne nizine Kopačkog rita. To upućuje na zaključak da je očuvanje prirodne dinamike plavljenja rijeke temelj zaštite biodiverziteta ovog i sličnih riječno-poplavnih sustava.

Raznolikost i brojnost planktonskih organizama u poplavnim područjima pod utjecajem su sezonskih, hidroloških i biotičkih čimbenika, a povezuju se i s razvojem obraštajnih zajednica u sedimentu. Odnos planktonskih i obraštajnih zajednica očituje se kroz kompeticiju za resurse, podložnost grazingu, razvojne cikluse i specifične morfološke prilagodbe vrsta. Cijanobakterije su karakteristični predstavnici eutrofnih voda, a njihova zastupljenost u površinskim sedimentima, čak i tijekom zime, omogućava obnavljanje fitoplanktonske zajednice te pojavu masovnog cvjetanja u ljetnim mjesecima. Cilj ovog istraživanja je utvrditi povezanost razvoja planktonskih cijanobakterija sa sastavom i brojnošću mikrofita u obraštajnim zajednicama sedimenta jezera poplavnog područja Kopačkog rita i zajednice zooplanktona. Istraživanja će obuhvatiti promjene fizikalno-kemijskih čimbenika vode i analizu sastava sedimenta. Rezultati će doprinijeti boljem razumjevanju čimbenika koji utječu na masovni razvoj cijanobakterija i njihovu kontrolu u poplavnim područjima.

Teški metali i polumetali sveprisutni su u okolišu kao posljedica prirodnih procesa i antropogenih aktivnosti. Dugoročno izlaganje organizama zagađivalima može rezultirati njihovom akumulacijom u tkivima (bioakumulacija) i povećanom akumulacijom na svakoj slijedećoj trofičkoj razini u hranidbenim mrežama (biomagnifikacija). Cilj predloženog projekta je istražiti bioakumulacijski i biomagnifikacijski potencijal teških metala i polumetala na različitim trofičkim razinama (akvatični kukci, ribe, ihtiofagne ptice) u hranidbenim mrežama. Sustavno istraživanje više trofičkih razina omogućit će praćenje trenda teških metala i polumetala u smislu bioakumulacijskog potencijala i promjena u odgovoru biomarkera koje mogu ukazivati na osjetljivost pod utjecajem pojedinih teških metala i polumetala. Uz navedeno istraživat će se i pojavnost alohtonih i invazivnih vrsta navedenih skupina, te njihov utjecaj na autohtone vrste i staništa.