A békáknál a lányok is lehetnek fiúk

Írta: Bókony Veronika, az ELKH ATK NÖVI Evolúciós Ökológiai Kutatócsoport tudományos főmunkatársa
Fényképezte: Verebélyi Viktória

A változó testhőmérsékletű gerincesek számos faja veszélyeztetett világszerte. A természetes élőhelyeik átalakítása és beszűkülése, a túlhalászás, a járványos betegségek és az inváziós fajok térhódítása mind kipusztulással fenyegetik a természetes populációk sokaságát. Az Agrártudományi Kutatóközpont Növényvédelmi Intézetének Lendület Evolúciós Ökológiai Kutatócsoportja kiemelten foglalkozik a kétéltűeket veszélyeztető környezeti hatásokkal és a fajok védelmének lehetőségeivel. Az elmúlt öt évben egy olyan kutatási projektet indítottak el, amelyben a természetvédelem egy eddig elhanyagolt szempontját helyezték középpontba: az ivarváltás jelenségét. Vegyük sorra az ezzel kapcsolatos kérdéseket!

Tehát mi az ivarváltás, hogyan működik a kétéltűeknél?

Képzeljünk el egy terhességi vizsgálatot a hidegvérű állatoknál! Az emberanyák egy egyszerű genetikai vizsgálatból megtudhatják a magzat nemét. A kétéltűek, halak és hüllők viszont a petéik vagy tojásaik lerakása után még hosszú ideig aggódhatnának azon, hogy a felnövő utódok ivara valóban az lesz-e, amit a kromoszómáik kódoltak. Ezekben az állatcsoportokban ugyanis, ahol már a korai egyedfejlődés is a környezetnek közvetlenül kitéve, az anyaméh vagy a meszes tojáshéj és a melengető szülők védelme nélkül zajlik, nem csak a gének kaphatnak beleszólást abba, hogy hím vagy nőstény jön-e létre. Az ivarmeghatározás érzékeny szakaszában, amely az embriók vagy lárvák fejlődésének idejére esik, hőmérsékleti és kémiai hatások is eltéríthetik az ivarszervek fejlődését, és akár teljes ivarváltást okozhatnak. A kutatócsoport kísérleteiből kiderült például, hogy az erdei békák (Rana dalmatina) ebihalai egy néhány napig tartó hőhullám (28°C-os vízhőmérséklet) hatására maszkulinizálódnak, azaz a genetikailag nőstény egyedekben petefészkek helyett herék fejlődnek ki. Ha viszont a vízbe női hormon hatású szennyező vegyületek kerülnek, feminizáció történhet, azaz a genetikailag hím egyedekben petefészkek alakulnak ki – ezt figyelte meg a kutatócsoport, például barna varangyoknál (Bufo bufo) egy olyan kísérletben, amelyben azt vizsgálták, hogy a fogamzásgátló tabletták hatóanyagai a szennyvizekkel a természetes vizekbe jutva hogyan hatnak az ebihalakra.

Miért fontos ez a természetvédelemben?

Az ivarváltás egyik legfontosabb következménye természetvédelmi szempontból, hogy eltorzíthatja a populációk ivararányát. Ha a hímek és nőstények aránya egymáshoz képest nagyon kiegyenlítetlenné válik, a szaporodásra képes párok száma csökken. Emellett azonban számos további veszélyt is rejt magában az ivarváltás. Az állatok túlélési és szaporodási esélyeit számos tulajdonságuk befolyásolja, és a legújabb eredmények szerint az ivarváltott egyedek több ilyen tulajdonságban is különböznek úgynevezett normál fajtársaiktól. Erdei békáknál például a kutatócsoport azt találta, hogy a maszkulinizált egyedek nagyobb arányban mutattak lép- és májrendellenességeket, és kisebb testméretet értek el életük első néhány hónapjában. Ez komoly hátrányt jelent az első telelés átvészelésében.
Ha azonban az ivarváltott egyedek elérik az ivarérettséget, részt vehetnek a szaporodásban, ami további bonyodalmakhoz vezet. Például egy maszkulinizált egyed, amely a nőstényekre jellemzően két X kromoszómával rendelkezik, egy „normál” nősténnyel párosodva kizárólag nőstény (XX) utódokat tud létrehozni. A kutatócsoport több olyan erdei béka petecsomót is talált a természetben, amelyekben az összes megvizsgált utód genetikailag nőstény volt, ami ivarváltott apára utal. Ha viszont egy feminizált egyed, amelynek a hímekre jellemzően egy X és egy Y kromoszómája van, párosodik egy „normál” hímmel, az utódaik egynegyede két Y kromoszómával fog rendelkezni, ami terméketlenséget, sőt akár életképtelenséget is okozhat.

„Mindez veszélyezteti a populációk fennmaradását – összegzi Nemesházi Edina, kutatás egyik résztvevője. Elméleti modellekkel végzett számításaink azt mutatják, hogy a fajok számos tulajdonságától függ, mennyi ideig képesek túlélni egyre gyakoribbá váló ivarváltás mellett, és a klímamelegedés jelenlegi ütemével a populációk egy része akár néhány tucat generáció alatt kihalhat.”

Mi ebben a kihívás?

Ahhoz, hogy az ivarváltott egyedeket megtaláljuk, és a fenti összefüggéseket vizsgálhassuk, komplex eszköztárra van szükség. Egyrészt meg kell állapítanunk az állatok fenotípusos ivarát, azaz hogy milyen ivarszervekkel rendelkeznek. Erről sok faj esetében adnak információt a másodlagos nemi bélyegek, mint amilyen a hím békák hüvelykvánkosa vagy a hím hüllők hemipénisze. Más esetekben csak belső diagnosztikai módszerekkel, például hormonok koncentrációjának mérésével vagy laparoszkópiás vizsgálattal lehet az állatok feláldozása nélkül ivart határozni.

„Ez komoly nehézség a még nem ivarérett egyedek vizsgálatában – mutat rá Ujhegyi Nikolett, a kutatócsoport tagja –, mivel a kis testméretű, fiatal állatok ivarát gyakran csak invazív módon, sőt bizonyos esetekben csak boncolással tudjuk megbízhatóan azonosítani.”

Másrészt meg kell állapítanunk a genetikai ivart is, ami nagy kihívást jelent számos fajban. Az ivarváltásra hajlamos állatcsoportokban, különösen a kétéltűekben az ivart meghatározó genetikai elemek ide-oda ugrálnak a kromoszómák között az evolúció során, ezért ezeknek az elemeknek a vizsgálatához minden egyes fajra speciális genetikai módszereket kell kidolgozni. Részben az ilyen módszerek fejlesztésének időbeli és anyagi nehézségei adnak magyarázatot arra, hogy miért jár még gyerekcipőben az ivarváltás kutatása a természetben.

„Fontos azonban ezekre a módszerekre áldozni, mert a klímaváltozás és a környezetszennyezés miatt is egyre gyakoribbá válhat az ivarváltás” – hangsúlyozza Verebélyi Viktória, aki alap- és mesterszakos diplomamunkája után doktoranduszi kutatásait is ebben a témában folytatja. A kutatócsoport által az erdei békákra kidolgozott genetikai módszerrel például kiderült, hogy a Budapesten és környékén élő populációkban a hímek 20 százaléka genetikailag nőstény, és az ilyen egyedek gyakrabban fordulnak elő városi és mezőgazdasági területeken, mint a természetes erdei élőhelyeken. Az új módszer segítségével, valamint további hazai fajok ivarmeghatározására alkalmas módszerek innovációjával a kutatócsoport folytatja az ivarváltás okainak és következményeinek feltárását.

Barna varangyok; a kutatócsoport vizsgálatai alapján a hímek általában zöldesebbek, mint a nőstények.

Forrás: Verebélyi Viktória

Hogyan dől el az utód neme?

Az élővilágban sokféle ivarmeghatározási rendszer létezik.
Genetikai ivarmeghatározás: Az ivari kromoszómák alapján már a fogantatáskor eldől, hogy hím vagy nőstény lesz-e az egyed. Az emberéhez hasonló XX/XY kromoszóma rendszere van a legtöbb emlősnek, de sok más gerinces és gerinctelen fajnak is. Ilyenkor az Y kromoszómán található az ivarmeghatározó gén, amely a hím fejlődést beindítja. Más csoportokban, például a madaraknál és lepkéknél az ivari kromoszóma rendszer ZW/ZZ típusú: a W kromoszóma hozza létre a nőstényeket, a hímek két egyforma Z kromoszómával rendelkeznek.
Környezetfüggő ivarmeghatározás: Az egyedfejlődés kezdetén, egy érzékeny időszakban tapasztalt környezeti körülményektől, leggyakrabban a hőmérséklettől függ, hogy melyik ivar alakul ki – ez hüllőknél és halaknál fordul elő. Sok teknősfajban például egy bizonyos hőmérséklet alatt hím, afölött nőstény lesz az utód, míg krokodiloknál csak egy közepes hőmérsékleti tartományban fejlődnek ki hímek. Egy egyelőre nem bizonyított elmélet szerint a dinoszauruszok kihalásának a hőmérsékletfüggő ivarmeghatározás lehetett az oka: a meteorbecsapódás hatására bekövetkezett hirtelen klímaváltozás miatt már csak egyivarú utódok jöttek létre.
Vegyes rendszerek (ivarváltás): Mind genetikai, mind környezeti hatások hozzájárulnak az ivar kialakulásához. Természetes módon olyan fajoknál fordul elő, amelyeknél az embriók vagy lárvák viszonylag védtelenül, változatos hőmérsékletű környezetben fejlődnek. Ivarváltás előidézhető mesterségesen is, például az embriók hormonkezelésével olyan fajokban, amelyeknél természetes körülmények között csak genetikai ivarmeghatározás van.

A kutatási projekt támogatói: az Innovációs és Technológiai Minisztérium Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Alapja (K115402 „OTKA” és ÚNKP-20-5 Új Nemzeti Kiválóság Program), valamint a Magyar Tudományos Akadémia Bolyai János Kutatási Ösztöndíja.