Halakkal a Liem-paradoxon megoldásáért?

Ha egy állat testalkata meghatározott organizmusokkal való táplálkozásra specializálódott, korlátozza abban, hogy mi válhat zsákmányává, prédájává? Vadon élő és táplálkozó halak megfigyelése segíthet a kérdés megválaszolásában.

Golcher-Benavides és Wagner kutatók Tanzániában, a Tanganyika-tó keleti partján szinte a véletlennek köszönhetően egy nagyon fontos, vízalatti kísérletet végeztek el.

Megfigyelésük gyönyörűen összekapcsolja 40 év laboratóriumi eredményeit az optimális táplálékgyűjtés elméletének (optimal-foraging theory) evolúciós modelljével.

Golcher-Benavides és Wagner megfigyelése

A szerencsés esemény akkor következett be, amikor búvárkodás közben Golcher-Benavides egy tanzániai kollégával, George Kazumbe-val épp merült egyet és a tó partjára merőleges régióban jelen lévő fajokat vizsgálta. A tó felszíne és sziklás feneke között egy hatalmas, fiatal egyedekből álló csillogó szardínia-‘iskolát’ láttak, méretét legalább 50 000 főre becsülték a kutatók.

Az izgalmas pillanat azonban csak ezután következett: a szardínia-hadsereg bölcsőszájúhal-félékkel (cichlidekkel) találkozott – az eseményt ráadásul videofelvétel is rögzítette.

A Tanganyika-tó körülbelül 250 cichlid halfajnak nyújt otthont. A fajok közt találunk sokféle táplálékforrásért lelkesedő halakat, valamint speciálisan egyféle zsákmányt fogyasztó alfajokat is. Néhány cichlid faj esetében a fej alakja és és alkati tulajdonságai a specifikus táplálékforráshoz való tökéletes alkalmazkodás bizonyítékai.

A táplálkozási specializációt kifejlesztő cichlid faj egyik jó példája a Perissodus microlepis. A halfaj ívelt fejformával rendelkezik. Ha egy példánya együtt úszik egy nagyobb hallal, hirtelen számos zsákmányt képes megragadni. A fajhoz tartozó populáció fel van osztva: vannak köztük halak, melyek feje balra görbül, ugyanis a zsákmány jobb oldalát támadják, és megtaláljuk azokat a példányokat is, melyek feje jobbra hajlik – ők a zsákmány bal oldalán ragadják meg a kiszemelt táplálékot. A cichlidek táplálékforrásai között egyébként sziklákból származó algákat, más halak szemének kiharapását, valamint a fészekrakó szülők szájából kiütött tojások zabálását találhatjuk.

Liem-paradoxon

A tudósok úgy gondolták, hogy fentebb is tárgyalt táplálkozási szokások lehetővé teszik bizonyos specifikus élelmiszer-források megcélzását, ami a táplálékért való versenyben fog megnyilvánulni. Az 1970-es évek végén és az 1980-as évek elején azonban Karel Liem biológus néhány izomfelvételt készített a cichlidekről a zsákmány elejtésének, megragadásának során laboratóriumi körülmények között. Ezek azt mutatták, hogy egyes speciális bölcsőszájúhal-félék megtartják egy-egy meghatározott zsákmány befogásához szükséges mozgások elvégzésének képességét.

Liem ezért azt állította, hogy ez egy paradoxon (amelyet ma Liem-paradoxonnak nevezünk):

Érthetetlen, hogy a speciális zsákmánytípus levadászásához legjobban illeszkedő halféle mindenféle egyéb táplálékot is képes legyen elfogni és elfogyasztani.

Azonban ha a specializálódás nem jár azzal az evolúciós retorzióval, hogy a hal által elfogyasztható ételek típusai korlátozódnak és a halmaz beszűkül, akkor csak kismértékű nyomást gyakorol a táplálékért való versengés a specializálódás irányába. Liem paradoxonát szkeptikusan fogadták, mert látszólag ellentmondott az evolúció egyik alapelvének: az ökológusok szilárdan vallják, hogy az élelemért folytatott verseny az evolúció szelekciós folyamatainak kulcsfontosságú mozgatórugója.

Matematikai modell

Ennek az érthetetlen ellentétnek a feloldására Beren Robinson és David Wilson evolúcióbiológus tudósok kifejlesztettek egy matematikai modellt: ez leírja, hogy a táplálkozási specializáció hogyan jelenthet egyben versenyelőnyt is. Modellezésük főként azon a gondolaton alapult, hogy

Az élelmiszerhiány ritka periódusai előidézhetik egy speciális táplálkozási képesség és testalkat kifejlődését, miközben érintetlenül hagyják a többi, általánosan elérhető, könnyű zsákmányok fogyasztására szolgáló képességeket.

Ez a matematikai hipotézis, mely az optimális táplálékgyűjtés elméletén alapul, megmutatja, hogy Liem paradoxonának magyarázatában mégiscsak szerepe lehet a kompetíciónak.

A sokoldalúság és a specializáció két külön, de egymás mellett jól megférő fogalmak.

A természetes szelekció során kialakulhat egy bizonyos fejforma, mely egy adott zsákmánytípus megragadására és elfogyasztására a legalkalmasabb, azonban ez a fejforma – ettől a specializációtól teljesen függetlenül – alkalmas lehet a könnyen megszerezhető prédák elejtésére is!

Robinson és Wilson elméleti keretrendszer-modellje rendkívül lényeges: betekintést nyújt Liem paradoxonjának működésébe és összhangban áll azokkal a bizonyítékokkal is, melyek arra utalnak, hogy a (test-, fej-) formájukban eltérő halak étrendje még mindig nagyjából átfedheti egymást.

A táplálékfajták széles skálájának megszerzési képessége és a táplálékért való verseny, küzdelem elve között aszimmetria tapasztalható: az érthető, ha a specifikus préda érdekében kialakult tulajdonságok lehetővé teszik az “olcsó, könnyű kaja” megszerzését is, de fordított esetben a ragadozó hatalmas árat fizetne – a könnyen megszerezhető táplálékforrás levadászási lehetőségét egy csapásra elveszíteni nagyon könnyelmű, esetenként végzetes helyzetet jelenthetne.

A hal fejalakjának – a Cichlidek esetében is – az evolúciós szelekció ujjlenyomatát kell tükröznie: a specifikusan megszerzendő táplálékforrásokra az ínséges, táplálékhiányos időkben feltétlenül szükség volt, van és lesz, ezek nem vagylagos elemei az étrendnek.

Szardínia-lakoma, mint tudományos bizonyíték?

Mennyire tükrözik ezek az elméletek a valós természet történéseit? Kutatók eddig csak korlátozott eredményekről tudtak beszámolni, de vannak bizonyítékok arra vonatkozóan, hogy a sziklákból algákat kaparók két cichlidfajának étrendje nem csak algákat tartalmaz.

Golcher-Benavides és Wagner jelentése most átfogó bizonyítékot szolgáltat arról, hogy mi történik, ha specifikus táplálékforrást fogyasztó bölcsőszájúhal-félék könnyen elérhető és bőséges mennyiségű zsákmánnyal találkoznak szardínia formájában – pedig nem “szakosodtak” rájuk. A két kutató becslése szerint a fentebb ismertetett, videóban is rögzített pillanatokban 31 bölcsőszájúhal-faj mintegy 870 cichlid egyede táplálkozott a szardínia-‘iskolával’.

A cichlidek gondolkodás nélkül elhagyták a zsákmányt, melyre specializálódtak és azonnal nekiláttak a szardínia-lakomának. Olyan egyedek is, amik addig algákat, moszatokat és esetenként egy-egy halpikkelyt fogyasztottak el.

A kutatók a cichlideket tíz csoportba sorolták speciális táplálkozási módjuknak megfelelően. Megállapították, hogy a tízből nyolc csoport halai lelkesen támadták a szardínákat, de úgy tűnt, hogy a két csoport cichlidjei nagy specifikus fajtákat képvieltek: ők kihagyták az ‘ünnepet’. Különösen azok a cichlidek, amelyeknek erősen lefelé néző szájuk volt, vagy fogazatuk nem volt alkalmas szardínia fogyasztására.

Kitekintés

A fenti kísérlet megmagyarázhatja, hogy az ember alapvetően miért egy főként hús-, zsír- és belsőségevő lény, mely ugyanakkor képes növényi táplálékok fogyasztására is, szezonalitásnak és éghajlati övnek, területnek megfelelően. Állati táplálékaink elsődlegesek szervezetünk számára, ugyanakkor a növényi táplálékok emésztésének sikeres módja az alkalmazkodóképesség csúcsát is jelentik.

A természetben a túlélés záloga ugyanis az alkalmazkodóképesség.