A botsáskák színváltoztatása

Vermes Ákos
Fazekas Mihály Fővárosi Általános iskola és Gimnázium, Budapest


Már több mint egy éve bengáli botsáskákat (Baculum extradentatum) tartok otthon és az iskolában is. Ez idő alatt a botsáskák több, addig csak könyvből ismert különös vonásáról győződhettem meg. Néhány meglepő tulajdonságukat alaposan megfigyeltem.

1. ábra. A bengáli botsáska színváltozása. Fekete színnel jelöltem a fekete foltok, illetve sávok megjelenési helyét, szürkével a gyorsan színváltoztató területeket, fehérel pedig azokat, ahol csak lassan történik színváltozás, vagy egyáltalán nem.

A botsáskák nevükkel ellentétben nem sáskák (az angol stick insect név sokkal találóbb), hanem külön rovarrend tagjai. Ezen ősi csoport minden faja képes álcázni magát (ágakat, fakérget, sőt még leveleket is utánoznak). Az ide tartozó fajok mindegyike kifejléssel fejlődik, tehát a petéből kikelt rovar emlékeztet a kifejlettre, csak méretei sokkal kisebbek. Ebből az következik, hogy a botsáskáknak rendszeresen vedleniük kell. Az állatok látható növekedésen csak vedléskor mennek keresztül. Ez azzal a meghökkentő eredménnyel jár, ha egy fiatal példány elveszti az egyik végtagját, akkor az idővel, vedlésenként visszanő.

A Baculum extradentatum néhány rokon fajjal együtt azon meglepő tulajdonságával is kitűnik, hogy ivartalanul, partenogenezissel (szűznemzéssel) is képes szaporodni. Eredeti élőhelyükön ugyan még előfordulnak hím példányok, és így az ivaros szaporodás is, azonban ennek helyét szinte teljesen átvette a megtermékenyítetlen petesejtekkel való szaporodás. Ez a tulajdonság, mivel gyorsabb reprodukciót tesz lehetővé, mint az ivaros szaporodás, sikeresebb annál, és így ki is szoríthatja azt a populációból. Az ivaros szaporodás azáltal, hogy elősegíti a hasznos genetikai tulajdonságok keveredését, hosszú távon előnyösebb, mint az ivartalan. Ugyanakkor a partenogenezis – az előzőleg említett okból – rövid távú előnyt nyújt. Tehát, ha egy élőlény – jelen esetben a bengáli botsáska – rátér az ivartalan szaporodásra, hosszú távon kihalásra ítélt rossz alkalmazkodó-képessége miatt.

Az általam tenyésztett összes botsáska nőstény, ezért kizárólag partenogenetikusan tudnak szaporodni. Genetikailag tehát azonosak, vagyis klónok. Ezért biztos vagyok abban, hogy az egyes rovarok között lévő különbségek a környezeti tényezők eredményei. Változatosságuk ugyancsak szembetűnő. Egyes példányok egészen zöldek, mások barnák, néhány rovar lábán kinövések vagy sötét sávok találhatóak, sőt még kitinkutikulájukban is különböznek. Szinte nincs két egyforma példány. Ez a minimális genetikai variabilitással szemben álló morfológiai változatosság felkeltette az érdeklődésemet, és elhatároztam, hogy részletesebben is megvizsgálom a botsáskákat.

A színváltoztatás problémája

A bengáli botsáska környezetének megfelelően – a rejtőzködést elősegítendő – barnáról zöldre, illetve zöldről barnára változtatja színét. Ezzel kapcsolatban egyszerre több kérdés is felvetődött bennem. Mi teszi lehetővé a színváltozást? Milyen kapcsolatban áll a színváltozás a különböző függelékek (pl. kinövések a lábakon) megjelenésével? Minek a hatására változtatja meg a rovar a színét?

A számomra legkönnyebben eldönthető problémának ez utóbbi bizonyult. Először is, megfigyeléseim alapján három lehetséges mechanizmust tételeztem fel a környezet színének közvetett vagy közvetlen érzékelésére. Ez történhet az összetett vagy egyszerű szemekkel, vagy a testfelületen elhelyezkedő fényérzékeny sejtek segítségével, esetleg a környezetben megtalálható jellegzetes kémiai anyagok útján.

Az első számú, legkézenfekvőbbnek tűnő lehetőséggel az a gond, hogy a botsáskák összetett szeme – éjszakai állatokról lévén szó – meglehetősen fejletlen. Nehéz volna elképzelni, hogy ezekben több különböző sejt működne, melyek különböző hullámhosszú fényre lennének érzékenyek. Ráadásul a szemekkel való színérzékelés sokkal bonyolultabb idegrendszeri szabályozást tételez fel.

A második lehetőség mind a szabályozás, mind az érzékelés szempontjából egyszerűbb. Azonban a fényérzékelő sejtek kialakulásának magyarázata már nem könnyű feladat. Bár elképzelhető, hogy az embrionális fejlődés során a testtájak differenciálódását irányító gének – mint például a homeobox gének – mutációja folytán a toron, a potrohon és a lábakon olyan sejtek jelenjenek meg, mint amilyenek a szemben találhatók. Így nem kell megmagyaráznunk a fényérzékelő sejtek másodszori kifejlődését.

Az első két feltételezés közös problémája a színek elkülönítésének a nehézségével kapcsolatos. A botsáskák elsősorban az ágakról és az elszáradt levelekről visszaverődő fényt különítik el az alapvetően zöld fényt visszaverő lomboktól, hogy ezeknek megfelelő színt vehessenek fel. Ám míg a zöld színhatást egy meglehetősen szűk fényhullámhossz-tartomány (kb. 500-560 nm) eredményezi, addig a barnát egy sokkal tágabb (kb. 480-640 nm) okozza, mely ráadásul át is fed az előbbivel. Így az elkülönítés legegyszerűbb módja az lehet, ha a fényérzékeny sejtek azt a fénytartományt érzékelik, amelyik a barna színű tárgyakról visszaverődik, a zöldekről viszont nem.

A harmadik variáció esetén, a rovar a kemoreceptorok segítségével „következtet” a környezet színére. Az aktív anyagcserét folytató levelek körül például egészen más molekulákban dús – vagy egyszerűen csak jóval párásabb – a levegő, mint mondjuk az enyhén korhadó ágak közelében. Ha a B. extradentatumnak valóban van kellőképpen kifinomult kémiai érzékelőrendszere – márpedig egyéb jelek alapján ez igen valószínű –, akkor ez okozhatja a színváltoztatást.

A kísérletek

Mivel az amúgy sem bőséges szakirodalomban semmiféle utalást nem találtam a színváltozással kapcsolatban, nekiláttam egy kísérletsorozat tervezésének. A lényeg az, hogy a három lehetséges érzékelésmódot külön-külön vizsgáltam.

Az összetett szemek szerepének eldöntésére ezeket festékkel vontam be, mellyel ideiglenesen látásképtelenné tettem a rovarokat. Mivel a botsáskák kifejléssel fejlődnek, rendszeresen vedleniük kell. Így a festék a vedlések során természetesen eltűnik, tehát az állatokat semmiféle maradandó károsodás nem érte. A testfelületen elhelyezkedő esetleges érzékelősejteket szintén festéssel tévesztettem meg. A rovar torát, potrohának első néhány ízét és második, illetve harmadik pár lábát vékony zöld festékréteggel vontam be. Mivel ezen nagyjából csak a zöld fény jut át, a botsáska úgy érezheti, mintha zöld környezetben lenne.

Amikor a szemeket besötétítettem és a kísérleti példányt semleges környezetbe helyeztem (áttetsző üvegbe, benne fehér papírral), a rovar sötétbarna lett. Nagyítóval látszott, hogy valójában kitinkutikulájukon sötét foltok jelentek meg. Ha egy előbbi módon kezelt rovart zöld növények közé tettem, akkor is bekövetkezett a sötétedés, azonban ilyenkor egyes helyeken a zöld szín is megjelent.

2. ábra. Egyik kísérleti alanyom

A zöldre festés semleges környezetben szintén „zöldülést” eredményezett. Mikor viszont a szemeket festettem zöldre, nem következett be szembetűnő változás.

A legmeglepőbb eredményeket az a kísérlet hozta, amelyben néhány példányt zöld növényekkel sötétbe raktam. Várakozásommal ellentétben, a botsáskák nem barnára, hanem zöldre változtak, mert a sötétben semmiféleképpen nem érzékelhették környezetük színét, csakis a növények által kibocsátott anyagok okozhatták a változást. Mivel a sötét helyre rakott doboz – melyben az állatokat a kísérlet során elhelyeztem – nem szellőzött, az említett molekulák feldúsultak, és beindították a rovarok pigmentáló mechanizmusát. A nem sötét körülmények között elvégzett hasonló kísérlet ezt alátámasztotta.

Tehát az eredmények szerint a bengáli botsáska színének változásában a korábban feltételezett három mechanizmus mindegyike szerepet játszik. A kérdés csak az, hogy milyen módon.

Következtetések

A szemek, úgy tűnik, csak a sötét foltok, illetve a lábak sávjának megjelenését irányítják. A szabályozás feltehetőleg egy, csak erre a célra használt hormon segítségével történik. Mindez azt sejteti, hogy a botsáska összetett szemei csak a sötét és a világos között tudnak különbséget tenni, a színek között nem. Ennek feltehetőleg elsődleges szerepe a rovar bioritmusának szabályozásában van.

Ezzel szemben a testen fényérzékelő receptorok találhatók, melyek „meg tudják állapítani”, hogy az állat milyen környezetben van. Bár ez nem bizonyított, elképzelésem szerint ezek a sejtek a vöröshöz közeli hullámhosszú fényt érzékelik, ugyanis a barna környezet az ilyen típusú fényt visszaveri, a zöld viszont nem (sőt, a klorofill ezt a hullámhossztartományt nyeli el a leginkább). A jelek szerint a legerőteljesebb színváltoztatás akkor következik be, amikor a kísérleti példányt növényekkel teli, zárt környezetbe tettem. Kérdés, ezt az ingert a zöld növények erős párologtatása vagy az általuk kibocsátott egyéb anyagok eredményezik-e. Mivel a fenti környezet vízpárával és egyéb molekulákkal is telített, ennek a kérdésnek az eldöntésére nem alkalmas. Így az állatokat növények nélküli párás környezetbe helyeztem, de színváltozást nem tapasztaltam. Hogy a B. extradentatum pontosan milyen anyagra, vagy anyagokra érzékeny, azt pontosan nem tudom, bár az biztos, hogy vízpárára nem, és meghatározása is nehéz feladat lenne. Felvetődött bennem az O2- és a CO2-koncentráció ingadozása is, mint lehetséges indikátor. Ez a növények közelében a legnagyobb. Azonban a botsáskák növények közt sötétben is zöldre változtak, pedig ilyenkor egyenletesen magas a CO2-koncentráció, így ezt a feltevést elvetettem. Úgy vélem, a két utóbbi mechanizmus egyazon hormon segítségével, egyazon pigmentsejttípusra hat.

Kérdés, mindez hogyan alakulhatott ki. Feltételezem, hogy először az embrionális fejlődést szabályozó gének hibás aktivitása folytán fényérzékelő sejtek jelentek meg a botsáskák testén. Miután ez nem eredményezett komoly evolúciós hátrányt, a szelekció csak lassan hatott rá, így volt idő arra, hogy ezzel „összeépüljön” egy, már létező – esetleg kémiai érzékelésen alapuló – pigmentálórendszer. Feltehetően csak ezután jelent meg a végleges kemoreceptoros szabályozás, mely az előzőnél és a fényérzékelésnél jobbnak bizonyult, hiszen akár fény nélkül, éjszaka is működhetett, és átvette a főszerepet. Ez utóbbi kialakulását az is elősegítette, hogy a botsáskáknak, csökkent látásuk folytán, már kifinomult kémiai érzékelőrendszerük van, ugyanis vélhetően ennek a segítségével találták meg a táplálékukat, a növényeket és a vizet. Ha az események fordított sorrendben játszódtak le, akkor a fényérzékelés – mivel pontatlanabb, mint a kémiai érzékelés – nem alakulhatott volna ki. Szerintem az elmondottakból teljesen függetlenül jelenhetett meg a szemek által szabályozott árnyalatérzékelés, amely egy, az előzőektől eltérő rendszer.

A színváltoztatásért felelős rendszer feltehetően már elérte végleges állapotát, mielőtt az ivartalan szaporodás megjelent volna.

Valószínűleg a szín megváltoztatásának képessége csaknem minden botsáska- (és fogólábú) fajnál megtalálható valamilyen formában. Elképzelésem szerint ez a képesség segíthette elő az evolúciós átmeneteket, például úgy, hogy egy zöld gallyak között élő faj, ha olyan körülmények közé került, képes volt fakérgen is elrejtőzni (színváltoztatással), még akkor is, ha alakjában nem volt ahhoz hasonló. Majd idő múltával egyes példányok jobban alkalmazkodhattak egyéb tulajdonságaikban is a fennálló, de nem túlságosan erős szelekciós nyomás segítségével az új viszonyokhoz.

Szintén érdekes a különböző pigmentációk megjelenésének mintázata. Például a zöld szín elsősorban a második és harmadik pár lábakon és a tor oldalán jelenik meg. A lábakon először a lábtő és a második íz változik zöldre. Annak, hogy melyik testrész és miért változtatja meg a színét hamarabb, többféle magyarázata is lehet. Egyes területeken több pigmentsejt van, mint máshol, egyes területeken a pigmentsejtek érzékenyebbek, egyes területeken több érzékelősejt van, egyes területekre könnyebben jutnak el a pigmentálódást irányító hormonok.

Azt, hogy ezen lehetőségek közül melyik valósul meg és hol, nem tudom, de valószínűnek tartom, hogy más-más területeken más lehet a színváltozás sebességének oka.

Megfigyelhető az is, hogy vedlés után a rovarok színváltozása sokkal látványosabb. Ez feltehetően annak tudható be, hogy a pigmentsejtek ilyenkor sokkal érzékenyebbek az ingerekre. (Vagy a friss kutikula átlátszóbb!)

Kérdések

Kísérleteim és megfigyeléseim legalább annyi kérdést vetettek fel, mint amennyit megválaszoltak. Azonban néhány függőben maradt problémát, melyeknek eldöntésére a közeljövőben sor kerülhet, itt kiemelnék.

Hol vannak a kemoreceptorok? Elképzelhető, hogy a testfelületen, de az is lehet, hogy a csápok tövében elhelyezkedő különös szerveken foglalnak helyet, vagy a légcsövek bejáratainál. Ezt úgy lehetne eldönteni, hogy a feltételezett helyeken külön-külön növényi anyagokkal kezelném. Milyen spektrumú fényt érzékelnek a testi fotoreceptorok? Ezt úgy lehetne eldönteni, hogy különböző színű festékekkel vonnánk be rovarokat. Milyen kapcsolat van a színváltoztatás és a botsáskák lábain megfigyelhető kinövések között? Egy újabb részletes megfigyeléssorozat talán fényt deríthet erre.

A bengáli botsáskákkal kapcsolatban továbbra is fennálló kérdések tömegéből látható, hogy ezek a különös és megkapó rovarok még sok titkot tartogatnak.

Az írás szerzője Diákpályázatunkon az Önálló kutatások, elméleti összegzések kategóriában I. díjat kapott.

Irodalom

Uránia állatvilág: Rovarok. 2. kiadás, 1977.
Alfred Brehm: Az állatok világa. Rovarok, százlábúak és pókok. Légárdy Testvérek, Budapest, 1906.
Szalkay József: Rovarok között. Mezőgazdasági Kiadó, Budapest, 1971.
www.insects.org/entophiles/phasmida/
Mark Watson’s stick insect page: www.the-watson.freeserve.co.uk/sticks
 


Természet Világa, 133. évfolyam, 6. szám, 2002. június
http://www.chemonet.hu/TermVil/ 
http://www.kfki.hu/chemonet/TermVil/


Vissza a tartalomjegyzékhez