Előfizetés a lapra

Friss cikkek

2015/03/04

Kiszáradástűrés vagy szárazságkerülés?

biológia, csapadék, növény, OTKA, ökológia, szárazság, víz

A legutóbbi években hazánkban is egyre inkább tapasztalt szélsőséges időjárási viszonyok, a hosszabb és szárazabb nyári periódusok, időszakos és egyenlőtlen csapadékhullások mind a globális klímaváltozás számlájára írhatók. Kutatásainkban a klímaváltozással együtt járó kiszáradást eltérő mértékben, ugyanakkor szélsőséges formában toleráló természetes életközösségek és egyedeik vizsgálatára, ökológiai és élettani sajátosságaik feltárására fókuszálunk.

Az emberi hatások következtében kialakuló globális klímaváltozás környezetünk természeti folyamatainak nagymértékű átrendeződéséhez vezet, s e folyamatok ökológiai, ökonómiai és szociális kríziseket is magukban hordozhatnak. Az üvegházhatás várható fokozódása és a földi átlaghőmérséklet megemelkedése globális változásokat okoz. A kutatók között egyetértés van abban, hogy a globális felmelegedés nagy hatással lesz az ökoszisztémák közül a növényi rendszerek fiziológiai folyamataira, mi több, komplex ökológiai kölcsönhatások megváltozásával fog együtt járni.

 

Eltérő toleranciájú szárazságkerülő tőzegmohák egy állományban

 Az előrejelzések és az utóbbi évek tapasztalatai alapján a klímaváltozásban a hőmérséklet-emelkedés, a csapadék mennyiségének csökkenése és egyenlőtlenebb eloszlása várható. Mindezek valamennyi biológiai szinten előtérbe hozzák a növényi kiszáradástűrés mechanizmusának feltárását. A globális klímaváltozással együtt járó folyamatokra – így a hőmérséklet és a vízállapot változásaira – nézve kulcsfontosságú válasz, hogy a kiszáradástűrő, a szárazságtűrő, valamint a szárazságkerülő növények milyen ökofiziológiai és ökológiai adaptációra képesek.

A trópusoktól a sarkkörökig

Régóta ismert, hogy a törzsfejlődés szempontjából a zuzmók, algák, mohák, páfrányok és virágos növények igen eltérő fajai képesek túlélni a kiszáradt állapotot – néhány nap időtartamtól akár hosszú hónapokon, sőt éveken keresztül is –, majd újra vízhez jutva visszanyerik normális életműködésüket. A vízstressz legszélsőségesebb toleranciája a vegetatív szervekben (hajtásban, gyökérben) olyan kiszáradástűrő növények esetében figyelhető meg, amelyek fotószintetizáló sejtjei ellenállnak a kiszáradásnak, s száraztömegük víztartalma 10 százalék vagy annál is kevesebb lehet. Más szóval, ezek a specializálódott növények képesek túlélni sejtjeik víztartalmának legalább 90–95 százalékos elvesztését is.

 A kiszáradástűrő növények a trópusoktól a sarkkörökig számos ökoszisztéma meghatározó alkotórészei, melyek működését és jellegét nagymértékben meghatározzák e növények életfolyamatai. A nem szabályozott, kontrolálatlan vízháztartású – szakszóval poikilohidrikus – növények a szélsőséges éghajlati viszonyokhoz jelentős mértékben képesek alkalmazkodni, ezáltal viszonylagos sikerre tesznek szert. Így lehetővé válik számukra, hogy túléljenek, sőt növekedjenek, elkerülve ezzel a normális, szabályozott vízháztartású – homoiohidrikus – növényfajokkal való erős versengést.

 Az alacsonyabb rendű és edényes polikilohidrikus fajok sikeres pionírok: uralkodóvá válnak, amint a hely nem megfelelő a homoiohid-rikus növények megtelepedéséhez. A nyílt, megvilágított talajfelszínen számos edényes polikilohidrikus faj alkot csoportokat, gyepeket vagy szőnyegeket, míg a virágtalan növények (kriptogám fajok) jellemzően sivatagokban képeznek összefüggő, kérget alkotó növénytakarót. Jóllehet mindkét csoport fontos ökológiailag, a talajeróziót főként az utóbbiak csökkentik és járulnak ily módon a talaj vízmegkötő képességének, valamint fizikai és kémiai tulajdonságainak fenntartásához.

 A kiszáradástűrés képessége számos élőlénycsoportra kiterjed, köztük algákra, cianobaktériumokra, gombákra, zuzmókra és mohákra, nyugalmi állapotban lévő magokra és spórákra vagy akár hajtásos növényekre. Ezzel ellentétben a magasabb rendű (virágos) növények többsége nem képes túlélni a kiszáradást. Az előbbi növényeknek ugyanis van néhány olyan jellegzetes tulajdonsága, amely lehetővé teszi számukra a száraz időszak túlélését anélkül, hogy a regenerációra és növekedésre való képességüket elvesztenék. A vízellátottság hiányának károsító hatásaival való megbirkózás képessége azonban számukra is számos adaptációs mechanizmus összetett együttműködését kívánja meg. A kiszáradt állapotban eltöltött extrém hosszú idő megviseli e növények ellenálló képességét is, annak dacára, hogy regenerációjuk ebben az esetben is bekövetkezik. Az azonos kiszáradástűrési stratégiai csoportba tartozó fajok különböző válaszreakciója eltérő adaptációs képességük mértékét tükrözi, azt leginkább a lokális mikroklíma határozza meg.

A szárazság egy szervezet környezetének a rendelkezésre álló alacsony vízmennyiségét jelenti, míg a kiszáradás a szervezet sejtjeiben levő alacsony vízmennyiségre utal.

Kiszáradt állapotban tipikus klorofillvesztő stratégiájú afrikai kiszáradástűrő Xerophyta viscosa és a klorofilltartalmát megtartó, Bulgáriában őshonos Haberlea rhodopensis

Az első áldozatok

Sok élőlény elviseli a szárazságot – de nem kiszáradással – olyan folyamatok révén, mint például a sivatagi kaktuszok víztárolása. Ezek a szervezetek nem tudnak kiszáradni anélkül, hogy ne halnának bele. Ugyanakkor a kiszáradástűrés néha azt a képességet is jelöli, melynek révén az élőlény túléli a kiszáradást teljes vagy optimális vízmennyiség mellett – ez a részleges kiszáradástűrés. Fontos funkcionális különbség a teljes és részleges kiszáradás között, hogy előbbi esetben az anyagcsere szünetelése következik be, utóbbiban az anyagcsere fenntartására fókuszál a növény.

 Az alacsonyabb rendű növénycsoportok közül a tőzegmohák kiszáradáshoz való alkalmazkodási stratégiája sok érdekességet rejt. A tőzegmohák morfológiai adaptációs képességük révén szárazságkerülők, de semmiképpen sem sorolhatók a kiszáradástűrő növények közé. Ugyanakkor ez a szárazság kifejezi a stresszel szembeni bizonyos szintű toleranciájukat is. A tőzegmohákra hosszú távon mindenképpen végzetesek a kiszáradástűrő növényekre kiszáradt állapotban jellemző víztartalmi állapotok. Bizonyos fajok azonban igen ellenállók lehetnek a szárazsággal szemben, sőt, vannak kimondottan toleránsnak tekinthető fajok. Morfológiai jellemvonásaik sajátosságainak, a kiszáradt állapot mértékének és időbeliségének feltárása jelenleg nagy hiányosságokat rejt.

 A tőzegmohák többségének a túléléshez szüksége van bőséges vízellátottságra, olyannyira, hogy természetes élőhelyükön kétségtelen ők a kiszáradás első áldozatai. A fajok szárazságtoleranciájának mértéke változó, számos tőzegmohafaj képes újraéledésre hosszabb idejű kiszáradást követően is.

 Míg a száraz élőhelyekhez alkalmazkodott valódi lombosmohák (Syntrichia, Grimmia, Orthotrichum nemzetségek fajai) képesek a napi kiszáradás–újranedvesedési ciklusok nagyfokú tolerálására, addig a tőzegmohák kevésbé ellenállók a gyakori kiszáradással szemben. A tőzeglápok mohafajai morfológiai adaptációjuk révén képesek a vízmegtartásra. A szőnyegalkotók közül a mélyebben fekvő, kevésbé kiemelkedő, részben víz alá merülő – főként síklápokon jellemző – fajok kevésbé tolerálják a hosszabb idejű kiszáradást, mint a zsombékot alkotó dagadólápi fajok, melyek termetes szár-, illetve ágleveleikkel könnyítik a kapillaritás révén megvalósuló vízfelvételt. A holt sejtek (hyalinsejtek) nagy mennyiségű víz megtartására képesek. Ez és a sűrűn elhelyezkedő fejecskék komplex állományszerkezete, valamint a szár- és áglevelek robosztus felépítése együttesen alakítanak ki olyan sajátos növénymorfológiát, amely inkább szárazságelkerülő adaptációs képességet, mintsem kiszáradástűrő mechanizmust sugall.

Ökológiai stratégiák

Ugyanakkor a különböző tőzegmohafajok állományszerkezetében mutatkozó jelentős eltérések jól tükrözik a kiszáradás tolerálásának különböző mértékét. Hasonló állományszerkezetű fajok között is megfigyelhetők az elkerülő, illetve toleráns stratégiák; a szárazság elkerülése a hatékonyabb víztartó képességnek, a tolerancia az alacsonyabb víztartalom melletti jobb túlélőképességnek tudható be.

  Átmeneti stratégiájú az afrikai kiszáradástűrő Myrothamnus flabellifolia kiszáradt és újrazöldült állapotban (A SZERZŐ FELVÉTELEI)

Az ökológiai adaptációnak megfelelően az egyes kiszáradástűrési stratégiai vonalak (például lebomló, illetve megtartó klorofilltartalmak) eltérhetnek egymástól és átfedhetnek egymással, azaz kettő vagy több stratégia is jelen lehet egyidejűleg egy adott élőhelyen. Ennek az ökológiai spektrumnak mindkét végpontja kitüntetett érdeklődési terület. Bizonyára létezik egyfajta optimalizáló folyamat a fotoszintetikus apparátus védelmére és javítására, amely gyorsan visszaállítható állapotban tartja a fotoszintetikus rendszert a kiszáradás hosszabb periódusai alatt, valamint a fotoszintetikus apparátus de novo (újra) szintézisének „költsége” között. A ki­szá­ra­dás­tűrő növények adaptív mechanizmusait szélsőséges ökológiai helyzetekben megérteni csak a fiziológia és az ökológia területét is magában foglaló tág összefüggésben lehet.

Jövőbeli kilátások

Hosszú távon várható, hogy jelen kutatás eredményei gyarapítják meglévő ismereteinket a szárazságnak a termesztett növényekre gyakorolt stresszhatásairól. Remélhetőleg hasznosak lesznek a jövőben a fajtamódosításban: a szárazság káros hatásainak ellenálló terméseket fejlesztő és a szárazság ártalmas hatásait toleráló termesztett növények létrehozásához. Közvetlen gyakorlati nyereség pedig a növénytermesztésben való alkalmazásból származó információk elérhetőségében lehet, így az agrártudományok és a hosszú életciklusú kultúrákkal dolgozó gyakorlati mezőgazdaság szintén hasznosíthatja e kutatás eredményeit. A vegetatív fotoszintetizáló növényi szövetek életképességét kiszáradt állapotban is lehetővé tevő molekuláris mechanizmusoknak és tulajdonságoknak a megértése fontos kritériuma lesz a termesztett növények kiválasztásának és nemesítésének, hogy a fajták a hosszabb száraz periódusokat is túl tudják élni. Minden globális klímaváltozással foglalkozó modell a szárazság gyakoriságának növekedését jelzi, ezért a kiszáradástűrő növények jelentősége a természetes növényzetben szintén csak fokozódhat a jövőben.

 A botanika hagyományos területein – mint a morfológia és az anatómia – egyes, néha bizarr növekedési formák (áltörzs, levélrozetták, speciális járulékos gyökerek stb.) lényeges működésbeli tulajdonságairól is hiányos a tudásunk. Az eredmények ökológiai szempontból is fontosak, hiszen természetes ökoszisztémák növényfajainak vizsgálataiból származnak, s mint ilyenek, a természetvédelem számára hasznos információkkal szolgálhatnak. Mindez biztosítja a természet megóvásában és a környezetvédelmi gyakorlatban való széleskörű alkalmazhatóságukat.

 PÉLI EVELIN RAMÓNA

 OTKA PD109445

PUB-I 111137

 

396
2015/03/02

Lehet-e Parkinson-kóros a kutyám?

A hét kutatója, agy, biológia, idegrendszer, interjú, orvosbiológia, Parkinson-kór

Az Alzheimer-kór után a Parkinson-kór a második leggyakoribb, idegsejtpusztulással járó, neu­ro­de­ge­ne­rá­ciós betegség. Világszerte mintegy 20 millió ember érintett a betegségben, így korántsem mindegy, hogy sikerül-e valamilyen gyógymódot kidolgozni ellene. A budapesti Eötvös Loránd Tudományegyetemen dolgozó Kis Viktor aktívan kutatja a betegség molekuláris és élettani hátterét, többek között a már meghalt betegek agymintáinak elektronmikroszkóppal történő tanulmányozásával.

394
2015/02/26

Elindult a Jövő Hősei Tudományos Verseny!

basf, élettelen természettudomány, kémiai, környezet, környezetvédelem, oktatás, pályázat, verseny

A BASF a fenntartható fejlődés és a természettudományok kapcsolatára fókuszáló iskolai versenyt hirdet középiskolásoknak. A Jövő Hősei Tudományos Verseny 2015. február 3-án indult el hazánkban, a BASF kelet-európai oktatóprogramjának részeként.

392
2015/02/24

Goebbels propagandatrükkje?

álhír, Altausse, háború, műkincs, náci, német, Németország, társadalomtudomány, történelem, világháború

1944 végén – egy amerikai hírszerzési jelentést követően – Adolf Hitler bejelentette az alpesi erőd létezését. A náci propaganda – felismerve a lehetőséget – az „erőd” és „alpesi erőd” fogalmakat többek között arra használta, hogy számos katona és polgári személy végső győzelembe vetett hitét megerősítse. Amikor 1945 tavaszán az amerikai hadsereg benyomult a területre, kiderült, hogy az „alpesi erőd” puszta blöff volt – a salzkammerguti térség azonban sok rablásból eredő értéket rejtett.

391
2015/02/23

Goodbye, MASAT-1!

A hét kutatója, élettelen természettudomány, interjú, magyar, masat, műhold, űrkutatás

Az első magyar műhold égi pályája majd’ háromévnyi keringés után véget ért. Az utolsó napokban a „Goodbye World!” üzenettel búcsúzott a világtól, majd január 9-én belépett a légkörbe és elégett. A Masat-1 eredményeiről, tapasztalatairól és a folytatásról beszélgettünk Dudás Leventével, a BME Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék egyetemi tanársegédjével, aki a programban a kommunikációs alrendszerért felelős vezető mérnök volt.

390
2015/02/19

Félelem a tűtől

félelem, fóbia, lélektani lelemények, orvos, pszichológia, társadalom, , vér

Filmvígjátékokban gyakran látható, hogy valaki látványosan elájul, mert vért lát. A vér vagy a sérülés látványától való félelmet a legtöbbször komolytalan kényeskedésnek tekintik, és sokan talán nem is gondolják, hogy valódi lelki zavarról van szó.

389
2015/02/18

Egyetlen tőrdöfés

anarchista, francia, gyilkosság, merénylet, történelem

„Abban a pillanatban, amikor felcsendült a Marseillaise, és a tömeg éltetni kezdte Carnot-t, megértettem, hogy eljött az idő a cselekvésre. Az elnök kocsija befordult a sarkon, én pedig kihúztam a tőrt a hüvelyéből, és vártam a megfelelő pillanatot…”. (Részlet Sante Geronimo Caserio vallomásából.)

388
2015/02/17

Új eszköz az influenza ellen

A hét kutatója, influenza, interjú, orvosbiológia, Szegedi Biológiai Kutatóközpont, vírus

A mindössze 34 éves Horváth Péter eddigi pályája a példa arra, hogy egymásba csúszó tudományterületek miként járulnak hozzá a világ jobb megismeréséhez. A szegedi egyetemen programozó matematikusként végzett, majd egy Nizza melletti kutatóközpontban dolgozva műholdképek feldolgozásának témájából doktorált kutató a zürichi műszaki egyetemen kötött ki. Ott a mikroszkópok által alkotott képek elemzésével foglalkozva jött rá, hogy ez a két módszer igencsak hasonló. Családjával Szegedre költözött, s azóta az MTA Szegedi Biológiai Kutatóközpont (SZBK) Biomag- (biológiai képelemző és mesterséges intelligencia-) csoportjának vezetőjeként folytatja munkáját.

387
2015/02/13

Netán a metán is életeket menthet?

alkohol, biokémia, élettudomány, metán, mitokondrium, orvosbiológia, OTKA

A metángáz sorsa meglehetősen méltánytalannak bizonyult az eddigi tudományos életben, mindig is egy semleges, reakcióképtelen anyagnak tartották, és a legtöbben tehenekre, kellemetlen szagokra vagy éppen az üvegházhatásra asszociálnak a metánnal kapcsolatban. Az első meglepő hírünk tehát, hogy szagtalan gázról van szó, ráadásul valószínűleg sokkal többre képes, mint azt eddig gondoltuk róla.

386
2015/02/10

Veszélyes állatok a láthatáron!

kép, lélektan, lélektani lelemények, társadalomtudomány, veszély

A törzsfejlődés során őseink hosszú-hosszú időn át ki voltak téve a veszélyes állatok – például a ragadozók és a mérges kígyók – támadásainak. A civilizált világban, az ember modern környezetében ez a veszélyforrás gyakorlatilag megszűnt, ám még ma is bennünk él az ősi hajlam, mely a védekezés egyik alapvető módja: önkéntelenül is kitüntetett figyelemmel fordulunk az egykor komoly fenyegetést jelentő állatok felé.