Bioszféra
94
IPM IPM 2016. 2015. január június
Herbáriumok: porosodó szénakazlak vagy információs aranybányák? A herbárium szó hallatán az emberek többsége ódivatú tudósok idejétmúlt szórakozására vagy a biológiaórákon kötelezően beadandó préselt növényekre gondol. Takács Attila, Nagy Tímea és Molnár V. Attila cikkéből kiderül, hogy az évszázadok során tudósok, műkedvelő gyűjtők, tanítók és tanítványaik által felhalmozott, gondosan preparált és feliratozott herbáriumi anyag felbecsülhetetlen muzeális és tudományos értéket képvisel. Az első „szárított kertet” (hortus siccus, azaz mai értelemben vett herbárium) Luca Ghini (1490– 1556) bolognai természettudós hozta létre a 16. században. A herbárium eredendően a növények megismerésének eszköze volt. Alkalmazása hosszú időn keresztül a növények alaktani tulajdonságainak, lelőhelyeinek, időbeli megjelenésének dokumentálására korlátozódott. Mára bebizonyosodott, hogy a herbáriumok felhasználási lehetőségei ennél lényegesen sokrétűbbek: a klímakutatástól az aktív természetvédelemig, az állattani adatgyűjtéstől a ritka ásványkincsek előfordulásainak térképezéséig a legkülönfélébb szakterületek művelői kamatoztatják a herbáriumokban őrzött információkat.
Képek: Takács Attila és Molnár V. Attila
Biológiai inváziók nyomon követése A herbáriumok egyik legjelentősebb alkalmazási területe az agresszíven terjeszkedő, idegenhonos élőlények megtelepedési idejének és mechanizmusainak tisztázása. A világkereskedelem fellendülésével – tehát az ember közvetítésével – a földön az élőlényeknek korábban nem látott mértékű vándorlása indult meg. Szinte minden élőlénycsoportban ismertek olyan fajok, amelyek őshazájuktól távoli földrészeken telepedtek meg, kiszorítva őshonos fajokat eredeti életközösségeikből, emellett jelentős gazdasági károkat is okozva. Európában egyedül az észak-amerikai eredetű, allergén virágport termelő közönséges parlagfű által évente okozott gazdasági kárt 4 és fél milliárd euróra (azaz mintegy 1350 milliárd forintra) becsülik. Nem véletlen, hogy a hosszú távú adatIPM
2016. január
sort biztosító herbáriumi anyagot éppen e közegészségügyi problémát is okozó faj inváziójának vizsgálatára használták legtöbbször. A gyűjtött példányok tanúsága szerint Kanada Québec tartományában legalább kétszáz éve jelen van, de előfordulása a 19. században valószínűleg Mont-
Virágzó vagy terméses állapotban gyűjtött, pontos dátummal feliratozott herbáriumi példányok segítségével leírhatóak egy-egy növény fenológiai tulajdonságai. réal környékére korlátozódott. Terjedése a 20. század elején kezdődött, eleinte a folyók mentén. 1200 Franciaországban gyűjtött példány alapján a faj megjelenése nem kötődik a botanikus kertekhez, sokkal inkább a kereskedelemhez és az amerikai katonai csapatokhoz. Több alkalommal, egymástól függetlenül (eltérő időben) vetőmaggal hurcolták be. A faj terjedésére jellemző, hogy új lelőhelyek nagy távolságra is megjelenhetnek a korábban ismertektől. A fajt Ausztriában először 1883-ban gyűjtötték, de az 1940-es évekig igen ritka volt. Eleinte legtöbbször vasúti töltéseken találták, 1950 és 1974 között többnyire romtalajokon, az 1970-es évektől pedig egyre gyakoribb lett közutak mentén és szántóföldeken. Hazánkban a parlagfű első megjelenése 1907-re tehető, és a 20. század során az egész országot elárasztotta. Gazdasági szempontból hasonlóan jelentős növény a közönséges nád. Kevéssé ismert, hogy
95
A parlagfű megtelepedését, terjedésének ütemét Kanadában és Európa több országában herbáriumi példányok segítségével sikerült rekonstruálni ez a világszerte megtalálható faj nemcsak vizekhez kötődik, hanem szerepel a 10. legveszélyesebb szántóföldi gyomnövény listáján is. E fajra a rejtett invázió jelensége jellemző. Fosszilis leletek alapján a faj Észak-Amerikában mintegy 40 ezer éve jelen van, a 19. században a földrészen még ritka volt, de az utóbbi 150 év során jelentősen nőtt az elterjedési területe és az egyedszáma. Jelenlegi állományok és 1910 előtt gyűjtött herbáriumi minták genetikai vizsgálatával mutatták ki, hogy egy behurcolt törzs szorítja ki az őshonos nádat, és terjed olyan területeken is, ahol korábban nem élt. Több vizsgálat kimutatta, hogy a behurcolt fajok száma szorosan összefügg az adott országba importált (elsősorban mezőgazdasági) termékek mennyiségével, terjedésük pedig az úthálózat fejlesztésével. Nemcsak növények, de növényi kártevők inváziójának tanulmányozására is lehetőséget biztosítanak a herbáriumok. Hazánkban ma aligha találunk olyan vadgesztenyefát, amelynek leveleit
96
A herbáriumi példányok megőrzik a régi idők növényeinek örökítőanyagát is. Vizsgálatuk segítheti populációik genetikai változásának nyomon követését is – mint az például a nád esetében történt ne károsítaná a Balkán-félszigetről betelepült vadgesztenyelevél-aknázómoly. Ezt a molylepkefajt csak 1986-ban írták le a tudomány számára új fajként, de a vadgesztenye herbáriumi példányainak vizsgálata során kiderült, hogy ennél jóval régebben jelen van Európában: a legidősebb levél, amelyről sikerült kimutatni kártételét, 1879-ből származik! A behurcolt fajok sikerére, terjedési képességére hatással lehet a természetes ellenségek kikerülése. Kaliforniában a 18. és 19. század során az eurázsiai behurcolt pázsitfüvek vették át az őshonos fajok helyét. Feltételezések szerint ebben a folyamatban szerepet játszhatott az árpa sárga törpeség vírus és a gabona sárga törpeség vírus. Kaliforniai pázsitfüvek 1894 és 1958 között gyűjtött herbáriumi példányainak genetikai vizsgálata során megállapították, hogy a sárga törpeség vírus jelen volt az invázió idején a vadon élő pázsitfüvekben. Bizonyítékot találtak a vírus terjedésére a 19. század végén Kaliforniából Ausztráliába. IPM
2016. január
Környezetvédelmi kérdések a növénygyűjtemények tükrében
valószínűleg szerepet játszik az a tény is, hogy hazánk kiemelkedően sok háziméhcsaládnak ad otthont. Hollandiában vízminőség-változás jellemzéséhez használtak 1934–58 között gyűjtött hínárnövényekre tapadt kovamoszatokat, amelyeket friss gyűjtésekkel vetettek össze. A kovaalgák nem jeleztek jelentős változást a víz sótartalmában, de az eutrofizáció következtében a friss mintákban csökkent a ritka fajok száma, és növekedett a tápanyagterhelést tűrő fajok részesedése. A növények gyűjtése látszólag a természetvédelem célkitűzéseivel ellentétes tevékenység. A növények vadon élő állományait azonban a megfontolt, etikus, tudományos célú gyűjtés nem veszélyezteti (ennél sokkal fontosabb szem-
Virágzó vagy terméses állapotban gyűjtött, napra pontos dátummal feliratozott herbáriumi példányok segítségével leírhatóak egy-egy növény fenológiai tulajdonságai (például mikor és mennyi ideig nyílnak a virágai). Ha ezeket a fenológiai adatokat időrend szerint csoportosítjuk, az is kiderülhet, hogy a növények napjainkban ugyanakkorra időzítik-e virágzásukat, mint 100-150 évvel ezelőtt. Számos tanulmány azt bizonyítja, hogy a változó klíma hatására bizonyos növények virágzása korábbra tolódik. A hazánkban előforduló vadon élő orchideák közül például a majomkosbor manapság átlagosan csaknem két héttel korábban nyílik, mint a 19. században. Virágtalan növények (például mohák) esetében is tetten érhető a klímaválasz: magashegységek hidegkedvelő moháit manapság több mint 200 méterrel magasabban gyűjtik a mohák kutatói (azaz briológusok), mint a 19–20. század fordulóján. Ezzel egyidejűleg a sarkkör közelében előforduló mohák UV-B sugarakat elnyelő vegyületei ma nagyobb mennyiségben vannak jelen e növényekben, mint 100 évvel ezelőtt gyűjtött példányaikban. A légköri szén-dioxid-koncentráció emelkedésével összefüggésben a fásszárúak levelein a légcserenyílások sűrűsége az elmúlt 200 év során gyűjtött példányok tanúsága szerint 40%-kal csökkent. A klímaváltozásnál ritkábban hangoztatott, de szintén komoly probléma a pollinációs krízis. A környezetünket terhelő szennyezések hatására bizonyos rovarok létszáma drasztikusan csökken (egyes fajok teljesen kipusztultak), termesztett és vadon élő növényeink terméshozama szempontjából viszont egyaránt fontos a rovarok megporzó tevékenysége. Egy délafrikai tanulmányban herbáriumi anyaggal igazolták, hogy csökken a virágokból kihordott pollen menynyisége. Magyarországi orchideák terméses állapotban gyűjtött példányainak termésképzési sikerében nálunk még nem mutatkozik A vadgesztenye leveleit károsító aknázómolyt csupán 1986-ban ismerte meg csökkenő tendencia, de ebben a tudomány, pedig már 1879-ben gyűjtött herbáriumi példányon is megtalálható volt IPM
2016. január
97
A majomkosbor Boros Ádám által 1922. május 25-én gyűjtött példánya. Ez az orchideafaj napjainkban a klímaváltozás következtében mintegy két héttel korábban virágzik
Évszázados herbáriumi példányok genetikai vizsgálata segített megtalálni a ma Európában termesztett burgonya őshazáját
pont élőhelyeik fenntartása). Másfelől viszont e gyűjtemények a természetvédelmi tevékenységnek is fontos információforrásai. Az amerikai ginzeng gyökerét az ázsiai gyógynövénypiac számára több mint 200 éve gyűjtik az Egyesült Államokban. 186 éves időtávlatban gyűjtött közel ezer herbáriumi példány esetében vizsgálták a példányok méretét, és a vizsgált 11 jellemzőből 9 jelentős csökkenést mutat. A gyors méretbeli változást környezeti változás vagy a kereskedelmi célú gyűjtés közvetlen vagy közvetett hatása magyarázhatja. Számos ritka, védett faj egykori előfordulási adatait kizárólag herbáriumi példányok dokumentálják hitelesen. Például a füles kosbor mára feledésbe merült mátrai és keszthelyi-hegységi lelőhelyeire fél évszázad után herbáriumi példányok alapján sikerült rábukkanni. Nagyobb térléptékben, illetve szélesebb rendszertani kitekintésben vizsgálódva meghatározhatóak egy-egy terület biodiverzitási gócpontjai, ahová a természetvédelmi célú intézkedéseknek érdemes összpontosulniuk. Herbáriumokban dokumentált archív és aktuális előfordulási adatok összeveté-
98
sével kiszámíthatjuk egy-egy ritka növény viszszaszorulásának mértékét, kijelölve ezzel a védett fajok közül is a legveszélyeztetettebbeket.
Évszázados hagyományok, modern módszerek Régóta ismert jelenség, hogy különböző növények magjai különböző ideig őrzik meg csíraképességüket. Míg egyeseké akár néhány hónap alatt elvész, addig másoké évszázadokon át is kitarthat. Egy tanulmány szerint a cseh gólyaorr herbáriumban őrzött magjai több mint 100 év múltán is életképesek. Csírázását a természetben erdőtüzek indukálják, mivel azonban ez relatíve ritka esemény, magjainak igen hosszú ideig életképeseknek kell maradniuk. Ezt általában kemény, a víz számára átjárhatatlan maghéj képzésével érik el a növények. Hasonló stratégiát követ a nagyobb folyók mentén előforduló, rapszodikusan megjelenő tekert csüdfű. Hazai herbáriumokból gyűjtött magjai közül egy 131 éves példány magjai bizonyultak a legidősebb csíraképes szaporító képleteknek. Ugyanakkor az idővel csökkenő életképességi arányok alapIPM
2016. január
ján maximális életképessége 300 évre becsülhető. A tekintélyes időtávlat magyarázata, hogy a növényünk számára alkalmas mikroélőhelyek (növényzetmentes kopár felszínek, amelyek talaja vízzel átitatott, de vízzel nem borított), szintén csekély valószínűséggel, kiszámíthatatlanul jönnek létre. A tekert csüdfű és más ritka növények esetében felmerül a herbáriumi magvakból nevelt növények eredeti lelőhelyeikre való visszatelepítésének lehetősége is. Az utóbbi évtizedekben nagy lendületet kapott a molekuláris biológiai, köztük a genetikai módszerek alkalmazása, s ezek mögött háttérbe szorult a hagyományos biológiai kutatások teljes eszköztára (így a herbárium is). Hogy a „két világ” között nem feszül kibékíthetetlen ellentét, azt jól példázza az évszázadok óta megválaszolatlan kérdések új módszerekkel való megoldása. Európában a 16. század óta termesztik a dél-amerikai őshazájú burgonyát, amelynek pontos eredete az évszázadok homályába veszett. Egyes vélekedések szerint Chile síkvidéki területeiről, mások szerint az Andok magasabb területeiről származik az Európában elterjedt szaporítóanyag.
Herbáriumi példányok örökítőanyagának vizsgálata során kiderült, hogy a 18. században az Andokból származó burgonya volt elterjedtebb, ehhez képest ma kizárólag chilei genetikai vonalból létrehozott fajtákat termesztünk. Herbáriumi példányok populációgenetikai elemzése betekintést nyújthat a genetikai változatosság időbeli változásába, és kulcsfontosságú lehet a ritka és veszélyeztetett fajok evolúciós történetének megfelelő értelmezésében. A mo-
Európában a 16. század óta termesztik a dél-amerikai őshazájú burgonyát, amelynek pontos eredete azonban az évszázadok homályába veszett. csári sisakoskosbor Olaszországban a 20. század során nagyon visszaszorult, élőhelyeinek tönkretétele miatt. A megmaradt populációk egyedeinek genetikai változatosságát a 19. században és a 20. század elején gyűjtött herbáriumi példányokéval összehasonlítva megállapították, hogy a jelenlegi, egykori populációkban
Herbarizáló hírességek A növénygyűjtés műveltebb körökben egykor a bélyeg-, érmevagy régiséggyűjtéshez hasonló elfoglaltságnak számított. Tekintélyes mennyiségű herbáriumi anyagot gyűjtött például Janka Viktor (1837–1890) vértes főhadnagy, Haynald Lajos (1816–1891) kalocsai érsek, Lyka Károly (1869–1965) elismert művészettörténész, Munkácsy-monográfus vagy Károlyi Árpád (1907–1972) olajkutató. Biológus körökön kívül alig vagy egyáltalán nem ismert Kossuth Lajos természettudományos érdeklődése. Torinói száműzetése során több ezer példányt számláló herbáriumot halmozott fel, részben saját gyűjtésű, részben ajándékba kapott példányokat. 1871-ben így vallott erről: „Sokat foglalatoskodtam a növénytannal is, a mit szeretetreméltó tudománynak (Scientia amabilis) neveztek el. Meg is érdemli e minősítést.” Míg a Kossuth-herbárium afféle passzionátus gyűjtemény (lapjainak többségén csak fajnevek szerepelnek, dátum és lelőhely nélkül), addig Móra Ferenc (1879–1934) precízen feliratozott herbáriumi lapjai valódi tudományos értéket képviselnek. Szegedi múzeumigazgatósága idején több érdekes növényt is begyűjtött a város környékéről. Az író latinos műveltsége a növények és tudományos neveik alapos ismeretére is kiterjedt, s műveiből ez gyakran ki is tűnik.
IPM
2016. január
Az idős Kossuth torinói dolgozószobájában. Háta mögött látszik kagyló- és őslénytani gyűjteménye, balján pedig a herbáriumát őrző szekrény. (a Vasárnapi Újság 1880. május 2-ai száma nyomán)
99
Bioszféra
megtalálható génváltozatok egy része mára eltűnt, azaz az ember által okozott változások csökkentették a faj genetikai sokféleségét. Manapság egyre nagyobb bizalommal és egyre szélesebb körben fordulunk szintetikus gyógyszerek helyett a gyógynövényalapú készítményekhez. Ezek alkalmazása kapcsán felmerül két fontos kérdés: a gyógynövények és származékaik mennyi ideig őrzik meg hatóanyag-tartalmukat, illetve egy-egy gyógynövényfaj különböző állományai (akár termőhelyi viszonyoktól függően) milyen mértékben térnek el egymástól hatóanyagtartalmuk tekintetében? A herbáriumok mind-
A Herbáriumi lapok megőrzik a növények élősködőit is, miként a kakasmandikó ritka rozsdagombáját
Herbáriumi példányok vizsgálata segíthet kideríteni, hogy mely növények – mint a képen látható havasalji tarsóka – képesek a testükben felhalmozni mérgező nehézfémeket
100
két kérdésre megadhatják a választ. A nyugati sarkantyúvirág esetében például két, egymástól földrajzilag is jól elkülönülő „kemotípust”, azaz különböző hatóanyag-tartalmú változatot különböztettek meg Észak-Amerikában. Hasonló jelenség alighanem sok más gyógynövényünkről is kimutatható, ami fontos is lenne, főként a termesztésbe vont gyógynövények szaporítóanyagának begyűjtése szempontjából. Egy másik tanulmány az antimikrobiális hatású, illetve az epe, gyomor és hasnyálmirigy működését serkentő szalmagyopár hatóanyagainak tartósságát vizsgálta. A 100 éves herbáriumi példányai a friss példányokéval megegyező hatóanyag-tartalmúak és összetételűek voltak, azaz biológiailag aktív anyagai a hosszan tartó tárolás ellenére nem bomlottak le. Vannak növényfajok, amelyek képesek olyan talajokon is megélni, ame lyek más növények számára elviselhetetlenül magas koncentrációban tartalmaznak nehézfémeket. Ezek a fajok képesek saját testükben felhalmozni ezeket a mérgező nehézfémeket (például nikkelt). Ennek két ok miatt van gyakorlati jelentősége. Egyrészt ezek a hiperakkumuláló fajok jól használhatók nehézfémmel szenynyezett talajok helyreállítására, másrészt természetes előfordulásaik feltérképezése segíthet geokémiai feltárásokban. A herbáriumi példányok vizsgálatával új fajokról is kimutatták, hogy erős akkumulátorok, másrészt segítettek a nikkelben gazdag alapkőzettel rendelkező területek lehatárolásában. Az 1920-as években a leghíresebb amerikai feltaláló, Thomas Alva Edison és barátai, az autógyáros Henry Ford, valamint a gumiból készült autóabroncs-gyártásban érdekelt Harvey Firestone aggódtak, hogy az Egyesült Államok nyersgumi-behozatalra szorul, és gazdasági válság vagy háború esetén nem lehetne belső forrásból fedezni a gumiszükségletet. Emiatt egy kutatóintézetet alapítottak, amely széles körű herbáriumi gyűjtést folytatott annak érdekében, hogy gumigyártáshoz alapanyagot biztosító, gazdaságosan termeszthető növényt találjanak. Végül a kérdést nem a botanika, hanem a vegyipar oldotta meg, manapság a világ gumifelhasználásának kétharmada szintetikusan készül. Készült az OTKA K108992 sz. pályázat támogatásával IPM
2016. január
