Természetvédelem
A Földön valaha élt fajok jó része kihalt már az ember megjelenése előtt. A kihalás természetes folyamat, persze annak gyakorisága (tömegessége) és mikéntje (például sebessége) nem lényegtelen. A kérdés tehát: Vajon melyik faj kihalását kellene megakadályoznunk és melyikét nem? Melyiket okozzuk mi, emberek, és melyiket nem? Könnyebb ezen töprengeni, ha a térbeliséget is figyelembe vesszük. Sok faj jól bevált evolúciós stratégiája a kihalás, persze csak egyes területekről. A lokális kihalást később visszatelepülés (rekolonizáció) követi, így aztán, nagyobb térléptékben szemlélve az eseményeket, nem történik semmi érdemleges, csak kisebb léptékben folyamatosan eltűnik, majd újra megjelenik az adott faj. Ez jó módszer lehet például arra, hogyan szabaduljunk meg parazitáinktól vagy más természetes ellenségünktől. Óceáni szigetvilágok pókfajai kapcsán írták le talán a legszebb példát erre. Ebben az esetben, ha nem tud lokálisan kipusztulni a faj, tényleg kihalhat.
Egyes fajok esetében viszont nem feltétlenül kell, hogy célunk legyen a védelem. Például a ritka fajoknak megvannak a maguk ökológiai és evolúciós tulajdonságai, sajátos stratégiájuk. Az ökológiai rendszerekben jönnek-mennek, de nem biztos, hogy szerencsés, ha mesterségesen életben tartjuk őket, csak azért, mert nem ismerjük fel ökológiai szerepüket. Más fajok esetében pedig eszünkbe sem jut védelemről beszélni, holott éppenséggel e fajok folyamatos megfigyelése és esetleges megsegítése lehet igen nagy hatással az ökológiai közösségre. A tömeges, gerinctelen, védelemre látszólag nem szoruló Eurytemora affinis a nagy európai folyótorkolatok jellegzetes Copepoda-faja. A Balti-tengerben folyó vizsgálatok során kimutatták, hogy ha jelentősen ingadozik populációmérete, arra igen sok más faj érzékenyen reagál. Vagyis főszerepet tölt be a tengeri ökoszisztéma életében; fajok túlélése múlik rajta. A faj populációméretének változásait figyelemmel kísérve, közvetve fajok tucatjait védhetjük meg.
A „Miért baj, ha egy faj kipusztul?” kérdésre a válasz tehát: az attól függ. Annak vizsgálatánál, hogy egy faj ritkán, vagy tömegesen fordul-e elő, valószínűleg sokkal fontosabb az egyes fajok ökológiai szerepének megértése. Röviden: nem feltétlenül a ritka, hanem inkább a fontos fajokat kell védeni. Akkor is, ha nem is ritkák. Pontosabban: a ritka fajokat is védenünk kell, mert talán szépek, esetleg hasznosak, netán kulturális szerepük van – vagy egyszerűen csak, mert unokáinknak is meg akarjuk mutatni őket. Viszont fontos tisztázni, mit miért teszünk, mi miért fontos, mi mit csinál. Az esetek többségében egyszerűen nem igaz az, hogy egy ritka faj kihalása problémát okozna az adott ökoszisztéma működésében. (Néha persze igen. Sok kihalófélben lévő cápafaj például rendkívül alacsony egyedszám mellett is valószínűleg rendkívül fontos szerepet játszik még a tenger életében.)
Minden egyes faj megóvása lehetetlen feladat. Nemcsak anyagi és logisztikai szempontok miatt, hanem elsősorban azért is, mert az egyes fajok együttes védelme konfliktusokhoz vezetne. Például a szavannán, ami az oroszlánnak jó, az a zebrának rossz, hiszen ők maguk egymással antagonisztikus, préda-predátor viszonyban állnak. Ez és az ehhez hasonló esetek persze sokszor nem tűnnek fel, hiszen az egyes fajvédelmi programok nemritkán szűklátókörű felelőseit nem feltétlenül érdekli a többi fajvédelmi program kimenetele. A specialisták – rendszerint inkább taxonómusok, mint ökológusok – számára a kompromisszumkeresés és a tudás integrálása nemcsak nem kívánatos cél, hanem általában lehetetlen is. Hasonló konfliktus és dilemma vetődik fel például az ökológiai folyosók tervezésekor is. Ha összekötünk erdőfoltokat, egyszersmind felaprózzuk a mezőt, és fordítva.
Akármilyen technokrata módon is hangzik, a természetvédelem tehát alapvetően optimalizációs probléma (mondhatnánk: az ökológiai kompromisszumkeresés művészete). Adott számú problémát adott mennyiségű pénzből a lehető legjobban és leghatékonyabban kell kezelni. Tökéletes megoldás nincs. Ennek fényében viszont talán éppen az a legrosszabb megoldás, ha a ritka, mondjuk Vörös Könyves fajok sorsát egyenként próbáljuk egyengetni. Persze, mire egyet netán „megvédünk” (tehát mondjuk állatkertben fenntartjuk egy alaposan beltenyésztett kis populációját), már kezdhetjük is a következővel.
Rendszerbiológia
A rendszerbiológia (systems biology) modern, dinamikusan fejlődő tudomány. Lényegében a hatalmas mennyiségű, molekuláris szintű információ kezelését és integrálását jelenti, kiegészítve a néha igen jelentős számítógép-tudományi fejlesztésekkel. A rendszerbiológusok új korszakot nyitnak a biológiában, melyben a modern számítógépeknek köszönhetően lehetőség nyílik hatalmas mennyiségű információ rendszerezésére, például a sejtek molekuláris hálózatainak modellezésére. Sokan kimondottan molekuláris szintű tudománynak tartják a rendszerbiológiát, mások egyszerűen csak nem vesznek tudomást a magasabb szerveződési szintekről.
Pedig akárhogy is csavarjuk a történetet, a rendszerszemléletű gondolkodás a biológia legtöbb területén megjelent már jó régen, és a legjelentősebben talán a rendszerökológiában teljesedett ki, még a hatvanas években. Mégrégebben Cuvier vagy Hantken Miksa egy pici fosszilis csontból rekonstruált egy ősállatot. Ez az anatómiai értelemben vett „inference” tökéletes példája, melyben a részek korrelációja, az allometrikus összefüggések felismerése segítette őket. Waddington a fejlődő embriót mint egy hullámos tájképen leguruló golyót ábrázolta (a fejlődési kényszerek, az irreverzibilis folyamatok és a genetikai háttér egységes rendszerbe történő illesztése), D’Arcy Thompson pedig koordinátarendszerek transzformációjaként fogja fel a morfológiai evolúciót. Az ökológiában talán Charles Elton volt az első, aki igazán komolyan érvelt a rendszerszemléletű gondolkodás mellett az indirekt kölcsönhatások és a tápanyagciklus („food cycle”) jelentőségével kapcsolatban. Jóval később, kicsit talán már túlzásba is esve, Robert Ulanowicz, amerikai kutató megmérte és egyetlen számmal ki is fejezte, mekkora stressz ért egy floridai folyócskát.
A rendszerbiológia története tehát igen patinás, és az persze nyilvánvaló, hogy a számítástudomány forradalma nagy hatással volt rá. Az „őskorban” elsősorban kis rendszerekben próbáltak nem-additív, emergens jelenségeket vizsgálni, miközben jól ismerték a rendszerek alkotóelemeit is és folyamatosan szemmel tartották a rész és az egész viszonyát. Manapság inkább a nagy, komplex rendszerek statisztikus vizsgálata folyik, melynek során lényegében nem lehetséges már az alkotóelemek tulajdonságainak részletes ismerete. A technika bűvöletében sokszor elvész a lényeg, a megértendő probléma. Közben viszont sokat megtudunk, amire eddig nem volt esélyünk. Mindemellett lassan kezdi talán reneszánszát élni a kisebb rendszerek vizsgálta, ahol a tömeges eredmények újra jelentősebb funkcionális értelmet nyerhetnek.
Visszatérve a modern rendszerbiológia rendkívül jelentős mértékben túlhangsúlyozott molekuláris orientációjára, akármennyi információt akármilyen korszerű módszerekkel próbálunk is integrálni, lényegében redukcionista módon járunk el, ha elfeledkezünk a szerveződés hierarchiájáról. A modern, molekuláris rendszerbiológia holisztikus tudomány szeretne lenni, de nem érzékeny a rész-egész problémára, ha megreked a sejt szintjén. A valódi holisztikus gondolkodás feltételezi a minden szinten átívelő hierarchiát, ahol egy egység valóban kisebb egységek rendszere, és egyúttal nagyobb rendszerek alkotóeleme. A molekula mint a sejt alkotóeleme fontos, a sejt a szervezetben tölti be szerepét, az organizmus egy populáció tagja, a populáció pedig ökológiai kölcsönhatások szövevényében él túl. A magyarázatok nem lehetnek pusztán horizontálisak. E hierarchia nélkül elmarad az integráció, marad az adathalmaz. A rendszerszemlélethez nem a sok adat a fontos, nem is a nagy és komplex rendszer, hanem ez a hierarchikus gondolkodás, amely a biológiában megkerülhetetlen.
Rendszerszemléletű természetvédelem
Próbáljuk összeilleszteni az első két fejezetet. Ha egy faj ökológiai szerepét, annak jelentőségét szeretnénk megérteni, el kell helyeznünk a kérdéses fajt az ökológiai rendszer modelljében. Meg kell tudnunk, milyen mértékben fontos a rendszer szerkezetében és működésében. Ha ez valamennyire sikerül, akár számokkal is kifejezhetjük egy-egy faj jelentőségét. Ez persze mindig irreális és irodaszagú marad, de mégiscsak a prioritások objektív megalkotása felé mutat. Az pedig elengedhetetlen.
Az észak-amerikai Coachella-völgy sivatagi táplálékhálózata, a gráfpontok színezése a reguláris ekvivalencia-osztályoknak felel meg
Az első ilyen megközelítés – ki gondolná – egy matematikustól, Frank Harary-tól származik 1961-ből. Harary 1959-ben bevezetett a szociológiában egy új mérőszámot („státusz”), melyet megpróbált alkalmazni táplálékhálózatok vizsgálatában is. A mérőszám egy hálózat pontjának a kapcsolatok hierarchiájában elfoglalt pozícióját jellemzi, és Harary úgy érvelt, hogy ezzel az állatok jelentőségét is jellemezni lehet, hogy mennyire fontosak az erdő életében. Az érvelés lényege az volt kimondatlanul is, hogy a hierarchia fontos pozícióiban lévő fajok fontosabbak, nagyobb szerepet játszanak, kihalásuk nagyobb gondot okoz az erdőben. Harary nyilván nem tudott sokat az erdőről, feltehetően nem is érdekelte olyan nagyon, de a megközelítési módja úttörő volt: az ökológusok maguk körülbelül harminc évvel később jutottak el oda, hogy a fajok relatív fontosságát számokkal kellene kifejezni.
Az alaszkai Prince William-öböl táplálékhálózata. A fajokat reprezentáló körök mérete azzal arányos, hogy mennyire fontos pozíciót töltenek be a közösség szerkezeti modelljében
Az ökológiai szerepek jellemzése és vizualizálása terén szociológusok és ökológusok közös csoportja alkotott maradandót, jóval később. A táplálékhálózat pontjait reguláris ekvivalencia-osztályokba sorolták. Ez azt jelenti, hogy két fajt hasonló szerepbe sorolnak, ha hasonló szerepű szomszédaik vannak a hálózatban. Tehát, ha az oroszlán zebrát eszik, a leopárd pedig antilopot, akkor a két macskaféle, illetve a két patás egy-egy csoportot alkot. Ebből a példából ugyan sok újat nem tudtunk meg a szavanna élővilágáról, de a bonyolultabb táplálékhálózatok ilyen jellegű elemzése segíthet feltárni, avagy pusztán számszerűsíteni a fajcsoportok közötti hasonlóságokat, a fajcsoportok funkcionális redundanciáját, vagy éppen a fajcsoportok durvább hálózatának a szerkezetét. Röviden, az egyes fajok ökológiai szerepét.
A pusztán szerkezeti elemzéseket ki kell, hogy egészítsék a hálózatok működéséhez közelebb vivő, szimulációs vizsgálatok. Kérdés, hogy a táplálékhálózat fontos pozícióiban lévő fajok valóban kiemelten fontosak-e az ökológiai közösség működése szempontjából? Máshogy közelítve: Milyen módszerrel kell a fajok pozícióját jellemezni, ha olyan mérőszámot szeretnék, amely a lehető legpontosabban megjósolja a hálózat viselkedését? Egy alaszkai öböl (Prince William-öböl) táplálékhálózatán végzett vizsgálatok szerint, ha a hálózatot úgy építjük fel, hogy figyelembe vesszük a kapcsolatok erősségét is, illetve olyan indexet használunk, amely a szomszédok szomszédainak a számára is érzékeny, akkor tudjuk a lehető legjobban előre jelezni a közösségi dinamikát. Tehát a súlyozatlan (egyenlő erősségű kapcsolatokat tartalmazó) hálózatokra számolt lokális indexek (fokszám) használata mond a legkevesebbet a rendszer működéséről. Ez rossz hír, hiszen a komplex hálózatok statisztikus jellemzését a fokszám-eloszlás vizsgálata uralja.
A jövő
A rendszerszemlélet a biológiát régen meghódította, de fénykora talán csak most jön el. A gyógyszertervezéstől a prediktív orvoslásig sok területre lehet majd alkalmazni, de talán az egyik legnagyobb áttörést a rendszerszemléletű természetvédelemben (systems-based conservation) várhatjuk. Az állatkertben elpusztuló faj észrevétlen marad. A természetben kihaló faj viszont egy sor más fajt is magával ránthat. A különbség abban rejlik, kialakulnak-e kölcsönhatások a fajok között. A természetben a fajok kölcsönhatási rendszerben élnek, az állatkertben pusztán ketrecben. Ez a felismerés régi, de ha számszerűsíthető lesz, a természetvédelem prediktív, pontos, hatékony, megbízható diszciplina lehet. Jordán Ferenc