Előfizetés a lapra

Tüskésbőrű koronatanúk

gerinctelen, Kárpát-medence, klímaváltozás, kövület, tenger, tüskésbőrű

2016/09/21

A tengerparti nyaralás emlékét felidéző tengeri sünök, csillagok és társaik ökológiai jelentőségére az elmúlt két évtized tengerbiológiai kutatásai, valamint a fosszilis leletek vizsgálatai mutattak rá, miszerint kulcsszerepet töltenek be a világóceán ökoszisztémájában. Legtöbb képviselőjük érzékenyen reagál az élőhely és annak környezeti tényezőinek kisebb átalakulására is. Ebből adódóan az éghajlat változásának követésére is alkalmasak, így kutatásuk mind kiterjedtebbé válik, melyből mi magyarok is kivesszük a részünket. Hazánkban található ugyanis Európa egyik legnagyobb fosszilis leletanyaga a tüskésbőrűek rokonságából, melyek legnagyobbrészt az évmilliókkal ezelőtt hazánk helyén hullámzó tenger egykori lakói voltak.

Az Amphiope bioculata tengeri sün jellegzetes ötös szimmetriát kirajzoló, sziromszerű ambulakrummal és két nyílással

(A SZERZŐ FELVÉTELE)

A tüskésbőrűek (Echinodermata) a gerinctelenek nagy faj- és alakgazdagságú törzse, többségük a tengerekben él a sarkvidékektől az Egyenlítőig. A rendkívül változatos szín- és formavilágú állatok közé tartoznak a tengeri liliomok, tengeri csillagok, kígyókarúak, tengeri uborkák és tengeri sünök. Környezeti igényeik bizonyos feltételekben azonosak (például a víz sótartalma), más esetben pedig igen változatosak (mint a földrajzi elhelyezkedés), de minden tekintetben szigorúan ragaszkodnak az élőhelyük ökológiai viszonyaihoz. A tenger vizének sótartalma egyaránt lényeges mindegyik csoportnál, az átlagos 35 ezrelékes sóaránynak mindössze csekély mértékű csökkenését vagy növekedését tűrik el. Ráadásul a víznek a sótartalom természetes ingadozásán túlmenő változásait sem viselik el, így a kiédesedő vagy az ezzel ellentétben túl sóssá váló vizekből rövid idő alatt kipusztulnak.

Biológiai szénpumpák

Mindegyik csoportnak kalcium-karbonátból álló váza van, melyet a vízben oldott ionokból építenek fel. Egy 6 évvel ezelőtti átfogó kutatás a világ számos pontján különböző tengeri sünök vázkiválasztó tevékenységét figyelte, melynek fő célja a kibocsátott szén-dioxid elnyelésének tanulmányozása volt. Az összes ma élő tüskésbőrűvel számolva, mintegy 100 millió tonna elnyelt szén-dioxidot köszönhetünk e törzs tagjainak azáltal, hogy a tengervízben oldott karbonátot beépítve szervezetükbe, azt – egyfajta biológiai szénpumpaként – kivonják a globális szénkörzésből. Ez a világ éves szén-dioxid-kibocsátásának „mindössze” 1–2 százaléka, de összehasonlításképpen megfelel Magyarország kétévnyi szén-dioxid-emissziójának.

 Minthogy szilárd vázuk megőrződésének köszönhetően a földtörténeti múltban is nyomozhatók, e tulajdonságuk a jelenben egyre inkább értékesebbé válik. A szén-dioxid megemelkedett szintje azonban maguknak a tüskésbőrűeknek sem tesz jót, mivel a vízbe szénsavként oldódik bele. Ez protonná és bikarbonátionná esik szét, ami nagyban megnöveli a tengervíz savasságát. Noha a kémhatásban ez világszinten 1–2 tizednyi eltolódást jelent a savas közeg felé, azonban már ez is komoly változásokat képes okozni a tüskésbőrűek fejlődésében.

 Kieria semseyana váza  alulnézetben

(LANTOS ZOLTÁN FELVÉTELE)

Különböző vízmélységben élő, embrionális életszakaszukban lévő tengeri sünökön végeztek laboratóriumi kísérleteket, amelyekben a víz kémhatását mesterségesen tolták el a savas felé, fokozatosan olyan arányban, ahogy az a jelenlegi szén-dioxid-kibocsátás mértékéből az elkövetkező évtizedekben várhatóan következik. A kísérletek végeredménye: a mélyebb vízben élő fajok esetében drámai visszamaradások következtek be a fejlődésben, míg a sekélyvízi forma egyedei képesek voltak tolerálni a savas közeget – ugyanis a part közeli vízben akár természetes módon is előfordulhat a tengervíz kémhatásának ingadozása –, ám annak fejében, hogy vázuk jelentősen elvékonyodott a normál kémhatású vízben nevelt példányokéhoz képest. A csökkenés oka, hogy a savas közegben a mészváz kiválasztása jóval nehezebbé válik. Csakhogy a vékonyabb vázú formák jobban kitetté válnak a tengervíz áramlási szeszélyeinek. Ez főként a sekély tengerben fontos tényező, ahol nemcsak intenzív a vízmozgás, hanem egyben itt a legnagyobb a tüskésbőrűek faj- és egyedgazdagsága, tehát az egymással való versengés is kiélezettebb.

Fenéklakók – háttérben

A világóceán savasodása az éghajlatkutatás egyik legégetőbb folyamata; főként a vízoszlop felső részén élő fitoplankton mint fontos oxigéntermelő és szén-dioxid-elnyelő réteg szempontjából, azonban a tengerfenéken élő szervezeteket ebből a megközelítésből az elmúlt évtizedig alárendelten vizsgálták. Ha a fenéklakó tüskésbőrű szervezetek savasodásra való reakcióját összevetjük a felszínhez közeli fitoplankton adataival, a jövőben pontosabb képet kaphatunk az óceán egészének kémhatásváltozásairól.

 A klíma változása a közvetlen hőmérséklet-emelkedésben is komoly hatást gyakorol az echinodermatákra. Elterjedésük szoros összefüggést mutat a tengerfelszín hőmérsékletével: legnagyobb fajgazdagsággal a mediterrán és a szubtrópusi, trópusi éghajlaton találhatók meg, de a sarkvidékeken is jelen vannak. A tüskésbőrűeknél általános szabályszerűség, hogy minél melegebb a klíma, annál nagyobb a sokféleség. Az egyes éghajlati viszonyokat kedvelő formák azonban a hőmérsékletnek már kis ingadozására is érzékenyen reagálnak. Tengeri sünökön végzett kutatás alapján az Antarktika körül élő formák esetében a vízhőmérséklet 1–2 Celsius-fokos emelkedése már drasztikus romlást jelent a szaporodásban: a megtermékenyülő peték számának ugrásszerű csökkenésén túl az embriók fejlődéséig nagy visszaesés tapasztalható. Az Antarktiszon előforduló tengeri sünök ma jóval kisebb számban fordulnak elő, mint fosszilis megfelelőik: e csoport tehát jól mutatja, hogyan reagálnak a tüskésbőrűek az óceánvíz hőmérsékletének változására évmilliós nagyságrendben.

Árulkodó kövületek

Nemcsak jelenünk, de régmúltunk éghajlatának kutatása is fontos, hiszen a Föld történetének mai szemmel nézve elképzelhetetlenül szélsőséges klímaváltozásai tanulságként szolgálhatnak a most zajló folyamatok megértésében. Ebben szintén segítségül vannak a tüskésbőrűek, különösen a tengeri sünök, immáron szilárd vázanyaguk kövületeként. Bár az echinodermaták váza igen törékeny, megőrződésük esélye viszonylag nagy, továbbá még a töredékes, mikroszkopikus vázelemek is „hasznosíthatók” amiatt, hogy olyan üledékben is előfordulnak, amelyből az egyéb ősmaradványok kioldódnak. Ezáltal a tüskésbőrűek az egykori környezet koronatanúi is lehetnek

Mintegy 14–13 millió éve így nézhetett ki a Kárpát-medence

 Egy-egy fosszíliából is hasonló módon nyerhetők információk a klímáról, azonban a helyzet annyiban nehezebb, hogy míg a ma élő echino­dermatáknál a mintaként felhasznált egyedek eredeti vízi élőhelyükön vannak, úgy az ősmaradványok az egykoron létezett tenger üledékébe záródtak. S bár a lágyszövetük nem őrződik meg, de elterjedésük egy adott földtani rétegben, valamint vázanyaguk összetétele számos lényeges adalékot szolgáltat a nagy őslénytani kirakóban. Így először az ősmaradványt aszerint kell vizsgálnunk, hogy milyen környezetben élt.

 A vízmélységet tekintve az echino-dermaták adott csoportjai a partoktól a több ezer méteres mélységig előfordulnak, de többségük a sekélyvízben él. A tengeri liliomok vázanyagában a magnézium-karbonát a vízmélység növekedésével arányosan csökken, ezáltal a tengeri liliom fosszíliája alapján képesek vagyunk az egykori vízmélységre következtetni. A tüskésbőrűek legnagyobb hányada a tengerfenék lakója, itt legtöbbjük az aljzatba beásva érzi jól magát, ahol a ragadozók elleni védelmen túl az üledéket túrva táplálékhoz is jutnak. Nem mindegy azonban, hogy az aljzat milyen: egyes csoportok a finomszemcsés, míg mások a durvább szemcseméretű aljzatot részesítik előnyben. Így van ez az üledék anyagi minőségével is: egyes formák a karbonátos, mások a szilikátos anyagú üledékben élnek előszeretettel. Mindez azért fontos, mert az egykori környezet rekonstrukciójában a különféle aljzatot kedvelők azonos üledékben nem fordulhatnak elő, ha ez mégis megtörténik, akkor az a múltban kipattant földrengések vagy még az állatok idejében létrejövő hatalmas viharok üledéket összekavaró tevékenysége nyomán valósulhat meg.

 Tengeri sünök alapján még az egykori vízpart lefutására is lehet következtetni. Egy kutatásban a ma élő tengeri sünök vázának tetején helyet foglaló, az oxigéncserét megkönnyítő pórusok virágsziromra emlékeztető mintázata – az ambulakrumok – hosszaránya alapján el lehetett különíteni, hogy szabálytalan, öblökkel tarkított vagy egyenes lefutású parton éltek-e. Ezt az arányt fosszilis példányokon is ki lehetett mutatni.

 A Budai hegyekből előkerült  Parascutella gibbercula-váz alulnézetben

(LANTOS ZOLTÁN FELVÉTELE)

Ha már sikerült meghatároznunk az egykori környezetet, az ősi klíma rekonstrukciójában is felhasználhatók a tüskésbőrűek fosszíliái. Mivel az echinodermaták számos csoportja igen érzékeny a hőmérsékleti feltételekre, így az egyes kövületek az akkori éghajlati igényeiknek megfelelő földrajzi helyen fosszilizálódtak. Abból indulunk ki, hogy a ma is élő formák fosszíliái megegyező ökológiai igényűek a maiakkal. Ennek köszönhetően az azonos hőmérsékletet kedvelő fajok igen precíz tájékoztatást adnak az évmilliókkal ezelőtti hőmérsékletről. A rekonstrukciót némiképp bonyolítja, ha a vizsgált földtani rétegben kihalt kövületet találunk. Ebben az esetben arra támaszkodhatunk, hogy az melyik ma is élő állattal rokon leginkább, valamint az ugyanabban a rétegben közösen előforduló ősmaradványcsoportok ökológiai igényét együttesen vehetjük számításba.

Tengerisün-nagyhatalom vagyunk

Az egykori környezet és éghajlat tüskésbőrűekkel történő feltárása hazánkban is folytatható. Magyarország európai szinten is jelentős echinodermata-, azon belül is főként tengerisün-leletanyaggal büszkélkedhet. Az országban a Soproni-hegységtől a Dunántúli-középhegységen és a Mecseken át az Északi-középhegységig számos helyen találhatók olyan földtani feltárások, melyek az egykoron hazánk helyén több tíz millió évvel ezelőtt elterülő ősi tenger, a Paratethys élővilágának maradványait zárják magukba. Ezek mind mennyiségben, mind pedig fajgazdagságban egyedülálló echinodermata-fosszíliákat tartalmaznak: a XIX. század közepe óta ezrével gyűjtötték tüskésbőrűek ősmaradványát, ennek eredményeként számos fajt és nemzetséget írtak le magyarországi előfordulású tengerisün-kövületek alapján. Ma a példányok jelentős részét – hozzávetőlegesen 7000 példányt – számláló kollekció található a Magyar Földtani és Geofizikai Intézet Földtani és Geofizikai Gyűjteményében, valamint a Magyar Természettudományi Múzeum Őslénytani és Földtani Tárában.

 Clypeaster scillae váza

(A SZERZŐ FELVÉTELE)

 Hazánk tehát jókora mértékben szolgáltat adatokat az ősi környezet és klíma feltárásában, köszönhetően a gazdag tüskésbőrűleleteknek. Az eredmények pedig figyelemre méltók. A magyarországi fosszilis tengeri sünök többségének mai képviselői a Földközi-tenger térségében élnek, de van olyan is, amely ma kizárólag az Indiai-óceánban található. Az egyes fajok mintegy 13,5 millió éve érték el legnagyobb diverzitásukat, akkorra tehető a klímaoptimum. Ez idő tájt térségünkben mediterrán-szubtrópusi éghajlat uralkodott, ami kedvezett a tengeri sünök életkörülményeinek. A szárazföldi dús növényzet és gyakori csapadék bőséges tápanyagot juttatott a partvidékekre, aminek köszönhetően a tengeri sünök virágkorukat élték a majdani Magyarország területén. Ezekben az időkben az intenzív vulkáni tevékenységnek kettős hatása volt. Egyrészt a magmás tevékenység időről időre savassá tette a vizeket, ami megtizedelte a tengerek élővilágát. Másrészről a vulkanizmus elmúltával, ahogyan a vulkanikus talajon gazdag növényzet képes megtelepedni, úgy a tengeri élővilágnak is értékes tápanyagul szolgálnak a vulkánok által a bioszférába juttatott ásványi anyagok és nyomelemek. Az ezt követő igen rövid földtörténeti idő alatt azonban markáns változások léptek fel: a korábban itt elterülő tenger elzáródott a világóceántól, így fokozatosan kezdett kiédesedni. Ezt a változást a tüskésbőrűek nem tudták átvészelni, számuk igen rövid idő alatt nagymértékben csökkent, majd teljesen eltűntek a Kárpát-medencéből.

 Az echinodermaták – láthattuk – viszonylag összetett képet tudnak alkotni múltunk és jelenünk környezeti viszonyairól is. A tüskésbőrűek színes, változatos világa nemcsak érdekesség, hanem megkerülhetetlen ökológiai tényező. Képviselőik érzékeny környezeti igényükkel sérülékeny tagjai az óceánok és tengerek élővilágának. Mindemellett szigorú életfeltételeik és azok változása jó vizsgálati alannyá teszi ezeket az állatokat a napjainkra egyre inkább realizálódó klímaváltozás mind pontosabb megértésében és a folyamatok követésében. Egyben az ősi környezet feltárása révén olyan információkra is szert tehetünk kövületeikből, melyek hasznosak a mai klímaviszonyok megértésében, valamint intő jelként is szolgálnak, hogy Földünk környezeti egyensúlya nem magától értetődő: a ma még optimális viszonyok könnyedén, nem várt hirtelenséggel változhatnak.

 POLONKAI BÁLINT

2016/31