A magyar hagyományban az ázsiai származás fontossága mind a mai napig élénken él, a tényleges honfoglaló ősök mellett a hunokkal, szkítákkal, a kipcsakokkal vagy éppen a mongolokkal is sokan hajlamosak kapcsolatot feltételezni. A vélt rokonság hátterében gyakran kulturális hasonlóságok állnak – keleti eredetű, nomád, lovas hagyományokkal bíró népekkel szeretjük párba állítani magunkat.
Akad azonban még egy, talán kevésbé szembeötlő egyezés: a környezet. Az érintett népcsoportok mind az eurázsiai sztyeppvidéken, ezen a Közép-Ázsiától a Kárpát-medencéig nyújtózó füves pusztán éltek, ez pedig kultúrájukra is nagyban hatott, elég a magyar mitológia turulmadarára gondolni, amely bizony szintén a sztyepp lakója. Noha számos ősi nép mára eltűnt, a környezet – változó mértékig – megmaradt, napjaink Magyarországának területén most is élnek olyan állatok és növények, amelyek közeli rokonait távoli vidékeken, akár Mongóliában is kereshetjük.
Ezen különleges vidék fajainak tanulmányozásával foglalkozik Dr. Sramkó Gábor, a Debreceni Egyetem Természettudományi és Technológiai Kar Növénytani Tanszékének egyetemi adjunktusa, az Evolúciós Genomikai Kutatócsoport vezetője. A szakember kollégáival genomi vizsgálatok révén igyekszik jobban megérteni az egyes állatok és növények rokoni kapcsolatait, származását, állományának helyzetét és sok más vonását.
Egyedülálló kutatás
Márciusban több hazai médiafelületen is megjelent a hír: kihaltnak hitt növényt rekonstruáltak a Debreceni Egyetem kutatói. Tény, hogy egyes biotechnológiai cégek jelenleg is dolgoznak kipusztult fajok, például a gyapjas mamut feltámasztásán – pontosabban egy, ahhoz nagyon hasonló állat létrehozásán –, de a hírrel ebben a formában több probléma is akad.
Egyrészt a vizsgált növény, a csipkés gyöngyvessző nem halt ki, »csak« a magyarországi természetből tűnt el, más országokban és a hazai temetőkben továbbra is megtalálható. Másrészt egy kipusztult faj rekonstrukciója sci-fi kategória
– mondja a 24.hu-nak Sramkó Gábor, ahogy a Debreceni Egyetem botanikus kertjében sétálunk.
A kutató a munkatársaival valójában a faj genomját írta le (pontosabban a digitális modelljét rekonstruálta), ami ugyan nem tudományos-fantasztikum, de így is megsüvegelendő eredmény – a vonatkozó tanulmány itt érhető el. Magyar viszonylatban egyedülálló munkáról van szó, hazánkban nem-modell növényfaj genomját még nem rekonstruálták. A modellszervezetek olyan organizmusok, amelyeket azért kezdenek el kutatni, hogy a vonatkozó felfedezések révén más fajok egyeden belüli biológiai életfolyamatait, sejtszintű működését is jobban megismerjék.
Az analízishez magyarországi temetőkből begyűjtött, az egyetem botanikus kertjébe ültetett példányok anyagát használták fel. A kutatás 2020-ban kezdődött, a vizsgálatot a mintagyűjtéstől a DNS-kivonáson át a bioinformatikai elemzésig mind házon belül végezték el. A projekt jól demonstrálta a labor képességeit, Sramkó Gábor és kollégái most még komolyabb terveket szövögetnek.
A biológiában, mint sok más tudományterületen, mindig van olyan újonnan felfedezett, mondhatni divatos téma, amelyet az éppen legmodernebb technológiával a lehető legtöbbet vizsgálnak a szakemberek. Volt idő, amikor ez a kromoszóma volt, most éppen a genom
– nyilatkozza lapunknak a kutató.
A genom nem más, mint a genetikai tartalom, a szervezet teljes örökítő információja. Az élőlények DNS-e rendkívül árulkodó, az adatokból többek között következtetni lehet az adott faj rokoni kapcsolataira, környezeti igényeire vagy éppen arra, hogy mekkora a genetikai változatossága, ami sokat elárul a populáció egészségéről. Mindezen megállapításokból számos gyakorlati, így természetvédelmi tanulságot vonhatnak le, ahogy a kutató fogalmaz: a genom valóságos kincsesbánya.
Árulkodó adatok
A csipkés gyöngyvessző esetében például nagy kérdés, hogy a hazai temetőkben és más, mesterséges környezetekben előforduló egyedek a magyarországi természetből begyűjtött növényektől származnak-e, vagy esetleg kereskedelem révén, távolabbi vidékekről érkeztek. A genomvizsgálat ennek megválaszolásában is segíthet. Az előzetes eredmények az előbbi, természetvédelmi szempontból kedvezőbb hipotézist látszanak alátámasztani, a debreceni törzsgyűjtemény növényei ugyanis a tágabb Kárpát-medencében előforduló állományokkal mutatnak rokonságot.
„A mai kertészeti igényeknek talán kevésbé felel meg, ám a történeti források alapján 100–200 éve itthon is ültették. Virágzó állapotában azért mutatós fajról van szó. Egy közeli rokona, a hatalmas bokorrá megnövő kerti gyöngyvessző mind a mai napig népszerű, közparkokban és magánkertekben is találkozni vele” – mondja Dr. Takács Attila, a botanikus kert igazgatója, ahogy bemutatja a Debreceni Egyetem példányait.
A faj genetikai elemzéséhez apró szövetmintákra van szükség, ezeket tasakokba helyezik, majd a közeli laboratóriumba szállítják. Ott elkészül a DNS-kivonat, az átlátszó, víztartalmú mintából pedig egyetlen mikrolitert vizsgálnak be. Az oldatot fluoreszcensen megvilágítható, a DNS-hez kötődő festékkel keverik el.
A minta előkészítését, a DNS-könyvtár összeállítását teljes egészében az intézményben végzik, egyedül a szekvenálást bízzák külső, például dél-koreai és kínai szolgáltatókra. „Azt szoktam mondani, hogy mi a kutatói munkáért vagyunk felelősek, a DNS-szekvenálás pedig bérmunka, nagy cégeknél akár robotok is megoldják” – teszi hozzá Sramkó Gábor.
És hogy a csipkés gyöngyvessző genomi vizsgálatának milyen haszna lehet? Ha kiderülne, hogy a temetői példányok valóban a hazai környezetből származnak, az hatalmas eredmény lenne.
Ugyan nem vagyok kertész, de szerintem megvan a díszítő értéke, és igazán jó lenne, ha az autópályák szélére nem egy idegen, hanem egy őshonos fajt ültethetnénk
– emeli ki a kutató. Ehhez szaporítással akár a Debreceni Egyetemen nevelt növények is hozzájárulhatnának.
Más fajok következhetnek
A csapat választása a természetvédelmi szempont mellett két további okból esett a csipkés gyöngyvesszőre: egyrészt nem-modellszervezetről van szó, genomikai szempontból korábban nem foglalkoztak vele, másrészt a genomja a növényvilágon belül viszonylag kicsi. Minél kisebb a genom, annál kevesebb a szekvenálási és más típusú erőfeszítés, tehát annál alacsonyabbak a költségek.
„Ha egy növénynek 0,2 gigabázispár a genomja, mint ennek a fajnak, az 200 millió bázispárt jelent. Összehasonlításképp: itt a botanikus kertben is tudok olyan növényeket mutatni, amelyeknél 15 gigabázispárról, tehát 15 milliárdról beszélünk” – hangsúlyozza Sramkó Gábor. Persze a feladat így sem volt egyszerű, a munka rendkívül aprólékos.
Sramkó Gábor szerint ennek ahhoz lehet köze, hogy például a terepi kutatásokhoz képest a genomikai elemzés meglehetősen költséges, még akkor is, ha a technológia az utóbbi években sokkal olcsóbbá vált.
Agrárvonalon, haszonnövényeknél ugyan itthon is végeznek kutatásokat, nem-modellszervezetekkel, közvetlen gazdasági hasznot nem hozó fajokkal nem. Ezen változtatna a debreceni csapat, amely nem állna meg a csipkés gyöngyvesszőnél – más, a sztyeppei környezetben fellelhető fajok is fókuszban vannak.
Sramkó Gábor többek között a Közép-Ázsiában honos altaji sólyom, a feltételezett turulmadár genetikájával is foglalkozik – a vonatkozó vizsgálatokról ebben a cikkben írtunk bővebben. A következő nagy falat ugyanakkor egy, világviszonylatban is egyedülálló, csak hazánkban és Erdélyben fellelhető állat lesz, amelynek genomikai vizsgálatán jelenleg is dolgoznak a szakértők.
Sehol máshol nem él
Az elsőként hazánk területéről leírt egykor a Kárpát-medence nagy részén, egészen Ausztriáig előfordult. A fajból mára két populáció maradt, egy a Borsodi-Mezőségben, egy pedig Kolozsvár térségében, a két állomány külön alfajt alkot.
„Hatalmas a tét, nem lehet eléggé hangsúlyozni, hogy a magyarországi alfajnak ez az egyetlen ismert populációja a Földön. Igaz, nem tigris, de mégiscsak világszenzációról, az emlős világatlaszban külön tárgyalt egységről, a Kárpát-medencében bennszülött állatról van szó.
Ennél hungarikumabb hungarikumot nem tudok elképzelni
– emeli ki Sramkó Gábor, aki rögtön a kihívásokra is felhívja a figyelmet: a csipkés gyöngyvesszőnél 0,2, a magyar szöcskeegér esetében 2,2 gigabázispárról beszélünk. Ennek a kihívásnak a HUN-REN–DE Természetvédelmi Biológiai Kutatócsoport tagjaként próbálnak megfelelni, és a HUN-REN TKI támogatásával sikerült is európai forrásokra pályázni.
A napokban zöld utat kapott a genomvizsgálat – pontosabban annak támogatása a Biodiversity Genomics Europe projekt keretében –, így hiánypótló kutatás veszi kezdetét. A projekthez terepről – az éves monitorozás keretében – már sikerült befogni egy egyedet, amelyet utóbb természetesen szabadon engednek, az állat genetikai adataiból pedig akár a hazai alfaj pontos populációméretét is megbecsülhetik.
Korábban végeztek becsléseket a szaporodni képes állomány esetében, ez viszont hatalmas szórást, 50–200 példányt mutatott – a tényleges egyedszám ennek minimum négyszerese lehet. A teljes genomon alapuló vizsgálatok teljesebb képet adhatnak, amire nagy szükség lenne.
Sramkó Gábor úgy látja, a magyar szöcskeegér jóval nagyobb figyelmet érdemelne. Korábbi elemzések alapján a hazai állomány genetikai sokfélesége nem túl magas, de nem is katasztrofálisan alacsony, megfelelő természetvédelmi intézkedésekkel tehát helyre lehetne állítani az állományt.
A szakember szerint a hosszú távú cél a szaporítás és a korábbi élőhelyekre való visszatelepítés lehetne, ehhez azonban jóval alaposabban meg kell ismerni a rágcsáló genetikáját. „Az eddigi adatok azt mutatják, megvan benne a képesség, hogy főnixmadárként éledjen újjá” – állapítja meg a kutató.
Nagyon hasonló forgatókönyvek
Nem meglepő, ám a Sramkó Gáborék által vizsgált hazai fajok esetében nagyon hasonló forgatókönyvek figyelhetők meg: amikor az ember elkezdte drasztikusan átalakítani a tájat, az érintett élőlény egyedszáma hirtelen csökkenni kezdett. A csipkés gyöngyvessző esetében a fordulópont az 1800-as évek végén jött el, itt a hazai sztyeppei élőhelyek megszűnése mellett az is hozzájárulhatott a lokális kihalásához, hogy a fajt seprűanyagként intenzíven használták.
Az, hogy egy növény, amelynek természetes élőhelyei gyakorlatilag megsemmisültek, temetőkben mégis fennmaradhatott, egészen figyelemreméltó. Az állomány ma olyan református ótemetőkben van jelen, amelyeket már az 1700-as évek katonai térképein is feltüntettek. „Ezeket a területeket az eredeti tájból hasították ki. És hogy miért éppen református temetők? Nos, a reformátusoknál a síroknál is a szolidabb díszítés dominál, a csipkés gyöngyvessző pedig valószínűleg beleillett a képbe” – mondja Sramkó Gábor.
Hasonló populációs összeomlás zajlott a magyar szöcskeegérnél, igaz, ott a folyamat később, a második világháború utáni, szovjet típusú mezőgazdaság beindulásával kezdődött. Az 1920-as és 1930-as években a faj még nagy elterjedésű és egyedszámú volt, ám a 20. század második felére sorra zsugorodtak, majd tűntek el az egyes csoportok.
„Nem egyedi eset ez, a kerecsensólyomnál, a valódi turul Magyarországon is élő, közeli rokonánál ugyanez zajlott le. Ezen faj esetében a Pannon-állomány az 1980-as években érte el a mélypontot, azóta szerencsére nőtt az egyedszám” – teszi hozzá a kutató.
A magyar szöcskeegér jelenleg veszélyeztetettként szerepel a Természetvédelmi Világszövetség (IUCN) vörös listáján.
Az IUCN érvelése szerint a mostani két helyszín között akadhatnak még potenciális, felfedezésre váró lelőhelyek. Érdemes ugyanakkor gyorsan hozzátenni: az 1930-as években még 20 populáció létezett a Pannon-medencében. Azóta olyan mértékű volt a csökkenés, hogy az előrevetítheti a faj kipusztulását, felülírva a lehetséges lelőhelyek kérdését.
Amennyiben elkészülne a genom, a szakértők az IUCN-t is bombázhatnák az eredményekkel, többek között a genetikai diverzitásra vonatkozóan. A besorolás megváltoztatásával aztán új lehetőségek nyílhatnának az állat védelmében, többek között nyomást gyakorolhatnának a döntéshozókra.
Pángenom-projekt kezdődhet
A debreceni genomkutatásokban még rengeteg lehetőség rejlik. A laborban úgynevezett referenciagenomokat produkálnak, amelyek egy-egy példány esetében készíthetők el. Amikor újabb egyedeket vonnak be a vizsgálatba, már nem kell teljes genomra szekvenálni, elég azok DNS-szekvenciáit hozzáilleszteni a referenciagenomhoz.
A szakértők legnagyobb álma, hogy a tétet emelve egy egész faj esetében rakjanak össze több genomot, ennek előnye, hogy nemcsak a szekvencia-információhoz juthatnak hozzá, hanem az esetleges strukturális különbségekhez is. „Emberek esetében az úgynevezett humán pángenom régóta ki van dolgozva, ami rendkívül fontos. Ha embereket tanulmányozunk orvostudományi céllal, nem lehet csak az europid nagyrasszból kiindulni, fajunk teljes genomi szerkezete több, változatos származású személy egymás mellé illesztéséből rajzolódik ki” – magyarázza Sramkó Gábor.
Ugyanez a helyzet más szervezetek esetében is. A kukoricánál például előfordulhat, hogy két fajta között nulla a genetikai távolság a DNS-szekvenciában, az egyik terméshozama mégis többszöröse lehet a másikénak. Az eltérés hátterében sokszor nem szekvenciakülönbség, hanem a gének sorrendje áll.
Nem-modell növényeknél hasonló pángenom még nem készült, a debreceni kutatók abban bíznak, hogy világelsővé válhatnak ezen a területen. A szakértők egy kisgenomú fajt szemeltek ki, ez a hazánkban is fellelhető, Kelet-Európától Közép-Ázsiáig honos, a csipkés gyöngyvesszővel hasonló ökológiai igényű és azzal egy családba tartozó törpemandula. „Szerencsére ez a faj itthon túlélte a mezőgazdasági átalakulást, nagyon szívós növényről van szó” – mondja lapunknak a kutató. Hozzáteszi:
A kutatásokból sokat tanulhat a humángyógyászat a sejtbiológiai folyamatokról, lehetséges gyógynövényekben pedig akár aktív hatóanyagokat kódoló molekuláris mechanizmusokat is felfedezhetnek.
„Előre persze nem tudjuk megmondani, hogy más területek számára utóbb melyik genom lesz hasznos, de a tudomány már csak ilyen. Nélkülözhetetlennek gondolom, hogy elvégezzük ezeket a biológiai alapkutatásokat” – emeli ki a szakember.
A nagy kép: a Kárpát-medence és a sztyeppe
Végezetül érdemes arról is szót ejteni, hogy a debreceni genomvizsgálatok miként illeszkednek Sramkó Gábor nagy művébe. „Azt kell mondjam, karrierem legizgalmasabb kérdése a sztyeppei életföldrajzi fejlődéstörténet” – meséli a kutató.
A cikkünk elején emlegetett, Közép-Ázsiától a Kárpát-medencéig terjedő sztyeppvidék bölcsője Belső-Ázsia magashegységeiben található. A miocén korban itt kezdődött az a szárazodás, amelynek révén az északi féltekét uraló a szubtrópusi jellegű, babérlombú erdőket füves élőhelyek váltották fel, nem meglepő módon az eddig vizsgált sztyeppei növény- és állatnemzetségeknél a legősibb faj mind belső-ázsiai.
A történet következő lépcsőfokát a legnagyobb elterjedésű fajok jelentik, amelyeknél a „testvérek” a Tien-san, a Pamír, esetleg az Altaj vidékén lelhetők fel. Ennek az az oka, hogy amint ezek a belső-ázsiai hegységek kiemelkedtek, a monszun és a nyugati szelek hatását legyengítették, ami a térségben nyaranként extrém szárazságot okoz még a 3000–4000 méteres magasságban fekvő élőhelyeken is.
A térségben a sztyeppei fajok alkalmazkodhattak a hegyvidéki, száraz környezethez. Amikor aztán a jégkorszakok alatt kiterjedt a sztyepp, hódító útra indulhattak a hegyekből a növények és az állatok, elérve a Kárpát-medencét.
Az utolsó felvonást a jégkorszak csúcsa, az utolsó glaciális maximum adta. Az elmúlt években egyre több bizonyíték került elő arra vonatkozóan, hogy ezen időszakban az evolúciós értelemben legfiatalabb, nagy elterjedésű sztyeppei fajok számára a Kárpát-medence egyfajta a refugiális területként szolgált, a térség megőrizte azt a környezetet, amely korábban a szélesebb régióban uralkodott.
Az utóbbi időkben több élőlénynél, a bókoló zsályánál, a volgamenti héricsnél, a magyar szöcskeegérnél, a nagyfejű csajkónál és a molnárgörényél is sikerült kimutatni, hogy az utolsó glaciális maximum után innen terjedtek keleti irányba. Ez óriási meglepetés, hiszen a hagyományos felfogás szerint a magyarországi flóra és fauna a nagy eurázsiai sztyepp legnyugatibb kiágazása, de most úgy tűnik, ennél bonyolultabb a helyzet
– mondja Sramkó Gábor lapunknak.
Hogy a Kárpát-medence miért adhatott annak idején védelmet számos sztyeppei fajnak, egyelőre nem tudni. A genomkutatások – így a csipkés gyöngyvessző vizsgálata – akár ezen, evolúciós genetikai és ökológiai szempontból egészen forradalmi elmélet alátámasztásához is hozzájárulhatnak.
