Algák 3D-modelljeit alkották meg magyar kutatók

A vízben úszó fotoszintetizáló algák termelik a légköri oxigén jelentős részét. Túlzott elszaporodásuk azonban ronthatja a vízminőséget, ezért kiemelt jelentősége van annak, hogy a kutatók pontosan meg tudják becsülni az általuk alkotott biomassza mennyiségét. Erre eddig csak korlátozott pontosságú módszerek álltak rendelkezésre, de az ELKH Ökológiai Kutatóközpont munkatársai háromdimenziós vizualizáció segítségével megalkották az algák valósághű térbeli modelljeit, amelyek már pontos térfogat- és tömegmérésre adnak lehetőséget - derül ki az Eötvös Lóránd Kutatási Hálózat közleményéből. Az erről szóló tanulmány a rangos Science of The Total Environment szakfolyóiratban jelent meg a közelmúltban.

A szabad szemmel is látható növények és állatok változatossága meg sem közelíti a mikroszkopikus algák sokféleségét 

– mondja Dr. Borics Gábor, az Ökológiai Kutatóközpont Duna-kutató Intézet Tisza-kutató Osztályának vezetője, aki mikroalgák felfedező- és alkalmazott kutatásával foglalkozik, immár évtizedek óta. 

A vízben lebegő növényi plankton nagy részét olyan mikroszkopikus méretű algák adják, amelyek ökológiai jelentősége felbecsülhetetlen. A kutatások szerint a légköri oxigén döntő részét nem a szárazföldi ökoszisztémák (erdők, sztyeppék, mezőgazdaságinövény-kultúrák), hanem a természetes vizek növényei, azon belül is főként a fitoplankton lebegő szervezetei termelik. A plankton nagy részét az algák alkotják, amelyek olyannyira különböznek egymástól, hogy ránézésre a szakértők sem mondanák meg, hogy bármi közük lenne egymáshoz.

Ez a különbözőség azért jelent problémát, mert az ökológiai kutatásokban és a vízminőség-vizsgálatokban is alapvető jelentőségű, hogy a kutatók pontosan tudják, melyik fajjal van éppen dolguk, és annak mik a pontos méretei. A Dr. Borics Gábor vezette munkacsoport teljesen új alapokra helyezte ezeket a számításokat, és közelítő formaegyszerűsítések helyett valósághű térbeli modellek segítségével végzett pontos felszín- és térfogatszámításokat.

Mivel a mikroszkopikus algák között akkora méretbeli különbség is lehet, mint az egér és az elefánt között, nem sejtszámokkal dolgozunk, hanem az algák össztömegével, vagyis biomasszájával. Emellett különbséget kell tenni a fajok között is, hiszen vannak közöttük veszedelmes kékalgák és teljesen jámbor moszatok is

 – teszi hozzá Dr. Borics Gábor.

A kutatók korábban az algák tömegét úgy állapították meg, hogy a szabvány előírásait követve, az alakjukat néhány egyszerű formához (gömb, kúp, hasáb) hasonlították. Ez a módszer azonban csak közelítő értéket eredményezett, mivel a hagyományos fénymikroszkópos képeken a kutatók mindig csak a minták egyik rétegét látták, a teljes alga nem tárult a szemük elé, ebből kifolyólag a valós méreteikben nem lehettek biztosak.

Alapkutatásnak indult

A kutatók négy éve tartó munkájának mostanra érett be a gyümölcse. Térbeli tervezéshez használt szoftverek segítségével rengeteg édesvízi algafajról készítették el azokat a háromdimenziós hálóobjektumokat, amelyeken már egyszerűen lehet térfogatot számolni. Sőt, akár fajokon belül is meg tudják különböztetni az eltérő alakú egyedeket, így a vizsgálatot végző kutatónak csak a mikroszkópban látott alga szélességét és hosszúságát kell betáplálnia a programba.

Így sikerült elérnünk, hogy a térfogatbecslés hibája szinte elhanyagolható mértékűre csökkent. Van olyan alga, amelynek hálómodelljét 8000 lapocskából állítottuk össze, hogy az alak valósághű, az eredmény pedig teljesen pontos legyen

– meséli Dr. Borics Gábor. 

Ezáltal mostantól úgy láthatjuk az algákat, ahogy korábban soha. A mikroszkóp csekély mélységélessége miatt a szakértők sem látták még őket a maguk teljességében. Olyan ez, mintha az emberből csak az orra helyét látnánk, a többi részlet elmosódott lenne.

Jelenleg 2500 algafaj alakját, valamint felszínét és térfogatát határozták meg. Mivel a módszer immár részleteiben is jól kidolgozott, az algakollekció bővítése innentől a kutató szavaival élve már csak „iparosmunka”. A megalkotott térbeli modellek hamarosan tankönyvek lapjain, múzeumok kiállításain fogják szemléltetni a vízi mikrovilág lélegzetelállító formai sokféleségét. Emellett a kutatók algabiomassza-becslést lehetővé tévő számításait a vízminőség-vizsgálatokban napi szinten is alkalmazni fogják. Így ez a munka szép példája annak, ahogy egy kezdetben alapkutatásnak induló projekt végül milyen jelentős gyakorlati problémák megoldásához vezetheti el a szakembereket.