Egy növény – két világ
Képzeljünk el két apró növényt: az egyik hosszabb hajtásokat és nagyobb leveleket fejleszt, a másik tömött, alacsony telepként simul a nedves talajra. Könnyen két különböző fajnak gondolhatnánk őket. A látonyák esetében azonban ugyanahhoz a fajhoz is tartozhatnak: a különbség jelentős részét az okozhatja, hogy víz alatt vagy a levegőn, nedves iszapon fejlődtek.
A PeerJ című folyóiratban 2015-ben megjelent tanulmányunkban azt vizsgáltuk, mennyire alakítja át a vízborítás e növények megjelenését, és mely tulajdonságaikra támaszkodhatunk a meghatározáskor. Kilenc látonyafaj nevelési kísérlete alapján azt találtuk, hogy a hajtások bélyegei erősen függnek a környezettől, a magok tulajdonságai viszont többnyire stabilabb támpontot adnak a fajok elkülönítéséhez.
1. ábra. Három közép-európai látonyafaj azonos korú, kísérletben nevelt alakjai. Fajonként balra a folyamatos vízborítás alatt fejlődő vízi, jobbra a nedves iszapon növő szárazföldi alak látható. A fehér léptékek 10 millimétert jelölnek. A különbség ugyanazon faj két alakja között is feltűnő lehet.
A környezet hatására kialakuló megjelenésbeli
változatosságot fenotípusos plaszticitásnak nevezzük. A fenotípus a növény
megfigyelhető tulajdonságainak összessége; a plaszticitás azt fejezi ki, hogy
ezek ugyanazon genetikai háttér mellett is módosulhatnak az életkörülmények változásával.
Az időszakos vizekben ez különösen fontos lehet, hiszen egy élőhely vízmélysége
rövid idő alatt jelentősen megváltozhat.
A látonyák víz alatt és nedves talajon
egyaránt fejlődhetnek. Az ilyen kettős életmódot kétéltűnek, szakszóval
amfibikusnak nevezzük. A hajtásoknak eltérő fényviszonyok és gázellátás mellett
kell működniük a két környezetben. Az alakváltozás ezért a növény életmódjának
fontos része, a fajokat azonosítani próbáló botanikus számára viszont
megtévesztő lehet.
Korábban a látonyák meghatározásában a
levelek, levélnyelek és virágkocsányok méretét is gyakran használták. Arra
kerestünk választ, hogy ezek a bélyegek valóban a fajok közötti különbségeket
mutatják-e, vagy jelentős részben a nevelési környezet hatását tükrözik.
Ugyanezt a kérdést a magok alakjával és felszíni mintázatával kapcsolatban is
feltettük.
Vizsgálatunkba kilenc fajt vontunk be: az Elatine brachysperma, E. californica, E.
gussonei, E. hexandra, E. hungarica, E. hydropiper, E. macropoda, E.
orthosperma és E. triandra
mintáit vizsgáltuk. A kiindulási maganyag európai és észak-amerikai természetes
állományokból származott. A magyar látonya mintáját Konyárnál, az E. hydropiper magjait Tiszagyendánál, az
E. triandra magjait Kiskörénél
gyűjtöttük.
A nevelést ellenőrzött laboratóriumi
körülmények között végeztük. Fajonként egyetlen kiindulási klónra korlátoztuk
az összehasonlítást, hogy a genetikai különbségek hatását csökkentsük. Az egyik
alakot folyamatos vízborítás alatt, a másikat nedves iszapon neveltük. A
növények naponta tizennégy órán át kaptak fényt; a megvilágított időszak
hőmérséklete körülbelül 22, a sötét időszaké 18 Celsius-fok volt.
A termésérésig 45–70 nap telt el. Fajonként
mindkét nevelési alakból ötven-ötven terméshozó hajtást mértünk meg, összesen
kilencszázat. Hatféle hajtásbélyeget vizsgáltunk: a szár, a szártagok, a
levéllemez, a levélnyél és a virágkocsány hosszát, valamint a levéllemez
szélességét. A magokból szintén fajonként és alakonként ötvenet, összesen
kilencszázat fényképeztünk le és értékeltünk.
A magokon négy tulajdonságot mértünk:
görbületüket, két méretüket és a maghéj egyik oldalsó sorában található
felszíni bemélyedések számát. A hajtás- és magadatokat külön elemeztük, így
összevethettük, melyik tulajdonságcsoport őrzi meg jobban a fajra jellemző
mintázatot a kétféle nevelés mellett.
![]() |
2. ábra. A vizsgált magbélyegek három faj példáján. Felül a görbület mérése és az oldalsó sor bemélyedéseinek számlálása, alul a két méret meghatározása látható. A fajok sorrendje mindkét részben azonos. A maghéj apró felszíni részletei is fontos információt hordozhatnak. A magfotókat Rahmé Nikola készítette.
Több statisztikai eljárással hasonlítottuk
össze a mintákat. A többváltozós elemzések egyszerre vették figyelembe a mért
tulajdonságokat. Azt vizsgáltuk velük, hogy mely minták hasonlítanak egymáshoz,
és mennyire különülnek el a fajok, illetve ugyanazon faj vízi és szárazföldi
alakjai.
A két bélyegcsoport eltérő képet adott. A
hajtások alapján ugyanazon faj két alakja gyakran messze került egymástól az
elemzésekben. Előfordult, hogy különbségük nagyobb volt, mint két különböző
fajé. A magadatok alapján viszont ugyanazon faj vízi és szárazföldi mintái
többnyire egymás közelében maradtak, miközben a különböző fajok jobban
elkülönültek.
A hajtásbélyegek egyenkénti vizsgálata is
jelentős környezeti hatást mutatott. A vízi és szárazföldi alakok méretei fajon
belül is különböztek, miközben a fajok értéktartományai erősen átfedhettek.
Egyetlen mért hajtásbélyeg sem volt alkalmas arra, hogy valamennyi vizsgált
fajt önmagában biztosan elkülönítse.
A vízi alakok többnyire nagyobb méreteket értek el. Az egyes fajok válasza azonban eltérő mértékű volt: a környezetváltás nem minden látonyát alakított át ugyanúgy. Ezért egy hosszabb virágkocsány vagy nagyobb levél értelmezésekor a nevelési, illetve a természetes élőhelyi körülményeket is figyelembe kell vennünk.
A tulajdonságok szerepét egy Random Forest
nevű osztályozási módszerrel is vizsgáltuk. Ez sok döntési fa eredményét
összesítve sorolja csoportokba a mért mintákat. Azt is megmutatja, melyik
tulajdonság elhagyása vagy összekeverése rontja leginkább a besorolást. Így a
bélyegek fontossági sorrendjét is értékelhettük.
A hajtásadatok között a virágkocsány hossza különösen
fontosnak bizonyult a csoportok megkülönböztetésében. Ez a csoportosítás
azonban a fajok vízi és szárazföldi alakjait külön egységként kezelte. Egy
bélyeg így akkor is lehet fontos az osztályozásban, ha elsősorban a nevelési
környezetre érzékeny. A magas fontossági érték ezért önmagában még nem teszi
megbízható fajhatározó bélyeggé.
A magadatok között a görbület és a maghéj
oldalsó sorában található bemélyedések száma bizonyult a leginkább
informatívnak. A két magméret ehhez képest kisebb szerepet kapott a modellben.
A megbízhatóbb elkülönítéshez itt is több tulajdonság együttes használatára
volt szükség.
A magok viszonylagos állandóságát az egyes
fajok dobozdiagramjai is szemléltetik. Ugyanazon faj két alakjának görbületi és
maghéjmintázati értékei rendszerint közel estek egymáshoz. Ez segít megérteni,
miért használhatók a magok olyan esetekben is, amikor a hajtások külseje
alapján bizonytalan lenne a meghatározás.
A viszonylagos stabilitás ugyanakkor nem
jelentett teljes változatlanságot. Az egyik többváltozós vizsgálatban az E. gussonei, a magyar látonya és az E. hydropiper két nevelési alakjának
magjai között is kimutattunk különbséget. Egyetlen magbélyeg sem adott
tökéletes elkülönítést az összes faj között. A fő eredmény az volt, hogy a
magbélyegek összességükben kevésbé tükrözték a nevelési környezetet, mint a
hajtásbélyegek.
Az osztályozás eredményeinek értelmezésekor
különválasztottuk a faj és a nevelési alak felismerését. Kilenc fajt
vizsgáltunk, mindegyiket kétféle környezetben, így az elemzésekben tizennyolc
előre meghatározott csoport szerepelt. A magok alapján gyakran jól meg lehetett
mondani, melyik fajhoz tartozik a minta, miközben a vízi és szárazföldi
eredetét már nem lehetett ilyen jól felismerni.
A Random Forest magadatokra épített
besorolása fajszinten átlagosan 87,5 százalékban volt helyes. Ha viszont azt is
elvártuk, hogy ugyanazon faj vízi és szárazföldi alakját különítse el, a
sikeresség körülbelül ötven százalékra csökkent. Ez összhangban állt azzal,
hogy a magok a faj azonosságáról több információt őriztek meg, mint arról,
milyen környezetben fejlődött az anyanövény.
Fontos kivételt adott az eurázsiai magyar
látonya és az észak-amerikai E. californica. Magjaik annyira hasonlóak voltak,
hogy a vizsgált bélyegek alapján nem tudtuk őket megbízhatóan elkülöníteni. Annak
tisztázását, hogy a hasonlóság rokonsági kapcsolatra vagy egymástól független
alaki egyezésre vezethető-e vissza, további kutatási feladatként jelöltük meg.
Kísérletünk fajonként egyetlen kiindulási
klón két nevelési alakjára támaszkodott. Ez segített a környezet hatását
megvizsgálni, de nem tárta fel a fajokon belüli teljes genetikai és földrajzi
változatosságot. Az ötven hajtás egy klonális telepből származott; nem ötven
egymástól független genetikai eredetű növényt jelentett. A kapott eredményeket
ennek megfelelően a vizsgált anyagra és körülményekre kell vonatkoztatnunk.
A gyakorlati tanulság világos: a látonyák
leveleinek és hajtásainak méreteit csak nagy körültekintéssel használhatjuk a
határozásban. A magalak és a maghéj mintázata rendszerint biztosabb támpont,
különösen több bélyeg együttes értékelésével. A pontos azonosítás a fajok
elterjedésének és természetvédelmi helyzetének megítéléséhez is alapvető.
Az alakváltó látonyák arra tanítottak bennünket, hogy a növény külsejében egyszerre kell keresnünk a fajra jellemző tulajdonságokat és a környezet hatását. A vízborítás a hajtások megjelenését feltűnően átformálhatja. Az apró magok vizsgálata segít abban, hogy e változatosság mögött felismerjük a növény azonosságát.
Hivatkozás
Molnár V. A., Tóth J. P., Sramkó G., Horváth
O., Popiela A., Mesterházy A. & Lukács B. A. (2015): Flood induced
phenotypic plasticity in amphibious genus Elatine
(Elatinaceae). PeerJ 3: e1473.







Nincsenek megjegyzések:
Megjegyzés küldése