|
 |
Projekt adatai |
|
|
| azonosító |
134483 |
| típus |
PD |
| Vezető kutató |
Üveges Bálint |
| magyar cím |
Mérgező megszállók: Invazív állatfajok méregtermelésének adaptív változása |
| Angol cím |
Toxic invaders: Adaptation in the poison and venom production of introduced animals |
| magyar kulcsszavak |
inváziós faj, toxicitás, koevolúció, enemy release, tűzhal, aga varangy, burgonyabogár |
| angol kulcsszavak |
biological invasion, toxicity, co-evolution, enemy release, lionfish, cane toad, Colorado potato beetle |
| megadott besorolás |
| Evolúciós ökológia és genetika, koevolúció (Komplex Környezettudományi Kollégium) | 40 % | | Biodiverzitás, természetvédelmi biológia és genetika, inváziós biológia (Komplex Környezettudományi Kollégium) | 30 % | | Ortelius tudományág: Természetmegőrzés | | Interspecifikus interakciók (Komplex Környezettudományi Kollégium) | 30 % |
|
| zsűri |
Ökológia és evolúció 1 |
| Kutatóhely |
Növényvédelmi Intézet (HUN-REN Agrártudományi Kutatóközpont) |
| projekt kezdete |
2020-12-01 |
| projekt vége |
2020-12-31 |
| aktuális összeg (MFt) |
0.000 |
| FTE (kutatóév egyenérték) |
0.80 |
| állapot |
lezárult projekt |
magyar összefoglaló A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A behurcolt vagy betelepített fajok káros hatásokat fejthetnek ki az őshonos növény és állatvilágra és végül a biodiverzitás csökkenését és fajkihalásokat eredményezhetnek. Az invazív fajok a kihalások második leggyakoribb, illetve gerincesek esetében a leggyakoribb okai világszerte. Bizonyos idegenhonos fajok azon képessége is hozzájárulhat inváziós képességükhöz, hogy kémiai vegyületekkel védik magukat. A mérgező vagy mérges fajok sikerességét tovább fokozhatja, hogy hátrahagyják természetes ellenségeiket, hiszen eredeti élőhelyükön sokszor specializált, vagy legalábbis koevolválódott generalista ragadozóik vannak, miközben az inváziós területeken ellenségeik rendkívül érzékenyek mérgeikre. Ennek eredményeként az ilyen fajok inváziós területein az energetikailag költséges védekező vegyületek előállítására ható szelekció mérséklődhet, és ennek eredményeként az eredeti élőhelyhez képest a méregtartalom csökkenhet. Ezt a jelenséget eddig egy növényfaj példáján kimutatták, ugyanakkor legjobb tudomásom szerint állatok méregtartalmát még soha nem hasonlították össze natív és inváziós területeik között. Azért, hogy ennek a jelenségnek a potenciálisan általános voltát tanulmányozhassam, négy fajt fogok bevonni vizsgálatomba, a burgonyabogarat (Leptinotarsa decemlineata), tűzhalakat (Pterois miles és P. volitans) és az aga varangyot (Rhinella marina). Ezek a fajok mind filogenetikailag, mind ökológiailag távol állnak egymástól, különböznek kémiai védekezésükben és ökológiai és/vagy gazdasági fontosságuk széleskörűen elismert.
Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
A természetes ellenségektől való megszabadulás (enemy release) elmélete azt feltételezi, hogy az invazív fajok azért olyan sikeresek új élőhelyeiken, mert ragadozóikat hátrahagyták eredeti elterjedési területükön, miközben az inváziós területen natív ragadozók nem képesek populációjukat hatékonyan kontrollálni, mert nem velük koevolválódtak. A mérgező vagy mérges fajoknak, eredeti élőhelyeiken sokszor specializált, vagy legalábbis koevolválódott generalista ragadozóik vannak, miközben az inváziós területeken ellenségeik rendkívül érzékenyek mérgeikre. Ennek eredményeként, az ilyen fajok inváziós területein az energetikailag költséges védekező vegyületek előállítására ható szelekció mérséklődhet, és ennek eredményeként az eredeti élőhelyhez képest a méregtartalom csökkenhet. Ennek megfelelően a jelen kutatás célja, hogy tesztelje azt a hipotézist, hogy a kémiai védekezésben szerepet játszó mérgek mennyisége (és sokszínűsége) csökken az inváziós területeken élő állatokban a faj eredeti elterjedési területein élő fajtársaikkal szemben, "enemy release" hatására.
Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
A jelen vizsgálat lesz az első amely, azt tanulmányozza, hogy, hogyan változik a kémiai védekezéssel rendelkező állatok méregtartalma eredeti élőhelyük és inváziós területük között. Azt, hogy ennek a változásnak a hátterében valóban "enemy release" áll, azzal fogom tesztelni, hogy olyan populációkat is bevonok a vizsgálatba, amelyek a fajok inváziós területein helyezkednek el, de különböznek abban, hogy élnek-e ott a mérgekhez preadaptálódott ragadozók, majd ezeket összehasonlítom egymással, illetve az eredeti élőhely adataival. Azáltal, hogy nem egy, hanem négy olyan modellfajt használok, amelyek mind filogenetikailag, mind ökológiailag távol állnak egymástól és különböznek kémiai védekezésükben, az eredmények szilárd bizonyítékokkal szolgálhatnak a kapott mintázatok általánosíthatóságára nézve. Ez a vizsgálat releváns lehet a széles tudományos közösség számára, mivel a mérgek használata elterjedt az állatvilágban, intenzíven kutatott modelljei a molekuláris evolúciónak, és a tanulmányban vizsgált állatok a világ legnagyobb hatású invazív fajai közé tartoznak. Ezen fajok nagy elterjedési területe és eltérő inváziós történelmük miatt, a projekthez legalább 4 kontinens, illetve 6 ország kutatóinak közreműködése szükséges, akik közül sokan már beleegyeztek a kutatásban való részvételbe. Ez az ambiciózus tanulmány agronómiai, ökológiai, evolúciós és kémiai szemléleteket kombinál, és további, akár hosszú távú nemzetközi együttműködések alapját is képezheti. Például, olyan kutatások lesznek tervezhetőek, amelyek feltárják a méregtartalomban megfigyelt változás működési mechanizmusait. Megemlítendő, hogy az állati mérgek gazdag forrásai az emberi gyógyszereknek. A kutatás során elvégzett kémiai analízisek potenciálisan rávilágíthatnak olyan vegyületekre, amelyeknek később gyógyászati alkalmazása lehet.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
A 20. és 21 században, a közlekedés intenzitásának növekedésével, az emberiség egyre több állatfajt hurcolt, vagy telepített be a világ egyik pontjáról a másikra. Bizonyos esetekben az ilyen (potya)utasok megtelepedhetnek újdonsült otthonukban, ami rossz hírt jelenthet a helyi ökoszisztéma számára. Ezek az állatok ugyanis, pl. új területükön eddig ismeretlen kórokozókat cipelhetnek magukkal, illetve versenytársaik vagy ragadozóik lehetnek a helyi fajoknak, ami populációik csökkenéséhez vezethet. A helyzetet nehezíti, hogy néhány ilyen faj még mérgekkel is rendelkezik. Lehetséges azonban, hogy a mérgező megszállók új otthonukban kevesebb mérget termelnek, mint eredeti élőhelyeiken? Származási területükön ezek az állatok olyan saját ellenségekkel koevolválódtak, amelyek folyamatos nyomást gyakoroltak rájuk, hogy fenntartsák ezt a hatékony védekezési formát. Új otthonukban viszont ezek az ellenfelek nincsenek jelen, így lehetséges, hogy a drága védekező anyagok termelése valamelyest visszafogható. Eddig ennek lehetőségét csak egy-két növény fajon vizsgálták, állatok esetében azonban nem. Ezért, illetve, hogy jobban megérthessük ennek a jelenségnek az általánosságát, külföldi kollégák segítségével azt fogom tanulmányozni, hogy hogyan csökken négy, rendkívül sikeres és sok tekintetben egymástól nagyon különböző mérgező megszálló faj, a burgonyabogár (Leptinotarsa decemlineata), a tűzhalak (Pterois miles és P. volitans) és az aga varangy (Rhinella marina) méregtermelése eredeti és inváziós területükön.
| angol összefoglaló Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Introduced species can have detrimental effects on native flora and fauna, ultimately leading to biodiversity loss and extinction events. Indeed, invasive species are the 2nd most influential driver of extinctions, and the major cause of vertebrate extinctions worldwide. The ability to produce defensive chemicals has been highlighted as one of the traits to facilitate invasiveness of species. The impact of poisonous/venomous invaders is strengthened by enemy release, since such species have usually specialized or at least co-evolved generalist predators in their native range, whereas predators in the invaded areas exhibit very low tolerance to their toxins. As a consequence of this, in the exotic range of such species, selection acting on the synthesis of energetically costly defensive compounds should be relaxed and as a consequence, toxin content should decrease compared to conspecifics living in the native range. This phenomenon was confirmed in a weed species, but to my knowledge no study so far compared toxin content of animals between their native and exotic range. To investigate the potential generality of such a change in toxin content between native and introduced populations, four species, the Colorado potato beetle (L. decemlineata), lionfishes (Pterois miles and P. volitans) and the cane toad (Rhinella marina) will be studied. These species are phylogenetically and ecologically distant from each other, differ in their chemical defences and are widely considered to be ecologically and/or economically important.
What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
The enemy release hypothesis posits that invasive species are successful in novel ecosystems, because their natural enemies are left behind in their native range, whereas native predators in the invaded area cannot control their populations effectively, because they are not co-evolved with them. Poisonous/venomous invaders have usually specialized or at least co-evolved generalist predators in their native range, whereas predators in the invaded areas exhibit very low tolerance to their toxins. As a consequence of this, in the exotic range of such species, selection acting on the synthesis of energetically costly defensive compounds should be relaxed and as a consequence, toxin content should decrease compared to conspecifics living in the native range. Therefore, the aim of the proposed study is to test the hypothesis that the amount (and diversity) of toxins produced for chemical defence decreases in animals that belong to invasive populations compared to the toxin content of their conspecifics in their native range, due to enemy release.
What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
This study will be the first to investigate how the toxin content of chemically defended animals evolves between their native range and invasive populations. By including locations with and without pre-adapted predators in the invasive range, and comparing them with each other as well as populations from the native range, the hypothesis can be tested that the change in chemical defence is due to enemy release. Because not one, but four species will be studied which are phylogenetically and ecologically distant from each other and also differ in their chemical defences, the results will provide robust information about the generality of the observed patterns. Such an investigation will be relevant for a wide scientific audience, since venoms and poisons are common in the animal kingdom, are intensively studied as excellent model systems for molecular evolution, and the animals considered in the investigation are among the most impactful invasive species in the world. The large area of distribution and different introduction history of these species requires the cooperation of researchers from at least 6 countries in 4 continents, many of which have already agreed to collaborate on this project. This ambitious study combines agronomical, ecological, evolutionary and chemical aspects, and will provide the basis for further, potentially long-term international collaborations. For instance, studies could be planned which investigate the functional mechanisms behind the observed patterns of change in toxin content. It is also worth noting, that animal toxins are rich sources for human pharmaceutics. The chemical analyses conducted during the study could potentially highlight candidate compounds for pharmacological prospecting.
Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
With human traffic increasing in the 20th and 21st century many animals are accidentally or intentionally shipped from one point of the world to another. In some cases such passengers and stowaways can be established in their new-found home, which may be grim news for the local ecosystem. This is because these animals may, for instance carry previously unknown diseases and compete with, or prey on native species, which can lead to the decline of their populations. To make matters worse, some of these animals are even poisonous or venomous. But, what if these toxic invaders have actually less venom and poison in their new range than back at home? In their original habitats these animals co-evolved with their own enemies, which put constant pressure on them to maintain an effective defence. In their new range, however, these enemies are not present, so the production of costly chemicals may be turned down a notch. So long this idea has been investigated only in a plant, but not in the case of animals. To do this, and to get a better idea about the generality of this phenomenon, I will study, with the help from colleagues around the world, how the venom or poison of four, highly successful, and in many aspects very different, toxic invaders; potato beetles (Leptinotarsa decemlineata), lionfishes (Pterois miles and P. volitans) and cane toads (Rhinella marina) changes between their native and invasive range.
|
|
|
|
|
