Az ökológia ma már nem nélkülözheti a legmodernebb genomikai módszerek szolgáltatta információkat, ahogy a hálózatelemzés és a big data technológiák segítségét sem - tartja Jordán Ferenc tudományos tanácsadó, aki most lett a Magyar Tudományos Akadémia Ökológiai Kutatóközpont, Balatoni Limnológiai Intézet igazgatója. Szerinte furcsamód a matematikai módszerek segíthetnek abban, hogy a természetvédelmi erőfeszítéseink valóban elérhessék a céljaikat.
A közvéleményben a biológusok munkájáról kialakult képnek a legutóbbi időkig talán az ökológusok feleltek meg leginkább. Ők dolgoztak a legtermészetközelibb környezetben, ők vizsgálták az élőhelyükön élő (és valóban élő) állatokat és növényeket. De ez csak az ökológusok egyik fajtája, vannak ugyanis azok az elméleti kutatók, akik jobban hasonlítanak a programozókra vagy éppen a matematikusokra. Ők függvényeket, illetve csak a virtuális térben létező populációk, modellek viselkedését elemezve igyekeznek rájönni az élővilágot irányító matematikai törvényszerűségekre. Az előttük tornyosuló legnagyobb kihívás pedig az, hogy a modelleket és a tényleges természeti folyamatokat közös nevezőre hozzák.
„Egyik legfontosabb kutatási irányunk az ökológiai rendszermodellek felépítése. Ez elsősorban azt jelenti, hogy minél több vízi életközösség (nemcsak a halak, de a fito- és a zooplankton is) adatait igyekszünk nagy, integrált modellekbe foglalni.
E modellek kezelése ma már csak a legfejlettebb matematikai és informatikai módszerekkel lehetséges"
- mondja Jordán Ferenc. A kutató korábban dolgozott a Microsoft kutatóintézetében az olaszországi Trentóban és a berlini Wissenschaftskollegben, áprilistól pedig a tihanyi Balatoni Limnológiai Intézet igazgatója lett (a limnológia a tavak tudományát jelenti). Saját bevallása szerint a diszciplináris határokat nem ismerő, modellező ember, genetikai és biomatematikai háttérrel.
Az ökológiában klasszikusan az az egyik legnagyobb probléma, hogy nincs elég adat, illetve a meglévő adatok nem meggyőző minőségűek, a leírt mintázatok pedig nehezen általánosíthatóak. Régen a vízi életközösségekkel foglalkozó ökológusok vízmintát vettek, majd azt mikroszkóppal vizsgálva próbálták meghatározni a benne élő teremtményeket, illetve azok számát, a közöttük lévő kapcsolatokat. Ma már azonban nagyságrendekkel több adat szerezhető a vízben tetten érhető nukleinsav-maradványok, a környezeti faktorok tömegének vizsgálata alapján.
Egy modern ökológiai kutatóintézet ma már elképzelhetetlen a bioinformatikai és a genomikai módszerek alkalmazása nélkül (a genomika a teljes génkészletet egyszerre vizsgáló tudományág). Ezen eljárások jelentősége a mikroszkóp hajdani felfedezésének fontosságával ér fel. Aki nem használja a genomikát, az önként lemarad a világhoz képest, már most évtizedekkel - tartja az intézetigazgató. Mindez a gyakorlatban úgy néz ki, hogy ahelyett, hogy például a Balatonból vett vízmintából szemmel igyekeznénk meghatározni a benne úszkáló állatokat és növényeket, elküldjük azt egy molekuláris genetikai labornak, amely a legminimálisabb mennyiségű DNS-nyomokból is megmondja, hogy mely fajok találhatók benne. Sőt, bizonyos esetekben ezek tömegességét is. A régi és az új módszerek remekül ki is egészíthetik egymást, ha okosan kombinálják azokat.
A kaliforniai partoknál ma már egy kevés vízmintából is meg tudják határozni, hogy úszott-e arrafelé az utóbbi időben cápa, és ha igen, milyen faj.
„Ez nagyságrendekkel nagyobb felbontású leírása a környezetnek, mint amit a hagyományos módszerekkel bármikor is elérhettünk” - érvel Jordán Ferenc. A kutató a nápolyi Stazione Zoologica kutatóintézet külső munkatársa is, ottani munkatársaival együtt éppen azt vizsgálják, hogy mi okozza a Nápolyi-öböl vízi ökoszisztémájának rezsimváltását. Az öböl két állapota váltja egymást, egyszer kék, máskor zöld, a domináns állati és növényi plankton összetétele szerint. A környezetből nyert genetikai adatok segítségével alkotnak rendszermodellt, amely utánozza az ökoszisztéma viselkedését, és ebből határozzák meg azt, hogy mely fajok játszanak központi szerepet ebben a rendszerváltásban.
Az efféle fejlett matematikai módszereket, amelyek adatbányászatot, hálózatelemzést és modellezést is feltételeznek, eddig jórészt csak külföldön, és ott is csak tengeri rendszerekben alkalmazták. Jordán konzorciumi partnerei azonban nagyon szeretnék édesvízre is átültetni a módszertant, és ebben működhet közre a Limnológiai Intézet is.
Mielőtt azt hinnénk, hogy az efféle kutatás az emberek szempontjából teljesen érdektelen, és az efféle matematikai akrobatamutatványok csupán önmagukért valók, nem árt szem előtt tartani, hogy a vízi ökoszisztémákat az ember is használja. Legfőképpen halászik, ami táplálékforrásként és munkalehetőségként szolgál sokak számára. A halpopulációk fennmaradása így mindannyiunk érdeke, márpedig az eredményes védelmi erőfeszítések csak akkor lehetségesek, ha pontosan értjük a rendszert működtető mechanizmusokat.
Egyre több halat (és egyéb tengeri állatot) akarunk fogni, miközben a tengeri ökoszisztémák egyre rosszabb állapotban vannak. Emiatt egyre intenzívebben kutatják a halászat ökológiai hatásait. Vajon milyen következményei vannak annak, ha az egyik halfajt intenzíven lehalásszuk? Hogyan változik például emiatt a többi, kereskedelmi szempontból jelentős halpopuláció viselkedése? A hatás kaszkád módjára végigterjedhet az egész rendszeren
- érzékelteti a kutatás irányait Jordán Ferenc. A túlhalászat analízisére kifejlesztett számítási módszerek később akármilyen ökoszisztéma vizsgálatára, akár természetvédelmi célokból is használhatók. Például elemezhető a segítségükkel a beporzók és a növények kapcsolata, mely könnyedén megváltozhat emberi zavarások (az élőhelyek fragmentációja, környezetszennyezés) hatására. Különösen érdekes annak vizsgálata, amikor egyszerre két vagy több halfajt is jelentősen lehalásznak.
Az ökológiai modellek, bármilyen szépen is működjenek a számítógépben, mindaddig csak spekulációk, ameddig nem sikerül tesztelni őket, és ezáltal nem bizonyosodik be, hogy a tényleges természeti folyamatoknak megfelelően működnek. E tesztelés célját szolgálja a Limnológiai Intézetben nemrégiben munkába állított úgynevezett mezokozmosz rendszer, amely 12 nagy víztartályból áll. Ezeket kollégánk annak idején jakuzzihoz hasonlította. A tartályokban tetszés szerinti felépítésű ökoszisztémákat tudnak létrehozni, és ezek segítségével próbálhatják ki a különböző modellek predikcióinak helytállóságát.