Jelentés a Föld növény- és gombavilágáról 2020

Királyi Botanikus Kertek (Royal Botanic Gardens), Kew

Jelentés a Föld növény- és gombavilágáról

2020

(válogatás)

Tartalomjegyzék

Bevezetés

Új felfedezések

1.  Fajok felkutatása mielőtt nyomuk vész

2.  Növények és gombák kihalási kockázatának kiszámítása

Hasznos tulajdonságok kiaknázása

3.  Az új genetikai eszközök, amelyek segítségével még többet profitálhatunk a növényekből és gombákból

4.  Új ehető növények felkutatása a világ táplálására

5.  Új növények és gombák keresése az energiaszektor számára

6.  A természet fenntartható használatának új módjai a gyógyászatban

7.  Rugalmas és ellenálló városi környezet fákkal, méhekkel és gombákkal

A biológiai erőforrások bölcs felhasználása

8.      A globális gyűjtemények értékelése

9.      A közös munka a fenntartható jövő kulcsa mindenki számára

10.  Segíti vagy akadályozza a természetvédelmi politika a tudományos kutatást?

11.  A természetes alapanyagok szélesebb körű felhasználása

A diverzitás számszerűsítése

12. Az Egyesült Királyság és tengerentúli területeinek növényei és gombái 

Bevezetés

A bioszféra, Földünk élettel teli vékony rétege – amelyet otthonunknak nevezünk – még soha nem volt ilyen közeli és fenyegető veszélyben. Az erdőirtás növekvő mértékű, ahogy egyre újabb területeket tarolunk le a növekvő emberi népesség táplálása érdekében, az üvegházhatású gázok globális kibocsátása felborítja az éghajlati rendszert, új kórokozók fenyegetik terményeinket és egészségünket, az illegális kereskedelem egész növénypopulációkat irtott ki, és az idegenhonos fajok kiszorítják a helyi növényvilágot. A biológiai sokféleség helyi, regionális és globális szinten is csökken.

 Az a biológiai sokféleség, amely túlélésünket biztosítja. Nyissa ki hűtőszekrényét, pillantson be a gyógyszeres szekrényébe, nézzen körül nappalijában, érintse meg ruháját! Évezredek óta a természethez fordulunk, hogy csillapítsuk éhségünket, meggyógyítsuk betegségeinket, felépítsük házainkat, és kényelmesebbé tegyük életünket. A kezdetleges eszközökre támaszkodó ősi tudás, az őshonos helyi fajok hasznos tulajdonságainak ismerete, a helyi hagyományok a globalizáció előretörésével elvesztek. Ezért az emberiség jelenleg távol áll attól, hogy teljes mértékben kihasználja a biológiai sokféleségben rejlő lehetőségeket, különös tekintettel a növényekre és a gombákra, amelyek kritikus szerepet játszanak az ökoszisztémákban. Most minden eddiginél nagyobb szükség van arra, hogy a bennük rejlő lehetőségeket feltárjuk és felhasználjuk az előttünk álló globális kihívások leküzdésére.

 A tudomány továbbra is minden évben új fajokat fedez fel, nevez el és ír le, míg más fajok a kihalás felé haladnak, vesztésre állva az őket fenyegető veszélyekkel szemben. Döntő fontosságú, hogy mindkét folyamatot részletesen megértésük, hogy a pusztuló fajok védelméről gondoskodhassunk, hogy a növények és gombák hasznos tulajdonságaikkal egyetemben fennmaradjanak. A természeti erőforrások körültekintő kutatása, a biotechnológia és más technológiák fejlődése segítségünkre lesz abban, hogy a növények és gombák hasznos tulajdonságait megismerjük és felhasználjuk az új betegségek elleni harcban, a bolygónk előtt álló új kihívások leküzdésében. Számos, a tudomány számára új faj esetében elmondható, hogy a származási régió lakói jól ismerik és használják, ezek az emberek gondoskodnak a helyi élővilágról és gyakran páratlan helyi ismeretekkel rendelkeznek. Ezért kulcsfontosságú, hogy az ezekből a fajokból származó javak elsősorban az érintett közösségek jóllétét gyarapítsák.

 Ez a jelentés rámutat azokra a területekre, ahol tudásunk hiányos, és bemutatja azokat a már ismert és lehetséges további javakat és szolgáltatásokat, amelyeket a gombák és növények nyújthatnak számunkra és bolygónk számára. A 42 ország 97 intézményéből 210 kutató szakértelmére támaszkodó – a Sfumato Foundation nagylelkű finanszírozásával megvalósult – páratlan együttműködés célja, hogy bemutassa a világ számára, hogy hol találhatunk megoldásokat az előttünk álló kihívásokra. A környezeti válság kezelése nem lesz sem egyszerű, sem könnyű, de a növényekkel és a gombákkal foglalkozó tudomány jelentőségét ebben nem lehet alábecsülni.

 Ez a negyedik jelentés a Kew által kiadott sorozatból, amely 2016-ban és 2017-ben a növényekre, 2018-ban pedig a gombákra összpontosított. Ez az első alkalom, hogy a növényeket és a gombákat egy jelentésben összegeztük, hogy kiemeljük kapcsolatukat és közös előnyeiket. Szintén ez az első alkalom, hogy a jelentéshez egy teljes kötetnyi, lektorált tudományos publikáció is kapcsolódik a New Phytologist Foundation Plants, People, Planet című folyóiratában (amely a https://nph.onlinelibrary.wiley.com/toc/25722611/2020/2/5 címen érhető el). Ezek a szabadon hozzáférhető cikkek szolgáltatják a hivatkozásokat, háttéradatokat, elemzéseket és értelmezéseket ehhez a jelentéshez, amely remélhetőleg az olvasó számára is érdekfeszítő és érthető formában íródott.

 Ebben a kiadványban, amely a növények és gombák – az emberiség javára történő – fenntartható felhasználására összpontosít, fontos kimondani azt a nyilvánvaló, de egyre inkább elfelejtett szempontot, hogy a természet értéke önmagából fakad. Bolygónkon több millió más fajjal osztozunk, amelyek közül sokan már jóval előttünk is léteztek. Annak ellenére, hogy a természetet kizsákmányoló szemlélet mélyen gyökerezik társadalmunkban, a legtöbb ember ma már egyetértene abban, hogy nincs jogunk kiirtani egy fajt, még akkor sem, ha az nem közvetlenül hasznos számunkra. Végső soron a biológiai sokféleség védelme, bolygónk védelme erkölcsi kötelességünk amellett, hogy egyben saját érdekünk.

 Remélem, hogy az olvasó osztozik a következő 12 fejezetben bemutatott eredmények iránti lelkesedésemben, valamint tovább erősödik a gombák és növények iránt érzett megbecsülése és elkötelezettsége. A kihívás, amellyel szembe kell néznünk, ugyan nagy, de amíg a növények és a gombák itt vannak számunkra, addig van remény, és van lehetőség.

Alexandre Antonelli professzor tudományos igazgató

Királyi Botanikus Kertek (Royal Botanic Gardens), Kew

Fajok felkutatása mielőtt nyomuk vész

 Ebben a fejezetben megtudhatjuk, hogy milyen kutató- és nyomozómunka segítségével fedez fel a tudomány évente több ezer új fajt; milyen új növény- és gombafajok szolgálhatnak élelmiszerként, építőanyagként és gyógyszerként; hogyan segíthet egy újonnan leírt gomba a banán megmentésében; és miért tartott 160 évig, amíg a medveköröm nevet kapott: Barleria deserticola.

 2019-ben 1942 növényfaj és 1886 gombafaj kapott tudományos nevet.

A TUDÓSOK FOLYAMATOSAN TALÁLKOZNAK A TUDOMÁNY SZÁMÁRA ÚJ NÖVÉNY- ÉS GOMBAFAJOKKAL, AMELYEK KÖZÜL SOK ELEVE VESZÉLYEZTETETT. MIVEL A BIOLÓGIAI SOKFÉLESÉG CSÖKKENÉSE GYORSULÓ ÜTEMBEN ZAJLIK, SIETTETNÜNK KELL A KUTATÓMUNKÁT,  KÜLÖNBEN SZÁMOS POTENCIÁLISAN ÉRTÉKES FAJT VESZÍTÜNK EL.

A tudósok világszerte évről évre kutatják az élőhelyeket, keresnek a herbáriumokban és fungáriumokban, szekvenálják az előlények DNS-ét, böngésznek a közösségi médiában, miközben olyan növény- és gombafajokra bukkannak, amelyeket még nem írtak le tudományosan. 2019-ben a botanikusok a Plant Name Index adatbázisában regisztrált edényes növények (főként virágos növények, páfrányok és nyitvatermők) számát 1942-vel növelték. A mikológusok pedig 1886 új gombát jegyeztek be az ezzel egyenértékű Index Fungorum adatbázisába.

 A globális biológiai sokféleségre azonnali fenyegetést jelentő éghajlatváltozás, fakitermelés és területhasználat-változás miatt az új fajok felfedezése, katalogizálása versenyfutás az idővel. Gyakran előfordul, hogy mire egy új faj leírásra és elnevezésre kerül, már a kihalás fenyegeti. Ez azt jelenti, hogy olyan fajok, amelyek élelmiszerként, gyógyszerként vagy ipari alapanyagként szolgálhatnak, vagy kulcsszerepet játszanak az ökoszisztémákban, például a tápanyagok körforgásában, eltűnnek, mielőtt még esélyünk lenne felfedezni jellemzőiket.

 „Az emberek gyakran azt hiszik, hogy minden fajt felfedeztünk és besoroltunk, de ez nem így van” – mondja dr. Martin Cheek, a Kew afrikai és madagaszkári csoportjának vezető kutatója. „Még mindig rengeteg olyan faj él ezen a bolygón, amelyekről semmit sem tudunk, és még nevük sincs. A névadás munkáját a Kew azonosítási és elnevezési osztályán végezzük. Ha már azonosítottunk egy fajt, a következő lépés az, hogy kiderítsük, milyen felhasználási lehetőségei vannak, és hogy kiemelt jelentőségű-e természetvédelmi szempontból.”

FELFEDEZÉSPARÁDÉ

A 2019-ben felfedezett növények közül sok lehetséges új ital- vagy ételalapanyag. Kínából és Délkelet-Ázsiából 30, korábban ismeretlen Camellia-faj érkezett. A Camellia nemzetségbe tartozik a, tea (Camellia sinensis) és számos virágos díszcserje. Ugyanebben az évben a fokhagymát, hagymát, póréhagymát és metélőhagymát is magában foglaló Allium nemzetség hat fajával először Törökországban találkoztak a tudósok, és Kaliforniában (USA) a spenót tíz, eddig le nem írt rokonára bukkantak a Chenopodium nemzetségből. Brazíliában a maniókának (Manihot esculenta) két olyan vadon élő rokona is előkerült, amelyeket korábban nem ismert a tudomány, valamint a jamgyökér (Dioscorea) és az édesburgonya (Ipomoea) vadon élő rokonai.

 „A manióka rokonfajai nagyon fontosak lehetnek a maniókatermés biztosításához, ugyanis világszerte mintegy 800 millió ember számára alapvető élelmiszer” – mondja dr. Cheek. „Az újonnan felfedezett fajokban található gének például hasznosak lehetnek abban, hogy a jelenleg termesztett növényt ellenállóvá tegyék a kártevőkkel vagy betegségekkel szemben, vagy lehetővé tegyék, hogy más, eltérő csapadék- vagy talajadottságokkal rendelkező élőhelyeken is termeszthető legyen.”

 A tudomány számára új növények között potenciális új gyógynövények is voltak. Az Eryngium arenosum – amellyel a tudósok Texasban (USA) találkoztak – egy olyan nemzetségből származik, amelyben gyulladások, magas vércukorszint és skorpiócsípések kezelésére használt növények is találhatók; a Tibetben talált Artemisia baxoiensis a malária elleni Artemisia annua-val áll közeli rokonságban; három korábban le nem írt faj pedig, amelyek egymástól távol, Olaszországban, Lengyelországban és egy mexikói csendesóceáni szigeten találhatók, az Oenothera nemzetségből származnak. Az Oenothera fajok, amelyek esti kankalin néven is ismertek, gamma-linolsavakat termelnek, amelyeket a szisztémás szklerózis, az ekcéma és a pikkelysömör kezelésére alkalmaznak.

 A mahagónifélék (Meliaceae) családjába tartozó Cedrela domatifolia fa felfedezése a tudomány számára faanyagok új forrását jelentheti. A Calamus pálma nemzetség nyolc újonnan leírt, Délkelet-Ázsiában és Indiában található faja pedig közeli rokonaikhoz hasonlóan értékes rattant szolgáltathat a több milliárd dolláros nádbútor-ipar számára. Mindeközben a kertészeket valószínűleg a 28 újonnan felfedezett fapáfrány faj, 46 új begónia faj és a látványos, piros virágú Gladiolus mariae érdekli. A gladiolusszal a tudósok a nyugat-afrikai Guinea egyik elszigetelt hegyén találkoztak.

 A gombák országa is új fajokkal szolgált a tudomány számára: a növényekkel mutualista kapcsolatot kialakító mikorrhiza gombáktól kezdve a növényi kórokozókon át az állatokkal társuló gombákig és a zuzmókig. A mikorrhizás gombák közül 51 a tejelőgombákat és galambgombákat is magában foglaló családból (Russulaceae) származott. Ezek a gombák olyan növényekkel alkotnak társulásokat, amelyek a délkelet-ázsiai óriás Lithocarpus fáktól a sarkvidéki törpe fűzfákig (Salix arctica) terjednek. A Boletaceae család 15 nemzetségéből további 37 új fajt írtak le. Ezek közé tartozik a Strobilomyces nemzetség nyolc faja, amely nemzetségbe a pikkelyes tinóru is tartozik.

 A 2019-es év egyik legfontosabb felfedezése a Fusarium odoratissimum fajé volt, amely a Cavendish banán panamabetegségéért felelős. Ezt a gombát korábban a számos Fusarium oxysporum törzs egyikeként vagy egy genetikai változataként ismerték. A faj az 1990-es években kezdett elterjedni a Cavendish ültetvényeken Ázsiában, majd később Afrikába, az indiai szubkontinensre és a Közel-Keletre is eljutott. Napjainkban már Dél-Amerikában is egyre nagyobb teret hódít. Évente mintegy 116 millió tonna banánt termesztenek, a Cavendish a világtermelés 40–50%-át teszi ki.

 „A Fusarium odoratissimum-nak korábban nem volt hivatalos neve, és a fajkomplexumon belüli fajhatárokat sem vizsgálták megfelelően” – magyarázza dr. Tuula Niskanen, Kew mikológiai kutatásvezetője. „Mostanra azonban több fajt is azonosítottak, és végre van nevünk arra, amely jelenleg a Cavendish banán globális termelését fenyegeti. Ez azt jelenti, hogy most már jobban tudjuk kommunikálni a betegséggel kapcsolatos információkat, és célzottan tudunk kutatni. Jó, ha ismerjük az ellenségeinket, mert ha egyszer megismerjük őket, jobb módszereket találhatunk az ellenük való védekezésre.”

 Egyes gombák szimbiózisban élnek fotoszintetizáló partnerekkel (algákkal, cianobaktériumokkal vagy mindkettővel), zuzmókat alkotva. 2019-ben 37 családból és 87 nemzetségből több mint 200 „zuzmóképző” gombafaj kapott tudományos nevet. A mikológusok a legkülönfélébb környezetekben bukkantak rájuk, a Sri Lanka-i magashegyi teaültetvényektől az ecuadori Galapagos-szigeteken át a mexikói száraz trópusi erdőkig. Az amatőr taxonómiai kutatás értékét mutatja, hogy az Allographa kamojangensis fajt

Indonéziából úgy fedezték fel, hogy fényképe megjelent a „Lichens Connecting People” Facebook-csoportban.

A SOKFÉLESÉG FELTÁRÁSA

Az új növényleírások jelenlegi üteme valószínűleg folytatódik. A World Checklist of

Vascular Plants, a maga nemében a legátfogóbb és rendszeresen frissített fajlista mintegy

350 000 elfogadott fajt tart nyilván, amelyek közül 325 000 virágos növény. Tíz évvel ezelőtt a tudósok úgy gondolták, hogy a virágos növények túlnyomó többségét már leírták és elnevezték. De a tudományosan leírt fajok sora azt sugallja, hogy még sok fajt találhatunk, ahogyan a trópusokon terepmunkát végző botanikusok is azt tanúsíthatják, hogy még sok van hátra.

 Ami a gombákat illeti, még több katalogizálnivalónk van. Jelenleg 148 000 fajt azonosítottak, elsősorban az Ascomycota és a Basidiomycota törzsekből. A tudósok azonban úgy vélik, hogy a fajok több mint 90%-a továbbra is ismeretlen a tudomány számára. Becsléseik szerint 2,2–3,8 millió faj létezik a Földön. A gombákról elsősorban azért tudunk ilyen keveset, mert rejtett életmódot folytatnak. Míg szinte minden növény látható a föld felett, a gombák gyakran rejtve maradnak.

 „A gombák tanulmányozása főként a termőtesteken alapul, beleértve a föld felett látható kalapos gombákat, és sok faj csak az év bizonyos időszakaiban hozza létre ezeket” – magyarázza dr. Niskanen. „Egyes fajok nem is hoznak létre termőtestet minden évben – talán csak tízévente –, más fajok egyáltalán nem. A kalapos gombákat ismerjük leginkább, a legkevésbé pedig azokat a fajokat, amelyek nem hoznak létre látható termőtestet.”

ISMERETLEN FAJOK GÓCPONTJAI

Az 1990-es évek és 2018 között rendszeresen három országból származott a legtöbb újonnan leírt növényfaj: Brazília, Kína és Ausztrália. 2019-ben azonban Ausztráliát (86 újonnan leírt fajjal) Kolumbia (121) és Ecuador (91) kiszorította az első három helyről.

Brazília megtartotta vezető helyét (216), amelyet 2008 óta tart. Brazíliából minden évben 200 vagy annál több új fajt írnak le, ami a globális összesítés 10%-át teszi ki. Kína 2019ben a második helyre került (195).

 Brazília, Kína és Ausztrália dominanciája valószínűleg azzal a ténnyel függ össze, hogy mindegyikük gazdag diverzitással és nagyszámú hivatásos taxonómussal rendelkezik. Ezzel szemben a Kongói Demokratikus Köztársaság csak hét új fajleírást adott, annak ellenére, hogy a trópusi Afrika legnagyobb országa, és számos fajokban gazdag élőhelynek ad otthont. Ennek valószínűleg a taxonómusok, a tudományos infrastruktúra és a biztonság hiánya az oka, valamint az olyan visszatérő kockázat, mint az Ebola-járvány.

 Az északi mérsékelt égövi és boreális országokban manapság nagyon kevés új növényfajt fedeznek fel, mivel ezek a területek a trópusi élőhelyeknél kevésbé változatosak, és az évek során nagyon jól felmérték őket. Ami azonban a gombákat illeti, a tudomány számára új fajok még mindig szinte bárhol megtalálhatók, és felfedezési helyük a legintenzívebb kutatási tevékenységgel rendelkező területeket jelzi. 2019-ben a legtöbb újonnan felfedezett gombafaj Ázsiából (41%) és Európából (23%) származott, kilenc pedig az

Egyesült Királyságból. A rangsor másik végén Antarktisz áll a mikológiai felfedezések 0,5%-ával.

 Egy új faj tudományos leírása és elnevezése időigényes folyamat. A növények nagy többségét kizárólag a morfológia, vagyis a virágok, gyümölcsök, levelek és egyéb részek alapján írják le. Először is a tudósnak össze kell gyűjtenie egy példányt egy olyan növényből, amelyről feltételezi, hogy ismeretlen a tudomány számára, hogy azt egy herbáriumba helyezze; majd össze kell hasonlítania a hasonló fajok referenciamintáival, hogy megbizonyosodjon arról, hogy a fajt nem írták-e már le. Végül nevet kell választania, és a tudományos szakirodalomban közzé kell tennie a növény jellemzőit. Ez a folyamat elhúzódhat, a Barleria deserticola-t 160 évvel ezelőtt gyűjtötték be először, de csak 2009ben találkoztak vele újra, és csak 2019-ben kapta meg tudományos nevét.

 A DNS-technológia fejlődése az utóbbi években felgyorsította a fajok elnevezését, különösen a gombák esetében. A növényekkel ellentétben az ITS (internal transcriber spacer) néven ismert egyetlen DNS-szakasz gyakran alkalmas a gomba fajszintű azonosítására. Az új technikák számos, a tudomány számára új fajt is feltártak környezeti mintákból, például talajból. A DNS-mintán alapú fajleírással kapcsolatos egyik probléma azonban az, hogy ahhoz, hogy egy gombát a tudományos közösség hivatalosan új fajként elfogadjon, egy fungáriumban található referenciamintára van szükség. „Az alapelv az, hogy legyen valami kézzelfogható, hogy a kutatók szükség esetén további vizsgálatokat végezhessenek a fajjal – mondja dr. Niskanen. Az olyan gombák esetében azonban, amelyek például nem hoznak termőtestet, vagy nem tenyészthetőek, nincs mit a fungáriumba tenni. Alternatív megoldás lehet egy talaj- vagy DNS-minta tárolása, amely tartalmazná a faj genomját.”

FAJMEGŐRZÉS

Az ENSZ 15. fenntartható fejlődési célja a szárazföldi ökoszisztémák védelmére és a biológiai sokféleség csökkenésének megállítására szólít fel. A kihalási kockázatértékelés – mint például a Természetvédelmi Világszövetség (International Union for Conservation of Nature, IUCN) Vörös Listája – alapján veszélyeztetettnek minősített fajok megőrzésére irányuló programok jelentik a megoldást. Nem tudjuk azonban felmérni, hogy egy faj mennyire veszélyeztetett, amíg azt sem tudjuk, hogy létezik. Ezért a fajok felkutatása, leírása és tudományos elnevezése kritikus fontosságú feladat, ha meg akarjuk őrizni a növényeket és a gombákat a jövő generációi számára.

Ez a fejezet a Plants, People, Planet című folyóiratban megjelent alábbi tudományos cikken alapul, ahol további információkat és hivatkozásokat talál: Cheek és mtsai (2020). New scientific discoveries: Plants and fungi. Plants, People, Planet 2(5). DOI: https://doi.org/10.1002/ppp3.10148

Olvassa el a 2. fejezetet, hogy megtudja, hogyan változik a kihalásról alkotott képünk, és ez hogyan befolyásolja a természetvédelmi erőfeszítéseket!

A növények és gombák kihalási kockázatának kiszámítása

Ebben a fejezetben bemutatjuk, hogyan számítják ki a tudósok, hogy mely fajokat veszélyeztet kihalás; miért veszik át a választási közvélemény-kutatók által használt statisztikai módszereket; milyen módszerekkel lehet a kihalásból eredő veszteségeket felmérni; miért lehetnek halálra ítélve olyan fajok, amelyek látszólag virágoznak; és hogyan segít a mesterséges intelligencia annak meghatározásában, hogy mely fajokat kell megőrizni.

Becslések szerint 5 növényfajból 2 kihalással veszélyeztetett.

HA MEGÉRTJÜK, HOGY MELY NÖVÉNYEK ÉS GOMBÁK VANNAK VESZÉLYBEN, MEGAKADÁLYOZHATJUK KIHALÁSUKAT, ÉS MEGÁLLÍTHATJUK A BIOLÓGIAI SOKFÉLESÉG CSÖKKENÉSÉT. ÚJ ESZKÖZÖKKEL ÉS MÓDSZEREKKEL SEGÍTJÜK A TERMÉSZETVÉDELMI PRIORITÁSOK  MEGHATÁROZÁSÁT.

A természetes ökoszisztémák hasznos szolgáltatásokat nyújtanak az emberiség számára, például szabályozzák az éghajlatot, megakadályozzák az árvizeket és megszűrik a vizet. Az ökoszisztémák építőköveiként a növények és gombák segíthetnek bennünket a jelenlegi környezeti kihívások, például az éghajlatváltozás kezelésében. Ezeket a természeti erőforrásokat azonban veszélyeztetheti a biológiai sokféleség csökkenése, amelyet a természetes növényzet irtása vagy degradálása, a vadon élő fajok túlzott betakarítása, valamint az időjárási minták változása okoz.

 Ha meg akarjuk védeni a Föld növényeit és gombáit – a „természeti tőkénk” részét – meg kell értenünk, hogy mi veszélyezteti, vagy a kihalás fenyegeti-e őket. Ez magában foglalja a fajok természetvédelmi helyzetének értékelését, beleértve ismereteink felülvizsgálatát, a tudásunkat terhelő elfogultság és a tudásunkban megmutatkozó hiányosságok feltárását. „Fontos, hogy világos képet kapjunk arról, hogy mely növények és gombák hol vannak veszélyben, mert ezeknek az információknak kell minden új fejlesztés és minden természetvédelmi intézkedés alapjául szolgálniuk” – mondja dr. Eimear Nic Lughadha, Kew természetvédelmi részlegének vezető kutatója.

 A Természetvédelmi Világszövetség (International Union for Conservation of Nature, IUCN) által kezelt Veszélyeztetett Fajok Vörös Listája (Red List of Threatened Species), röviden Vörös Lista, a fajok kihalásának kockázatát értékelő globális szabvány, amely nélkülözhetetlen a természetvédelmi intézkedések prioritásának meghatározásához. Az értékeléseket öt kritérium alapján végzik, beleértve a földrajzi elterjedési területet és a populáció méretét. A fenyegetésekkel együtt ezek határozzák meg, hogy egy adott faj milyen kategóriába kerül: kihalt (Extinct), vadon kihalt (Extinct in the Wild), súlyosan veszélyeztetett (Critically Endangered), veszélyeztetett (Endangered), sebezhető

(Vulnerable), mérsékelten fenyegetett (Near Threatened), nem fenyegetett (Least Concern) vagy adathiányos (Data Deficient).

 A természetvédelmi politika, tervezés és cselekvés támogatásának hatékony eszközei az ilyen értékelések. Segítenek a hatóságoknak a védett területek kijelölésében, a finanszírozás hozzárendelésében és a fejlesztési döntésekben. A Nemzetközi Pénzügyi Társaság (International Finance Corporation) – a Világbank-csoport (World Bank Group) tagintézménye – például megköveteli ügyfeleitől, hogy a globális Vörös Listát felhasználva kerüljék az olyan tevékenységeket, amelyek a súlyosan veszélyeztetett vagy veszélyeztetett fajok populációit csökkentenék.

 Bár az IUCN Vörös Lista a fajok kihalási kockázatára vonatkozó legteljesebb globálisan rendelkezésre álló értékelés, a mintegy 2,1 millió ismert növény-, gomba- és állatfajból mindössze 116 177 szerepel rajta, ami körülbelül 6%. A növények értékelési aránya 10%ra ugrott, köszönhetően a 2017 és 2019 között elvégzett 19 000 természetvédelmi értékelésnek, de a gombák feldolgozottsága jóval alacsonyabb. A Vörös Listán a 148 000 leírt gombafajból mindössze 285 szerepel, ami 0,2%-nak felel meg. Amint azt az 1. fejezetben kifejtettük, még sok más növény- és gombafajt kell tudományosan leírni

(becslések szerint legalább kétmilliót), és ezek esetében is szükség lesz értékelésre.

„Gyorsan haladunk előre, de két csapdát el kell kerülnünk” – mondja dr. Nic Lughadha. „Az első csapda az, ha azt gondoljuk, hogy egy-egy faj értékelése mindent elmond, amit tudnunk kell az adott faj kihalási kockázatáról. A második csapda pedig az, ha azt gondoljuk, hogy az értékelésen átesett fajok – az összes faj egy kis részhalmaza –, és a rájuk vonatkozó statisztikák mindent elmondanak, amit a növények és gombák veszélyeztetettségéről globálisan tudnunk kell.”

TORZÍTÁS KIEGYENSÚLYOZÁSA

A Vörös Listán szereplő növények nem reprezentálják hűen a globális helyzetet, mivel a listán szereplő fajok kiválasztását meghatározzák a következő tényezők: az információk hozzáférhetősége; az emberek vonzódása a hasznos, attraktív vagy szokatlan fajok iránt; nemzeti értékelési kezdeményezések; és a különösen veszélyeztetettnek vélt fajok vagy csoportok értékelésére való fókuszálás. Emellett jól kimutathatók a földrajzi, rendszertani és időbeli hiányosságok, különbségek, torzítások. A Kew által vezetett nemzetközi kutatócsoportnak sikerült kimutatnia az összes edényes növény és a Vörös Listán szereplő növények összehasonlításával a torzításhoz vezető eltérések egy részét.

 A munka során kiderült, hogy a trópusi Ázsiából származó növények alulreprezentáltak a Vörös Listán, míg az afrikaiak felülreprezentáltak. A fajokban leggazdagabb családok közül néhány a leginkább alulreprezentáltak közé tartozik, köztük az őszirózsa-, az orchidea-, a perje- és az árvacsalánfélék családja (Asteraceae, Orchidaceae, Poaceae és Lamiaceae). Ezek együttesen az összes edényes növény közel negyedét teszik ki. Ugyanakkor a Vörös Lista túlreprezentálja a felmérési programok által megcélzott családokat, például a kaktuszfélék (Cactaceae) és a mirtuszfélék (Myrtaceae) családját.

 A közvélemény-kutató cégek hasonló kihívással szembesülnek a politikai választások során, ami az adatokat torzítását illeti. „A probléma az, hogy az embereknek az a csoportja, amely hajlandó részt venni a telefonos vagy online felmérésben, nem reprezentálja az összes regisztrált választót” – magyarázza dr. Barnaby Walker, Kew természetvédelmi tudományos elemzője. „A közvélemény-kutatók azonban hozzáférnek a demográfiai adatokhoz is, ami lehetővé teszi számukra, hogy a választásra jogosultak további jellemzőit, például életkorát és képzettségét megismerjék. Ez lehetővé teszi számukra, hogy előrejelzéseiket korrigálják a közvélemény-kutatásban résztvevők csoportjában kimutatható torzítások alapján.”  dr. Walker és munkatársai ugyanazt a statisztikai modellezési módszert alkalmazták, amelyet egyes közvélemény-kutatók is használnak – az úgynevezett többszintű regressziót és utólagos rétegzést –, hogy korrigálják a globális Vörös Lista adatainak bizonyos torzításait. Az alul- és felülreprezentált csoportok és területek figyelembevételével a tudósok pontosabban tudtak következtetni a kihalási kockázatra. A modell alapján a veszélyeztetett fajok aránya 39,4%, ami valamivel alacsonyabb, mint a Vörös Listán szereplő veszélyeztetett edényes növények 43,7%-os aránya. Úgy találták, hogy a mirtusz-, babér-, bükk- és sásfélék (Myrtaceae, Lauraceae, Fagaceae, illetve Cyperaceae) családjának veszélyeztetettségi szintje a leginkább alulbecsült, az ébenfa (Ebenaceae) és a pálmafélék (Arecaceae) családjának veszélyeztetettségi szintje pedig a leginkább túlbecsült. Általánosságban elmondható, hogy a növények veszélyeztetettségi szintjeit Amerika nagy részén alulbecsülték. Ezek az eredmények felhasználhatók a felmérési prioritások további meghatározásához.

 A kihalási kockázat becslése mellett fontos megérteni, hogyan változik a kihalás kockázata az idő múlásával. A kihalási kockázat tendenciáinak felismerésére a tudósok kidolgozták a globális Vörös Lista indexet (Red List Index, RLI). Az index értéke a fajok újraértékelésekor frissül, így nyomonkövethető a kihalási kockázat valódi változása az egész csoportra nézve. Ez az index alkalmas a biológiai sokféleséggel kapcsolatos globális célok elérése felé tett előrehaladás kimutatására és nyomon követésére. Mivel a Vörös Listán szereplő növények csoportja hiányos és torzításokkal terhelt, ezért véletlenszerűen kiválasztott fajokkal mintavételes megközelítést alkalmaznak, hogy a növényeket földrajzi és rendszertani értelemben is teljeskörűen reprezentálják.

 A növények globális RLI-trendjének meghatározására irányuló folyamatos erőfeszítések részeként a kutatócsoport újraértékelte két mega-diverzitású országban – Brazília és Madagaszkár – előforduló 400 egyszikű (egy sziklevéllel rendelkező növények, például fűfélék, orchideák, pálmák és sásfélék) és pillangósvirágúak (Fabaceae) kihalási kockázatát. Ezeket a viszonylag jól ismert csoportokat választották az általános növényi diverzitás helyettesítőjeként. A csökkenő RLI-érték azt jelzi, hogy a fajok a kihalás felé haladnak. A tanulmány megállapította, hogy az egyszikűek és a hüvelyesek RLI értéke összességében enyhén csökkent, Brazília esetében nem volt jelentős változás, a legmeredekebb csökkenő tendencia pedig Madagaszkáron volt tapasztalható. A természetvédelmi értékelések megismétlése feltárhatja a tendenciákat, és lehetővé teszi a különböző élőlénycsoportok közötti összehasonlítást.

 Bár a természetvédelmi kockázatértékelések és tendenciák segítenek a növény- és gombavilág állapotának és veszélyeztetettségének megértésében, ezek csak a probléma egy részére világítanak rá. A kihalás nemcsak egy adott faj elvesztését eredményezi, hanem a fajban megtestesülő egyedi evolúciós történelmet is eltörli, beleértve a pótolhatatlan tulajdonságokat és a funkciók egyedi kombinációit, amelyek közül néhány az emberiség számára is hasznos lehetett volna. Ha egy faj az „élet fáján” egy régi családfa egyetlen túlélője, akkor elvesztése nagyobb evolúciós történelmet töröl el, mint a nemrég kialakult, több közeli rokonnal rendelkező faj esetében.

 Vegyük például a Ginkgo nemzetséget, amely a Ginkgoales rend egyetlen fennmaradt nemzetsége. E csoport egyetlen ma létező faja a Ginkgo biloba, amely az élet fáján egy hosszú ágon, több százmillió éves egyedi evolúciós történelmet reprezentáló, elszigetelt helyet foglal el. A Ginkgo biloba ma már csak Kínában nő vadon néhány elszigetelt populációban, de világszerte széles körben termesztik kertekben és parkokban. „Ha a Ginkgo biloba kihalna, elveszítenénk az egész evolúciós történelmet, egészen addig, ahol a faj leágazik az élet fájának törzséről” - mondja dr. Félix Forest, Kew analitikai módszerek részlegének vezető kutatója.

 Az evolúciós történelem elvesztése csökkentheti annak valószínűségét, hogy az élőlények egy csoportja elegendő változatosságot hordozzon ahhoz, hogy fajai alkalmazkodni tudjanak a jövőbeli változásokhoz. Ezért a természetvédelmi prioritások tervezésekor egyre nagyobb hangsúlyt kap a növények evolúciós története. Az „evolúciós értelemben különleges és globálisan veszélyeztetett” (Evolutionarily Distinct and Globally Endangered, EDGE) megközelítés magában foglalja egy faj kihalási kockázatát a faj evolúciós különlegességével, amelyet a leszármazási fán elfoglalt helyéből és közeli rokonai számából határoznak meg.

 Míg az állatvilágban széles körben alkalmazzák ezt a módszert, addig a növényvilágban eddig csak néhány növénycsoportra alkalmazták (és gombákra nem). Ennek az az oka, hogy az élővilág adott országában az élet fájának megfelelő részére vonatkozó átfogó ismeret szükséges hozzá. A Kew tudósai jelenleg azzal a kihívással küzdenek, hogy a Plant and Fungal Trees of Life projekt keretében a virágos növények 14 000 nemzetségéből és a gombák 8 200 nemzetségéből legalább egy-egy faj genomszintű adatát összegyűjtsék. Ezen genetikai információk elemzésének automatizálása és az EDGE megközelítés alkalmazása hatékony eszköz lehet a biológiai sokféleséget fenyegető veszélyek időbeli változásának nyomon követéséhez.

MÁR ELVESZETT?

A tudósok a kihalási adósság összefüggést is vizsgálják. Ismert az összefüggés egy ökoszisztéma mérete és a benne élő fajok száma között, az úgynevezett fajszám-terület összefüggés. Ez alapján, ha egy ökoszisztéma, például egy erdő vagy vizes élőhely zsugorodik, azt a fajok számának csökkenése követi. Az a 600 növényfaj, amelyet napjainkig kihaltnak nyilvánítottak azonban jóval kevesebb, mint ami az élőhelyek pusztulása alapján várható lenne. Ennek oka, hogy a kihalások késleltetve következnek be. Az élőhely elvesztése után a terület továbbra is hasonló számú fajnak ad otthont, amíg a többlet – a kihalási adósság – egy „feloldási” folyamat során el nem enyészik, és a fajszám-terület összefüggésnek megfelelő új egyensúly létre nem jön.

 „Képzeljük el, hogy egy katasztrófa elpusztítja az erdő 90%-át” – mondja John Halley professzor, a görögországi Ioannina Egyetem ökológia professzora, aki a Kew vezette kutatócsoport tagja volt. „Míg egyes növények azonnal eltűnnek, a legtöbb faj továbbra is megtalálható a fennmaradó 10%-ban. A lecsökkent terület azonban azt jelenti, hogy néhány faj, különösen az egyébként is ritka fajok, mostantól folyamatosan kockázatosan kis létszámú populációt alkotnak. Tehát az ott élő növények egy része, amelyekről azt gondolhatjuk, hogy jól vannak, valójában orosz rulettet játszanak a környezettel, hogy eljussanak egyik generációból a másikba. Kihalásuk később következik be, de elkerülhetetlen.”

 Ha meg akarjuk őrizni a növényeket és gombákat, mielőtt kihalnak, úgy tűnik, hogy nincs időnk arra, hogy minden faj esetében teljes körű természetvédelmi értékelést végezzünk. A mesterséges intelligencia (AI) által támogatott új, „rapid triázs” módszer azonban segít az értékelési prioritások meghatározásában. Továbbá a Vörös Listán szereplő fajok értékelésének egyes feladatait nyílt hozzáférésű erőforrások segítségével automatizálják, ezzel kiszélesítve, felgyorsítva és standardizálva a folyamatot. A távérzékelésen alapuló adatgyűjtés és az amatőr természetbúvárok pedig segíthetnek a kihalási kockázatok értékelésének naprakészen tartásában.

„Hozzávetőleges képet kell kapnunk a természetvédelmi státuszról, mindenre kiterjedően – a mesterséges intelligencia segítségével most már van módunk arra, hogy ezt akár 90%-os pontossággal megtegyük” – mondja dr. Nic Lughadha. „A technológia lehetővé teszi, hogy azt mondhassuk: »Ezen a területen sok olyan faj van, amelyet még nem vizsgáltunk, de szinte mind biztosan veszélyeztetett.« Ennek ismeretében pedig azonosítani tudjuk a legfontosabb területeket, amelyeket a közeljövőben meg kell őrizni.”

Ez a fejezet a Plants, People, Planet című folyóiratban megjelent alábbi tudományos cikken alapul, ahol további információkat és hivatkozásokat talál: Nic Lughadha és mtsai (2020). Extinction risk and threats to plants and fungi. Plants, People, Planet 2(5). DOI: https://doi.org/10.1002/ppp3.10146

Fedezze fel a 3–7. fejezetet, hogy megtudja, hogyan tárjuk fel a növények és gombák hasznos tulajdonságait!

A természet fenntartható felhasználásának új módjai a gyógyászatban

Ebben a fejezetben megtudhatjuk, hogy a természet a gyógymódok jórészt kiaknázatlan tárházát rejti; a gyógyászati célú felhasználás jelenlegi módja a biológiai sokféleség csökkenését eredményezi; egy vegyület, amelyet almában találtak, új gyógyszercsoportot inspirált; a gombák miért kulcsfontosságúak a gyógyszerellátás biztosításában; és hogy az ipari hulladékot gyógyszeripari szteroidok előállítására használják.

723 gyógyászati célokra használt növényfajt fenyeget a kihalás veszélye.

A NÖVÉNYEKET ÉS GOMBÁKAT RÉGÓTA HASZNÁLJUK GYÓGYSZERKÉNT, JÓLLEHET EZ IS HOZZÁJÁRULT A BIOLÓGIAI SOKFÉLESÉG CSÖKKENÉSÉHEZ. A TUDOMÁNY ÉS A TECHNOLÓGIA ÚJ VÍVMÁNYAI SEGÍTENEK ABBAN, HOGY A TERMÉSZETBŐL FENNTARTHATÓBB MÓDON NYERJÜNK GYÓGYSZEREKET.

A növények és gombák adták vagy legalábbis inspirálták legfontosabb gyógyszereink egy részét. Többek között a természetnek köszönhetjük a rákellenes vinkrisztint és etopozidot, a fájdalomcsillapító morfiumot és aszpirint, a szívbetegségekre ható digoxint és warfarint, valamint az antibiotikumok egész sorát. Az új gyógyszerek kutatása azonban még korántsem ért véget, mivel a nem fertőző betegségek – köztük a rák és a szívbetegségek – továbbra is a halálesetek közel 70%-áért felelősek világszerte, és a fertőző betegségek – például a malária és a tuberkulózis – szintén emberek milliárdjait érintik. Az új fertőző organizmusok megjelenésének veszélye is folyamatosan jelen van, amint azt a COVID19 világjárvány is megmutatta.

 Mivel évente mintegy 4000 új növény- és gombafajt fedeznek fel a tudomány számára, a természetes ökoszisztémák minden bizonnyal számos, még ismeretlen hatóanyagot rejtenek. A természetes hatóanyagok egészségügyi felhasználásának jelenlegi módja azonban hozzájárul a biológiai sokféleség csökkenéséhez, ezért olyan új módszereket kell találnunk, amelyek segítik a növények és gombák védelmét. Az új technológiák, mint például a „gombagyárak”, jelenthetik a megoldást a gyógyászati hatóanyagok előállítására.

A TERMÉSZET FEGYVERTÁRÁNAK KIAKNÁZÁSA

A növényeket és gombákat gyógyszerként használjuk, felhasználjuk az általuk létrehozott összetett vegyületeket, amelyeket saját túlélésük érdekében állítanak elő. Ezek közé tartoznak a kártevők, fertőző betegségek és más támadók elleni védekezésre, valamint a környezeti kihívások, mint a nap nagy energiájú ultraibolya sugárzásának kivédésére szolgáló vegyületek. Például a tiszafafélék családjába (Taxaceae) tartozó csendes-óceáni tiszafa (Taxus brevifolia) és Cephalotaxus fajok a paclitaxel és a homoharringtonin nevű mérgező anyagokat termelik. Ezekre a hatóanyagokra alapozva kemoterápiás eljárásokat fejlesztettek ki, mivel azok elpusztítják a rákos sejteket.

A modern orvoslásban széleskörű a természetből származó vegyületek használata. 1981 és 2019 között a rák kezelésére engedélyezett 185 kismolekulás gyógyszer 65%-a természetes anyagokból származott, vagy azok inspirálták. Az almában (Malus fajok) és más növényekben található vegyület ihlette néhány éve egy új gyógyszercsoport a „flozinok” kifejlesztését, amelyet a cukorbetegek glükózszintjének szabályozására alkalmaznak. A krónikus obstruktív tüdőbetegség kezelésére új gyógyszereket fejlesztettek ki, amelyek az atropin nevű alkaloid vegyületen alapulnak, amely a burgonyafélék (Solanaceae) családjának egyes tagjaiban, például a Brugmansia fajokban fordul elő. A növények pedig vakcina-adjuvánsok potenciális forrásaként tűnnek fel; például a panamakéreg (Quillaja saponaria) által termelt vegyi anyagot egy övsömör elleni vakcina tartalmazza, és jelenleg malária és tuberkulózis elleni vakcinákban való felhasználásra fejlesztik.

 „A tudományos fejlődés lehetővé teszi számunkra, hogy feltárjuk a növényvilágban és a gombákban rejlő kiaknázatlan gyógyszeripari potenciált, és hogy kihasználjuk a bennük rejlő lehetőségeket egészségünk és a jóllétünk további fejlesztésében” – mondja dr. Melanie-Jayne Howes, Kew természeti tőke és növényegészségügy részlegének kutatási vezetője. „Ezek a tudományos fejlesztések nemcsak közvetlenül az emberiség javát szolgálják, hanem a növények és gombák értékét is bizonyítják, ami további ösztönzést ad a biológiai sokféleség megőrzéséhez.”

 A Penicillium rubensből származó penicillin 1928-as véletlen felfedezése óta a gombákból számos értékes gyógyszer származik. Ezek közé tartozik az Egyesült Királyságban leggyakrabban felírt gyógyszerek közül néhány, például a koleszterinszintcsökkentő sztatinok. Ezeket különböző fonalas gombákból, köztük Aspergillus terreus törzsekből és Penicillium citrinumból nyerik. A Tolypocladium inflatum gombát pedig az immunszuppresszáns ciklosporin előállítására használják, amely forradalmasította a sikeres szervátültetést.

 Gyógyszereket kiegészítik a gyógynövénykészítmények, funkcionális élelmiszerek (amelyek a tápértékükön túl további előnyös tulajdonságokkal rendelkeznek) és az étrendkiegészítők, mint például a nutraceutikumok (élelmiszerek, amelyek pozitív egészségügyi hatással rendelkeznek). Robbanásszerű a növekedés ezen a területen, amit a krónikus betegségek gyakoriságának növekedése és a hagyományos kezelések hiányosságai kapcsán fellépő, alternatív terápiák iránti igény fokoz.

 Jó példa erre az Alzheimer-kór, amely a demencia leggyakoribb formája. 2002 óta minden erre a betegségre kifejlesztett gyógyszer megbukott a klinikai vizsgálatokban, és azok, amelyek ígéretesnek bizonyultak, gyakran nem alkalmasak széleskörű klinikai használatra. Következésképpen nagy érdeklődés övezi a táplálékkiegészítők és azon tápláléknövények vizsgálatát, amelyek javíthatják a kognitív funkciókat. Kew-ban, partnerek bevonásával, kutatás folyik olyan növények után, amelyek segíthetnek az öregedéssel vagy demenciával járó kognitív hanyatlás lassításában.

 A nem-konvencionális medicinák, elsősorban a gyógynövények alkalmazása hagyományosan központi szerepet játszott az alacsony jövedelmű országok egészségügyi rendszereiben, ahol a modern egészségügyi ellátás sokak számára túl drága. A vidéki területeken élő milliók számára a hagyományos gyógyítók jelentik a fő egészségügyi szolgáltatást és gyógyszerforrást; világszerte mintegy négymilliárd ember támaszkodik a gyógynövényekre, mint elsődleges gyógyszerforrásra. Kínában a gyógynövényalapú medicina az egészségügyi szolgáltatások mintegy 40%-át teszik ki.

 A természetes eredetű gyógyszerek iránti globális kereslet más tényezőkkel együtt egyes fajokat ténylegesen veszélyeztetnek. A 25 791 dokumentáltan gyógyászati célú növényfajból 5411-et a tartanak nyilván a Természetvédelmi Világszövetség (International Union for Conservation of Nature, IUCN) Vörös Listáján. Ezek közül 723 (13%) a veszélyeztetettséget jelentő kategóriákba tartozik. Mindössze hat gyógygombafaj szerepel a Vörös Listán, amelyek közül egy, a Fomitopsis officinalis, egy fán élő parazita gombafaj már a kihalás szélén áll.

 Dél-Afrika a gyógynövények használatában élen jár, mintegy 27 millió ember támaszkodik a tradicionális gyógyászatra. A vadon termő gyógynövények túlzott betakarítása és nem fenntartható használata aggodalomra ad okot; a szakértők szerint a forgalmazott fajok számának 700-ról 350-re csökkenése 1998 és 2013 között a diverzitás csökkenésének tudható be. A hagyma, kéreg és gyökér kereskedelmi célú gyűjtése különösen pusztító hatású, az esetek 86%-ában a növény pusztulásához vezet.

A BIOLÓGIAI SOKFÉLESÉG BÖLCSEBB FELHASZNÁLÁSA

A tudományos eredmények és technológiai fejlesztések lehetővé teszik, hogy a növényeket és gombákat a korábbinál jobban használjuk fel a gyógyászatban. A Kew által vezetett Növények és Gombák Élet Fája (Plant and Fungal Trees of Life) projekt a DNS-ben tárolt információk alapján segít kibogozni az evolúciós rokonsági kapcsolatokat. Ez lehetővé teheti a tudósok számára, hogy pontosabban megjósolhassák azokat a fajokat, amelyek nagy valószínűséggel termelnek hasonló gyógyhatású vegyületeket.

 A genetikai fák által feltárt kapcsolatok vizsgálatával a tudósok azonosítani tudják a „forró zónákat”, ahol a különleges gyógyászati célú fajok csoportosulnak. Például annak ismerete, hogy a Cinchona (Rubiaceae/kávéfélék családja) nemzetség fafajainak kérge maláriaellenes kinint tartalmaz, segített azonosítani a nemzetséget, mint más potenciális maláriaellenes vegyületek lelőhelyét.

 A Rauvolfioideae alcsalád, amely a kutyabengefélék (Apocynaceae) családjába tartozik, egy másik maláriaellenes forró zóna. Ennek az alcsaládnak azonban nem minden tagjánál ismeretes a maláriaellenes hatás. Ide tartozik például a Skytanthus nemzetség, amely DélAmerika olyan területeiről származik, ahol a malária nem fordul elő. Az ilyen növények tartalmazhatnak maláriaellenes vegyületeket, de a helyi lakosság nagy valószínűséggel nem tudott róla, mivel a betegség, amely ellen hasznosnak bizonyulna, nincs jelen. A filogenetikai megközelítés tehát információval szolgálhat olyan fajokról, amelyekből gyógyhatású vegyületek nyerhetők.

 Az 1990-es évek óta a gyógyszeripar fokozatosan eltávolodott a növények vagy gombák hatóanyagainak kutatásától. Ehhez hozzájárultak a biológiai sokféleség védelmét szolgáló jogszabályok, amelyek megnehezítették a megfelelő mennyiségű aktív hatóanyag begyűjtését a természetből, valamint a fókusz áttevődése a szintetikus gyógyszerekre. A helyzet azonban most változik. A természetes hatóanyagok frakcióit tartalmazó könyvtárak hozzáférhetővé válnak a tudósok számára, ezzel a vadonból való gyűjtés kényszere csökken. Az analitikai kémia és az informatika fejlődése pedig megkönnyíti a tudósok számára a potenciálisan hasznos vegyületek összetett szerkezetének megismerését a növények és gombák parányi mintáiból.

„A Kew-ban a növények és gombák kémiai sokféleségét vizsgáljuk, hogy megértsük felhasználásuk tudományos alapjait, beleértve a gyógyszerforrásként vagy az étrendünk részeként egészségünk fenntartásában betöltött szerepüket” – magyarázza dr. Howes. „Ehhez analitikai kémiai módszereket használunk a vegyületek kimutatására és jellemzésére, ami gyakran azt jelenti, hogy első lépésként kivonatot készítünk a növény- vagy gombamintából. A fejlett technológiáknak köszönhetően ma már akár konzervált herbáriumi és fungáriumi mintákból is képesek vagyunk a vegyületek kimutatására és jellemzésére anélkül, hogy károsítanánk azokat, így kihasználjuk, hogy a precízen azonosított fajok rendkívül széles köréhez hozzáférünk.”

 A növények és gombák által a vegyületek előállításához használt bioszintézisutakról szerzett egyre bővülő ismereteink növelik esélyeinket arra, hogy fenntartható ellátási láncokat hozzunk létre a gyógyszerek széles körének termeléséhez. Ha már ismerjük azokat a specifikus géneket és enzimeket, amelyeket egy faj egy adott hatóanyag szintéziséhez használ, akkor potenciálisan átvihetjük ezt a bioszintézisutat egy másik szervezetbe, például egy élesztőbe. Ezután az élesztő képes lesz előállítani az adott vegyületet, ami ismét csökkenti annak szükségességét, hogy a kutatóknak vadon élő mintákat kelljen gyűjteniük.

„A természetes hatóanyagok nagyon összetettek és nehezen szintetizálhatók” – mondta dr.

Jérôme Collemare, a hollandiai Utrechtben működő Westerdijk Fungal Biodiversity Institute csoportvezetője, aki e fejezet alapjául szolgáló tudományos cikk lektorálását végezte. „A gombák használata egyértelműen előnyös, mivel fermentációs alapú ipari folyamatokban is felhasználhatók. A genomika, a szintetikus biológia és a biotechnológia fejlődésének köszönhetően ma már lehetséges fonalas gombákat sejtgyárként alkalmazni bioaktív vegyületek nagyüzemi előállítására, nemcsak gombaeredetű, hanem más szervezetekből, például növényekből származó bioaktív vegyületek előállítására is.”

 Himalájai és az amerikai (mayapple) növényfajok (Podophyllum hexandrum és P. peltatum) podofillotoxint tartalmaznak, amely rákellenes gyógyszerek előállításához használt vegyület. A nagyobb podofillotoxin-tartalmú P. hexandrum a legkedveltebb forrás; kereskedelme azonban korlátozott, mivel a vadon élő populációk veszélyeztetettek.

A tudósok nemrégiben azonosították a podofillotoxin bioszintéziséért felelős géneket, és ezt az anyagcsere-utat egy másik növényben, a Nicotiana benthamiana-ban rekonstruálták.

Ez az áttörés lehetővé teheti a vegyület fenntarthatóbb előállítását a közeljövőben.

 A növények és gombák szerepe a gyógyászatban egyre inkább túlmutat azon, hogy egyszerűen új vegyületeket szolgáltatnak a betegségek kezelésére. A természetes hatóanyagok kémiájával kapcsolatos növekvő ismereteink lehetővé teszik, hogy olyan növény- és gombamolekulákat fedezzünk fel, amelyek gyógyszer előállításra alkalmas szerkezeti építőelemeket szolgáltatnak. Az influenza megelőzésére és tüneteinek kezelésére használt oseltamivir nevű gyógyszer szerkezetének egy része nagyon hasonlít egyes növényekben előforduló, shikimisav nevű vegyi anyaghoz. Az oseltamivir előállításához ezt a vegyi anyagot a csillagánizsból (Illicium verum) vonják ki, és ezt használják kiindulási anyagként a gyógyszer szintéziséhez.

ÚJ MEGKÖZELÍTÉSEKRE VAN SZÜKSÉG

Az ENSZ 3. fenntartható fejlődési célja „az egészséges élet biztosítása és a jóllét előmozdítása minden életkorban”, míg az Egészségügyi Világszervezet célja „a teljes körű egészségügyi lefedettség elérése, az egészségügyi vészhelyzetek kezelése és a népesség egészségi állapotának javítása”. Néhány siker ellenére még messze vagyunk attól, hogy elérjük ezeket a célokat. A rák, a demencia, a malária és más súlyos betegségek továbbra is gyakoraik, és a COVID19 világjárvány egyértelműen rávilágított az új betegségekkel szembeni sebezhetőségünkre. „Kész megoldásokra van szükségünk, mielőtt szembenézhetnénk a globális egészségügyi kihívásokkal” – mondja dr. Collemare. „A gyógyszerkutatás és -fejlesztés olyan hosszú folyamat, hogy már most be kell fektetnünk a természetes hatóanyagok felkutatásába, ha azt akarjuk, hogy időben rendelkezzünk ezekkel a megoldásokkal.”

 Előttünk a lehetőség, hogy a természet segítségével új terápiás szereket fejlesszünk ki. A tudomány és a technológia fejlődése hatékony módszerekkel szolgál a hasznos kémiai vegyületek azonosítására, fenntartható módon történő beszerzésére és elérhető szintézisére. Még a hulladék is szerepet játszhat a gyógyászatban, és hatékonyabbá teheti természeti erőforrásaink felhasználását; a textiliparban a szizál (Agave sisalana) levelekből a szálak kinyerését követően keletkező hulladékot ma már gyógyszeripari szteroidok előállítására használják. Az újszerű módszerek és technikák segíthetnek abban, hogy a jövő gyógyszereihez a természetből merítsünk ihletet, miközben megőrizzük bolygónk biológiai sokféleségét.

Ez a fejezet a Plants, People, Planet című folyóiratban megjelent alábbi tudományos cikken alapul, ahol további információkat és hivatkozásokat talál: Howes és mtsai (2020). Molecules from nature: Reconciling biodiversity conservation and global healthcare imperatives for sustainable use of medicinal plants and fungi. Plants, People, Planet 2(5).

DOI: https://doi.org/10.1002/ppp3.10138

Olvassa el a 7. fejezetet, hogy megtudja, hogyan javítják a fák, méhek és gombák ökoszisztéma-szolgáltatásai városaink egészségét.

A globális gyűjtemények felmérése

Ebben a fejezetben megtudhatjuk, hogy a gyűjteményekben világszerte tárolt információk hogyan támogatják a tudományos kutatást; hogy csak a herbáriumok közel 400 millió példányt őriznek; hogy a digitalizálás és az adatok összegyűjtése hogyan teszi lehetővé a gyűjteményekhez való mind szélesebb körű hozzáférést; és hogy a minták összekapcsolása a DNS-mintákkal, képekkel, kémiai profilokkal és más adatokkal hogyan segíti az új felfedezéseket.

74 ország 350 botanikus kertjében található magbankok 57 051 faj magjait tárolják.

A VILÁGSZERTE MEGTALÁLHATÓ TARTÓSÍTOTT ÉS ÉLŐ NÖVÉNY- ÉS GOMBAGYŰJTEMÉNYEK ÁTTEKINTÉSE AZT MUTATJA, HOGY EZEK OLYAN

LÉTFONTOSSÁGÚ KUTATÁSI ERŐFORRÁST JELENTENEK, AMELYNEK MÉG NAGYOBB HASZNÁT VEHETNÉNK.

Mit mondhatnak el nekünk egy 100 éves herbáriumi példány a Torminalis glaberrima gallyai és levelei? Először is, vitathatatlan bizonyítékot szolgáltat arra, hogy 1920-ban a – közismert nevén – barkócaberkenye azon a helyen nőtt, ahonnan a mintát gyűjtötték. Mivel a T. glaberrima az öreg erdők indikátorfaja, arra is utal, hogy a terület egykor erdős volt.

Ha pedig ma meglátogatjuk ezt a helyet, és szántóföldet találunk, az az eltelt évek emberi tevékenységéről szolgál információval.

 A világszerte megtalálható mintagyűjtemények – beleértve a herbáriumokban és fungáriumokban található szárított növényeket és gombákat, a botanikus kertekben és a mikológiai intézetekben termesztett élő növényeket és gombakultúrákat, valamint a magbankokban tárolt magokat – régóta értékes információforrások a tudomány számára. Ennek az összetett erőforrásnak a valódi kiterjedését azonban még senki sem vizsgálta meg teljes mértékben. A Kew tudósai egy nemzetközi munkatársakból álló csapattal együttműködve felmérést végezték annak érdekében, hogy feltérképezzék a gyűjtemények taxonómiai és földrajzi hiányosságait, meghatározzák a digitalizálás mértékét, valamint azonosítsák a kutatás támogatásához szükséges új gyűjteménytípusokat.

 „A világ gyűjteményei egyedülálló megoldást jelentenek a biológiai sokféleség dokumentálására, mert bizonyítékot szolgáltatnak arra, hogy mi, hol és mikor történt” – magyarázza dr. Alan Paton, a Kew gyűjteményeinek vezetője. „A gyűjtemény építőeleme a minta, amely önmagában is vizsgálható, különböző elemzéseknek alávethető. Minél jobb állapotban vannak ezek a bizonyítékok, annál teljesebb képet tudunk alkotni arról, hogy milyen biológiai sokféleséggel rendelkezünk jelenleg, illetve milyen volt a múltban, és mindez segít a tervezésben.”

GLOBÁLIS KÉP FELTÁRÁSA

Az Index Herbariorum szerint a világon 3324 aktív herbárium van, amelyek 392 353 689 mintát tartalmaznak (2019 decemberében). Észak-Amerikában (Kanada, Grönland, Mexikó és az USA) van a legtöbb, 844. Európában azonban, ahol valamivel kevesebb herbárium működik (828), a minták 45%-a található. Ez tükrözi a herbáriumi hagyomány európai eredetét –, ami a 16. században Olaszországban kezdődött –, valamint azt a tényt, hogy Európa számos, a gyarmatosító felfedezők által tengerentúlról gyűjtött példányt őriz. Jelenleg is folyik a munka, hogy digitalizálási programok révén számos ilyen példányra vonatkozó információt elérhetővé tegyenek a származási ország részére (lásd még a 9. fejezetet). A mérsékelt égövi Ázsia (beleértve Oroszországot és Kínát) a harmadik helyen áll a herbáriumok számát, de első helyen a személyzet létszámát illetően, ami a gondozás és a kutatás magas szintjét jelzi.

„A herbáriumok, mint minden természettudományi gyűjtemény, nemcsak dokumentálják a földi életet és megőrzik annak darabjait, de elősegítik a nemzetközi együttműködést a kutatás, a természetvédelem és az oktatás területén” – mondta dr. Barbara Thiers, a New York Botanical Garden William és Lynda Steere herbáriumának Patricia K. Holmgren igazgatója, a Kew által vezetett felülvizsgálati csoport tagja. „A minták, a digitalizált mintaadatok és a képek megosztására irányuló közösségi munka megsokszorozza ezeknek az információknak az értékét a jelenlegi környezeti kihívások kezelésében.”

 Egyes botanikailag sokszínű területeken kevés herbárium található. Új-Guinea szigetén például 13 634 edényes növényfaj található, de csak öt herbárium. Összehasonlításképpen, az Egyesült Királyságban csak 2233 őshonos faj található, de 223 herbárium. És bár 178 ország rendelkezik legalább egy herbáriummal, sok gyűjtemény nem rendelkezik hozzáférhető adatokkal arról, hogy hány mintával rendelkeznek, hányat digitalizáltak, és hogy ezek hogyan oszlanak meg a taxonómiai csoportok között (pl. virágos növények, algák, mohák, páfrányok és más csoportok, valamint gombák). Ez megnehezíti a gyűjteményi adatok hiányosságainak felmérését és a még digitalizálásra váró példányok számának meghatározását. Mindent meg kell tennünk azért, hogy több taxonómust képezzünk, hogy a hatalmas gyűjtemények értelmet nyerjenek, és többet tudjunk meg a biológiai sokféleségről.

 Ami az élő gyűjteményeket illeti, a Botanic Gardens Conservation International által üzemeltetett PlantSearch adatbázis elemzése azt mutatja, hogy 107 340 ismert faj nő a botanikus kertek gyűjteményeiben, ami az edényes növényfajok 31%-át teszi ki. E fajok 93%-a azonban a világ mérsékelt égövi részein található. Ennek eredményeképpen egy mérsékelt égövi fajnak 60% esélye van arra, hogy a botanikus kertek hálózatában termesztik, míg egy trópusi fajnak csak 25% esélye van ugyanerre.

 Számos növényfaj, köztük a briofiták (mohák, májmohák és szarvasmohák) és az edényes növények egyes trópusi eredetű nemzetségei alulreprezentáltak az élő gyűjteményekben.

A VETŐMAGBANKOK HELYZETE

Az ENSZ biológiai sokféleségről szóló egyezményének részeként, a Global Strategy for Plant Conservation (GSPC) – amely a növényekre vonatkozó természetvédelmi program – azt szorgalmazza, hogy 2020-ra a veszélyeztetett növényfajok legalább 75%-át tartsák ex situ gyűjteményekben, lehetőleg a származási országban. Az ilyen gyűjtemények közé tartoznak a botanikus kertekben található élő növények és a magbankokban tárolt magvak. Az elmúlt években a GSPC célkitűzése a vadon élő fajok magjainak megőrzésére szolgáló létesítmények számának növekedését eredményezte. Ma már 74 országban legalább 350 botanikus kertben működik magbank. Ezek együttesen 57 051 faj (a virágos növények 17%-a) magjait tárolták. Ezek között több mint 9000 olyan taxon van, amelyeket világszerte a kihalás veszélye fenyeget, és 6881 fafaj.

 A nyugat-sussexi Wakehurstben található Kew Millennium Seed Bank (MSB) a vadon élő növényfajok magjainak legváltozatosabb tárháza világszerte. Sikere a több mint 95 országban működő globális partnerhálózat által végzett maggyűjtés eredménye, a hálózat Millennium Seed Bank Partnership néven ismert. Az MSB támogatja a partnerországokat a helyi magbankok létrehozásában, hogy a gyűjtemények mindkét helyen, a származási országban és az Egyesült Királyságban is rendelkezésre álljanak. Az MSB-ben tárolt fajok mintegy 10%-a vadon kihalt, ritka vagy veszélyeztetett, és a taxonok mintegy 20%-a országos vagy területi szinten endemikus. A trópusi Ázsiából, Dél-Amerikából és a csendes-óceáni térségből származó növények magjai azonban jelenleg alulreprezentáltak.

 „A hálózat még nem jutott közel a célhoz, ami veszélyeztetett fajok 75%-ának megőrzését tűzte ki” – mondja dr. Paton. „A trópusi fákkal kapcsolatosan vannak még megoldatlan problémák, néhány fokozottan veszélyeztetett faj magjai esetében a szokásos szárítási és tárolási eljárások nem alkalmazhatók. A krioprezerválás (fagyasztva tartósítás) lehetővé teszi, hogy megőrizzünk magvakat és más szöveteket, például a virágport és a hajtásvégeket; azonban az egyik faj esetében alkalmazott technika nem biztos, hogy átvihető egy másik fajra. Ezért el kell gondolkodnunk azon is, hogyan érhetjük el a célt. Lehet, hogy el kell gondolkodnunk azon, hogy ex situ megoldásként „magültetvényeket” hozzunk létre a nehezen megőrizhető fajok magkészletének fenntartására.”

MELLŐZÖTT ÉLŐLÉNYEK

A gombagyűjtemények lefedettsége messze elmarad a növényekétől. A tudósok által 2,2– 3,8 millióra becsült gombafajból mindössze 148 000 fajt írtak le és neveztek el. Fontos, hogy alig több mint 17% (25 611 faj) található meg tenyészetben és férhető hozzá nyilvánosan. A World Data Centre for Microorganisms adatbázisában regisztrált központok 3,2 millió mikroba törzset tesznek hozzáférhetővé a kutatás számára, köztük 849 724 gombatörzset. Ezeket 77 ország 793 tenyészetgyűjteményében tartják fenn. Ezek azonban elsősorban Európában (250 gyűjtemény) és Észak-Amerikában (197) találhatók. Afrikában, a mega-diverzitású kontinensen mindössze 18 gyűjtemény található.

 A gombák tartósításával kapcsolatos egyik probléma az, hogy a természetben előforduló kolóniákból az egyes fajok izolálására használt módszerek általában a gyorsan növő, közönséges gombákat részesítik előnyben. Ahhoz, hogy a kutatók ritka és új fajokat tanulmányozhassanak, több fajnak kell a gyűjteményekben rendelkezésre állni. „Egy olyan kutatási terület van kialakulóban, amely inkább a mikrobiális közösségek, mint az egyes fajok megőrzésével foglalkozik” – mondja dr. Paton. „Ez különösen hasznos, ha egy fa gyökere körül található mikrobiomot (mikrobák és gombák) vizsgáljuk. Mert ha csak a gyakori taxonokat izolálnánk, akkor a rendelkezésre álló diverzitásnak csak egy részét őrizzük meg, nem pedig az egészet.”

 Az elmúlt évek molekuláris forradalma megnövelte a szövet- és DNS-minták iránti keresletet mind a növények, mind a gombák esetén. Ennek eredményeképpen a biodiverzitás gyűjtemények és intézetek egyre nagyobb számban hoznak létre biobankokat szövetek (általában növények levelei és gombatermőtestek) és kivont DNS megőrzésére. A Global Genome Biodiversity Network koordinálja ezt a tevékenységet (a nem humán organizmusokra) intézményi hálózatán keresztül. Ezzel hozzájárul a DNS minták gyűjtéséhez és a globális erőfeszítésekhez, hogy teljesebb képet kapjunk a földi „élet fájáról” genetikai értelemben.

HOZZÁFÉRÉS MINDENKINEK

Az adatok összegyűjtése lehetővé teszi, hogy a gyűjtemények digitális adatai szélesebb körben hozzáférhetővé váljanak. A Globális Biodiverzitás Információs Megállapodás (Global Biodiversity Information Facility, GBIF) olyan adattár és egyben szolgáltatás, amely bárki számára bárhonnan nyílt hozzáférést biztosít a földi élet minden megnyilvánulására vonatkozó adathoz, ezáltal ösztönözve a gyűjtemények adatainak kutatási célú felhasználását. Közel 2500 lektorált tudományos dolgozat kapcsolódik a GBIF hálózatának adatszolgáltatóihoz, köztük herbáriumokhoz és botanikus kertekhez. Az adattár növeli a gyűjtemények értékét és kiemeli azok fontosságát. A regionális adattárak, köztük az Atlas of Living Australia és a brazil Reflora Virtual Herbarium, előmozdítják a gyűjtemények adatainak felhasználását az egyes földrajzi régiókban, miközben megkönnyítik a minták hazatelepítését, digitális formában.

 „Az adatok összegyűjtése óriási hatással volt a gyűjtemények felhasználására” – mondja dr. Paton. „Képzeljük el, ha a GBIF nem létezne, és fel akarnánk térképezni, hogy hol nő egy faj, akkor valószínűleg tíz különböző herbáriumot kellene felkeresnünk, és ez sokáig tartana, még akkor is, ha rendelkezésre állnának digitális nyilvántartások. Amikor 1990ben a Kew-ban munkába álltam, kézzel kellett a könyvtári katalógus nyomtatott példányát, az Index Kewensis-t tanulmányoznom, hogy fajokról adatokat találjak. Az online hozzáférés a szakirodalomhoz és a példányokhoz, különösen az összesített adatokhoz, azt jelenti, hogy sokkal gyorsabban tudok dolgozni. Jobb képet kaphatok arról, hogy mi hol található, valamint a fajok változatosságáról és elterjedéséről.”

 Az adatok összegyűjtése terén elért haladás ellenére a minták és gyűjtemények adatainak többsége továbbra is digitalizálatlan. Bár a GBIF 85 576 113 megőrzött növény- és gombapéldány adatait gyűjti össze, ez a világ herbáriumaiban található példányok becsült számának csupán 21%-át teszi ki. A digitalizált példányok legnagyobb hányada ÉszakAmerikából származik; a skála másik végén Afrika, a trópusi Ázsia és a csendes-óceáni térség nagyon gyengén képviselteti magát. És míg az edényes növényfajok 95%-a és a briofiták 82%-a reprezentálva van, addig az ismert gombafajoknak mindössze 55%-áról állnak rendelkezésre adatok.

 A gyűjtemények felmérése – amelyet projekt csapatunk elvégzett – rávilágít arra, hogy a molekuláris tudomány, a magbankok és a digitalizálás fejlődése segített kiterjeszteni a hozzáférést a pontosan azonosított növény- és gombamintákra vonatkozó adatok széles köréhez. A feltárt hiányosságok és torzítások azonban azt mutatják, hogy még sok a tennivaló. Ezek leküzdése olyan intézkedéseket igényel, mint például: a nemzeti gyűjtemények kialakításának és bővítésének támogatása a nagy biológiai sokféleséggel rendelkező területeken a kormányok és segélyszervezetek segítségével; az adatok digitalizálásának és mobilizálásának felgyorsítása az adattárak segítségével; a nómenklatúra egységesítése; taxonok gyűjtése kulcsfontosságú területekről a nemzeti prioritásoknak megfelelően; környezeti biobankgyűjtemények fejlesztése, a gombák jobb reprezentálása érdekében; a biodiverzitással kapcsolatos tudományos képzés biztosítása; és az olyan fajok ex situ tárolásának kutatása, amelyek magjai nem tűrik a szokásos magbanki folyamat részét képező kiszárítást.

 Az ilyen lépések segítségével a tudósok új adatokat nyerhetnek a gyűjteményekből, hogy olyan kérdésekkel foglalkozhassanak, mint a biológiai sokféleség csökkenése és az éghajlatváltozás. Ma már olyan információkhoz juthatunk a történelmi példányokból, amelyekről eredeti gyűjtőik – köztük Charles Darwin és David Livingstone európai természettudósok – álmodni sem mertek volna. A tudósok például szekvenálták egy 1782ben gyűjtött jamgyökér DNS-ét, más példányokat pedig arra használtak fel, hogy a levelek sztómáinak denzitását vizsgálva kiszámítsák, hogyan változott a légkör szén-dioxid-szintje. A jövőben a még ismeretlen technológiák és módszerek új lehetőségeket tesznek majd lehetővé, beleértve a „kiterjesztett” minták kezelését, ami azt jelenti, hogy a gyűjteményekben található tárgyakhoz adatok széles skálája kapcsolódik.

 „A gyűjtemények kurátorai a minták azonosítói segítségével fogják nyomon követni az anyagok felhasználását” – mondja dr. Paton. „A kiterjesztett minta ötlete azt jelenti, hogy egy képet, egy DNS-szekvenciát és egy kémiai profilt is össze lehet majd kapcsolni egyetlen mintával. A minta felhasználása nem korlátozódik annak fizikai vizsgálatára; felhasználhatják olyan kutatók is, akiket kémiája, kulturális értéke, a DNS vagy a más fajokkal való kapcsolata érdekel. Ez tehát kiterjeszti az adott minta felhasználását kontextustól függően. Végső soron a gyűjtemények értéke a felhasználásukból származik; nem meglétük, hanem felhasználásuk adja értéküket.”

Ez a fejezet a Plants, People, Planet című folyóiratban megjelent alábbi tudományos cikken alapul, ahol további információkat és hivatkozásokat talál: Paton és mtsai (2020). Plant and fungal collections: Current status, future perspectives. Plants, People, Planet 2(5). DOI: https://doi.org/10.1002/ppp3.10141

Olvassa el a 9. fejezetet, hogy megtudja, miért kulcsfontosságú az együttműködés a sikeres tudományos kutatáshoz!