Természetes környezetünket egyre nagyobb mértékben alakítja át az emberi beavatkozás. Ezek az antropogén változások a körülöttünk élő állatok számára stresszhatást jelenthetnek, ami az élettani folyamataikra, szaporodásukra és túlélésükre is negatív hatással lehet. Többek között a városi és mezőgazdasági tájhasználattal számos szennyező anyagot bocsájtunk ki környezetünkbe, melyek hatásait tovább súlyosbíthatja a lakott területeket érintő zaj- és fényszennyezés, valamint az emberek jelenlétéből fakadó stressz. Számos faj azonban képes alkalmazkodni az ember által létrehozott környezeti változásokhoz. A városok melegebb mikroklímáját sok madár- és denevérfajunk ki tudja használni, például a fekete rigó (Turdus merula) már nem vonul el télre, hanem az ilyen antropogén szigeteken telel át. Ugyanakkor a fajok alkalmazkodásának mechanizmusait még csak most kezdjük megismerni. Ennek megértésében egyre fontosabb szerepet kap a természetvédelmi fiziológia, egy olyan új tudományterület, amely segítségével nem-invazív módon (vagyis az állatoknak fájdalmat és sérülést nem okozó módszerrel, például elhullott tollból, szőrből) lehet a különböző populációk egészsége és a környezeti állapotuk közötti összefüggéseket vizsgálni.
Stresszrezisztencia és negatív visszacsatolás
A gerinces állatok a stresszhatásokra – például egy ragadozó (akár ember) megjelenésére – olyan élettani folyamattal reagálnak, amelynek fő eleme a glükokortikoid hormonok szintjének megemelkedése. Ezek a hormonok anyagcsere-folyamatokat és viselkedési válaszokat indítanak be, amelyek segítenek megbirkózni a stresszhatásokkal, többek között a vércukorszint növelésével biztosítanak energiát a meneküléshez.
Ugyanakkor, ha az egyedet ért stresszhatás tartós (krónikus) vagy gyakran okoz erős hormonszintemelkedést, a glükokortikoidok negatív hatással lehetnek az egyed egészségére, szaporodási sikerére, túlélésére. Ezért a krónikus stresszt jelentő életszakaszokban bizonyos állatok, például az északi sarkkörön fészkelő madarak úgy alkalmazkodnak a zord körülményekhez, hogy lecsökkentik a hormonális stresszválaszukat. Ez teszi lehetővé, hogy akár hóviharban is a fészkükön maradhassanak a tojásaikat melengetve, mert a glükokortikoid-termelésük nem fokozódik jelentősen. Ez a stresszrezisztencia a városokban élő állatok számára is előnyös stratégia lehet ahhoz, hogy a gyakori vagy tartós stresszhatások ellenére szervezetük ne legyen folyamatosan „vészüzemmódban”. Ezt a hipotézist számos faj esetében vizsgálták korábban, azonban az eredmények ellentmondásos képet adtak: a stresszre adott glükokortikoid-válasz a városi egyedekben hol erősebb, hol gyengébb, hol ugyanolyan mértékű volt, mint a természetes élőhelyeken élő fajtársaikban.
A legújabb vizsgálatok egy másik hipotézist vetettek fel: eszerint az alkalmazkodás kulcsa nem a stresszválasz elnyomása, hanem a negatív visszacsatolás felerősítése. A negatív visszacsatolás azt jelenti, hogy a stresszhatás elmúltával a glükokortikoidok szintjét a szervezet visszaállítja az alaphelyzetbe. Azok az egyedek, amelyekben ez a folyamat hatékonyabban működik, gyakori stresszhatások esetén is csak viszonylag rövid ideig vannak kitéve magas glükokortikoidkoncentrációknak, így nagyobb esélylyel maradnak egészségesek. Tehát az antropogén területeken élő állatok számára a stresszválasz negatív visszacsatolásának erősítése lehet a megoldás, eddig azonban ezt a lehetőséget szinte egyáltalán nem vizsgálták. A két említett hipotézist, a stresszrezisztenciát és a negatív visszacsatolást tanulmányoztuk témavezetőm, Bókony Veronika irányításával egy olyan kutatási projektben, amelynek célja az antropogén környezet kétéltű populációkra gyakorolt hatásainak megértése. A kutatás az Agrártudományi Kutatóközpont Növényvédelmi Intézetének Lendület Evolúciós Ökológiai Kutatócsoportja és egy Texasból érkezett vendégkutató, Caitlin Gabor együttműködésével zajlott. A glükokortikoidok vizsgálatát barna varangy (Bufo bufo) ebihalakkal végeztük el. Ez a faj Európa-szerte elterjedt, városi és mezőgazdasági területek közelében is előfordul. Ugyanakkor – mint minden kétéltű – az egyik legveszélyeztetettebb gerinces csoportba tartozik: az emberi beavatkozások következtében természetes élőhelyeinek mennyisége egyre csökken, és áteresztő bőre révén mind a vízi, mind a szárazföldi életszakaszában érzékeny a környezetszennyezésre. Érzékenységük és gyors életritmusuk miatt a kétéltűek kiváló jelzőszervezetek (indikátorok) lehetnek számos más vadon élő állatfaj állományainak egészségét fenyegető tényezők vizsgálatához is.
Hormonszintmérés terepen és fogságban
Kutatásunkban három élőhelytípusból: természetes, mezőgazdasági és városi területekről választottunk ki háromhárom kisebb tavat, és mindegyikből begyűjtöttünk 18 varangyebihalat. Minden ebihaltól három hormonmintát vettünk a helyszínen egy neminvazív módszerrel. Az ebihalat először 1 órára egyesével, külön-külön pohárba tettük, mely 1 deciliter vizet tartalmazott, hogy az abba ürített vizeletből később megállapíthassuk a glükokortikoidok alapszintjét.
A következő egy órában az ebihalakat enyhe stresszhatásnak tettük ki, hogy a stresszválaszukat mérhessük: a poharakat rendszeresen rázogattuk, ez hasonlít ahhoz a zavaráshoz, amit ragadozók és emberek a természetes vizekben okozhatnak. A harmadik órát ismét nyugalomban töltötték az ebihalak, hogy visszaállhasson a hormonszintjük és mérhessük a negatív visszacsatolás mértékét. A mintákból enzim-immunoassay eljárással történt a glükokortikoidok, közülük is a kortikoszteron nevű hormon mennyiségének meghatározása.
Az eredmények egyértelműen a negatív visszacsatolás hipotézist támasztották alá. A városi és a mezőgazdasági területeken élő ebihalak stresszválasza nem alacsonyabb volt, ahogy az a stresszrezisztencia hipotézis alapján várható, hanem magasabb, mint a természetes élőhelyeken élőké. Az erős stresszválasz után azonban hamar vissza is csökkent a glükokortikoid-szintjük, tehát az antropogén területek ebihalaiban hatékonyabban működött a negatív visszacsatolás, mint a természetes élőhelyeken élő társaikban. Leginkább azokban a tavakban tapasztaltuk ezt az élettani változást, amelyekben – a helyszínen gyűjtött vízmintákból végzett saját méréseink alapján – magasabb volt a szennyező kémiai anyagok (gyógyszermaradványok és hormonhatású vegyületek) koncentrációja.
Azt is megvizsgáltuk, hogy a kapott különbségek a különböző területeken élő állatok között genetikailag meghatározottak, vagy az adott környezetben élő egyedekben alakultak ki. Ehhez a tavakból varangypetéket gyűjtöttünk és azonos körülmények között, mesterségesen kialakított, mezokozmosznak nevezett „mini élőhelyeken” neveltük fel őket. Miután a fogságban nevelt ebihalak elérték azt a kort, amikor a szabadon élő társaikat vizsgáltuk, ugyanazzal a módszerrel vettünk három-három hormonmintát tőlük is. A mezokozmoszokban élő ebihalak glükokortikoid-szintjében semmilyen különbséget nem találtunk aszerint, hogy milyen élőhelyről származtak eredetileg. Ez arra enged következtetni, hogy a természetes populációk között megfigyelt különbségek az aktuális környezeti körülmények hatására jöttek létre, nem pedig olyan hosszabb távú folyamatok révén, amelyek generációkon át evolúciós változásokhoz vezetnek. A varangyebihalak hormonrendszere tehát képes rugalmasan, rövid idő alatt alkalmazkodni az antropogén élőhelyek kihívásaihoz. Fokozott méregtermelés Ezek az eredmények összhangban vannak a kutatási projektünk további vizsgálatainak eredményeivel. Ezekből kiderült, hogy a barna varangy nemcsak a hormonális stresszválaszát, hanem a méregtermelését is „hozzáigazítja” ahhoz, hogy az élőhelye mennyire veszélyes rá nézve. Ugyanis városi és mezőgazdasági területeken a felnőtt varangyok méregmirigye nagyobb, az általa termelt váladék pedig több, a ragadozókat hatékonyan elriasztó („ragadozó repellens”) vegyületet tartalmaz, mint a természetes területeken élőké. Ehhez az emberek és a városi ragadozók általi zavarás mellett az is hozzájárulhat, hogy eredményeink szerint az antropogén élőhelyeken élő varangyok utódai lassabban fejlődnek és növekednek, így kisebb méretük miatt is szükségük lehet fokozott védekezésre. Óvjuk őket mi is, hogy környezetünket minél több olyan fajjal megoszthassuk, amelyek képesek alkalmazkodni szennyezett világunkhoz!
Forrás: Élet és Tudomány