Orchideák: a növények, amik lenyűgözték Darwint

Az orchideák (vagy magyar nevükön kosborfélék) a virágos növények fajokban leggazdagabb családját alkotják; népszerűségüket, közismertségüket több mint 15 millió találat jelzi a világhálón. Az orchidea szó hallatán a legtöbb ember egzotikus, különleges virágokra gondol, pedig fajaik szinte az egész földkerekségen megtalálhatók – így hazánkban is. Számtalan fajukat termesztik dísznövénynek, vágott virágnak, de közéjük tartozik a közismert vanília is, amelynek apró magjai jelentik az aromás fűszert. A legintenzívebben kutatott virágos növénycsaládok közé tartoznak, különleges, kutatókat inspiráló természetüket talán mindenki másénál hívebben fejezik ki Charles Darwin posztumusz önéletrajzában megjelent szavai: ‚Egész életemben semmi más nem érdekelt jobban, mint az orchideák’.

Az orchidea szó a legelőkelőbb virágokat juttatja eszünkbe, pedig a szó maga korántsem ennyire fennkölt eredetű. Számos mérsékeltövi fajnak kettős, úgynevezett ikergumója van, amely alapján megnevezésükre Theophrasztosz (i. e. 370–285) görög természettudós használta először az herét jelentő „Orchis” kifejezést – ebből származik a ma is használatos orchidea szó. A jellegzetes alakú gumók később is megragadták az emberek fantáziáját, például Pedániosz Dioszkuridész (40–90) görög orvos „De Materia Medica” (A gyógyító anyagokról) című művében ismertette az ikergumós orchideákat, amelyek képesek a születendő gyermekek nemét befolyásolni: ha az asszonyok pethyüdt kosborgumót fogyasztanak akkor leányuk, ha friss gumót, akkor fiuk fog születni. Paracelsus (Theophrastus Bombastus von Hohenheim, 1493–1541), német okkult alkimista, csillagász és orvos a következőket írta az orchideákról: „Látva a Satyrion gyökeret, nem hasonló az a férfi nemi szerveihez? Ennek megfelelően … helyreállíthatja egy ember férfiasságát és szenvedélyét”. Az orchideák apró, szinte lisztinomságú magjait Hieronymus Bock (Tragus, 1498–1554) német orvos-botanikus észlelte elsőként az orchideák magjait, de valódi természetüket, jelentségüket nem ismerte fel. Úgy vélte, hogy az orchideák csodálatos módon az állatok párosodásakor a földre hulló „magjuk” nyomán kelnek életre.

Az orchideák gyakran jelennek meg bélyegeken

Az orchideák fajainak számát 25 000 körülire teszik. (A pontos szám körüli bizonytalanságot az okozza, hogy egyrészt még napjainkban is kerülnek elő a tudomány előtt ismeretlen fajaik, másrészt pedig egyes, korábban leírt alakok utólagos vizsgálata nem erősíti meg  önálló faji státuszukat.) Mindez azonban nem változtat azon a tényen, hogy a magvas növények 6–11 %-át adják az orchideafajok. Az egyszikűeknek mintegy 70 ezer faja van, azaz minden harmadik faj a kosborfélék közül kerül ki. Tágabb összefüggésbe helyezve a fajaik számát: körülbelül négyszer annyi orchideafaj ismert, mint emlős és kétszer több, mint madár.

 Még napjainkban is kerülnek elő a tudomány számára új orchideafajok, például a Janka-sallangvirágot 2012-ben írták le Magyarország területéről

Az orchideák sokféleségével a magvas növények közül csupán egyetlen család, a fészekvirágzatúaké (Asteraceae) kelhet versenyre. Úgy tűnik, hogy a fészkeseknek majdnem ugyanannyi faja van, de változatosságuk a nemzetségek terén némileg meg is haladja az orchideákét. A fészkeseknek mintegy 1300 nemzetségét írták le, a kosborféléknek pedig 880 nemzetségét. Az összes többi család mind a fajok, mind pedig a nemzetségek számát tekintve elmarad az orchideák és a fészkesek mögött.

 

Leglátványosabb és egyben egyik legveszélyeztetett hazai orchideánk az erdei papucskosbor. Nevét feltűnő sárga, papucsszerű mézajkáról kapta

Változatok a megporzásra

Az orchideák virágai megdöbbentően sokfélék. Egyesek fürtben fejlődnek, mások magányosak. Vannak milliméteres parányok és több deciméteres óriások. Megjelenésük a jelentéktelen külsőtől a feltűnő szépségig változik. Viráguk felépítése és külleme egyaránt a megporzás biztonságát növelő, igen sokoldalú fejlődés eredménye.

A kosborfélék között 5–20 százalékra teszik az önmegporzó fajok arányát, a fajok fennmaradó mintegy 80–95 százalékának virágait különböző állatok porozzák meg. A legjelentősebb pollinátorok a hártyásszárnyúak, amelyek a fajok csaknem kétharmadának virágait látogatják. Utánuk kisebb részesedéssel következnek sorrendben a kétszárnyúak, az éjszakai és a nappali életmódú lepkék, illetve a madarak. Nektármadarak és kolibrik által elvégzett megporzást afrikai és dél-amerikai orchideák esetében tapasztaltak, Dél-Ázsiában pedig ismeretes rágcsáló kisemlős által megporzott kosborféle is. Kisebb számban más élőlénycsoportoknak (például bogarak) is szerepe van az orchideák virágainak megporzásában.

Az európai kosborfélék körében a rovarmegporzásnak játssza a főszerepet. A virágok szerkezete a legnagyobb mértékben alkalmazkodott a rovarok testfelépítéséhez. Bár eredendően az ősi orchideák között általános lehetett, a rovarmegporzás a ma élő orchideák körében korántsem jelent mindig mindkét fél számára kölcsönösen előnyös (mutualisztikus) kapcsolatot. Az európai és a hazánkban előforduló fajok legfeljebb negyedének virágai termelnek nektárt. Úgy tűnik, legalább három újabb evolúciós irány van kibontakozóban, amelyek a nektártermelés elmaradásával járnak, és egymástól függetlenül, különböző mechanizmusok révén, több rokonsági körben kialakultak.

A különböző orchideafajok virágainak a megporzókra gyakorolt hatása nagyon eltérő lehet. Például az erdei ujjaskosbor megporzóiként számos bogár- és méhfajt azonosítottak, a poloskaszagú kosbor esetében pedig darazsak, méhek, lepkék, legyek és poloskák megporzó tevékenységét is dokumentálták. Ugyanakkor léteznek fajok (például a bibircsvirágok, sarkvirágok), amelyek virágait kizárólag egyetlen rovarcsoport, a lepkék fajai porozzák meg, sőt a megporzókat szexuális úton megtévesztő bangók esetében a pollinátorok fajspecifikusak.

Az Európában előforduló orchideák körében a következő fontosabb és bizonyított mechanizmusok ismertek a megporzó rovarok vonzására: a megporzók nektárral történő csalogatása; a megporzók megtévesztéssel, ellenszolgáltatás nélkül történő csalogatása: táplálékot kínáló virágok utánzása, zsákmány utánzása, párzásra kész nőstény utánzása vagy tartálycsapda alkalmazása révén; illetve a virágok átalakulása búvó- és alvóhelyekké rovarok számára.

Kábítószerező darazsak

A széleslevelű nőszőfű (Epipactis helleborine) esetében már Darwin megfigyelte, hogy a virágaikat szinte kizárólag társas darazsak látogatják, más rovarok (például méhek) szinte ügyet sem vetnek rájuk, pedig bőven termelnek nektárt. Analitikai-kémiai és etológiai kísérletekkel csak nemrégiben sikerült a másfél évszázada ismert jelenségre megtalálni a magyarázatot. Eszerint a széleslevelű és az ibolyás nőszőfűből virágzáskor az illékony anyagok szabadulnak fel, amelyek a hernyórágott, sérült növények illatához hasonlítanak. 

A széleslevelű nőszőfű illatanyaga társas darazsakat vonz magához, amelyeket nektárjában található narkotikumokkal bódít el

 

Ezek a szaganyagok vonzzák a ragadozó – és hernyókat rendszeresen zsákmányoló – darazsakat, de nem hatnak például a méhekre, poszméhekre és kétszárnyúakra. Noha a nőszőfüveken az odacsábított darazsak hiába kutatnak hernyók után, de rábukkannak a virágok nektárjára, amelyet szintén nem vetnek meg. Miután a darazsak fogyasztottak a nektárból, lelassulnak, „megnyugszanak”, repülésük pedig céltalanná válik.

E jelenség magyarázatát keresve a nőszőfű nektárját részletes kutatásoknak vetették alá. A nektár mikrobiológiai vizsgálata gombákat és baktériumokat mutatott ki, amelyek a megporzók révén terjedhetnek, és mérgező anyagcseretermékeiknek - elsősorban az etil-alkoholnak - szerepe lehet a darazsak lelassult, zavart mozgásában.

A nektár részletes analitikai vizsgálata során mintegy félszáz kémiai alkotórészt azonosítottak. Az anyagok jó részének hatását még nem ismerjük. Egy részük a jellegzetes illatot adja, mások antimikrobiális hatásúak, azaz gátolják a baktériumok és gombák szaporodását, megint mások a rovarokat vonzzák, ugyanakkor hormon hatású molekulákat és négy narkotikus hatású vegyületet is kimutattak. A nőszőfű nektárjában tehát kábítószer található, amely hatására a darazsak bódult állapotba kerülnek, így valószínűleg több időt töltenek a virágokon, ezzel növekszik a megporzás esélye.

Az erdei ujjaskosbor virágait a különböző bogarak porozzák meg

A bibircsvirágok nektártermelő, élénk színű virágait különböző lepkék látogatják

A mediterrán elterjedésű nyelvorchideák (Serapias) legtöbb fajának virágai alvó- és búvóhelyet kínálnak magányos életmódú méheknek

A csalás művészete

Az orchideák körében a megporzókat az elsődlegesnek tekinthető nektártermelés helyett más módszerekkel, elsősorban megtévesztéssel csalogató csoportok igen nagy változatosságot mutatnak. A „csalás” evolúciós szempontból azért lehet előnyös e növények számára, mert csökkenti a beltenyésztés mértékét. A megporzók ugyanis a megtévesztő orchideák virágzataiban kevesebb virágot látogatnak meg, mint azokéban, amelyeknél nektárt találnak – ez pedig a szomszédmegporzás (geitonogamia) csökkenéséhez vezet, ami az utódok genetikai variabilitásának növekedésével jár. Ugyanakkor az ellenszolgáltatást nem nyújtó virágokat a megporzók idővel megtanulják felismerni és igyekeznek őket elkerülni, hiszen energiájukat és idejüket hiába fecsérlik ezek látogatására.

Ám a már megismert és elkerülni kívánt virágtól csak kismértékben különböző színű, illatú, mintázatú virágot a megporzó még vonzónak tartja. Emiatt a megporzók által érzékelt jellegzetességek tekintetében a megtévesztő orchideavirágok roppant variablitást mutatnak fajon, állományon, sőt egyeden belüli is. Ez az a sokféleség, amely annyira elbűvöli ezeknek a növényeknek a rajongóit, mint amenyire zavarbahozza a rendszerezésükkel foglalkozó kutatókat.

Az orchideák elképesztő fajgazdagságához hasonlóan igen sokrétű a bonyolult kapcsolatrendszerük is, amely környezetük különböző szervezeteihez fűzi őket. Ám ez a gyakran szoros életközösség egyszersmind nagyon sérülékeny is, ha az egyik fél létfeltételei csorbulnak, a többi élete is megkérdőjeleződik.

Az orchideák gyökerében 1824-ben észlelték először a bennük élő gombákat és az is már több mint egy évszázada ismert, hogy magjaik csírásázához gombákra van szükség. A huszadik század második felében a kutatók az orchidea-mikorrhiza működését egyre jobban megismerték. Ám magukról a gombákról sokáig alig tudtak valamit, ugyanis azok a növények gyökerében nem képeznek ivaros alakot, ami az azonosításukhoz szükséges.

Régebben úgy vélték, hogy az orchideák mikorrhizáit a gombák egyik nagy csoportjának, a bazídiumos gombáknak azok a tagjai alkotják, amelyeket alaktani hasonlóságaik alapján a Rhizoctonia forma-nemzetségbe soroltak. A molekuláris genetika módszertanának fejlődésével viszont a legutóbbi két évtizedben lehetővé vált az orchidea-gombák azonosítása. Örökítőanyaguk alapján kiderült, hogy az orchidea-mikorrhizák jóval sokfélébbek, mint azt addig hitték.

Ma már a bazídiumos gombák mellett a gombák másik nagy csoportjából, a tömlősgombák köréből is ismertek kosborfélék, azaz orchideák mikorrhizáiként azonosított fajok. Jelenleg már legalább 5 rend 8 családjából azonosítottak orchidea-mikorrhizát alkotó gombákat.

Bár vannak kosborfajok, amelyek esetében az eddigi vizsgálatok szerint csupán egyetlen gombafaj alkot vele gyökérkapcsolatot, többnyire nincs szó fajspecifikus kapcsolatról. Rendszerint egy-egy orchideafaj különböző élőhelyeken más-más gombákkal él együtt. Az is előfordul, hogy valamelyik orchideaegyed fejlődése folyamán váltás következik be, azaz a csírázás során más gombapartnert „használ”, mint a fejlettebb életszakaszában. S fordítva is akad példa: egyazon egyed gyökerében egyidejűleg több gombafaj is alkothat mikorrhizát. Úgy tűnik, a rizómás erdei orchideafajok mikorrhizája merőben eltér a gumós, gyepekben élőkétől: előbbiek mikorrhizája egész évben állandó és a fák külső, ektomikorrhizáinak partnerségét kihasználva, a fáktól szerzik be tápanyagaik jelentős részét.

Bizonyos orchideafajok teljes mértékben ráutaltak gombáikra, a fotoszintézis képességét is elvesztették, azaz mikoheterotróf életmódúvá váltak. Ilyen például a bajuszvirág (Epipogium aphyllum), amely mikorhiza-partnereként eddig öt susulykafajt, egy fakógombafajt, egy tinórút, egy tejelőgombát és egy szemölcsösgombafajt mutattak ki.

A bajuszvirág fák mikorrhiza-gombáinak ritkán és rövid ideig látható élősködője...

 

... amelynek magjai a legkisebbek közé tartoznak a növényvilágban

 Az orchideák nemcsak nagy fajszámukkal veszik ki részüket az életformák sokféleségének létrehozásából, hanem azáltal is, ahogy élőhelyeiken számos különböző élőlénnyel tartanak fenn különleges és fennmaradásukhoz nélkülözhetetlen viszonyt. A biodiverzitás megőrzésével foglalkozó újkeletű tudományterület, a természetvédelmi biológia (konzervációbiológia) az élőhelyek és fajok megőrzésére vonatkozó adminisztratív döntések meghozatalát igyekszik segíteni egyebek között az ernyőfajok és az indikátorfajok körének meghatározásával.

Az ernyőfajok olyan széles elterjedésű fajok, amelyek védelme közvetetten sok más faj megőrzését is elősegítheti, mivel élőhelyük változatos életközösségnek ad otthont, amelynek tagjai menedéket találhatnak az ilyen élőlények védelmének ernyője alatt. Az ernyőfajok a védendő területek helyének kiválasztásában, a rezervátumok legkisebb minimális méretének meghatározásában, illetve az ökoszisztémák összetételének, szerkezetének és folyamatainak tanulmányozása során használhatók. Az orchideák jelentős elterjedtségük és változatos élőhelyigényük miatt széles körűen használhatók az életközösségek működőképességének, „egészségének” indikátoraként, azaz olyan szerepet töltenek be, mint egykor a kanárik a szénbányákban.

Szövevényes viszonyok

Hogy miként kapcsolódik egyetlen orchideafaj a neki otthont adó életközösség legkülönbözőbb elemeihez, azt a piros madársisak (Cephalanthera rubra) példáján mutatjuk be. Ez a faj erőteljesen mikotróf növény, azaz teljes élettartama alatt a mikorrhiza-gombák mindvégig jelen vannak gyökerében, és szerepük van abban, hogy a madársisak több éven át képes lappangva, észrevétlenül életben maradni árnyas erdők talajában. Gyökeréből genetikai módszerekkel – egyebek között – kizárólagosan csak külső mikorrhizát képező gombákat (Tomentella-fajokat) is azonosítottak. Ez azt jelenti, hogy az erdőalkotó fákkal kapcsolatban lévő gomba segít felvenni a fásszárú növénynek a vizet és a benne oldott ásványi anyagokat. „Cserébe” a fotoszintézis során létrehozott szerves anyagokat – szénhidrátokat – kap. A madársisak azonban ugyanezekkel a gombákkal más és jóval egyoldalúbb kapcsolatot alakít ki, életben maradása nagymértékben függ szimbionta partnereitől. Izotópos vizsgálatok szerint szénforgalmának 26 százaléka, nitrogénforgalmának 61 százaléka gombáitól – végső soron pedig az erdőalkotó fáktól – származik, ellenben az orchideától a gomba felé irányuló anyagforgalom nem kimutatható.

A madársisak virágai a harangvirágfajokat (Campanula) mímelve tévesztik meg beporzóikat, a Chelostoma nemzetségbe tartozó hártyásszárnyú rovarokat. Ezek a művészméhek a harangvirágokon gyűjtögetnek nektárt, és eközben tévedésből látogatják a madársisak virágait, amelyek „kihasználják” beporzóikat. Azok hiába vesztegetik idejüket és energiájukat a virágok látogatására, nem találnak táplálékot, ám közben az orchidea virágait megporozzák. A madársisak függése a megporzóktól viszont további következményekkel jár. A faj egyrészt érzékenyen reagál a megporzó méhek megritkulására vagy eltűnésére, amelynek hátterében több más tényező (például vegyszerhasználat) mellett az erdőművelési gyakorlat is állhat. A Chelostoma-fajok ugyanis elhalt, korhadó fák üregeiben fészkelnek, és ha a holt fát eltávolítják az erdőből, akkor a méheket megfosztják lakóhelyüktől, a madársisakot pedig megporzóitól. Ráadásul a holt faanyag számos további élőlénycsoport – például gombák, mohák, xilofág rovarok, odúlakó madarak stb. – számára igen fontos.

Ám a madársisak nemcsak e méhektől függ, hanem az azoknak táplálékot nyújtó, az orchideának pedig modellként szolgáló harangvirágoktól is. A megtévesztő orchideák szaporodási sikere ugyanis a megporzókat vonzó, „mágnesfajhoz” közeledve növekszik: azaz minél több harangvirág nyílik a madársisak közelében, annál több termést hoz. A leggyakoribb modell, a baracklevelű harangvirág élőhelyigénye azonban nem egyezik meg tökéletesen a madársisakéval: legjobban fényben gazdag gyepszintű erdőkben, szegélyeken, tisztásokon érzi magát.

A piros madársisak szaporodásához és fennmaradásához tehát egyidejűleg több élőlény együttes előfordulására van szükség. Az orchidea közvetlenül függ mikorrhiza-gombáitól és a megporzó méhektől. A gombák közvetítésével az erdőalkotó fáktól kapja tápanyagainak jókora részét. Termést pedig akkor van esélye hozni, ha az erdőállomány vegyes korösszetételű és természetes szerkezetű, így az otthont ad a fényigényesebb harangvirágfajoknak is, továbbá az élőhelyén a megporzó méhek megtelepedéséhez szükséges holt, korhadó fa is megtalálható.

Mindezek fényében érthető, hogy a piros madársisakot az Egyesült Királyságban a kipusztulás fenyegeti, visszaszorulásának mértéke 70 százalékos. Angliában rendkívül alacsony a természetes szaporodási rátája, egy populációban tíz év alatt egyetlen termést találtak és megmentése érdekében a virágok mesterséges (kézzel történő) megporzásával próbálkoznak. Emellett a példányokat egyenként igyekeznek védelmezni a növényevőktől, például a csigáktól.

Hazánkban ugyanakkor még számtalan olyan állománya ismert a piros madársisaknak, amely bőven hoz termést. Ez azt jelzi, hogy az életközösség most vázolt hálózata jól működik és így tartós fennmaradására is jó esély van. Míg Nyugat-Európában pollinációs krízisről beszélnek, addig nálunk Havas Enikő  és munkatársai (2009): A magyarországi Chelostoma-fajok (Hymenoptera: Megachilidae) elterjedési és előfordulási gyakoriságának időbeni változása című cikkükben (Állattani Közlemények 94: 63-72.) kimutatták, hogy a faj megporzójának számító Chelostoma nemzetségbe tartozó méhek közül három faj relatív gyakorisága határozott növekedést mutat, öt faj gyakorisága nem mutat szignifikáns változást és csupán egy faj állománya csökken.

Napjainkban számos tekintetben hazánk még kedvezőbb helyzetben van, mint a nyugat-európai államok. Ez azonban elsősorban annak a tájhasználatban, a természeti erőforrások kiaknázásában, a művelés intenzitásában tapasztalható több évtizedes (vagy évszázados) „lemaradásnak” köszönhető, amelyet az egységes Európában éppen napjainkban igyekszünk felszámolni és ezáltal természetes–féltermészetes élőhelyeink nyugat-európai szemmel irigylésre méltó sokféleségét tönkretenni.

Orchideákban gazdag láprét a Duna-Tisza közén

 

 Juhokkal legeltetett sekély termőrétegű gyep a Bakonyban, virágó pókbangóval és sömörös pettyeskosborral