Kétéltűek: kitéve az elemeknek

A kétéltűek jellemző sajátossága, hogy, életük során két teljesen eltérő közegben kell túlélniük: lárvaként vízben, felnőttként szárazföldön. Ezek az állatok fontos elemei mind a vízi, mind a szárazföldi táplálékhálózatoknak. Amikor egy ebihal békává alakul, nem csak lábakat növeszt és elveszíti a farkát, de belső szerveziben is óriási átalakulások történnek: kopoltyú helyett ezután tüdővel kell lélegeznie, és a bélcsatornája is átalakul (az ebihalak növényevő életmódja helyett a békák ragadozó életmódjára válik alkalmassá). Mivel az ebihalak hosszú hetekig fejlődnek a vízben, a békák egyedfejlődését, túlélését és szaporodását is jelentősen befolyásolhatják a természetes vizekbe kerülő szennyező anyagok (növényvédőszerek, gyógyszermaradványok, de még az autók kipufogó gázaiból származó vegyületek is).

Az ebihalakat ért szennyező anyagok hatásai az egyedfejlődésre

A „Lendület” Evolúciós Ökológiai Kutatócsoport kísérletekkel és terepi mintavételezéssel igyekszik feltárni különböző, a természetben előforduló szennyező anyagok hatásait a kétéltűek egyedfejlődésére, túlélésére, fitneszére.
Budapest környéki vízmintákból számos különböző szennyezőanyag jelenlétét mutattuk ki, és kiderült, hogy a városi és mezőgazdasági területeken élő barna varangy (Bufo bufo) felnőttek utódai lassabban fejlődnek, és kisebb tesstömeget érnek el a vizsgálat időtartama alatt a természetes környezetben élő szülők utódaihoz képest.
A terbuthylazine növényvédő szer és a carbamazepine gyógyszerhatóanyag hatásait vizsgálva megállapítottuk, hogy mind a barna varangy, mind az erdei béka (Rana dalmatina) egyedfejlődését és viselkedését befolyásolni képesek ezek a vegyszerek.

Környezet-indukált ivarváltás

Minden eddig vizsgált kétéltű faj rendelkezik ivari kromoszómákkal, azonban az ivardetermináció módja jelentősen eltérhet a fajok között. A két leggyakrabban előforduló kromoszómarendszer az XX/XY (hasonlóan az emlősökhöz: a hím heterogametikus, tehát két különböző ivari kromoszómát hordoz, míg a nőstény két egyformát), illetve a ZW/ZZ (a nőstény a heterogametikus ivar). Egyre több kétéltű, hal és hüllő fajról ismert azonban, hogy bizonyos környezeti tényezők (pl. hormonhatású szennyező anyagok, hőmérséklet) ivarváltást okozhatnak, vagyis az ivari kromoszómák által meghatározottól eltérő ivar alakulhat ki. Az ivarváltás mechanizmusáról, gyakoriságáról, evolúciós jelentőségéről és hosszú távú populációs szintű következményeiről a mai napig nagyon keveset tudunk.
Saját fejlesztésű genetikai markerek segítségével megállapítottuk, hogy a Budapest-környéki erdei béka populációkban a genetikailag nőstény egyedek hímmé alakulásának (XX hímek) gyakorisága nagyobb az antropogén hatásoknak kitett területeken.
Erdei békákkal folytatott kísérleteink alapján úgy tűnik, hogy az ivarváltás -az azt kiváltó körülményektől függően- csökkentheti az egyedek fitneszét.
Érdekes módon, a barna varangy vadon élő populációiban alig találtuk nyomát ivarváltásnak, ami arra enged következtetni, hogy ez a faj ellenálló a vizsgált élőhelyeken tapasztalható ivarváltást okozó hatásokkal szemben.
Amikor fiatal barna varangy és erdei béka ebihalakat tettünk ki mesterséges hőhullámoknak, érdekes különbséget találtunk. A barna varangyok ellenállóbbnak bizonyultak a magas hőmérséklet ivari fejlődést befolyásoló hatásával szemben.
Az „aszimmetrikus ivarváltás” elmélete egy lehetséges magyarázatot nyújt a fenti különbségre. Az elmélet szerint az XX/XY és ZW/ZZ rendszerek eltérő mértékben lehetnek hajlamosak a nőstény→hím és a hím→nőstény irányú ivarváltásra, mert a heterogametikus ivar (XY hím, illetve ZW nőstény) ellenállóbb lehet az ivarváltással szemben.

Klímaváltozás, ivarváltás, evolúció

Kétéltűek és halak esetén az egyedfejlődés korai szakaszában a megemelt hőmérséklet jellemzően nőstény→hím ivarváltást okoz (XX hímek, ill. ZW hímek kialakulását). Mivel a globális klímaváltozás az átlaghőmérséklet emelkedésével jár együtt, elképzelhető, hogy a nőstény→hím ivarváltásra hajlamos fajok populációiban idővel eltolódik az ivararány (több hím lesz, mint nőstény).
Egy számítógépes modellt fejlesztettünk, melynek segítségével a folyamatos klímamelegedés populáció szintű hatásait szimuláltuk XX/XY, illetve ZW/ZZ rendszerekben. Mind a szimuláció eredményei, mind a szakirodalomból gyűjtőtt ivararány adatok arra utalnak, hogy e két ivardeterminációs rendszer eltérően reagálhat a klímamelegedésre.
Több fajban is kimutatták már, hogy az ivarváltott egyedek képesek lehetnek utódokat létrehozni. Egy XX hím és egy XX nőstény csak XX (genetikailag nőstény) utódokat hoz létre. Ha a populációban megnő a hímek aránya, akkor az a nőstény, amely XX hímmel áll párba, jelentősen megnövelheti az utódai szaporodási sikerét, mert a nőstény utódok könnyebben találnak párt a sok hím között. Szimulációk segítségével megvizsgáltuk, hogy milyen körülmények között terjedhet el egy, az ivarváltott hímek iránti párválasztási preferencia a populációban.