„Egy kritikus küszöbhöz közelítve”

Oborny Beáta elméleti biológus, ökológus

Úttörő jelentőségű, interdiszciplináris kutatások segítenek megérteni, hogyan válaszolnak a növénytársulások az őket ért hirtelen változásokra, miként terjednek el az inváziós fajok, és meddig őrizhető meg az ökológiai egyensúly – erről beszélt nekünk a hosszú távú folyamatokat modellező biológus.

Magyar Narancs: A laikus többség valószínűleg még a biológia klasszikus, leíró fázisánál akadt el – mivel foglalkozik egy elméleti biológus?

Oborny Beáta: Már a kísérletes biológia is igen nagy arányban foglalkozik a puszta leíráson túlmutató értelmező kutatással, de tény, hogy az elméleti biológia éppen az értelmezésben tud sokat segíteni. Az evolúciós és az ökológiai folyamatok zömmel több száz vagy több ezer évet vesznek igénybe – a rövidebbek is sokszor évtizedes léptékűek. Nyilvánvaló, hogy élőben nehezen tudnánk megfigyelni ezeket a hosszú távú változásokat és kísérletezni velük. Én és kollégáim egy jó része azt tesszük, hogy vesszük a rövid távú kísérleti adatokat és megfigyeléseket, összerendezzük őket egy matematikai modell keretében, és ennek segítségével próbálunk következtetni a nagyobb léptékű változásokra.

MN: Ha jól sejtem, ilyenkor tipikus helyzeteket szimulálnak: mi történik, ha változik egy növénytársulás, mondjuk, betolakszik egy új versenyző, megjelenik egy mutáció?

OB: Így van. Akár azt is meg tudjuk nézni, hogy egy evolúciós folyamat során milyen kezdeti állapotokból milyen típusú szelekció hatására milyen irányba halad az evolúció. Konkrét ökológiai szituációban meg tudjuk vizsgálni azt, hogyan reagálnak a populá­ciók egy természetkárosodásra: történik-e kihalás, felritkulás, elterjed-e egy inváziós faj, például egy gazdaságilag káros gyomnövény a többi faj rovására.

MN: Az egyik cikkében olvastam, hogy ha sokkoljuk ezeket az ökológiai rendszereket, akkor a kimenet, a válasz nem fokozatos lesz, hanem hirtelen, ugrásszerű változások következnek be. Ennek mi a magyarázata?

OB: Az egyik fő érdeklődési területünk a küszöbjelenségek vizsgálata. Az efféle jelenségek egyáltalán nem ritkák az ökológiai rendszerekben. Számítógépes szi­mulációkkal kimutattuk, hogy a populációk dinamikájában alaphelyzetnek tekinthető, hogy egy kritikus küszöb átlépésekor hirtelen összeomlás, kihalás következik be. Klímaváltozás esetén például hiába fokozatos a felmelegedés, a populáció várhatóan nem fokozatosan válaszol. Egy darabig kevéssé reagál, így a külső megfigyelő úgy vélheti, hogy a faj biztonságban van, de a kritikus küszöbhöz közelítve a populációméret hirtelen hanyatlani kezd, és kihal a területről. Ennek az az oka, hogy a populációk általában nem arányos válaszokat adnak a külső beavatkozásokra: jó néhány, ebben az értelemben nem lineáris jelenséggel kell számolnunk.

MN: Alapvetően interdiszciplináris dologgal foglalkozik: biológusok, matematikusok, fizikusok dolgoznak együtt; ön a vezetője az Ökológiai Határok Kutatócsoportnak. A matematikus szerepe talán magától értetődőbb a modellalkotásban, de mit tud egy fizikus hozzátenni az ökológiai rendszerek működésének megértéséhez?

OB: Nagyon érdekes, hogy a kritikus átmeneteknek a fizikában igen nagy irodalma van. Önmagában is izgalmas tudományosan, hogy távol eső rendszerek az alapjelenségek terén ennyire hasonló viselkedést mutatnak. Örömteli felfedezés volt számunkra, amikor felismertük, hogy a fizikai irodalomban jó néhány válasz már megvan a mi kérdéseinkre. Egy darabig úgy működtünk, mint egy tolmács: megfeleltettük egymásnak a biológiai és a fizikai rendszerben meglévő jelenségeket. Például ami nálunk egy populáció sűrűsége, az ott egy anyag koncentrációja. Nem csupán kerestük az analógiákat, de megpróbáltuk át is vezetni ezeket a természetvédelmi, alkalmazott kutatásba. Szerencsére fizikus kollégák számára is érdekesnek bizonyult néhány probléma, amit felvetettünk. Tehát ahol a két tudományterület összeért, izgalmas határzóna jött létre.

MN: Ha ilyen párhuzamok vannak a fizika által vizsgált élettelen világ és, mondjuk, a növényi populációk viselkedése között, akkor nem abszurd dolog felvetni, hogy más szinteken, például az erőforrások elosztása oldaláról vizsgálva, az emberi társadalom és növényközösségek működése között is felfedezhetők analógiák? Erre ön is szokott utalni az előadásaiban.

OB: Az iménti esetben a biológiai modell és a fizikai modell volt egymásnak megfeleltethető. Ettől eltérő eset, amikor két, távol eső kutatási terület úgy inspirálja egymást, hogy felismerik: közös kérdéseik vannak – még akkor is, ha utána más úton, más modellek keretein belül keresik a megoldást. Utóbbira példa talán a klonális növényekkel kapcsolatos munkám egy része. Klonális növényekkel gyakran találkozunk a természetben. Ide tartoznak az indával, gyöktörzzsel, hagymával szaporodó fajok. Mindenki ismeri például, ahogy az eper indázik.
A klónozás elsősorban az emlősök klónozása – és a tudományos-fantasztikus filmek – kapcsán került be a köztudatba, s kevesen tudják, hogy a fajok figyelemre méltóan nagy része képes klonálisan szaporodni. Ugyanaz a genetikai egyed több kópiában jelenik meg és terjed. Ez évről évre természetes része az életciklusuknak.

MN: Ilyenkor rögtön felvetődik az emberben: ezek mind önálló egyedek, vagy együttesen alkotnak egy hatalmasra kiterjedt egyedet?

OB: Nagyon változatosak a fajok ebben a tekintetben. Ami közös, hogy ugyanaz a genetikai egyed bizonyos kópiáiban elpusztul, más kópiák pedig születnek. Ennek következtében az egyed folyamatosan megújul és hosszú ideig élhet, számos fajnál akár évszázadokig, évezredekig is. Tíz­ezer évre becsült életkorú klónra is van példa. Képzeljünk el egy erdőnyi nyárfát, melynek fatörzsei egyetlen nagy gyökérrendszerből sarjadtak, s amely akkor volt mag állapotban, mikor az utolsó nagy eljegesedés még alig ért véget! Természetvédelmi szempontból azért fontosak a klonális növények, mert sok növénytársulásban ők a dominánsak: például a legtöbb gyeptársulásban a füvek maguk is klonális növények. Nagyon sok cserje is klónozik. A fák közül kevesen, de például az akác igen. A vele kapcsolatos természetvédelmi problémák egy részét is az okozza, hogy gyökérről sarjadzik. Visszatérve az őshonos növényzetre: el lehet képzelni, hogy az ennyire hosszú életű egyedek milyen jól tudják stabilizálni a növénytársulást, és annak fejlődését, szukcesszióját is meg tudják határozni – éppen ezért érdemes különös figyelmet fordítani rájuk. Nagyon változatos, hogy a klón tagjai mennyire kommunikálnak egymással: vannak olyan növényfajok, amelyeknél az utódnövény hamar önállósul – ilyen az eper is. Másoknál akár 5-10 generáción át tudnak egymásnak tápanyagokat szállítani, ezáltal
részegyedekből álló szuperegyedek jönnek létre. A csoport túlélését és térbeli terjedését meghatározza, hogy a részek milyen rendszer szerint osztják meg a rendelkezésükre álló erőforrásokat, a táplálékot.

MN: Köztük is vannak önzők és altruisták?

OB: Igen. Két szélsőséges eset különböztethető meg: a teljes széthasadás és a nagyfokú, egyenletes elosztás, amikor a klón minden tagja összedolgozik. Ha az emberi társadalomra gondolunk, akkor az az alapkérdés adódik, hogy ha a csoportteljesítményt akarjuk maximalizálni, s a csoport tagjai különféleképpen teljesítenek, azaz vannak közöttük jól és rosszul teljesítők, akkor érdemes-e a jóktól elvonni forrást és a rosszabbul teljesítőknek juttatni, hogy a csoport egésze minél jobban teljesítsen. Visszatérve a korábbi témára, itt azt látjuk, hogy két, egymástól távol eső rendszerben hasonló kérdés merül fel.
A válasz, sőt az oda vezető modell pedig lehet különböző.

MN: A táji szintű, populációs jelenségek esetén hogyan működik a verifikáció, az eredményeik gyakorlati igazolása? Vannak remek modelljeik, de kísérletezni nem nagyon lehet, vagy ha igen, akkor azok kifutása nagyon hosszú időt vesz igénybe.

OB: A leggyakoribb küszöbjelenség, amit szabad szemmel is jól láthatunk, a növényzet övezetes jellege. Megyünk például fölfelé egy magashegységben. A környezeti körülmények a tengerszint feletti magassággal fokozatosan változnak, ugyanakkor az erdő egy viszonylag éles határral ér véget. Az erdőhatárt és általában a növényzet övezetes elrendeződését már Humboldt, az ökológia egyik alapító atyja leírta a XIX. században, de kialakulásának mechanizmusáról még mindig keveset tudunk. Mi számítógépes szimulá­ciók segítségével tanulmányozzuk, hogyan alakulnak ki az éles határok, és hogyan tolódnak el egy klímaváltozás hatására.

MN: Ez úgy működik nálunk, hogy, mondjuk, a középhegységeinkben feljebb tolódik a gyertyános-tölgyes a bükkösök rovására?

OB: Igen. Ideális esetben egy egész növényzeti öv feljebb tolódik. Ugyanakkor fontos tényező, habár sokszor alábecsülik jelentőségét, hogy a fajok térbeli terje­­dőképessége korlátozott. Ahogy mondani szokták: az alma nem esik messze a fájától. Egy klímaváltozás többféle módon is hozzájárulhat a fajok kihalásához. Először is egy év alatt egy faj nem képes tetszőleges távolságra előrenyomulni: hiába várnánk, hogy a klímaövek eltolódását a növényzet korlátlanul követi, ez sajnos nem igaz. Másodszor: még ha egy ideális tájban bizonyos fajok korlátlanul is tudnának terjedni, a mai európai tájban – de más földrészekre is gondolhatunk – a természetes élőhelyeket agrárterületek, települések és egyéb, ember alkotta területek szabdalják. Ez lassítja vagy akár elvileg is lehetetlenné teszi a terjedést. Harmadszor: nem mindegy, hogy milyen meglévő fajösszetételű helyre érkezik az új faj. A fajok egymásra következésének, a szukcessziónak megvannak a saját szabályai és az időigénye is. Egy erdő szukcessziója például 300-400 évet vagy még hosszabb időt vesz igénybe.

MN: Ráadásul a rugalmatlan alkalmazkodáshoz hozzátartozik, hogy nálunk nem csupán horizontálisan, de vertikálisan is korlátozott a fajok terjedése: 6-700, de maximum ezer méter magasságnál elfogynak a legmagasabb hegyeink is…

OB: Igen, teljesen el is tűnhetnek élőhelyek. Még egy dolog van, amiről érdemes beszélni a már említett nem lineáris jelenségekkel kapcsolatban. Ehhez meg kell nézni, hogy egy adott faj fennmaradása számára alkalmas élőhely a teljes terület hány százalékát borítja. Itt is létezik egy küszöbérték: e felett a terület átjárható az adott faj számára, hiszen el tud jutni az egyik élőhelyfoltról a másikra, illetve a növény el tudja szórni a magját, attól függően, milyen a terjedési távolsága. A küszöbsűrűség alatt viszont az élőhely fragmentáltnak, szétdaraboltnak számít: a fajnak szigetszerű populációkban kell túlélnie. Ez teljesen más feltételeket jelent, sokkal nagyobb a kihalás veszélye.

MN: Mi történik, ha egy eleve szigetszerűen élő populációt (s gondolhatunk itt a dél-alföldi föl­di­kutyákra) még meg is bolygat az ember, például erővel kettévágja?

OB: Ha egy eleve kicsi populációt kettévágunk, s gondolhatunk itt kerítésépítésre vagy autópálya-építésre, akkor nem az történik, hogy keletkezik két változatlan méretű részpopuláció. Egy fiktív példán szemléltetve: ha, mondjuk, 500 példányból áll az eredeti populáció, és ebből kialakítok egy 300-as és egy 200-as létszámú csoportot, akkor megeshet, hogy az utóbbi már kisebb, mint a minimális életképes populációméret, ezért azon a részen teljesen kihal a faj, a 300-as pedig a töredékére csökkenhet. Tehát egy egyszerű beavatkozás is nagy veszteséget okozhat.

MN: A Kárpát-medence az ember által erősen bolygatott, zömmel a beavatkozásunk nyomán kialakított növénytársulásokat tartalmaz. Ezzel mennyire készítettük fel vagy éppen tettük sérülékennyé a növényvilágot egy hirtelen melegedési folyamatra?

OB: Tény, hogy ez is problémát jelent. Az ültetvényerdők, például az akácosok, ültetvénynyarasok az inváziós fajok terjedési folyosói, például a selyemkóróé. A terjedési küszöbjelenség sajnos fordított irányban is működik: ha az őshonos növényzet rovására a rontott területek sűrűségét növeljük, akkor az ezt kedvelő növényfajok, többek között a gyomnövények fognak elterjedni.

MN: Éppen szezonja van s többnyire ezt az inváziós fajt szokta mindenki emlegetni: most virágzik a parlagfű. Próbálták-e modellezni, hogy az ehhez hasonló agresszív fajok hogyan érhetnek el ilyen sikereket, s juthatnak el oda, hogy egyedszámuk szinte korlátozhatatlan?

OB: Részben modelleztünk ilyen helyzeteket is. Az inváziós folyamatban kulcsfontosságú, mekkora területen van az inváziós faj számára ideális, potenciális élőhely, illetve mekkora a növény magszórási távolsága – ahhoz képest, hogy két folt egymástól milyen távol van. Modelleztük a terjedést folton belül és foltok között is, és az látszik, hogy többféle küszöbjelenséggel kell számolnunk. Már most is jelen lehet a magyar flórában jó néhány olyan idegenhonos faj, ami egyelőre még nem invazív, pusztán egy-egy szűk területen fordul elő. Mondok egy példát: a medvetalpkaktusz az Alföldön. Egy melegedés hatására ez is bármikor elterjedhet, s akár inváziós fajjá is válhat.

MN: Van néhány kifejezetten sikeres inváziós fajunk: mit javasol a kutató, mi volna a teendő, ha visszafordítanánk, de legalább korlátok közé szeretnénk szorítani a terjedésüket?

OB: Mindenekelőtt a természetes élőhelyeket kellene megőrizni és helyreállítani minél nagyobb sűrűségben, borítottságban, és egy tervszerű, tudatos tájhasználatra volna szükség, ahol tekintettel vagyunk az ember által használt területekre és a természetes fajok túlélési igényeire is. Ha egy első lépést lehetne javasolni, akkor lehetne az, hogy megkérdezni az állam által amúgy is fizetett ökológus kutatókat, akik pontosan az ilyen kérdésekről olvassák a szakirodalmat és végeznek kutatómunkát. Szerintem ez a szellemi kapacitás nincs eléggé kihasználva. Bármilyen hirtelen helyzet adódik, gondoljunk csak a mostani, déli határ menti kerítésépítésre, a földikutyával kapcsolatos ökológiai problémákra, általában kapkodva meghozott döntések születnek. Mindez megelőzhető volna, ha létezne egy ökológiai tanácsadói hálózat, amely elérhetővé tenné azokat a szakembereket, akik értenek az adott témához.
A saját szakmámban azt figyelem meg, hogy azon kollégák, akik egész életükben, de legalábbis az utóbbi öt, tíz, húsz évben egy adott fajjal vagy természetvédelmi problémával foglalkoztak, sokszor csak úgy tudnak beszállni az efféle, a társadalmat is érintő fontos kérdésekbe, mintha civilek lennének. Önerőből, saját kezdeményezéssel valamilyen fórumon megpróbálják felemelni a hangjukat – pedig mi ebben nem civilek vagyunk. Minket azért alkalmaz az állam, hogy ehhez értsünk.

MN: Nem minden kérdés annyira érzékeny politikailag, mint a mostani kerítésépítés, de egy autópálya-szakasz, sőt egy elkerülő út megépítése vagy egy új üzem felhúzása is sokszor érint védett területeket, izgalmas, veszélyeztetett növénytársulásokat. Előfordult-e, hogy ilyen esetekben kikérték a véleményüket? Kellett-e már szakértői véleményt készíteni, hogy egy beruházásnak milyenek lesznek az ökológiai kihatásai?

OB: Még mindig túl kicsi az érintkezési felület az elmélet és a gyakorlat között. A környezetvédelemmel foglalkozó jogászok képzéséhez például hozzá kellene tartozzon a legmodernebb ökológiai képzés. A környezeti hatástanulmányokat készítő szakembereket ugyancsak erre kellene felkészíteni. Tavasszal tartottam – kipróbálásképp – az ELTE jogi karán egy ökológiai előadást, és a hallgatók csodálkoztak, hogy mennyi, számukra is hasznos dolgot tud mondani egy biológus.

Névjegy

Az ELTE biológus szakára járt, később Oxfordban folytatta tanulmányait, majd tudományos kutatóként az Egyesült Államokban, a Santa Fe Intézetben dolgozott. Jelenleg az ELTE TTK Növényrendszertani és Ökológiai Tanszékének egyetemi docense, emellett vezeti az Ökológiai Határok Kutatócsoportot. Kutatási területei közé tartozik a fajok kihalásának dinamikája, az élőhely-feldarabolódás és az inváziós fajok megjelenése, az ökológiai rendszerek önszerveződő mintázatai, illetve a klonális organizmusok, klónnövények evolúciója és ökológiája.