Miért rakott az MTA egy tucat jacuzzit a Balaton partjára?

Aki manapság a tihanyi apátság mellől lenéz a Balaton partja felé, nagyjából jobbra, a Magyar Tudományos Akadémia műemlék vendégháza és kutatóközpontja felé, észrevehet tizenkét, a fák takarásából kissé kilátszó fehér tartályt. Azt már talán csak az igazán sasszeműek látják, de a parttól pár méterre, négyszer hármas sorban lerakott hengerekben víz van, egész pontosan a Balaton vize.

Mivel a létesítmény az akadémia ökológiai kutatóközpontjának kertjében áll, joggal gondolhatják, hogy valamiféle Balatonnal kapcsolatos tudományos hókuszpókusz van folyamatban, talán a vízminőséggel, esetleg a halakkal kapcsolatos kutatás részeként. És ez nagyjából így is van, annyi kiegészítéssel, hogy a látszatra csak pár vizeshordónak látszó komplexum jóval nagyobb, jóval összetett, akár a Marsig elérő problémakörök vizsgálatára lesz alkalmas.

A tizenkét kültéri tartály nem más, mint az MTA Ökológiai Kutatóközpont Balatoni Limnológiai Intézetének területén kialakított úgynevezett Vízi mezokozmosz. A kissé furcsa, éteri hangzású név olyan különleges kutatási infrastruktúrát takar, amilyen korábban nem létezett hazánkban, de még a közép-európai térségben sem. A 2018-ban „Az evolúció fényében: elvek és megoldások” című GINOP-pályázat keretén belül fölépített mezokozmosz kísérleti telepet szerdán adták át ünnepélyesen, hogy rövid téli álom után tavasszal nyüzsgő élet töltse meg a tartályait. Na de mi is az a mezokozmosz? A szóban a kozmosz arra utal, hogy kerek egész, ön- és különálló világot vizsgálnak majd a kutatók a segítségével, míg a mezo- (azaz "közepes") előtag a léptékre utal, jelezve, hogy a rendszer nagyobb mint egy laborkörülmények között (pl. lombikban, petricsészében) kialakított mikrokozmosz rendszer. A vízi mezokozmosz tehát olyan mesterséges rendszer, ami a valóságos környezetet modellezi, az itt végzett vizsgálatok pedig átmenetet képeznek a kontrollált laboratóriumi kísérletek és a terepi megfigyelések között.

A szerdai átadás és bejárás során betekinthettünk az amúgy is nyitott tartályokba: a kissé opálos vízbe levegőztető buborékoltatta az oxigént, de őszi faleveleken kívül más szabad szemmel látható organizmust nem tudtunk felfedezni. Hogy miért, arról részben Boros Gergely, az intézet tudományos főmunkatársa, illetve Szathmáry Eörs evolúcióbiológus, akadémikus, egyetemi tanár, a projekt két atyja adott felvilágosítást.

A tihanyi komplexum tehát egy tizenkét tartályból álló rendszer, mindegyik tartály egy-egy önálló kis ökoszisztémaként kezelendő. Mezokozmosz rendszerek egyébként a világ számos ökológiai kutatásban élenjáró országában találhatók, ezek a rendszerek pedig a sekély vizű ökoszisztémákban zajló folyamatok vizsgálatára, modellezésére kiválóan alkalmasak. "Nagy előnyük ezeknek a rendszereknek, hogy nemcsak a ökoszisztémák működését tudjuk megfigyelni, hanem kontrollálni, manipulálni is tudunk bizonyos paramétereket, mint például a hőmérséklet, fényviszonyok vagy tápanyagviszonyok, és így megfigyelhetjük azt, hogy az általunk beállított ökoszisztémák hogyan reagálnak a környezeti zavaró hatásokra.

Csupa olyan hatásról beszélhetünk, amik releváns problémák: ilyen például a globális klímaváltozás ügye, vagy a tápanyagterhelés ügye, ami mind-mind a felszíni vizeinket veszélyezteti, az ökoszisztéma összetételét, működését befolyásolja

– magyarázta Boros Gergely.

A rendszer kialakításkor arra törekedtek, hogy más hasonló rendszerek előnyeit ötvözzék benne, miközben kiküszöbölik az esetleges hiányosságokat vagy üzemeltetést nehezítő tényezőket, amik más, például amerikai vagy skandináv rendszerekben előfordulnak (Boros maga is több hasonló külföldi telepen is dolgozott már kutatóként, tapasztalatait a tihanyi mezokozmosz kialakítása során fel is használták). Az MTA kutatói meglehetősen büszkék is alkotásukra. "A beépített technológiát tekintve jelenleg az egyik, ha nem a legjobb mezokozmosz rendszer ami létezik. Kelet-Közép Európában ez az első, a régióban nincs hasonló kísérletes tartályrendszer. Nyugat-Európában, a skandináv országokban szép számmal vannak ilyenek, most ehhez tettünk egy komoly lépést, hogy felzárkózzunk a vizi ökológus közösséghez, hogy csatlakozzunk a kísérletes vizsgálatok hálózatához, amiben eddig az gátolt meg bennünket, hogy nem állt rendelkezésünkre megfelelő infrastruktúra az országban" – mondta Boros.

Planktonikus pezsgőfürdővel a Marsra

A tizenkét jacuzzi – ahogy Szathmáry nevezte a mezokozmosz fűthető, buborékoló tartályait – mindegyikében külön szabályozható a vízhőmérséklet, bár a tartályok alsó harmadán körbefutó, spirális fűtőelemek nem látszanak, mivel Balaton-vízzel vannak feltöltve, aminek van egy természetes zavarossága. (Ugyan a nagyobb mechanikai és nem kívánatos bakteriális szennyeződés eltávolítása miatt a tartályokba háromszor tisztított víz kerül, a kis méretű lebegő iszapszemcsék benne maradnak az átszivattyúzott vízben.)

Na de mit tud ez a rendszer, amit egy labor nem? A kutatók szabályozni tudják a fényviszonyokat, szükség esetén ledes lámpákkal a napfény spektrumával világítható meg mindegyik tartály. Vízkeverő rendszerrel a víz áramlásának sebességét is be lehet állítani. E három alapértéken kívül csak a kutatói kreativitás szab határt annak, hogy milyen más paraméterekkel szeretnék befolyásolni a tartályokban lévő kis ökoszisztémákat – variálható például a sótartalom, a pH-érték, a tápanyagtartalom és így tovább. A tartályokba merülő szenzorkosárral folyamatosan mérhető a víz oldott oxigéntartalma, hőmérséklete, pH-értéke (savassága, lúgossága), redoxi potenciálja, vezetőképessége, összes oldottanyag-tartalma, klorofilltartalma és minden olyan releváns paraméter, ami az élőlényközösség működéséről indikátorként szolgál.

Hogy egy példát mondjak, az oldottoxigén-tartalom alapvetően két folyamatból tevődik össze: a fizikai beoldódásból és a biológiai tevékenységből. Itt a fizikai beoldódás a szél révén történik, aminek mértéke közel azonos a tizenkét tartályban, ezért feltételezhetjük, hogy ha a víz oldott oxigén tartalma például nappal emelkedik, éjszaka pedig csökken, az a biológiai tevékenységnek, az elsődleges termelőknek, az algáknak köszönhető

– mondta Boros.

Az adatokat egy külön folyamatirányítással, vezérléssel összekötött számítógépes rendszer gyűjti és dolgozza fel, és az innen kikerülő összesített adatokat elemzik és használják fel a biológusok a kutatási eredményeikhez. És mint azt Szathmáry Eörs elmondta, alapvetően három vonulata lesz az itt folyó kísérleteknek: ökológiai, evolúciós és ami talán a legizgalmasabb, asztrobiológiai területen is születhetnek fontos tudományos eredmények Tihanyban. "Remélhetőleg azok a vizsgálatok, amik majd itt folynak, például a klímaváltozással kapcsolatos társulásdinamikai kísérletek, innovatív módon járulnak hozzá a klímaváltozás hatásainak csillapításához. Elsősorban ökológiai kérdéskörökről van szó, magyarán adott egy fajkészlet és a kísérletek során megnézzük, hogy az egyes fajok mit csinálnak egymással. Másodsorban tudjuk azt, hogy a fajok változnak, a genetikai összetételük változik. Ez az, amit biológiai evolúciónak nevezünk, és azért szeretjük a planktonikus élőlényeket, mert generációs idejük nagyon rövid, tehát egy év alatt olyan változások történhetnek egy ilyen rendszerben, ami mondjuk egy természetes erdőben évszázadokat igényel.

Ezeknek a nyomonkövetése is az egyik célunk" – magyarázta Szathmáry Eörs.

"És van egy kissé barokkosabb vonulata ennek a vizsgálatsorozatnak" – fogalmazott az evolúcióbiológus, felidézve egyúttal, hogy a kétezres évek elején a Collegium Budapestben létezett egy Mars-kutatással foglalkozó, Horváth András, Kereszturi Ákos, Bérczi Szaniszló nevével fémjelzett asztrobiológiai csoport, Szathmáry vezetésével. "Amit akkor a marsi élettel kapcsolatban mondtunk, nemcsak hogy ma is igaz, de az újabb mérések, más kutatói hipotézisek fényében is megállja a helyét. Közel járunk az igazsághoz, ha feltételezzük, a mai Marson is létezhetnek bizonyos életformák, amiknek van egy feltételezett életciklusa."

Az Mars körül keringő műholdak fotóin jól látható, évszakosan változó különös vízfolyásokra utaló sötét dűnefoltok ugyanis az asztrobiológusok hipotézisei szerint valamiféle egyszerű, ciklikus marsi létforma élőhelyei lehetnek.

Ezen életciklus bizonyos részeit valószínűleg szimulálni tudjuk ebben a mezokozmosz rendszerben. Ehhez természetesen nem fűtés, hanem hűtés kell, tehát ezek téli kísérletek, és minél keményebb lesz a tél, annál jobb, kemény fagyra van szükség ahhoz, hogy a lehetséges marsi élet tavaszi feléledését legalább analógiásan nyomon tudjuk követni.

"Persze nem ez a legsürgősebb dolgunk, de ez is a terveink között van, és a relevanciája lehet, hogy sokkal közelebbi mint sokan gondolnák, mert ne felejtsük el, hogy többek között egy Elon Musk nevű úr is ott van a marsi kezdeményezések mögött, és azt talán már mindenki észrevette, hogy amit ő a fejébe vesz, az előbb utóbb meg szokott valósulni. Talán már a mi életünkben emberek juthatnak a Marsra, akkor aztán majd sok mindent ott helyben lehet majd ellenőrizni, hogy igazunk volt-e vagy sem" – mondta Szathmáry a jövőbemutató lehetőségekről.

Két éven belül jönnek az első eredmények

Kérdésünkre, hogy miért pont 12 tartály van és miért pont itt, Boros Gergely a tudományos kísérletek megismételhetőségét adta válaszul: "fontos, hogy minden egyes kísérletet legalább háromszoros ismétlésben kell elvégeznünk, hogy megbízható eredményeket kapjunk. Ezzel tudjuk kiszűrni, hogy egy esetleges változás véletlenszerű-e vagy az általunk beállított paramétereknek köszönhető-e. Ha beállítunk egy kezelést, és az mindhárom tartályban következetesen ugyanazt a végeredményt hozza, akkor tudjuk, hogy valóban a mi kezelésünknek a hatását látjuk."

A magyar kutatók ebben a rendszerben egyszerre négy párhuzamos kezelés beállítását tudják majd végezni. Nyilván jobb lett volna még több tartályt és még több kezelést beállítani, de a kivitelezés során kötötték őket bizonyos korlátok: a műemléki oltalom alatt álló MTA-épület kertjében ennél tovább nem tudtak terjeszkedni, a GINOP-pályázattal adott területre, adott infrastruktúra kialakítására kaptak engedélyt a műemlékvédelmi hatóságtól, ez limitálta a tartályszámot. "De ezt nem tekintjük problémának, mert 12 tartállyal már nagyon jó eredményeket lehet elérni, és egy későbbi pályázat keretén belül ezt a számot tovább is lehet növelni."

Jelenleg a rendszer még nem üzemel, a tesztelés fázisában a kutatók azt ellenőrzik, hogy minden rendben működik-e. A téli időszakra le is fogják állítani a rendszert, téliesítik, úgyhogy leghamarabb jövő kora tavasszal kezdődhetnek az első igazi kísérletek. A pályázat, aminek a keretein belül a rendszer megvalósult, félidőben tart, van még belőle két év, ez idő alatt kell komoly, szaklapokban publikált eredményeket felmutatniuk a mezokozmosz kísérletekkel.

Megmenteni a Balatont

Kicsit visszaevezve a Marsról hazai vizekre felmerülhet a kérdés, hogy vizsgálható-e itt az, hogy miképp hat a globális felmelegedés a Balatonra. "Mint minden ilyen rendszernek, így ennek is vannak korlátai, de egy jó közelítő becslést azért lehet adni azzal kapcsolatban, hogy mi várható. Ezekben a tartályokban a beállítható vízmélység nagyjából másfél méter, a Balaton átlagmélysége valamivel több mint három méter, de a hazai állóvizeink többsége is sekély állóvíz kategóriába tartozik. Ezért a mi rendszerünk mindenképpen jól mutathatja, hogy mi várható ezekben a sekély vizű ökoszisztémákban a klíma vagy a tápanyag változásával. Nyilván a méretében nem tudjuk leutánozni például egy Velencei-tó méretét,

Itt hatnak rájuk ugyanazok a természetes folyamatok, mint egy valós ökoszisztémában. Falevelek hullanak a vízbe, szél fújja a vízfelszínt, UV-sugárzás éri, ezek a Balatonra is ugyanígy hatnak" – mondta Boros Gergely.

Boros Gergely szerint a kutatók mindezzel párhuzamosan azt is vizsgálhatják, miképp védhető meg a Balaton a klímaváltozás negatív hatásaitól. "Egy régebbi példával szemléltetném ezt. Annak idején a tihanyi intézet munkatársai készítették el azokat a becsléseket és az a javaslatcsomagot, ami alapján a Balaton vízminőségét olyanra sikerült varázsolni, mint amilyen most. A kutatók jöttek rá, a foszforterhelés az, ami a víz minőségét úgy változtatta meg a hatvanas évektől a kilencvenes évekig, hogy szupertróf volt a tó vize, annyi volt benne az alga, hogy gyakorlatilag fürdésre alkalmatlan volt a nyári hónapokban. A javaslatcsomag alapján épült ki a körcsatorna, a szennyvíztisztító a Zalán, és a Balaton most olyan, amilyennek látjuk: minden a legnagyobb rendben van élővilágával, vízminőségével, ökoszisztémájával, gyakorlatilag egy alpesi tengerszem vízminőségével vetekszik az algatartalom." Valami hasonlóban reménykednek a mostani biológusok is a mezokozmosz rendszer kapcsán, hogy szükség esetén az itt levont következtetésekből olyan javaslatcsomagot tudnak majd összeállítani a jövőben, ami hozzájárulhat a balatoni ökoszisztéma védelméhez.

Bár kifejezetten a legnagyobb hazai tóból vett vízzel működik, a tihanyi mezokozmosz kísérlet nem Balaton-specifikus, sőt az benne a jó, hogy a nemzetközi tudományos közösség is számolhat vele, érdeklődéssel figyelheti az itt születő eredményeket. A levont következtetések lehetnek annyira általánosak, hogy az összes mérsékelt égövi állóvízzel kapcsolatban lehet belőlük predikciókat készíteni. Ehhez ezek a planktonikus szervezetek (például vízibolhák), amik minden tápláléklánc alapját képezik, nagyon jó támpontot adnak. Az már más kérdés, hogy folyóvizek vizsgálatára ez a fajta rendszer nem alkalmas. Vannak ugyan olyan mezokozmosz rendszerek, amik folyóvizek ökoszisztémáira vannak kitalálva, a tihanyi viszont kimondottan állóvízi. (A folyóvizeket modellező rendszerek teljesen más konstrukciók: több egymás mellett elhelyezett hosszú, lejtős vályúból állnak, amikben szivattyúkkal keringtetik a vizet. Ezekben leginkább azt lehet vizsgálni, hogy patakokban hogyan zajlanak különböző folyamatok.) A Dunát, Tiszát érő, a hazai folyók élővilágát fenyegető szennyezések, ökológiai változások vizsgálata tehát külön lapra tartozik, remélhetőleg a nem annyira távoli jövőben.