A biológia egyik legrégebb óta kutatott, minden részletében azonban máig sem tisztázott kérdése, hogy az állatok testmérete hogyan függ össze ökológiai környezetükkel és belső tulajdonságaikkal. Kevéssé ismerjük, hogy a testméret hogyan hat az állatfajok szaporodására, anyagcseréjére, túlélésére vagy öregedésére. Ez az ismerethiány furcsának tűnhet, hiszen a testméret az egyik legkönnyebben mérhető állati tulajdonság.

Az eddigi vizsgálatok, amelyek a testméret és a biológiai jellegzetességek összefüggését firtatták, szinte kizárólag leíró jellegűek voltak,

kísérletes megközelítéssel senki sem rukkolt még elő.

Egészen mostanáig, hiszen az idei Lendület-pályázat egyik nyertese, Tökölyi Jácint, a Debreceni Egyetem Evolúciós Állattani és Humánbiológiai Tanszékének adjunktusa és új kutatócsoportja pontosan erre vállalkozik.

Tököly Jácint Fotó: mta.hu / Szigeti Tamás

„Az eddigi leíró vizsgálatok általános konklúziója szerint a testméret és
a biológiai tulajdonságok legtöbbször igen komplex módon függnek össze – mondja Tökölyi Jácint. – Ez nemcsak fajok között, de gyakran fajon belül is eltérő mintázatot hozhat létre. Magyarul a legtöbb testméretet illető kérdésre nem lehet egyszerű válaszokat adni. Ezt írja le az allometria jelensége, amikor is a testmérettel nem arányosan változik az állat valamely biológiai tulajdonsága, például a szaporodási befektetése.”

Az ökológus példája szerint

két egykilós hal ikraszáma nem lesz azonos egy kétkilós hal ikraszámával.

Pedig e jellegzetességnek nagy gyakorlati jelentősége lehet például
a konzervációbiológiában. Az egyedszám alapján becsült populációméret például nem mindig tükrözi a valós helyzetet, ha nem veszik figyelembe az egyedek testméretbeli eltéréseit. Így megeshet, hogy jelentősen alulbecsülik azt a minimális állománynagyságot, amely a populáció fennmaradásához szükséges.

A testméret az állatok szinte minden tulajdonságát befolyásolja, így az élettartamot is. Általános jelenség, hogy a nagyobb testű fajok általában hosszabb ideig élnek, mint a kisebbek, a kisebb testű állatok gyorsabb anyagcseréje miatt. Ugyanakkor ugyanez a hatás fajon belül sokszor ellentétes előjelű. A nagyobb testű kutyák rendszerint rövidebb ideig élnek, mint
a kisebbek. Az egyik legelfogadottabb elmélet ennek magyarázatára az,
hogy a nagy testű kutyák gyors növekedése során károsodások halmozódnak fel a szöveteikben, és ez befolyásolja negatívan az élettartamukat. Csakhogy nem tudjuk, hogy valóban ez-e a legfőbb ok, vagy esetleg más hatások is meghúzódnak a háttérben. Mindez arra utal, hogy

a testméret és az élettartam összefüggése sem olyan egyszerű, mint amilyennek elsőre tűnhet.

„Ezek nagyon régen leírt jelenségek, és számos elmélet is született az őket irányító mechanizmusokra. De eddig nem sikerült teljes bizonyossággal megmagyarázni a háttérben zajló folyamatokat – folytatja Tökölyi Jácint. –
A bizonyítékok hiánya arra vezethető vissza, hogy a testméretet nem igazán lehet kísérletesen megváltoztatni. Pedig a folyamatok tényleges megértéséhez kísérletekre van szükségünk.”

Tökölyi Jácint és munkatársai kidolgoztak egy olyan állatmodellrendszert, amely alkalmas a testméret kísérletes megváltoztatására, és így már tényleges kísérleteket tudnak végezni az allometria kapcsán felmerülő kérdések vizsgálatára. Ez az állatmodell egy csalánozófaj, az édesvizekben élő nyeles hidra. Azt már a korábbi kísérletekből tudják, hogy a megváltoztatott méret hatással van például a szaporodási viselkedésükre és az élethosszukra is.

Eszerint a kisebb hidrák kevésbé szaporodnak, viszont tovább élnek, mint nagyobb testű társaik.

Nyeles hidra Fotó: Révész Hanna

Ez azért is jelentős felfedezés, mert itt nem arról van szó, hogy a nagyobbra nőtt állatok a gyorsabb növekedés miatt károsodásokat szenvedtek. Hiszen ugyanolyan gyorsan növekedtek, mint a kisebb csoportba tartozó hidrák, csak a kutatók mindkettejük hengerszerű testéből kivágtak egy kisebb-nagyobb darabot, majd ezeket megcserélték közöttük. Így az egyik hidra magasabb, a másik alacsonyabb lett. A hidrát az teszi tökéletessé a testméretkísérletekre, hogy elképesztően jól regenerálódik, és a más egyedtől származó, hozzáillesztett részeket is magáénak fogadja el (hasonlóan a gyümölcsfákba oltott hajtásokhoz).

„Úgy tűnik, a hidra képes érzékelni megváltozott testméretét, és ezáltal változtatni tud a szaporodási, illetve túlélési döntésein.

Azt jelenleg nem tudjuk pontosan, hogy milyen élettani mechanizmus van ennek
a hátterében. A pályázat egyik célja éppen
az, hogy ezt kiderítsük

– mondja Tökölyi Jácint. – Ez azért lenne jelentős felfedezés, mert az emlősöknél is megfigyelhető, hogy a hormonháztartás függ a testmérettől.
A fiatalok pubertása is eltérő a magasságuktól függően, hiszen a szaporodási életszakaszba való belépésnek nincsen értelme, míg az élőlény nem érte el a sikeres szaporodáshoz szükséges testméretet.”

A nyeles hidra regenerációját az teszi lehetővé, hogy rengeteg őssejt található benne. Ennek másik következménye, hogy az állat várható élettartama nagyon hosszú. Hogy pontosan mennyi, arról csak becsléseink vannak, mert a leghosszabb kutatás is csak tíz évig tartott. Ennek alapján

az ivartalanul szaporodó hidra várható élettartamát ezer–tízezer év közöttire becsülték.

A sok őssejtjük ugyanis gyakorlatilag mindenféle károsodást regenerálni tud.
A hidrára ezért az úgynevezett elhanyagolható öregedés jellemző, vagyis megtalálták az örök fiatalság titkát.

A Lendület-csoport kutatói azonban nem kizárólag ivartalanul szaporodó hidrákat vizsgálnak. A modellszervezetek életciklusa évszakos váltakozást mutat: nyáron ivartalanul szaporodnak, majd ősszel, a fagyok beállta előtt ivarosan. Ezután felgyorsul az öregedésük, elveszítik az őssejtjeiket, és velük
a regenerációs képességük is oda lesz. Minden energiájukat az ivarsejtek képzésébe fektetik, majd utána két-három hónapon belül elpusztulnak. E két szélsőségesen eltérő viselkedés (az elhanyagolható és a katasztrofálisan felgyorsult öregedés) egy fajon belül különleges lehetőséget kínál a kutatóknak
a jelenség vizsgálatára.

Az ivarosan és az ivartalanul szaporodó egyedek drasztikus élettartam-különbsége még azonos genetikai hátterű egyedek között is megfigyelhető.
A hidrák testméretük szerint választanak a szaporodási stratégiák közül:
a kisebbek inkább ivartalanul, a nagyobbak inkább ivarosan szaporodnak.
A kísérletekben ivartalanul szaporított egyedeket használnak, amelyek genetikailag egymás klónjai. A testméret módosításához azért a hidrák hengeres törzséből vágnak ki gyűrűket (és nem például a tetejükről vágnak le egy darabot), hogy mindegyik állat ugyanolyan kezelésben részesüljön, és ne sérüljenek a testük felső részén lévő tapogatókarok.

A Lendület-kutatócsoport munkatársai a megváltoztatott magasságú hidrák számos életmenet-jellemzőjét mérik, így az állatok ivarsejtszámát, az ivartalan utódok mennyiségét, a szaporodási kor elérésének időzítését vagy a túlélési rátájukat. Sejtszintű vizsgálatokat is folytatnak, mérik a meglévő őssejtek, illetve szaporítósejtek számát, illetve a génexpresszió vizsgálata révén felderítik, hogy a kicsinyített és nagyított egyedek szervezetében mely gének fejeződnek ki eltérőképpen.

„A klasszikus ökológia testmérettel kapcsolatos hipotéziseit tervezzük kísérletesen tesztelni. Azokat az elméleteket tudjuk majd így megerősíteni vagy cáfolni, amelyeket eddig csak megfigyeléses vizsgálatokkal vagy elméleti modellezéssel lehetett tesztelni – magyarázza Tökölyi Jácint. – Vagyis alapvető felfedezéseket tehetünk az alapkutatás terén, de azt reméljük, hogy eredményeink ennél távolabbra mutatnak majd. A hidra sejtjei bizonyos tekintetben jobban hasonlítanak az emberéire, mint más gyakori laboratóriumi modellfajok, például az ecetmuslica vagy a C. elegans fonalféreg sejtjei. Utóbbiak ugyanis nagyon specializáltak, így az ember több közös génen osztozik a hidrával, mint velük. Így arra számítunk, hogy

a hidrán szerzett eredményeink később használhatók lesznek az emlősökben lejátszódó folyamatok megértésére is.”