„Mindig kihívás egy új szakmával a közös munka”

A fák vízszállításának eddig ismeretlen mechanizmusát fedezték fel a BME ÉMK Fotogrammetria és Térinformatika Tanszék, valamint az MTA Ökológiai Kutatóközpont szakemberei.

„Összefüggést találtunk a fa ágainak mozgása és a víznek a törzs mentén való áramlása között, ami gyakorlatilag azt jelenti, hogy a növény ritmikusan pumpálja a benne lévő folyadékot” – foglalta össze Molnár Bence, a BME Építőmérnöki Kar (ÉMK) Fotogrammetria és Térinformatika Tanszék docense annak a vizsgálatnak a jelentőségét, amelyben Zlinszky Andrással, az MTA Ökológiai Kutatóközpont Balatoni Limnológiai Intézet tudományos munkatársával együtt egy műegyetemi lézerszekenner segítségével elemezték 22 különböző fajú facsemete éjszakai életét.

A kutatók tudományos eredményeikkel cáfolták azt a korábbi nézetet, hogy a fákban egyenletesen áramlik a víz és a legkisebb, a növényeket érintő periodikus folyamat a nappali-éjszakai (cirkadián) ritmus. Adataik azt mutatták: az ágak az éjjel hosszánál lényegesen rövidebb ciklusban ismétlődve mozognak, és ez minden általuk megfigyelt növénynél mérhető volt.

„A kutatás hobbiprojektnek indult. Andrással gyerekkori barátok vagyunk, sokat beszélgetünk a munkáról, hasonló kérdések foglalkoztatnak bennünket – mesélt a kezdetekről a BME szakembere, folytatva, hogy a Finn Geodéziai Kutatóintézet kifejlesztett egy hiperspektrális lézerszkennert, amely térbeli alakzatokat optikai úton tapogat le, és meghatározza azok térbeli helyét, valamint fénytani tulajdonságait. A műszer a nagyon finom eltérések érzékelésére is alkalmas, ezért a skandináv szakemberek úgy gondolták: az eszközzel figyelik meg egy fa színképi tulajdonságait éjszaka, amikor már nem fotoszintetizál. A változások követése érdekében óránként megismételték a mérést a késői napszakban. Az adatoknak azonban a geometriája is folyamatosan módosult: az a 3D-s modell, amit láttak koraeste, nem egyezett az éjjel 3 óraival. Ezután együttműködési szándékkal megkeresték a Bécsi Műszaki Egyetemet, ahol lézerszkenneléssel és ennek geometriai pontossági vizsgálataival foglalkozó kutatók dolgoznak. A szakemberek megismételték a kísérletet Ausztriában egy fán, a korábbihoz hasonló tapasztalatokkal. A nyírfa éjszakára 8-10 centiméterrel lejjebb engedte az ágait, majd reggelre visszarendeződött a kiindulási állapotába.

„A tudományos eredmények nagyon sok kérdést megnyitottak: felmerült, hogy vajon csak a nyírfára jellemzőek-e a látottak, vagy minden más növényre is. Kérdés, hogy a fényintenzitás növekedése miatt kerülnek vissza nappali pozíciójukba a fa ágai, vagy azért, mert már előre tudják, hogy hajnalodni fog. Mivel korábban én dolgoztam a bécsi munkatársakkal, így amikor a geodéták sem tudtak mit kezdeni a problémával, felhívtak engem, én pedig megkerestem Bencét, hogy a méréseket közösen végezzük el” – összegezte az MTA kutatója.

A növények mozgásával már Darwin is foglalkozott. Carl von Linné még az 1700-as években azonosította, hogy a növényeknek van egy nappali és egy éjszakai ciklikus mozgásuk, ezt az úgynevezett cirkadián ritmust azóta is intenzíven vizsgálják. 2017-ben éppen ennek a témának a kutatásáért adták az élettani Nobel-díjat.

„A kutatásban azt a lézerszkennert használtuk, amely segítségével a térinformaika iránt érdeklődő hallgatóink a képzésük során elsajátítják az eszköz használatát” – számolt be a munka részleteiről a műegyetemi kutató. A műszer néhány perc alatt többmillió pontban képes milliméteres pontosságú mérések elvégzésére, így lehetővé teszi nagyon lassú folyamatok nyomon követését is, tehát alkalmas a gyors adatgyűjtésre és a geometriai elváltozások megfigyelésére. Elmondta még: „estétől félóránként vizsgálódtunk reggel fél 7-ig. Minden állapotot rögzítettünk: melyik fa melyik ága, levele milyen pozícióban van, és összesítettük az egyéb ökológiai paramétereket is, mint pl. a szelet, a páratartalmat, a hőmérsékletet, hogy megtudjuk, okozhatják- e ezek a változásokat. Az alapkérdésünk az volt: minden növényre jellemző ez a mozgás, vagy van köztük különbség?”

A tudományos megfigyelés eredménye az lett, hogy a finn és osztrák kutatók által is leírt klasszikus alvó mozgást – ami szerint a fa ágai éjjel, mikor nem áramlik bennük a víz, lejjebb ereszkednek, majd reggel ismét fölhúzódnak - kevés növény, a 22-ből (lombhullató, örökzöld, bambusz, pálma, öreg olajfa, juhar, stb.) csupán 5 esetében érték tetten. Ráadásul a legtöbb fölfelé mozdult el és nem lefelé. A nyírfánál – amelytől a legjobban várták a feltételezés bizonyítását - nem észleltek a vizsgálat szempontjából értékelhető jelenséget. Tehát a korábban megismert alvómozgást csak a fák egy részén lehetett kimutatni, ám ez a kísérlet hozott egy új, eddig nem várt eredményt is.

„A 12 órás megfigyelés során találtunk egy rövidebb periódusidejű mozgást, ami az igazi felfedezést jelentette. Ez egy körülbelül 1-2 cm-es föl-le mozgás az éjjel 2 órától a reggel 6-ig tartó időszakban. Itt nem a már ismert alvásról van szó, hanem egy másik mozgásról: a fa ritmikusan pumpálja a vizet, mondhatnánk, hogy a fáknak van ’pulzusa’– emelte ki a BME docense, hozzáfűzve: 2015-ben már megjelent egy elmélet, amely leírja, hogy a fákban a vízszállításnak időben periodikusnak kell lennie. Ez a kísérlet, megerősítve a korábbi feltételezést, hasonló következtetésre jutott. Érdekességként megjegyezte: egy ősi növény, a magnólia volt az, amely a legszebb, 4 órás periódusú ingadozást mutatta.

A vizsgálat eredményeit két cikkben publikálták a kutatók. Az első (András Zlinszky, Bence Molnár and Anders Barfod: Not all trees sleep the same-high temporal resolution terrestrial laser scanning shows differences in nocturnal plant movement) a mérést és annak tapasztalatait mutatja be, a második (András Zlinszky, Anders Barfod: Short-interval overnight laser scanning suggests sub-circadian periodicity of tree turgor) pedig összeveti ezeket a korábban közzétett eredményekkel, és leírja a vízszállítással összefüggő új felfedezéseket.

Az eredmények számtalan kérdést vetnek föl. A szakemberek feladata az, hogy a vizsgálati módszerek körét bővítsék, a méréstechnikákat fejlesszék, a mozgásokat komplexebb módon ismerjék meg. A konkrétabb megfigyelések óriási változást indíthatnak el a növények kutatása terén.

„Mindig kihívás egy új szakmával a közös munka. A térinfomatika egy kiegészítő tudomány, amely folyamatosan keresi az új lehetőségeket. Használtuk már az eszközeit az orvostudományban, vizsgáltuk épületek, hidak szerkezetét, szeretünk tehát nyitni új területek felé. Ez azért is fontos, mert a tapasztalatokat beépíthetjük az oktatásba, és a tanulókat is arra inspirálhatjuk, hogy keressék az új utakat, különleges együttműködéseket” – hívta fel a figyelmet Molnár Bence.

PI-GI

Fotó: Philip János, MTA ÖK