Előfizetés a lapra

A klónok terjedése

A hét kutatója, biológia, interjú, klón, növény, ökológia, terjedés

2015/04/07

A nagyközönség szerint a klónok főként a sci-fi filmekben fordulnak elő – pedig egy átlagos gyep is tele van velük. Érdekes terület a klónok térbeli terjeszkedésének modellezése – ezzel foglalkozik Oborny Beáta, az ELTE TTK Növényrendszertani Ökológiai és Elméleti Biológiai Tanszékének docense. A kutatónő ezenkívül a biológiai fázisátmeneteket is vizsgálja – ide tartozik a magashegységi erdőhatárok kialakulása és a megritkuló fajok kipusztulásának szomorú eseményei is.


– Mi a fő vezérfonala a kutatásainak?

– Térbeli terjedési folyamatokkal és mintázatképződéssel foglalkozom különböző biológiai rendszerekben. Egyrészt a növényegyedeken belül, másrészt pedig növényi és állati populációkban.

– Foglalkozik klónokkal. A nem biológus olvasók valószínűleg a sci-fi filmekben találkoznak a „klón” kifejezéssel. Az Ön kutatásában mit takar ez a szó?

– A klónok fogalma akkor terjedt el igazán a köztudatban, mikor emlősöket sikerült klónozni, ami egy hatalmas tudományos teljesítmény. Nem szabad elfelejteni viszont, hogy az élővilágban az élőlények egy jelentős százaléka önmagát klónozza, természetes életmenetéhez tartozik ez a jelenség.

– A klón tulajdonképpen a szülővel genetikailag azonos új egyedet jelent?

– Igen. Ezek az élőlények testi (azaz nem ivari) sejtekből genetikailag önmagukkal azonos utódot tudnak létrehozni. Ilyenek például a növényfajok nagyon nagy százaléka vagy az állatok közül a korallok és szivacsok.

– Milyen klonális növények vannak?

– Klonális növényekkel akkor is találkozhatunk, ha egyszerűen kimegyünk a kertbe, és megnézünk egy szamócát. Valamennyi fűfaj klonális, egy gyepben ezeken járunk. Számos gyomnövény is ide tartozik – például a magas aranyvessző. Az akác is klónozza önmagát: gyökérsarjakról tud szaporodni.

A szamócanövény az indák mentén genetikailag azonos utódokat hoz létre, klonálisan szaporodik. A tápanyaggazdag foltban lévő rész az indán belül tápanyagot szállít a szegényebb foltban nőtt utódoknak.

– Akadnak extrém példák is a különösen nagy térbeli és időbeli kiterjedésű klónokra.

– Nagy kérdés, hogy az újabb és újabb, genetikailag azonos vagy közel azonos utódoknak a létrehozása ütközik-e időbeli korlátba. Vagy pedig – ugyanazon genetikai egyedről lévén szó – a klonális növények akár korlátlan ideig is képesek élni? A kutatók leírtak olyan matuzsálemeket, amelyeknél a genetikai értelemben vett egyed több ezer éves volt. Például egy észak-amerikai nyárfafajnál egyetlen genetikai egyed nyolcvanegy hektárt borít, és becsült életkora tízezer év.

– Ezt hogy kell elképzelni? Van egy erdő, ahol állnak a fák. Az ember azt gondolná, hogy különálló növényeket lát, de tulajdonképpen egy egyedhez tartoznak?

– Egy akácosban vagy egy ilyen típusú nyárfásban (mert nem minden nyárfaj képez klónt) a fák a föld alatt összefüggenek, és egymásnak forrásokat is tudnak juttatni. Mi számítógépen szimuláljuk a különböző terjedési stratégiák sikerességét különböző környezetekben.

 Különböző terjedési stratégiák vannak ugyanis. Az egyes fajoknál nagyon különbözik, hogy a klón tagjai mennyire osztoznak a forrásokon. Vannak olyan fajok, amelyek kiegyenlítő jelleggel úgy növekednek, hogy a forrásban gazdag helyen lévő részeik az összeköttetéseken keresztül a szegényebb részeknek is juttatnak forrásokat, és vannak olyanok, amelyek individualista módon megtartják maguknak. Ez egy nagyon érdekes, általános optimalizálási probléma. Egy csoport teljesítményét kell maximalizálni, hiszen mindnyájan egy genetikai egyedet alkotnak, és meg lehet tenni, hogy a jobban teljesítők megtartják a saját forrásaikat, de juttathatnak is a rosszabbul teljesítőknek.

– Hogyan lesz egy nyárfaerdőből számítógépes modell?

– Azokat az adatokat vesszük alapul, amelyeket a konkrét kísérletekben – például élettani kísérletekben – találnak a biológus kutatók. Ezeknek a kísérleteknek az a korlátja, hogy csak kicsi területen, rövid ideig lehet közvetlen megfigyeléseket tenni. Az, hogy több száz év alatt mi történik nagy területeken kint a természetben, közvetlenül csak nagyon nehezen vagy egyáltalán nem figyelhető meg. Mi abban tudunk segíteni ezekkel a számítógépes modellekkel, hogy megnézzük, mik a hosszú távú következmények. Például meg tudunk figyelni egymással versengő stratégiákat, hogy kiszorítja-e az egyik a másikat, vagy tartósan is képesek-e együtt élni. Utóbbi esetben milyen mintázatokat alakítanak ki közösen? Hogyan változik egy növénytársulás mintázata a szukcesszió során? Ezek az ismeretek fontosak abban, hogy megértsük: hogyan épülnek fel az ökoszisztémák, hogyan maradnak stabilak. Ha egy invazív faj belép egy ökoszisztémába, akkor vajon sikeres lesz-e ott, kiszorítja-e az őshonos fajokat?

A térbeli terjedés kontaktfolyamat-modellje. Pillanatfelvétel egy szimulációból. A felső képen zöld a populáció által elfoglalt és fehér az üresen maradt terület. Balról jobbra fokozatosan javul a környezet minősége, de a populáció egy ennél élesebb elterjedési határral válaszol.

Munkánk során különböző paramétereket adunk a terjedésnek, az élőhelynek és utána grafikusan egy szimuláció során nézzük, hogyan fognak elterjedni a növények.

– Egy másik terület, amivel foglalkozik, a fázisátmenetek kérdése, amely eredetileg fizikai fogalom, de a biológiában is egyre több területen ismerik fel a jelentőségét.

– Az ökológiai rendszerekben megfigyelhető fázisátmenetek esetében egy kritikus átmenet során azt látjuk, hogy a külső környezeti körülmények fokozatos változásával nem fokozatosan változnak a populációk, hanem egy hirtelen változást tapasztalunk. Például egy viszonylag nagy létszámú populációból hirtelen egy kihalt populációt kapunk.

– Tehát változik a klíma, a hőmérséklet stb., és erre reagálnak hirtelen a populációk?

– Igen. A mi kutatásaink egyik célja az, hogy kitaláljuk, miként lehet egy ilyen hirtelen változást, populációs összeomlást elő­rejelezni – például egy klímaváltozás esetén. Hasonló hirtelen változást nemcsak időben, hanem térben is láthatunk, mikor például egy erdőhatárt figyelünk meg. Megyünk felfelé egy hegyen, és a környezeti körülmények fokozatos változásának dacára egy éles populációs határt találunk.

– Ilyen körülmény lehet például a hőmérséklet? Megyünk felfelé a hegyen, és fokozatosan hidegebb lesz.

– Igen. A fajok egy bizonyos pontig képesek felhatolni a hegyoldalban, majd – számos faj esetén – viszonylag éles határral elvégződik az elterjedési terület. A leglátványosabb talán az erdőhatár, hiszen itt nagy egyedekről, fákról van szó, de a jelenség ennél általánosabb. Azért fontos ez a téma, mert ha ismerjük a kritikus pontokat, ahol a hirtelen változások bekövetkeznek, akkor jobban előre tudjuk jelezni, hogy mikor várható egy populáció kihalása, vagy mikor várható egy számunkra kellemetlen invazív faj, járvány vagy kártevő elterjedése.

– Mi a kapcsolat a fizika irányában?

– Nagy szerencsénk van, hogy rengeteg ismeretet tudunk meríteni a fizikából, ahol a kritikus fázisátmeneteknek jól kidolgozott elmélete van. Sok ötletet merítettünk ebből, felhasználtuk a meglévő eredményeket, illetve – fizikus kollégákkal való együttműködésben – tovább is fejlesztettük ezeket.

 BAJOMI BÁLINT

OTKA

K 109215

PUB-I 113547

2015/8