Az Ökológiai Kutatóközpont munkatársainak vezetésével a napokban átfogó természetvédelmi elemzés jelent meg, amely európai léptékben vizsgálta az édesvízi biológiai sokféleséget a területi védelem tükrében. Az elemzés vízgyűjtők értékességét vetette össze az ott élő fajok természetvédelmi helyzete alapján. Eredményeik szerint a legfontosabb területek többsége a mediterrán félszigeteken található, de a magyarországi vízgyűjtők is kiemelt értéket képviselnek. A kutatás a PLOS ONE folyóiratban jelent meg.

Az édesvizek a Föld felszínének csupán 1%-át borítják, de az ismert fajok 10%-ának adnak otthont. Az édesvízi ökoszisztémák továbbá számos ökológiai szolgáltatást nyújtanak, mint az élelmiszertermelés, szénraktározás, vagy a víztisztítás. A szárazföldi, tengeri és édesvízi ökoszisztémák közül utóbbi esetében fogynak leginkább az egyes fajok populációi. Ennek elsősorban az élőhelyek megszűnése az oka, leginkább a lecsapolások, mederszabályozások, vízerőművek létesítése, szennyezések és a klímaváltozás miatt. Az édesvizek helyzetét tovább nehezíti, hogy védett területek kijelölésekor ritkábban veszik őket figyelembe, sokszor például az egyes vízfolyásoknak a területek lehatárolásában van pusztán szerepe.

Az édesvízi biodiverzitás jobb védelmének elősegítése érdekében egy, az Ökológiai Kutatóközpont munkatársai által vezetett nemzetközi kutatócsoport elemzést készített, amelyben rangsorolták az európai kontinensen található vízgyűjtőket természetvédelmi értékességük alapján, majd ezen értékességet összevetették a területi védelemmel is. Ehhez egy globális édesvízi adatbázist használtak, amely 18816 vízgyűjtőre osztja fel a kontinenst. Az egyes fajok elterjedését ezen vízgyűjtőkben összegezték a Természetvédelmi Világszövetség (IUCN) adatai alapján. Az elemzésben 512 hal, 656 puhatestű, 124 szitakötő, 339 vízinövény, azaz összesen 1631 faj adatai vettek részt. Az egyes fajokat más-más súlyokkal vették számításba szintén az IUCN által meghatározott veszélyeztetettség, valamint terjedőképességük alapján. Minél veszélyeztetettebb egy faj, illetve minél kevésbé képes terjedni, annál nagyobb súllyal szerepelt.

A kutatók az elemzéshez a szisztematikus természetvédelmi tervezés eszköztárát használták. Ezen módszerek célja, hogy a védett területek kijelölése tudományosan megalapozott szempontok alapján történjen. A természetvédelem hajnalától az elmúlt évtizedekig a védett területeket inkább társadalmi és esztétikai szempontok alapján jelölték ki félreeső, kevésbé hasznosítható, de sokszor tájképileg igen látványos helyeken. Ilyen látványos hely például a Föld első nemzeti parkja, az amerikai Yellowstone, vagy a nehezen művelhető, de mind kulturálisan, mind biológiailag nagy értéket képviselő Hortobágy. Az utóbbi időben a fókusz eltolódott az inkább tudományos megközelítésű, a biodiverzitás, valamint a veszélyeztetett fajok és élőhelyek minél nagyobb mértékű területi lefedettségének irányába. Ennek egyik fontos lépése a térbeli természetvédelmi prioritizálás, amely folyamat végén egyes tervezési egységeknek (közigazgatási egységek, vízgyűjtők, rácsháló cellái stb.) különböző prioritásértékeket számolunk. A prioritásértékek számítása általában valamilyen erre a célra kifejlesztett szoftver segítségével történik. Ilyen például a Marxan, amelyet ausztrál kutatók készítettek a Nagy-korallzátony Nemzeti Park bővítésének megalapozásához. Konkrét védett területek kijelölése mellett az ilyen szoftverek a meglévő védett terület hálózat megalapozottságának vizsgálatára is alkalmasak.

Az itt ismertetett vizsgálatban a kutatók szintén a Marxan eszközt használták, melynek segítségével az egyes fajokat különbözőképp súlyozva a szoftver kiszámolta a vízgyűjtők természetvédelmi értékességét.

1.ábra Az európai vízgyűjtők természetvédelmi értékesség szerint. (A) konnektivitás nélkül, (B) konnektivitással. A narancssárgák a legértékesebbek, a szürkék a legkevésbé értékesek.

Ezen vízgyűjtők többsége az Ibériai, Itáliai és a Balkán félszigeteken, valamint a nagyobb folyók, mint a Duna mentén találhatóak, észak felé haladva egyre kisebb arányban. Az is kiderült, hogy a teljes országokra kiszámolt átlagos értékességet nézve Magyarország a harmadik helyen szerepel Európában.

2. ábra: Az európai országok átlagos természetvédelmi értékessége az édesvízi biodiverzitás szempontjából.

A kutatók a természetvédelmi értékességet a folyószakaszok összekapcsoltságának függvényében is megvizsgálták. Ez azért fontos, mert az egyes vízgyűjtőket ért hatások a folyók áramlása miatt más vízgyűjtőket is érinthetnek, így a természetvédelemben az utóbbi időben előtérbe került a folyószakaszok kapcsoltságának (konnektivitásának) biztosítása. Az elemzésből az derült ki, hogy bár a konnektivitás beépítése fontos, bizonyos tavi fajok védelmének lehetősége lecsökken, ha a kijelölhető prioritásterületek korlátozottak. A kutatók kiszámolták azt is, hogy a természetvédelmi értékesség mennyire van átfedésben a védett területek jelenlegi hálózatával. Európa nagy részén a helyzet jónak mondható, bár elég nagy a szakadás keleti/déli és nyugati/északi országok között.

3. ábra. Az európai vízgyűjtők természetvédelmi értékessége és a védett területek közötti kapcsolat. (A) konnektivitás nélkül, (B) konnektivitással.

Az Európai Unióban a meglévő Natura 2000 hálózatnak köszönhetően nemcsak a magas érték párosul magas védelemmel – mint Magyarországon –, de sokszor az alacsony érték is. Európai léptékben a védett terület hálózat bővítése az édesvízi biodiverzitás szempontjából kiemelt Balkán-félszigeten lenne a legfontosabb, de Ukrajna és Oroszország is bővelkedik magas értékű, de alacsony védettségű területekben.

Fotó: Egy védelemre érdemes magas természetvédelmi értékességgel rendelkező balkáni folyó a Shales Albániában. Szabolcs Márton felvétele.

A publikáció: Szabolcs M, Kapusi F, Carrizo S, Markovic D, Freyhof J, Cid N, et al. (2022) Spatial priorities for freshwater biodiversity conservation in light of catchment protection and connectivity in Europe. PLoS ONE 17(5): e0267801. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0267801

Az ELKH Ökológiai Kutatóközpont (ÖK) Evolúciótudományi Intézetének munkatársai, Vásárhelyi Zsóka és Scheuring István, valamint a University of British Columbia kutatója, Leticia Avilés a kiterjedt társas viselkedést mutató úgynevezett szociális pókok, illetve a kevésbé együttműködő, de hosszú anyai gondoskodást mutató úgynevezett szubszociális pókok elterjedési mintázatát vizsgálták az Andok keleti lejtőinek számítógépes modellezésével. Megállapították, hogy egy adott élőhely ökológiai sajátosságai alapvetően meghatározzák, hogy szociális vagy szubszociális fajok élnek-e az adott élőhelyen.. Az eredményeket bemutató tanulmány az American Naturalist folyóiratban jelent meg.

A pókokat jellemzően magányos és agresszív állatokként ismerjük, mégis létezik egy maroknyi pókfaj a trópusokon, ahol az egymással közeli rokon egyedek egy közös hálóban élnek. A sűrű szövésű, háromdimenziós hálót csoportosan építik, a zsákmányt közösen ejtik és fogyasztják el, és az utódokat is együtt gondozzák. Ezeket a fajokat összefoglaló néven szociális pókoknak nevezzük. Vizsgálatuk hozzájárulhat többek között a társas viselkedés evolúciós és ökológiai hátterének mélyebb megértéséhez.

Terepi szakemberek megfigyelték, hogy a tengerszint feletti magasság és az egyenlítőtől való távolság növekedésével a szociális pókfajokat kevésbé együttműködő, úgynevezett szubszociális fajok váltják fel, amelyekre bár hosszú anyai gondoskodás jellemző, kiterjedt társas viselkedést nem mutatnak. A kutatók arra voltak kíváncsiak, hogy mi alakítja ki ezt az elterjedési mintázatot.

A szakirodalomban ezt a jelenséget két eltérő hipotézis magyarázza. A prédaméret-hipotézis szerint csak ott éri meg közös hálót fenntartani, azaz szociális életmódot folytatni, ahol elegendő mennyiségű nagy testű prédaállat fordul elő., A kolónia méretének növekedésével ugyan csökken a háló felület-térfogat aránya, azonban ezt a hatást ellensúlyozza, hogy a népesebb kolóniák nagyobb prédát is zsákmányul tudnak ejteni.

Ezzel szemben a zavarás-hipotézis szerint ott, ahol jelentős zavaró tényezők – például szél, eső, ragadozók – vannak jelen, a magányos egyedek nem tudnak stabilan szaporodni. Ennek oka, hogy az e fajokra jellemző sűrű háromdimenziós hálót nagyon költséges fenntartani, és ha az anya például a háló rendben tartása miatt nem tudja elég ideig gondozni utódait, akkor azok még az ivarérettség előtt elpusztulnak. Mindez arra utal, hogy a szociális fajok elterjedését a préda mérete, a szubszociális fajokét pedig a zavarás mértéke befolyásolja.

A kutatók legújabb vizsgálatukban az Andok keleti lejtőit számítógépen modellezték, beépítve a változó gradienseket –(a prédaállatok maximális méretének változását és a zavarás mértékét) Erre a modellezett élőhelyre több különböző méretű, virtuális szociális és szubszociális pókkolóniát „telepítettek”, és megfigyelték, hogy melyik faj milyen környezetben maradt életben, illetve hol bizonyult sikeresebbnek.

A modell jól szemlélteti, hogy a prédaméret és a zavarás együttesen valóban képes kialakítani a természetben előforduló elterjedési mintázatokat. A kutatók kimutatták, hogy a zavarás nemcsak a kis kolóniák elpusztításáért felel, hanem potenciálisan stabilizáló hatása is lehet, méghozzá a legnagyobb kolóniákban. Az eredmények arra utalnak, hogy egy adott élőhely ökológiai sajátosságai jelentős hatással lehetnek az ott élő fajok társas viselkedésére.

Kép: Egy szociális pókkolónia hálója és néhány tagja (jobbra fent). A képeken a tanulmányt inspiráló fajok egyike (Anelosimus eximius) látható. A képet L. Aviles készítette Equadorban.

Publikáció:

Vásárhelyi, Zs., Scheuring, I., & Aviles, L. (2022). The ecology of spider sociality – A Spatial Model. American Naturalist, 199:6 https://doi.org/10.1086/719182

Forrás: elkh.org

Az ELKH Ökológiai Kutatóközpont (ÖK) két munkatársa, Zachar István és Boza Gergely mikrobiális közösségekben vizsgálta, hogy milyen szerepet játszik a sejtek közötti együttműködés a magasabb szerveződési szintek kialakulásában. A kutatás során azonosították azokat a szelekciós erőket, amelyek elősegítik vagy éppen gátolják a mikrobiális közösségek felépülését, reprodukcióját és magasabb szerveződési szintek esetleges kialakulását. Az eredményeket összefoglaló tanulmány a Frontiers in Ecology and Evolution című rangos nemzetközi folyóiratban jelent meg.

A mikrobiális közösségek egysejtű szervezetekből, leggyakrabban baktériumok és archaeák sokaságából épülnek fel. Ilyenek például a biofilmek, amelyek a folyómedrek kövein, a növények gyökerein, az állatok és az ember bőrén vagy a tápcsatorna belső felületén alakulnak ki. Ezekre a közösségekre rendszerint igen nagy változatosság jellemző, ugyanakkor a kölcsönhatások többnyire a sejtek közvetlen szomszédságára korlátozódnak.

A mikrobiális közösségek körében az egyik leggyakrabban előforduló kölcsönhatás a metabolikus együttműködés, mely során a sejtek különféle anyagcseretermékeket engednek a környezetükbe, amelyek kis távolságokra, például a szomszéd sejthez szabadon eljutnak. Ezek a molekulák – amelyek lehetnek egyszerű táplálékmolekulák, antibiotikumok, enzimek vagy szignálmolekulák – nemcsak táplálékot jelentenek a szomszédnak, hanem gyakran sejtek közötti bonyolultabb, magasabb rendű kölcsönhatásokat is közvetítenek, végeredményben pedig serkentik vagy gátolják a partner szaporodását.

A mikrobiális világban általánosan elterjedtek a kölcsönös segítségnyújtásra, kooperációra épülő kölcsönhatások – például a szintrófia, azaz anyagcsere-együttműködés –, melyek rendkívül fontosak e közösségek kialakulása, működése és fenntartása szempontjából. Ugyanakkor a környezetbe kibocsátott és szabadon diffundáló termékek áltában költségesek, vagy csak veszteségek árán jutnak el a donortól a fogadó félhez, többek között a természetes lebomlás és az erőforráson élősködök miatt.

A metabolikus kooperáció leghatékonyabb formája az eltérő fajok egyedei közötti szimbiózis, és különösen az endoszimbiózis, amikor az egyik sejt a másik belsejébe költözik. Annak ellenére, hogy ez kézenfekvő megoldás lenne a mikrobák között oly gyakori kölcsönösen előnyös kapcsolatok stabilizálására, eddig csak egy ilyen eset ismert. A sejtmagvas (eukarióta) élőlények egyik legfontosabb vívmánya, a mitokondrium is endoszimbiózis révén alakult sejtszervecskévé, amikor körülbelül 2 milliárd évvel ezelőtt egy baktérium beköltözött egy másik archaea gazdába. Egyes elméletek szerint ez a rendkívül sikeres kapcsolat is a baktérium és az archaea kölcsönösen előnyös anyagcsere-szintrófiájából indult ki. Azonban a ma élő sejtmag nélküli egysejtűek (prokarióták) között egyáltalán nem ismerünk olyan szoros szintróf kapcsolatot, amely megközelítené az endoszimbiózist. Az eukarióták kialakulása prokarióta ősökből nagy evolúciós átmenet volt, melynek során a sejtek elveszítették önállóságukat, és új evolúciós egységet hoztak létre, mely egymaga felelős a minket körülvevő makroszkópos élővilágért. Hiába rendkívül elterjedt a szintrófia az egyszerű egysejtűek világában, egyetlen olyan bizonyítható esetet sem ismerünk, amikor az evolúció magasabb szerveződéshez, nagy átmenethez vezetett volna az ilyen szintróf közösségekben. Vajon a prokarióták miért nem képesek gyakrabban „szintet lépni”, miért nem látunk több hasonló nagy átmenetet?

Az ÖK kutatói vizsgálataik során az alapján kategorizálták a szelekciós erőket, hogy melyek segítik vagy gátolják a mikrobiális közösségek felépülését, reprodukcióját és magasabb szerveződés esetleges kialakulását. Számba vették azokat a közösségi tulajdonságokat ‒ fajösszetétel, csatolt anyagcsere, metabolikus funkciók, közösségfelépülési és interakciós mintázatok ‒, amelyek nemcsak, hogy stabilan fenntarthatók egy ilyen közösségben, új közösségek létrejöttekor újra megjelennek, és továbbadják a kisebb változásokat (vagyis örökítik az információt). Ha a baktériumtelepeknek van ilyen adaptív tulajdonsága, az stabilan fennmaradhat a populációban, például a telepalkotókból kialakuló új kolóniákban. Ha ez a tulajdonság szelektív előnyt jelent a kolóniának, akkor a magasabb szintű csoportszelekció révén fennmaradhat. Ez jelentené az első lépést egy bakteriális nagy átmenet felé. Erre azonban a baktériumközösségek (és felépülésük) nagy variabilitása miatt kicsi az esély, és egyelőre meggyőző példát sem látunk.

A kutatók szerint alternatív megoldást jelent az, amikor a magasabb szintű szelekció révén a laza kölcsönhatási hálózat szoros, páros szimbiózishoz vezet. Tankönyvi példa erre az endoszimbiózis, egy sejt beköltözése egy másik sejtbe, ami az eukariótáknál általános, a prokarióták világában azonban a mitokondrium eredetét leszámítva ismeretlen. Úgy tűnik, a prokarióták számára egyszer adatott meg, hogy magasabb szerveződési szintre lépjenek. Ez a gyümölcsöző kapcsolat vezetett el ahhoz is, hogy e sorokat elolvashassuk.

Publikáció:
Zachar I and Boza G (2022). The Evolution of Microbial Facilitation: Sociogenesis, Symbiogenesis, and Transition in Individuality. Front. Ecol. Evol. 10:798045. doi: 10.3389/fevo.2022.798045

Forrás: elkh.org