Apuleius • 6 nap
A nitrogén nélkülözhetetlen elem az élővilág számára. Habár a légkörben kétatomos gázállapotban bőségesen rendelkezésre áll, az élőlények számára felvehető formája sokkal korlátozottabban érhető el. Közismert, hogy egyes növények „társbérlőik”, a nitrogén megkötésére képes mikroorganizmusok segítségével a légköri nitrogént is fel tudják használni. Az viszont kevésbé jól ismert, hogy a cikászok is ehhez az „elit” társasághoz tartoznak.
Szerző: Erdei Boglárka (Ősnövénygyűjtemény)
Az élő fosszíliaként is emlegetett cikászok csoportja a mezozoikumi élővilág fontos eleme volt. A flórában játszott szerepüknek köszönhetően ezek az ősi növények a dinoszauruszok fontos táplálékforrását is jelenthették. Azonban a mezozoikumi virágkor után számukra hanyatlás következett. Ma élő fajaik veszélyeztetettek, kizárólag trópusi-szubtrópusi területeken fordulnak elő. Ugyanakkor a modern cikászoknak van egy különleges képessége, amely egy fontos tápanyag, a nitrogén felvételéhez kapcsolódik.
A cikászok egy Kínában élő faja, a Cycas panzhihuaensis (fotó: Erdei Boglárka)
A nitrogén nélkülözhetetlen elem az élővilág számára. Légkörünk alapvető alkotórésze, bőségesen rendelkezésre áll kétatomos gázállapotban (N2). Azonban az élőlények számára felvehető formája már sokkal korlátozottabban érhető el. A nitrogénfixációnak nevezett folyamat során egyes mikroorganizmusok (prokarióták) képesek a nitrogén molekula hasítására és az élőlények számára felvehető nitrogénforrássá alakítására. (Újdonság, hogy a kutatók felfedezték a nitrogénkötés képességét eukarióta szervezetekben is, és az ebben résztvevő sejtszervecskét nitroplasztnak nevezték el). A bioszféra nitrogén ellátása szinte teljes mértékben ezektől a nitrogénfixáló szervezetektől függ. A növények többsége a nitrogént nitrát- (NO3−), vagy ammónium-ion NH4+) formájában a talajból veszi fel. Egyes növények azonban a nitrogén megkötésére képes mikroorganizmusokkal szimbiózist alakítottak ki, amely lehetővé teszi számukra, hogy atmoszferikus nitrogént használjanak fel „társbérlőik” segítségével. Közismert a pillangósok (Fabaceae) nitrogén megkötő képessége, de más zárvatermő családokban, például a nyírfafélék (Betulaceae) és a rózsafélék (Rosaceae) között is találunk ilyen növényeket.
Kevésbé jól ismert, hogy a cikászok is ehhez az „elit” társasághoz tartoznak. Különleges, úgynevezett koralloid gyökereikben élő cyanobaktériumok (Nostoc, Calothrix) segítségével képesek az atmoszferikus nitrogén hasznosítására, így alacsony tápanyagtartalmú, sekély talajokon is megélnek. A koralloid elnevezés arra utal, hogy ezek a gyökerek korallra emlékeztető formájúak, a valódi gyökerekkel ellentétben felfelé nőnek, így sokszor a talajszint felett helyezkednek el. Abban is különleges a cikászok szimbiózisa, hogy a nitrogén aminosavak formájában kerül hasznosításra, szemben a többi nitrogénmegkötő szimbiózissal, amelyek esetében ez ammónia formájában történik. Igen valószínű, hogy a cikászok nitrogénmegkötő képessége szerepet játszott abban, hogy kréta végi hanyatlásukat követően, bár igen kis számban, de ma is jelen vannak a Föld trópusi-szubtrópusi vidékein, sokszor kietlen, szegényes élőhelyeken.
A cikászok korallhoz hasonló formát mutató ún. koralloid gyökerei a normál gyökerekkel ellentétben felfelé nőnek (fotó: Erdei Boglárka)
Egy több mint tíz éve indult nemzetközi kutatás, amelynek e cikk szerzője is részese lehetett, arra kereste a választ, hogy vajon a cikászok valaha élt képviselői rendelkeztek-e a ma élő fajokéhoz hasonló nitrogénmegkötő képességgel. A kérdés eldöntéséhez a kutatók hajdan élt cikászok leveleinek szenesedett anyagából végeztek izotópos vizsgálatot. A modern növények esetében ismert eljárás a nitrogén légkörben előforduló izotópjainak (15N/14N) arányát vizsgálja.
A nitrogénfixálók esetében a levél nitrogénizotóp aránya hasonló a légkörből mérhető arányhoz, szemben a talaj nitrogénforrását hasznosító növények esetében tapasztalható, a légköritől eltérő aránnyal. Számos cikász fosszília levélmaradványát elemezték a kutatók, a triásztól egészen kora miocén maradványokig. A mintában a nagyrészt kihalt fajok, nemzetségek mellett ma élő csoportok egykori képviselői is szerepeltek. Az eredmények azt mutatták, hogy ez utóbbiak nem a talajból fedezték nitrogén szükségletüket, rendelkezhettek a nitrogénfixálást lehetővé tevő szimbiózissal. Természetesen ezek csak előzetes eredmények, számos nyitott kérdés további kutatást igényel. Mindenesetre az a felfedezés, hogy a modern nemzetségek egykori képviselői már a korai kainozoikumban, több tízmillió évvel ezelőtt képesek lehettek a nitrogén megkötésére, választ adhat arra a kérdésre, hogy a zárvatermők előretörése mellett, hogyan tudtak a cikászok egyes csoportjai napjainkig fennmaradni. Az eredmények egy rangos folyóiratban (Nature Ecology & Evolution) jelentek meg.
Egy kihalt nemzetség, a Dioonopsis levele Alaszka eocénjéből, a floridai természettudományi múzeum gyűjteményében (fotó: Erdei Boglárka).
Forrás: Kipp, M.A., Stüeken, E.E., Strömberg, C.A., Brightly, W.H., Arbour, V.M., Erdei, B., Hill, R.S., Johnson, K.R., Kvaček, J., McElwain, J.C. and Miller, I.M., 2023: Nitrogen isotopes reveal independent origins of N2-fixing symbiosis in extant cycad lineages. – Nature Ecology & Evolution 8: 57–69.
