Nyikolaj Vavilov, a génbankok úttörője
Írta: Réthy Katalin
A világ népességének ellátása megfelelő mennyiségű és minőségű élelemmel egy olyan kérdés, amely már régóta foglalkoztatja a politikusokat és tudósokat egyaránt. A klímaváltozás tükrében kiemelt jelentősége van olyan új növényfajták nemesítésének és innovatív mezőgazdasági rendszerek kialakításának, amelyek képesek alkalmazkodni a megváltozott, gyakran szélsőségessé váló viszonyokhoz.
A hagyományos növénynemesítés a növényfajták évezredek során létrejött változatosságára támaszkodik, amikor a megfelelő tulajdonságokat keresi. Nyikolaj Vavilov, orosz-szovjet agronómus és botanikus, tragikusan rövid életét a világszerte termesztett növényfajok és fajták sokféleségének a megismerésének és megőrzésének szentelte: lefektette az első - és máig legnagyobb gyűjteménnyel rendelkező - génbank alapjait, és számos tudományos eredményt ért el a háziasított növények evolúciójával kapcsolatban.
Az első nemzetközi génbank
Az Alkalmazott Botanikai Intézet Szentpéterváron 1894 óta végezte a termesztett és vadon élő növények és azok magjainak a gyűjtését, botanikai ismeretek bővítését, külföldi fajták honosítási kísérleteit. A 20. század elején Oroszország egész területéről kértek be vetőmagokat a parasztoktól, hogy a helyi árpa fajtákat megismerjék, de Kanadából és Svédországból is érkeztek minták. Ezeken termesztési kísérleteket végeztek, hogy megismerjék az örökletes, gazdasági jelentőségű tulajdonságokat; idővel több termesztési állomáson, a különböző orosz geobotanikai zónákban.
Nyikolaj Ivanovics Vavilov 1887 -ben született Moszkvában tehetős kereskedőcsaládba. A Mezőgazdasági Intézetben végzett tanulmányai után, botanikával, növénypatológiával és növénygenetikával foglalkozott. Növénynemesítési kutatásai során kiemelt figyelmet szentelt a rezisztens gabona fajták létrehozására. Vavilov 1917-től igazgatóhelyettes, 1920-tól igazgatója az Intézetnek, melyet 1924-ben Alkalmazott Botanika és Új Termények Uniós Intézetére neveztek át. Külföldi útjai során számos kutatóval megismerkedett, nemzetközi hírnévre tett szert.
Vavilov egy csokor kukoricával
1921- 22-ben éhínség sújtotta Oroszországot, amelyben a forradalom miatti gazdasági bizonytalanság, az elosztási nehézségek és az Ural és Volga folyó menti régiókat érintő aszály is szerepet játszottak. A búzatermés az előző évek átlagának a felét sem érte el, az éhínség legalább 5 millió ember halálát okozta. Lenin szerette volna megakadályozni, hogy a jövőben hasonló mértékű éhínség sújtsa az országot, ezért megbízta Vavilovot, hogy találja meg a módját a termésátlagok növelésének.
A termésátlagok növelésére felszólító szovjet propaganda plakátok
Vavilov célja az volt, hogy a betegségeknek ellenálló, szárazság- és fagytűrő gabonákat tudjanak nemesíteni, azonban a nagyléptékű növénynemesítési munka elvégzéséhez előbb fel kellett térképezni a világon rendelkezésre álló változatosságot és a legközelebbi vad rokonokat. Vavilov első útja Amerikába vezetett, ahonnan több ládányi maggal tért haza. Később 5 kontinenst beutazott, hogy termesztett növények magjait gyűjtse. Gyűjtőútjai során elsősorban azokra a növényekre koncentrált, amelyek a Szovjetunió területén segíthetik a nemesítést, például a gabonafélékre. Utazásai után szétosztotta ezeknek a magoknak egy részét az újonnan létrehozott nemesítő és kutató állomások között, egy részét pedig hosszútávú tárolásba vették az Intézet magbankjában. Vavilov nevéhez kapcsolódik a genetikai erózió elmélete is, azaz, hogy a háziasított növények genetikai változatossága végleg eltűnhet, ha nem teszünk tudatos lépéseket a megőrzésük érdekében.
Az 1930-as évek elejére már 300 növényfaj közel 250 000 mintájával rendelkezett az Intézet gyűjteménye, ezzel megalapozták az egyik első nemzetközi gyűjteménnyel rendelkező, és a mai napig is legnagyobb génbankot a világon. Vavilov 1929-ben Közép-Ázsiába, a mai Kazahsztán területére utazott, ahol a vad és termesztett alma, illetve más gyümölcsfajok hatalmas változatosságával találkozott. Az ott gyűjtött magokból ültetett fákból alapította meg a Pavlovski kutatóállomást Szentpétervártól délre, ahol ma több, mint 5000 fajta gyümölccsel a világ legnagyobb gyümölcs fajtagyűjteménye található. A 80-as évekig közel 40 szelekciós és növénykutató állomás jött létre a Szovjetunióban, melyeken a helyi klimatikus viszonyokhoz alkalmazkodott növények nemesítése folyt.
Kézi vetés egy szovjet növénynemesítő állomáson a 70-es években
A háziasítási központok és a homológ variáció elmélete
Vavilov nagyszabású gyűjtőmunkája és tudományos eredményei előtt ismeretlen volt a háziasított növények sokféleségének, különösen a fajokon belüli változatosságnak a mértéke. Elsőként mutatott rá arra, hogy evolúciós szempontból nem elég ismerni a földrajzi elterjedés határait - a termesztett növények esetében fontos megismerni a genotípusok származási helyét is. Darwin és de Candolle evolúciós elméleteire alapozva alkotta meg a háziasítási központok elméletét, miszerint minden háziasított növénynek megvan a földrajzi kiindulási pontja.
1932-ben így fogalmazott: “Annak érdekében, hogy megértsük az evolúciót és tudományos alapokra helyezzük a nemesítést; az olyan alapvető növények esetében is, mint a kukorica, a búza és a gyapot, a mezőgazdaság legrégebbi területeire kell utaznunk, ahol az evolúció megértésének kulcsai rejtőznek.”
A háziasítási központok azonosítása során az alábbi lépéseket követte:
- a növények elkülönítése faj szerint morfológiájuk, növénykórtani sejttani és molekuláris vizsgálatok alapján
- az egyes növényfajok elterjedésének a meghatározása, amennyiben lehetséges, a múltbéli elterjedés vizsgálata, amikor a jelenlegi lehetőségek még nem álltak rendelkezésre a szaporítóanyagok mozgatására
- a fajokon belüli fajták és változatok meghatározása és a fajon belüli genetikai változatosság leírása
- a változatok földrajzi elterjedésének meghatározása
Vavilov elmélete szerint a földrajzi eredet helyén esetében kiugróan magas egy adott növény változatossága, valamint ősi formák és vad rokonok is jelen vannak. Vavilov élete során 7 eredetközpontot (háziasítási központot) azonosított: Délnyugat Ázsia, India, Kelet- Ázsia, Abesszínia (Kelet-Afrika), a mediterrán régió, Dél-Amerika, illetve Közép-Amerika területén.
Kultúrnövények földrajzi eredete, elsődleges és másodlagos háziasítási központok (2019-es ábra)
A háziasítási központokon túl a fajok és fajták elterjedésének és változatainak vizsgálatával a háziasított növények evolúciós folyamatait is kutatta. Rájött például, hogy a mezőgazdaságilag művelt hegyvidékes területeken a szintkülönbségekből eredő változatos klimatikus viszonyok magas változatosságot eredményeztek a fajták szintjén. Ezen túl elsőként vizsgálta termesztett növények evolúcióját az emberi kultúra fejlődése, a népvándorlások és a népmozgások tükrében.
A genetikai erózió és a háziasítási központok elmélete mellett érdemes még kiemelni a homológ variáció- azaz a párhuzamos átalakulások elméletét, amelyet Vavilov eredetileg a háziasított növényekre alkotott meg, de később az élővilág széles körére alkalmazták. Ez alapján a különböző növényfajok és fajták egymástól függetlenül gyakran párhuzamos evolúciós irányokat mutattak a földrajzi régiók, vagy az emberi szelekció alapján. Például Ázsiától a mediterrán régió felé haladva a gyümölcsfák termése és a csonthéjasok magja egyre nagyobbá vált, a különböző gabonák pedig az ember keze alatt elvesztették magjaik önálló terjesztésének képességét. A beporzás módjában is megfigyelhető párhuzamos evolúció: a búza, az árpa, a borsó és bab vad ősei jellemzően keresztbeporzásra szorultak - termesztett változataik azonban idővel önbeporzóvá váltak.
Áltudomány a politika szolgálatában
Vavilov tudományos munkásságát a hagyományos mendeli genetikára és Darwin evolúciós elméleteire alapozta, szakmai és gyűjtőmunkája hamar nemzetközi hírnevet és a tudományos szakma elismerését eredményezték. Alapos természete és a hagyományos nemesítés sajátosságai miatt azonban nem tudott elég gyorsan eredményeket felmutatni, az 1930-as években a kollektivizálás és az időjárásbeli viszontagságok nyomán ismét éhínségek sújtották a Szovjetuniót - amiért Sztálin Vavilovot tette meg bűnbakká. Már az 1920-as évektől feltűnt a színen, és időközben egyre nagyobb befolyást nyert Trofim Gyeniszovics Liszenko, aki tagadta a gének létezését és a mendeli öröklődést. A politikai irányba jól passzoló, de hamis elméletei szerint a növények képesek az életük során szerzett tulajdonságaikat továbbörökíteni, így a növénynemesítés ideje 10-12 évről 3 évre rövidíthető, ugrásszerű változásokat eredményezve. Liszenko tanai az 1960-as évekig uralták a szovjet mezőgazdasági tudományt, többek között az ő hatására kezdtek Magyarországon sikertelenül citrustermesztésbe.
T. Gy. Liszenko búzát vizsgál
Az 1930-as évektől Vavilov tudományos munkássága egyre kevesebb támogatást kapott, munkatársaival a Liszenko elméleteivel szembeni ellánállásuk miatt kirekesztetté váltak. Vavilovot meggyanúsították, hogy disszidált oroszokkal lépett kapcsolatba Amerikában; 1940-ben egy Ukrajnai gyűjtőútján letartóztatták és börtönbe vetették, ahol 1943-ban éhen halt. A második világháború során a német seregek számos kutatóállomást kifosztottak, azonban Leningrád ostroma során a központi génbank megmenekült. Ez annak volt köszönhető, hogy Vavilov munkatársai a saját életük árán védték meg a gyűjteményt az éhező lakosságtól és a rágcsálóktól, miközben ők maguk is éhhalált haltak.
Vavilov öröksége
A tragikus sorsú kutató elméleteinek nemzetközi elismerése megmaradt a 20. század második felében is, és az 1970-es években a szovjet politika is rehabilitálta, mára számos kutatóintézet viseli Vavilov nevét. A háziasítási központokhoz kapcsolódó ismeretek területén a molekuláris módszerek tudtak új eredményeket felmutatni, a tudományos diskurzus a mai napig folyik a részleteket illetően. A genetikai erózió elmélete a 1970-es években , a Zöld Forradalom után jutott jelentős szerephez, mivel ekkor világszerte nagy mértékben vették át kisszámú modern fajták a helyi változatok helyét a mezőgazdaságban. Vavilov leginkább meghatározó eredménye génmegőrzés és génbankok alapjainak lefektetése volt, amelyek a mai napig végzik munkájukat a sokféleség megőrzésének érdekében.
Ha érdekesnek találtad ezt a videót, kedvelj minket Facebookon, vagy nézz körül a honlapunkon!
Felhasznált irodalom:
Hummer, Kim & Hancock, James, 2015: Vavilovian Centers of Plant Diversity: Implications and Impacts. HortScience. 50. 780-783. 10.21273/HORTSCI.50.6.780.
Proceedings of the Harlan Symposium 10-14 May 1997Aleppo, Syria: Centers of origins of crops plants and agriculture
Rakéta, Bobak Zsófia, 2020: Kinyitották a végítélet magbankját
See forests for trees blog, Thor Hhatten, 2013: The Seeds of Life — Nikolai Ivanovich Vavilov and the Fight for the Centers of Origins of Plant Diversity and Food Security
Sg.hu, 2008: A botanikai villámháború
https://sg.hu/cikkek/tudomany/59889/a-botanikai-villamhaboru
N.I Vavilov Institute of Plant Genetic Resources, 2020: The Bureau of Applied Botany (Beginning of plant science in Russia)
Képek forrása:
3. kép: Ország- Világ magazin: Kincstár a föld alatt, 1976 (Arcanum digitális tudománytáron keresztül elérve)
4. kép: MAGHÁZ grafika, Réthy Kati, 2019
5. kép: Wikimedia commons, https://en.wikipedia.org/wiki/Trofim_Lysenko
