Több tízezer természetfotó segített megfejteni egy növény alkalmazkodásának titkát

Naponta emberek milliói töltenek fel növényfotókat különböző természetmegfigyelő alkalmazásokba. A legtöbben egyszerűen dokumentálni szeretnék, mit láttak egy kirándulás során, ezek a képek azonban egyre gyakrabban tudományos kutatások alapanyagává válnak. Egy új amerikai vizsgálat most azt mutatta meg, hogy a közösségi adatgyűjtés és a mesterséges intelligencia együtt olyan összefüggéseket tárhat fel, amelyekre hagyományos terepi kutatásokkal sokkal nehezebb lenne rábukkanni.

Az Iowa State University kutatói közel 44 ezer, természetjárók által készített fényképet elemeztek, hogy megértsék, miként alkalmazkodnak az észak-amerikai prérik jellegzetes fűfajai az eltérő éghajlati viszonyokhoz. A kutatás eredményeiről elsőként az Earth.com számolt be, míg a részletes tudományos eredményeket a Cell folyóiratban publikálták.

A mesterséges intelligencia és az állampolgári tudomány találkozása

A kutatás középpontjában a vesszős köles állt, amely Észak-Amerika egyik legfontosabb őshonos préri növénye. A faj különösen érdekes a kutatók számára, mert rendkívül jól alkalmazkodik a különböző környezeti feltételekhez, miközben fontos szerepet játszik a talajvédelemben, a biodiverzitás fenntartásában és a szénmegkötésben is.

A kutatócsoport egy FLORIST nevű mesterségesintelligencia-rendszert fejlesztett, amely képes automatikusan felismerni a virágzó növényeket a fényképeken. Az algoritmus a Global Biodiversity Information Facility adatbázisaiból származó több tízezer képet dolgozott fel, amelyekhez földrajzi koordináták és dátumok is tartoztak. A rendszer végül mintegy ötezer olyan megfigyelést azonosított, amely valóban virágzó növényeket ábrázolt.

Amikor a terepi adatok ellentmondanak a kísérleteknek

Az első eredmények látszólag egyértelműek voltak. A természetben élő növények esetében a kutatók azt tapasztalták, hogy az északabbra élő populációk korábban virágoznak. Ez logikusnak tűnt, hiszen a rövidebb nyári időszak miatt a növényeknek kevesebb idejük van a szaporodásra.

A probléma akkor jelentkezett, amikor ugyanezeket a növényeket kontrollált körülmények között vizsgálták. A kutatók tíz különböző kutatóállomáson neveltek genetikailag eltérő vesszős köles-populációkat, és azt találták, hogy a növények genetikai adottságai alapján éppen az ellenkező tendencia lenne várható: az északi eredetű egyedek valójában később virágoznak.

Ez a látszólagos ellentmondás évek óta foglalkoztatta az ökológusokat.

A válasz a növények génjeiben rejtőzött

A genetikai elemzések végül három olyan génváltozatot azonosítottak, amelyek meghatározó szerepet játszanak a virágzás időzítésében. A kutatók szerint az eltérő földrajzi régiókban élő növények különböző genetikai kombinációkat hordoznak, amelyek az adott térség éghajlati viszonyaihoz alkalmazkodtak.

Az északi populációk például érzékenyebben reagálnak a tavaszi felmelegedésre, így hamarabb kezdenek virágozni, hogy még a tél előtt befejezhessék életciklusukat. A déli területeken viszont más stratégia bizonyult előnyösnek: ott a túl korai virágzás veszélyes lehet, mert a nyári hőség károsíthatja a pollent. Ezért ezek a növények későbbre időzítik a szaporodást.

A kutatás egyik legfontosabb tanulsága, hogy a természetben megfigyelhető mintázatok és a genetikai háttér csak együtt értelmezhetők helyesen. A közösségi adatgyűjtés önmagában nem lett volna elegendő, de a laboratóriumi kísérletek sem adtak volna teljes képet.

Mit tanulhat ebből Európa?

A kutatás jelentősége túlmutat az észak-amerikai préri füvein. A klímaváltozás miatt Európában is egyre fontosabb kérdéssé válik, hogy a növényfajok milyen gyorsan képesek alkalmazkodni a változó körülményekhez.

Magyarországon az elmúlt években több őshonos növény virágzási időpontja is eltolódott a melegebb tavaszok miatt.