Tizenkét különös tartály mentheti meg a Balaton élővilágát

2018.10.25. 11:44

A festői szépségű tihanyi apátságtól nem messze tizenkét, első látásra rejtélyes szerepet betöltő tartályt építettek. Laikus szem számára egyszerű víztározóknak tűnnek, pedig valójában izgalmas folyamatok zajlanak bennük. Mindegyikük egy-egy önálló univerzumot jelent a beléjük telepített életközösségek számára. A kutatók ezeknek az ökoszisztémáknak a manipulálásával nemcsak a klímaváltozás várható hatásait, de a rájuk adott evolúciós válaszokat is megismerhetik. Sőt, a rendszerrel még arra is fényt deríthetnek, hogy a Marson elképzelhető-e valamilyen életforma jelenléte. A közép-kelet-európai régióban elsőként létesített magyar mezokozmoszt október 24-én avatták fel az MTA Ökológiai Kutatóközpont munkatársai.

Sokunk képzeletében az ökológusokról egyfajta idealisztikus kép él: egy lepkehálóval rohangálnak a mezőn, befognak pár gyönyörű pillangót, és e néhány szépséges rovar léte alapján messzemenő konzekvenciákat vonnak le a természet állapotáról. Néhány esetben ez akár igaz is lehet, léteznek olyan, külső hatásokra speciálisan érzékeny indikátorfajok, melyek puszta kimutathatósága jelzi, „itt nincsen probléma, a környezet él és virul”, vagy ellenkezőleg „hiányuk ezen a helyen nagyobb bajt mutat, mint elsőre látszik”. Ez azonban csak a legritkább esetben fordul elő. A természet maga egy elképesztően komplex, sokszor megfejthetetlennek tűnő rendszer, telis-tele olyan változókkal, amelyeknek csupán hangyányi megbolygatása óriási változásokat képes előidézni az élővilág helyzetében.

Erre jó példát szolgáltatnak egy közelmúltban megjelent tanulmány megállapításai. A publikációt készítő kutatók azt vizsgálták, hogy a farkaslazac betelepítésével javítható-e a vízminőség, hogyan befolyásolja az ökoszisztéma szerkezetét ennek a ragadozó halnak a megjelenése. Négy kísérleti beállítást hoztak létre a biológusok: az elsőben alga és zooplankton volt a rendszerben, a másodikban alga és zooplanktont fogyasztó hal, a harmadikban ezek mellett kisebb számban megjelentek a farkaslazacok, a negyedikben viszont már egészen nagy csoportokban nyüzsögtek a vízben a csúcsragadozók.

A kísérlet egyik végkövetkeztetése az volt, hogy ha a zooplanktont pusztító másodlagos fogyasztónak nem volt természetes ellensége, ott az alga túlburjánzott, a víz minősége jelentősen romlott, hiszen a növényzetet dézsmáló mikroszkopikus állatok – alacsony számuk miatt – nem tudták hatékonyan végezni feladatukat. Ezzel szemben csökkent a felgyülemlő biomassza mennyisége, és javult a vízminőség, ha a farkaslazacok elkezdték ritkítani a zooplanktont evő kisebb halakat. Konklúzió: a csúcsragadozók szubtrópusi tavakba telepítésével tehát javítható a környezet állapota.

A fenti kutatást persze nem úgy kell elgondolni, hogy az előzetes hipotéziseket rögtön élesben, a farkaslazacok természetes tavakba telepítésével próbálták ki. Az elméletet először egy mesterségesen létrehozott ökológiai rendszerben, úgynevezett mezokozmoszban tesztelték, és csak utána nyúltak bele a természetes ökoszisztémába.

A külföldi példák előnyeit és hátrányait egyaránt megismerve, valamint a tanulságokat levonva a Magyar Tudományos Akadémia létrehozta saját mezokozmoszát az MTA ÖK tihanyi kutatóintézetében. Ez az első ilyen telep a kelet-közép-európai régióban.

A magyar mezokozmoszForrás: Stvorecz Adrián

Mezokozmosz? Az meg mi a szösz?

A kifejezés nemcsak a laikusoknak, de a szakmaibelieknek is idegenül hangozhat: szimplán az angol mesocosm szót ültették át magyaros környezetbe. A „mezo” jelző a rendszer méretére utal, a mikrokozmosztól különbözteti meg. Tulajdonképpen egy valóságos ökoszisztémát modellező mesterséges rendszerről beszélhetünk. A mezokozmoszrendszerben végzett vizsgálatok egyfajta átmenetet képeznek a terepi és a laborkísérletek között.

A szisztéma mibenlétét bemutató Boros Gergely, az MTA Ökológiai Kutatóközpont tudományos főmunkatársa szerint a mezokozmoszban dolgozni nem olyan, mintha egy teljesen természetes közegben tevékenykedne az ember, viszont a laboratóriumok zárt és szignifikánsan kevesebb lehetőséget biztosító világánál mindenképpen több és relevánsabb információt nyújt a szakembereknek. A mezokozmoszt alkotó tartályokat pontosan ezért alakítják ki a szabadban, hogy ugyanazok a hatások érjék őket, mint a természetes ökoszisztémákat (sugárzás, csapadék, szennyezőanyagok... stb.).

Boros Gergely, az MTA Ökológiai Kutatóközpont tudományos főmunkatársaForrás: Magyar Tudományos Akadémia

A kulcstényező itt a méret. A vízi mezokozmoszok esetében létezik egy kritikus víztérfogat, víztömeg és vízmélység, hogy olyan folyamatok játszódjanak le, mint a természetes ökológiai rendszerekben. Erre jó példát szolgáltat a planktonikus szervezetek napszakos, vertikális migrációja; bizonyos organizmusok éjszaka a vízfelszínen lebegnek, nappal lesüllyednek. Ennek megfigyeléséhez tökéletes helyzetet biztosít a mezokozmosz.

Kísérleteket a természetes tavakban is lehet végezni, ám a mesterséges rendszernek van egy hatalmas előnye: számos kémiai és fizikai paraméter (példának okáért a vízhőmérséklet, a tápanyagmennyiség vagy a fényviszonyok) kedvünk szerint manipulálhatóak. Mindez lehetőséget ad a kutatóknak arra, hogy az ökoszisztémák külső hatásokra adott reakcióit megfigyelhessék. Ilyen effektus a globális klímaváltozás jelentette hőmérsékletemelkedés, UV-sugárzás-emelkedés, eutrofizáció és így tovább. A mezokozmoszban a vízi tápláléklánc mindegyik tagja képviseltetheti magát: az elsődleges termelőktől kezdve a csúcsragadozókig valamennyi meghatározó élőlény térben és időben egyszerre jelen lehet.

A mezokozmoszrendszereknek több típusa is van, léteznek szárazföldi változatai, de a vízi élővilágot vizsgáló telepek sem egyformák: egyeseket magában a tóban, tengerben elszeparálva hozzák létre, és ott manipulálják a körülményeket, míg másoknak inkább a tóparton találnak megfelelő helyet. Az MTA kutatói az utóbbi mellett döntöttek, mégpedig azért, mert ebben az esetben hatékonyabban kontrollálhatók a feltételek.

Hogyan néz ki a magyar rendszer?

A tihanyi mezokozmosz az MTA Ökológiai Kutatóközpont – Balatoni Limnológiai Intézet területén épült fel. Összesen 12 darab, 5 köbméter hasznos térfogatú kültéri tartályból áll össze, amelyeket a Balaton háromszorosan átszűrt, ám mégsem kristálytiszta vízével töltöttek fel. A kutatók így olyan minőségű vizet kaptak, ami kémiailag a Balaton vizének szinte százszázalékos tükörképe, alkalmas a tóban megtalálható élőlények fenntartására (hasonlóra a csapvíz abszolút alkalmatlan). Mindegyik tartály egy-egy önálló kis ökoszisztéma otthonaként fogható fel.

12 tartályból áll össze a rendszerForrás: Stvorecz Adrián

A tartályokban a vízhőmérséklet, a vízáramlás, a beérkező fény egyaránt szabályozható, a mérőműszerek pedig folyamatosan monitorozzák többek között a víz oldott oxigéntartalmát, pH-értékét, sótartalmát, vezetőképességét, oldott anyag tartalmát. „A lehetőségeknek csak a kreativitás szab határt” – mondta Boros.

Számos tényező ellenőrizhető és manipulálhatóForrás: Stvorecz Adrián

A mesterséges ökoszisztémát egy PLC-rendszer kezeli: egyrészt értelmezi és továbbítja a szenzorok által folyamatosan mért paramétereket, és közben vezérli a fűtő- és világítóegységeket, hogy a kísérleti körülmények változtathatóak legyenek.

Mindegyik tartály külön ökoszisztémának ad otthontForrás: Stvorecz Adrián

Boros Gergely elmondta, a beépített technológiát tekintve az MTA által létrehozott rendszer az egyik legjobbnak tekinthető a világon. Minden szellemi tudásunkat beletettük, és minden célkitűzésünket meg is valósítottuk – hangsúlyozta a kutató.

Forrás: Stvorecz Adrián

Első körben planktonikus élőlényekkel szeretnénk dolgozni, tekintettel arra, hogy ezeknek az organizmusoknak a generációs ideje gyors, vagyis az őket érintő változások sokkal sebesebben zajlanak le, mint például halaknál. Természetesen utóbbiak is szerepet fognak kapni a későbbi kutatásokban, de a legelső kísérletek mindenképpen növényi és állati planktonikus szervezetekkel fognak folyni – válaszolt az Origo kérdésére Boros Gergely. A rendszer jelenleg tesztelési fázisban van, a tényleges kutatómunka várhatóan jövő tavasszal kezdődik.

Forrás: Stvorecz Adrián

A mezokozmosszal végzett vizsgálatok egy alapkutatás részét képezik, melyeknek eredményeit gyakorlati alkalmazásba ültetve az éghajlatváltozás káros hatásait mérsékelhetjük.

Forrás: Magyar Tudományos Akadémia

Evolúció valós időben és Mars-kutatás

A fő célok – a klímaváltozás, a tápanyag-felhalmozódás, valamint újonnan betelepült vagy kiveszett fajok hatásainak megfigyelése – mellett egyéb érdekfeszítő vizsgálatok is végezhetőek a mezokozmosz segítségével. Ilyenek a mikroevolúciós kutatások, melyekről Szathmáry Eörs evolúcióbiológus adott ízelítőt.

„A fajok genetikai összetétele változik, ezt hívjuk biológiai evolúciónak” – emelte ki az MTA kutatója, aki szerint a planktonikus szervezetek azért is bizonyulnak megfelelő alanyoknak, mert generációs idejük rövid; egy év alatt olyan változások történhetnek egy ilyen rendszerben, amihez egy erdei életközösség esetében évszázadok kellenek. Magyarán szemünk előtt valódi evolúciós változások történhetnek. Ezek nyomon követése az egyik célkitűzésünk – emelte ki Szathmáry Eörs.

Szathmáry EörsForrás: Magyar Tudományos Akadémia

A mezokozmosz a marsi élet kutatásában is szerepet kaphat az evolúcióbiológus szerint. A vörös bolygón ma is létezhetnek bizonyos életformák, amiknek van egy feltételezett életciklusa. Ezen életciklus meghatározott részeit szimulálni tudják a mesterséges rendszerben.

A mezokozmosz létrehozását a GINOP-2.3.2-15-2016-00057 azonosító számú, „Az evolúció fényében: elvek és megoldások" című pályázat támogatta. Kivitelező: Aqua-Terra Lab Kft.