Az Agrártudományi Kutatóközpont Növényvédelmi Intézet (ATK NÖVI) Lendület Evolúciós Ökológiai Kutatócsoportjának munkatársai két hazai kétéltűfaj ebihalait magas hőmérsékleteknek kitéve kimutatták, hogy a barna varangy esetében még 30 Celsius-fok hatására sem módosul az ivararány. Ezzel szemben ha erdei békákat ér lárvakori fejlődésük érzékeny szakaszában néhány napig 28 Celsius-fok vagy afölötti hőmérséklet, akkor csaknem minden egyed hím lesz. A kétéltűek megőrzését célzó kutatásoknak ezért az ivari fejlődést is figyelembe véve kell felderíteniük az egyes fajok hőérzékenységét, különben a klímaváltozás okozta hőmérséklet-emelkedés következtében elveszíthetjük ezeknek a karizmatikus és ökológiai szempontból igen fontos állatfajoknak a tetemes részét.
Kétéltűek veszélyben
A kétéltű fajok mintegy harmadát fenyegeti kihalás napjainkban, és a fajok 41 százaléka kisebb-nagyobb mértékű egyedszámcsökkenést mutat. A leginkább veszélyeztető tényezők közé tartozik az élőhelyeik eltűnése, a környezetszennyezés, az invazív fajok (ragadozók és versenytársak) betelepülése, valamint a különböző fertőző betegségek terjedése mellett a klímaváltozás is. Közülük gyakran több is egyszerre helyezi nyomás alá a populációkat. A klímaváltozás elősegíti egyes fertőző betegségek terjedését, mint például a Batrachochytrium dendrobatidis okozta kitridiomikózisét (az erről szóló cikkünket A kórokozó Achilles-sarkának célbavétele címmel lásd az ÉT/2019/41-es számában – A szerk.). Más kórokozók, mint a ranavírusok, már korábban szétterjedtek, a hőmérséklet emelkedése most az általuk okozott betegséget teszi sokkal súlyosabb lefolyásúvá. Mindezek következtében hatékony természetvédelmi beavatkozásokra van szükség, amelyeket csak pontos információk birtokában lehet megtervezni és kivitelezni.
A klímaváltozás hatására bekövetkező felmelegedés és a meteorológiai szélsőségek gyakoriságának növekedése közvetlenül is hozzájárulhat a kétéltűpopulációk számának és méretének csökkenéséhez. A kétéltűek többsége igen érzékeny a klimatikus tényezők, különösen a hőmérséklet és a csapadékmennyiség megváltozására, mert meszes héjat nélkülöző petéik, valamint vízben fejlődő lárváik védtelenek a kiszáradás ellen, de az átalakult egyedek bőre is nagymértékben átjárható a víz számára. A klímaváltozás hatására eltolódhat a fajok földrajzi elterjedése, módosulhatnak napi és éves aktivitási mintázataik, az időszakos víztestekben szaporodó fajok peterakóhelyei pedig véglegesen el is tűnhetnek. Mivel a kétéltűek kulcsfontosságú szereplői az ökológiai hálózatoknak, mindezen változásoknak az életközösségek szerkezetére és az ökoszisztémák működésére egyaránt mélyreható következményei lehetnek.
A túl magas hőmérséklet önmagában is károsíthatja a változó testhőmérsékletű kétéltűeket. Egyrészt okozhatja pusztulásukat, de ezt az egyedek árnyékos, hűvösebb helyek felkeresésével általában el tudják kerülni, különösen mivel a fajok túlnyomó többsége – legalábbis felnőtt korban – a 32 Celsius-fok, de akár a 35 Celsius-fok feletti hőmérsékletet is elviseli hosszabb-rövidebb ideig. A magas hőmérséklettel szemben érzékenyebb életszakaszokban, mint például lárvakorban, már 30 Celsius-fok körüli hőmérsékleten is csökkenhet az egyedek túlélési esélye. Jelentkezhetnek kevésbé látványos, szubletális, azaz ártalmas, de nem végzetes hatások is, mint például a növekedés és a fejlődés lassulása, amelyek ugyancsak károsan hathatnak az egyedek szaporodási és túlélési esélyeire.
Hőstressz okozta ivarváltás
A kétéltűek ivara ugyan genetikailag meghatározott, de az extrém magas vagy extrém alacsony hőmérséklet megzavarhatja ivari fejlődésüket is. Az átlaghőmérséklet emelkedése és a szélsőséges időjárási jelenségek növekvő gyakorisága és intenzitása következtében egyre nagyobb eséllyel találkozhatnak káros mértékben megnövekedett hőmérséklettel lárvakori fejlődésük alatt. Ez az időszak ivarszerveik fejlődése szempontjából a legérzékenyebb életszakasz.
A túl magas, 30 Celsius-fok körüli vagy azt meghaladó hőmérséklet az eddigi vizsgálatok szerint elsősorban a genetikailag nőstény kétéltűek esetében okoz ivarváltást. Ennek mechanizmusa az, hogy a magas hőmérséklet hatására megemelkedett stresszhormonszint gátolja egy olyan enzim – a citokróm P450 aromatáz – termelődését, amelynek feladata a hím nemi hormonok női nemi hormonná: ösztrogénné alakítása.eközben a magas hőmérséklet hatására megnő a tesztoszteron termeléséért felelős enzimek (3ß-HSD és 17ß-HSD) aktivitása az ivarmirigyek előtelepeiben. Ez a két folyamat ahhoz vezet, hogy a genetikailag nőstény ivarú egyedekben a petefészek-kezdemények herékké fejlődnek, így életük hátralévő részét hímekként élik le.
A peterakásra képes nőstények eltűnése egész populációk összeomlásához vezethet. Mivel az egyedek genetikai ivarának meghatározása egyelőre csak néhány kétéltű faj esetében megoldott, a hőstressz okozta ivarváltás megállapítása pedig nagyon idő- és munkaigényes feladat, csak kevés kutatás foglalkozott a problémával. A vizsgálatok igen alacsony számából következően rendkívül keveset tudunk arról, hogy pontosan milyen magas hőmérséklet jelent veszélyt a kétéltűek ivari fejlődésére nézve, és hogy a hőstressz időtartama és időzítése mennyire fontos a káros hatások kialakulása szempontjából.
Egy konkrét kísérlet
Annak felderítésére, hogy a lárvakori fejlődés alatt a hőmérséklet-emelkedés mértéke és időzítése hogyan befolyásolja a kétéltűek életmenetét és ivari fejlődését, az ATK NÖVI Lendület Evolúciós Ökológiai Kutatócsoportjának munkatársai elvégeztek egy kísérletet, amelyben ebihalakat állandó 19 Celsius-fokon, vagy a lárvaállapot három egymás utáni szakaszának valamelyikében 28, illetve 30 Celsius-fokra melegített környezetben tartottak hat napig. Az állatok átalakulása után 3 hónappal boncolással határozták meg, hogy heréik vagy petefészkeik alakultak-e ki. A kísérletet két, hazánkban is gyakori fajon, az erdei békán (Rana dalmatina) és a barna varangyon (Bufo bufo) végezték el. Ez a két faj a varangyfélék (Bufonidae) és a valódibékafélék (Ranidae) világszerte elterjedt, népes kétéltűcsaládjait képviseli, ami az eredmények általánosíthatósága szempontjából is előnyös volt.
Az erdeibéka-ebihalak rosszul viselték a megemelt hőmérsékletet: a hőkezelések hatására, függetlenül azok időzítésétől, lassabban fejlődtek, kisebbre nőttek az átalakulásig, és kevesebb zsírt tudtak felhalmozni a boncolásig. Emellett a korai lárvastádiumban 30 Celsius fokos hőkezelésen átesett ebihalak 54 százaléka elpusztult, bár a később alkalmazott hőkezelés már nem okozott pusztulást. A legfontosabb eredmény azonban az volt, hogy ha az erdei béka ebihalakat bármikor 30 Celsius-fok érte 6 napon keresztül, akkor az a hímek túlsúlyához vezetett: fiatal és közepesen fejlett ebihalakat ért hőstressz következtében minden nőstényre több mint 4 hím jutott, míg ha fejlett ebihalakat ért a magas hőmérséklet, akkor a nőstények és hímek aránya 1:37 lett. A 28 Celsius-fokos kezelés csak abban az esetben okozott ivarváltást, ha az fejlett ebihalakat ért, ám ekkor a hatás ugyancsak ijesztő mértékű volt: a nőstény:hím arány 1:42-nek adódott! A barna varangyok ezzel szemben jól bírták a magas hőmérsékleteket: a hőkezelések hatására fejlődésük felgyorsult, átalakuláskor mért tömegük csak kismértékben csökkent, ugyanakkor sem túlélésüket, sem ivari fejlődésüket nem befolyásolta a melegítés egyik hőmérsékleten és egyik időpontban alkalmazva sem.
Felkészülés a legrosszabbra
Kutatási eredményeink arra hívják fel a figyelmet, hogy a klímaváltozás következtében egyre gyakrabban előforduló, néhány napos tavaszi és kora nyári hőhullámoknak rejtett, mégis igen súlyos következményei lehetnek bizonyos kétéltűfajok populációira nézve. Ha a szaporodóhelyként szolgáló víztestek (elsősorban a sekély vizű időszakos kisvizek és pocsolyák) hőmérséklete néhány napra eléri a 28–30 Celsiusfokot, a magas hőmérsékletre érzékeny fajok ivararánya eltolódhat, ami már középtávon is lokális kipusztulásukhoz vezethet. A magas hőmérséklet okozta károkat ráadásul a növekedés, zsírraktározás és fejlődés lelassulása tovább súlyosbíthatja, az alacsony hőtűrésű fajok esetén pedig egy ilyen korai hőhullám a sekély és napsütötte, így erőteljesen felmelegedő pocsolyákban nevelkedő egyedek körében akár tömeges pusztulást is előidézhet.
Mindezek értelmében fel kell készülnünk a klímaváltozás által a kétéltűekre jelentett veszélyek elhárítására. Ennek első lépése a kétéltűfajok hőtűrésének alapos vizsgálata kell hogy legyen. Ezt követően a kapott kísérletes eredményeket a természetes élőhelyek jelenlegi hőviszonyait leíró adatokkal, valamint a klímaváltozást szimuláló modellek jövőbeni hőmérséklet-viszonyaival egybevetve, ki kell jelölnünk a veszélyes régiókat és élőhelytípusokat, valamint a veszélyeztetett fajok körét. Végül időben ki kell alakítanunk a lehetséges hőmérséklet-csökkentő beavatkozások minél szélesebb eszköztárát is. Ha mindezt megtesszük, biztosíthatjuk az alacsony hőtűrésű kétéltűfajok túlélését mindaddig, amíg evolúciós folyamatok révén alkalmazkodnak a másként végzetesen gyorsan változó klimatikus és egyéb környezeti viszonyokhoz.
A cikk az MTA Bolyai János Kutatási Ösztöndíjának, az ITM ÚNKP Bolyai+ ösztöndíjának, valamint a Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Hivatal (NKFIH) K-124375 és K-115402 pályázatának támogatásával készült.
Forrás: Élet és Tudomány