A fűrészlábú szöcskék (Saga spp.) biológiája, különös tekintettel a Saga pedo (PALLAS, 1771) fajra Doktori (PhD) értekezés tézisei Készítette: Kolics Balázs Témavezetők: Dr. Kondorosy Előd, Pannon és Egyetem Dr. Müller Tamás Szent István Egyetem Pannon Egyetem, Georgikon Kar Keszthely, 2009
1. Bevezetés és célkitűzések A természetvédelmi biológia jelentős kutatási terület, elsősorban a fajok eltűnésének gyorsuló üteme miatt, melynek oka főleg emberi tevékenységre vezethető vissza. Az egyenesszárnyúak rendjébe sorolt fűrészlábú szöcskék (Saginae) Eurázsia legnagyobb termetű rovarfajai közé tartoznak. Populációik speciális, száraz, meleg élőhelyekhez kötődnek, ezeket többnyire hegységek sziklagyepein találják meg. Előfordulásuk szórványos, populációik - különösen imágó korban - kis egyedszámúak. Röpképtelen, kis vagilitású állatok. Táplálkozásuk az egyenesszárnyúakon belül nem szokványos: kizárólag ragadozó életmódot folytatnak, egyúttal élőhelyük csúcsragadozó rovarai. Az eurázsiai fűrészlábú szöcskefajok ritkaságuk ellenére nem védettek, egy kivételtől eltekintve. Ez a faj a fűrészlábú szöcske (Saga pedo Pallas, 1771), a genus egyetlen Magyarországon is élő képviselője, egyik legnagyobb termetű rovarfajunk. 2
A fűrészlábú szöcske 13 fajt számláló genus-nak az egyetlen, szűznemző tetraploid faja. Elterjedési területe a rokon fajokénak többszöröse. Természetvédelmi értéke 50 000 Ft. Munkámban célul tűztem ki a S. pedo magyarországi lelőhelyeinek összesítését, s esetlegesen új lelőhelyek feltárását. Fenológiai vizsgálatok keretében tisztázni kívántam a S. pedo lárvastádiumainak számát, valamint - tekintettel az ellentmondásos irodalmi adatokra - eredményeimet az egyes stádiumokat jellemző méretekkel meghatározni. Tojásmorfometriai vizsgálataimban az eddig le nem írt ootaxonómiájú európai fajok tojásának leírását tűztem ki célul. Disszertációm egyik fő célja a Saga nemen belüli rokonsági viszonyok filogenetikai módszerekkel történő feltárása, különös tekintettel a S. pedo faj kialakulására vonatkozóan, a vizsgálatokat kiegészítve a kritikus pontokon morfometriai - valamint egyenesszárnyú fajok esetében jól alkalmazható - bioakusztikai módszerekkel. A S. pedo rokon fajjal való párzásából származó tojások vizsgálata során azokban apai örökítőanyagot kerestem. 3
Ezeken túlmenően tanulmányoztam a diapauzával fejlődő S. rammei és a S. pedo fajok mesterséges keltetésének lehetőségeit. Ennek kidolgozása e fajok kipusztult populációinak esetleges visszatelepítésében segíthet. 2. Anyag és módszer (1) A S. pedo faj magyarországi lelőhelyeinek összeállítása az eddigi irodalmi adatok, személyes megkeresések, saját készítésű honlap kérdőíve alapján, valamint lehetséges lelőhelyek felkeresésével történt. (2) A S. pedo faj lárvastádiumainak, illetve az adott stádiumra jellemző morfológiai bélyegek meghatározása comb (femur) és tojócső (ovipositor) hossz mérés alapján. Összesen 156 S. pedo egyed adatait rögzítettem részben saját, részben Dr. Nagy Barnabás (MTA NKI) tenyészetéből származó állatok alapján. Tojásmorfológiai vizsgálatok során (hossz, szélesség, micropyle szám) S. pedo, S. natoliae, S. rammei, 4
valamint S. campbelli campbelli fajok tojásait vizsgáltam meg, összesen 580 tojáson. (3) Bioakusztikai vizsgálatokat öt európai faj (S. natoliae, S. rammei, S. hellenica, S. campbelli campbelli, S. campbelli gracilis) 15 példányán folytattam. A Georgikon Karon illetve a Magyar Természettudományi Múzeumban készített hangfelvételeket Adobe Audition 1.5 programmal, oszcillogramos, szonogramos és spektrogramos grafikus megjelenítéssel vizsgáltam. (4) A filogenetikai vizsgálatokat az európai S. pedo, S. rammei, S. natoliae, S. hellenica, S. c. campbelli, S. c. gracilis, és az ázsiai S. cappadocica, és S. e. ephippigera fajok, összesen 27 példányán folytattam. A három mitokondriális (CO I, Cyt b, 16S) és egy nukleáris (ITS2) gén szekvenálásával összesen 2453-2461 bp hosszúságú szakaszt maximum parszimónia, valamint bayes módszer segítségével elemeztem és eredményeket négy leszármazási fában összegeztem. A S. pedo, S. c. campbelli és S. c. gracilis taxonok szűkebb rokonsági kapcsolatait a genetikai, morfológiai és bioakusztikai 5
(főkomponens analízis) vizsgálatok eredményei alapján értékeltem. (5) A S. pedo-t a S. c. campbelli egy hím példányával párosítottam, majd a tojásokban hőkezeléssel embriófejlődést indukáltam. Két, mikropyle-vel rendelkező, kifejlett embriót tartalmazó tojást vizsgáltam meg FluoMEP módszerrel, hogy apai örökítőanyagot tartalmaznak-e. Közös (fluoreszcens jelölt) és (jelöletlen) RAPD primerekből álló kombinációból 26 potenciálisan informatív primerkombináció lett kiválasztva a hibridesélyes és a kontrol (micropyle nélküli tojások) minták teszteléséhez. (6) Kiegészítő vizsgálatokban a Saga fajok embrionális fejlődését követtem nyomon az irodalomban leírt diapauza feloldási kezelésekkel. A ragadozó madarak általi terjedés lehetőségét a S. pedo tojásain vizsgáltam, azokat az anyaállat testébe vagy házi tücsökbe (Acheta domesticus) ágyazva etettem meg a vörös vércsével (Falco tinnunculus) és zöld gyíkkal (Lacerta viridis). 6
3. Eredmények és megvitatás (1) A S. pedo magyarországi lelőhelyeinek ez idő szerint összesen 100 populációból álló jegyzékét és UTM térképét állítottam össze, s köztük egy új magyarországi populációt írtam le. Ez 29 élőhellyel tartalmaz többet, mint a legutóbbi közzétett előhelylista (Bauer et al. 2002). Ezen kívül a S. hellenica egy eddig ismeretlen makedóniai lelőhelyét fedeztem fel. (2) A Saga pedo általam vizsgált példányainak adatai alapján hat lárvastádium előzi meg az imágó állapotot, szemben korábbi szerzők közléseivel, ahol ezek számát 8-9 (Bérenguier 1907) vagy 5-6 lárvastádiumban határozták meg (Schall 2002). Az egyes lárvastádiumokat az általam elsőként közölt ovipositor és femur méretekkel is jellemeztem. A tojásmorfológiai vizsgálatokban a hossz- és keresztmetszeti adatok tekintetében szignifikánsan igazolható különbség (p <0,05) a S. pedo és a S. natoliae fajok között nem mutatkozott, míg a S. c. campbelli és a S. rammei fajok tojásai az előbb említett fajokéhoz képest szignifikánsan 7
kisebbek voltak. Az egyes Saga fajok között szignifikánsan igazolható különbség (p<0,05) mutatkozott továbbá a micropyle-k számában, valamint a tojások tömegében, azaz e két paraméter alapján a vizsgált fajok tojásai egymástól elkülöníthetőek. A S. c. campbelli és S. rammei fajokra vonatkozóan elsőként közöltem ootaxomóniai információkat, a S. pedo esetében pedig pontosítottam azokat a következőkben részletezettek szerint. Fajon belül a legnagyobb változékonysággal a S. pedo petéi rendelkeznek, mind a hossz- és keresztmetszeti adatok, mind pedig a micropyle-k száma alapján. A micropyle-k száma a S. pedo esetében 0-6/tojás között változott. Összességében az 1 mikropyle/tojás szám volt a leggyakoribb (27%), míg 6 mikropyle csupán egyetlen tojáson fordult elő. A S. pedo tojásai 52,98%-ban nem rendelkeztek egyetlen mikropylé-vel sem (n=151). Előbbi adat nagyobb elemszám mellett eltér korábbi szerzők (Sänger és Helfert 1994) által közöltektől (27%). Két egyénileg is vizsgált példány esetében a termelt petéknek példányonként 90%, illetve 25%-a volt micropyle- 8
hiányos. Ezen tojások esetében e képlet hiánya nem teszi lehetővé a spermium bejutását a petesejthez. (3) A S. rammei faj eddig nem közölt énekével kapcsolatban a következő eredményekre jutottam: az ének maga egy hosszú echeme sorozatból áll, melynek során az echeme ismétlési sebessége közel azonos 1,3-1,7 s közötti tartományban változik, 23-26 C-on. Az első néhány lassabban ismételt syllabus-át kivéve az echeme egy syllabus-típus ismétléséből áll, 40-48 syllabus/s-es sebességgel. A S. rammei szokványos éneke amplitúdómodulált: az echeme egy hangerőfokozó iniciális (kb. az echeme első harmada), és egy állandó amplitúdójú fő részből tevődik össze. A S. rammei szokványos éneke amplitúdó-modulált: Az egyes syllabus-ok egy kisebb (halkabb)- és egy nagyobb amplitúdójú (hangosabb) impulzussorozatból állnak. Az echeme nagy részében a halk impulzussorozatok rövidebbek, kevesebb impulzusból állnak, mint a hangosabb sorozatok. A halk impulzussorozatok jellemzője még, hogy az impulzusok amplitúdója csökken, az impulzusismétlési sebesség pedig nő, míg a hangos sorozatoknál ennek ellentéte 9
jellemző. A S. rammei faj énekének hangtani leírását oszcillogram, spektrogram és szonogram alapján is közzé tettem. A faj elterjedési areája a kongenerikus fajok közül a legkisebb; így a hangtani leírás a könnyebb felkutatást, valamint a hangtani paraméterek alapján a faj egyértelmű elkülönítését tesz lehetővé. A négy vizsgált európai faj éneke a vizsgált négy paraméter alapján egyértelműen elkülöníthető egymástól. Ez igaz volt a S. c. campbelli és S. c. gracilis alfajoknál is, melyet főkomponens vizsgálat is megerősített. (4) A molekuláris markerek alapján a Saga fajok monofiletikus eredetűek: az európai fajok az ázsiaiakból származnak. A vizsgált fajok közül a S. ephippigera és a S. ornata fajoknak kéttípusú ITS2 szekvenciája van, mely ősi eredetű ITS2 variabilitást mutat. Továbbá az ITS2 szekvencia egy 115 bp hosszúságú inzerciót is tartalmazott. Utóbbi jellegzetesség a S. cappadocica fajra is jellemző, mely földrajzilag is átmenetet képez a fenti két fajtól az európai fajok felé. 10
A molekuláris markerek alapján az 1. táblázat szerinti fajcsoportokat lehetett felállítani, mely korábbi szerzők 1. eredményeitől táblázat: A Saga lényegesen fajok rokonsági különbözik. kapcsolatainak összegzése és összevetése korábbi irodalmi adatokkal. Aláhúzott: a S. pedo származási taxonja. Kiemelt: Ősi csoportok A két alfaj, és a S. pedo a 2 mitokondriális, fehérjét kódoló gén (COXI, Cytb) alapján valamit a nukleáris szekvencia szerint a kládon belül a [(S. pedo, S. c. 11
gracilis) S. c. campbelli] rokonsági viszonyokat mutatta. A S. c. gracilis alfaj tehát közelebbi rokonságban található a S. pedo fajjal, mint a névadós alfajjal, a S. c. campbelli-vel. Ez főként az ITS2 szekvencia esetében szembetűnő, mivel a S. pedo és S. c. gracilis ugyanazon haplotípussal rendelkezett. Az S. c. gracilis ugyanakkor a S. c. campbelli-től ez alapján 3 bp különbséget mutatott. A S. pedo tehát egyértelműen a S. c. gracilis-ből alakult ki, szemben más szerzők állításaival (1. táblázat). A fenti három genotípus összesen 27 példányán morfometriai vizsgálatokat is végeztem. A főkomponens anílizis (PCA) eredménye szerint a vizsgált genotípusok (S. c. campbelli, S. c. gracilis, és S. pedo) nemektől függetlenül elkülöníthetők. Továbbá három karakter alapján meghatározott diszkriminancia elemzés függvénnyel (DFA) a két alfaj (S. c. campbelli és S. c. gracilis) is jól elkülöníthetőek egymástól, nemektől függetlenül. Ezen bélyegek a következők: ST (tüskék száma az első lábszáron), SF (tüskék száma az első combon) és HWF (ugróláb szélessége). 12
Hangtani, morfológiai és genetikai vizsgálatok eredményei alapján a két nevezett alfaj faji szintre történő emelését javaslom Saga campbelli Uvarov, 1921 és Saga gracilis Kis,1962 megnevezéssel. (5) Az idegen fajjal történő párosítások vizsgálata során A két hibridgyanús ivadék mintázata nagyban hasonló volt a S. pedo kontrolléval, továbbá 92,31%-ban megegyezett az anyai (S. pedo) szülőével. Az apai szülő (S. c. campbelli) tekintetében a mintázat bármilyen hasonlóság teljes hiányát mutatta (0%) a tesztelt primerekkel. Összevetve a genetikai eredményeket a Lemmonier et al. (2008) által közöltekkel (genetikai vizsgálatokat nem végeztek), miszerint hím egyedek jelennek meg a S. pedo S. rammei fajjal történő párzásából, nem kizárható, hogy nem hibrid hím, hanem a S. pedo-nak saját hímje jöhet létre ez úton. (6) A Hartley & Warne (1972) keltetési módszere alapján végzett kísérleteim eredményei szerint a kezdeti diapuza egy 40 napig tartó 30 C os, majd ezt követő 90 napig tartó 23 C-os inkubálás mellett feloldható. Az embrionális állapotban fellépő diapauza 13
egy hidegkezeléssel oldható fel, mely után 18 C-on legalább 24 napig tartó fejlődési időszak következik. A kísérlet végén a S. rammei faj esetében 22, a S. pedo esetében pedig 14,3%-os kelési arányt tapasztaltam. Az állatok azonban nekrotikus tünetekkel nagyrészt L 1 stádiumban elpusztultak. Ennek oka feltehetőleg nem megfelelő kezelési hőmérséklet vagy baktériumos fertőzöttség lehetett. A kísérletek során S. rammei és S. pedo fajok esetében a teljes embriót tartalmazó tojás jellemző keresztmetszetét állapítottam meg. Elsőként közöltem adatokat továbbá a S. rammei mesterséges keltetéséről. A több éves fejlődésű Saga fajok megbízható mesterséges keltetéséhez azonban további vizsgálatok szükségesek. A S. pedo faj ragadozó madarak általi terjedését pete formában a vörös vércse egy példányán vizsgáltam, s a három beültetett közül egy petét sikerült izolálnom annak köpetéből, a tojáschorion viszonylag ép marad. Az általam vizsgált tojás ugyan nem indult fejlődésnek, ám kellően rövid emésztési expozíciós idő más eredményt hozhat. Ehhez további vizsgálatok szükségesek. 14
A disszertáció témakörében megjelent publikációk Kolics, B., Orci, K. M., Chobanov, D., Baska, F., Kondorosy, E., Müller, T (2008): Description of the song of the bush-cricket Saga rammei Kaltenbach, 1965 (Orthoptera: Tettigoniidae) - Biologia 63(2): 1 7. i.f. 0,406 (2008) Kolics, B., Kondorosy, E., Chobanov, D., Müller, T. (2007): Morphological comparison of the eggs of Saga pedo, S. natoliae, S. rammei, and S. campbelli campbelli (Orthoptera, Tettigoniidae) Folia Entomologica Hungarica 68: 55-59. Kolics, B., Vadkerti, E. (2007): A Saga pedo újabb lelőhelye a Villányi-hegységben Janus Pannonius Múzeum Évkönyve 50-52:58. Kolics B., Nagy B., Kondorosy E., Puskás G., Müller T. (2008): A fűrészlábú szöcske (Saga pedo PALLAS 1771) életciklusa és magyarországi előfordulása Állattani Közlemények 93(1): 39-52. Kolics, B. (2008): Egyenesszárnyúak (Orthoptera) - In.: Kondorosy E. (szerk) Gerinctelen állatok rendszertana és védelme pp. 80-92. 15
Kolics, B., Ács, Z., Chobanov, D.P., Lo, S.Q., Kovács, B., Sirin, D., Taller, J., Specziár, A., Orbán, L., Müller, T. (2009): Phylogeny of the European Saginae. 10th International Congress of Orthopterology. 21-25 June, 2009. Antalya, Turkey. The newsletter of the Orthopterist s Society Metaleptea special conference issue, pp 148-149. Kolics, B., Müller, T. (2006): Előzetes eredmények a Fűrészlábú szöcske (Saga pedo PALLAS, 1771) elterjedésével és szaporodásbiológiájával kapcsolatban. XII. Ifjúsági Tudományos Fórum. Keszthely, 2006. április 20., Keszthely (CD kiadvány pp.1-6). Kolics B., Müller T. (2007): Adatok a Saga rammei és a Saga pedo (Orthoptera, Tettigoniidae) mesterséges keltetéséhez XIII. ITF, 2007. március 22. Keszthely (CD kiadvány pp.1-6). Kolics, B., Nagy V., Müller, T. (2008). Nyugalmi állapot feloldása Orthoptera fajokon. XIV. Ifjúsági Tudományos Fórum. Keszthely, 2008. március XXX., Keszthely (CD kiadvány pp.1-4). Kolics, B.(2008): A fûrészlábú szöcske (Saga pedo) biológiája - Magyar Rovartani Társaság 761. ülése, 2008. január 14. 16
Kolics, B. (2008): Rovaróriások Európában - Magyar Biológiai Társaság Pécsi Csoportja 218. ülése, 2008. december 3. Kolics B., Müller T. (2006): Természetes Klón-szöcskék Élet és Tudomány 44:1387. Kolics, B., Ács, Z., Chobanov, D. P., Orci, K. M., Lo, S.Q., Kovács, B., Kondorosy, E., Decsi, K., Taller, J., Speciár, A., Orban, L., Müller, T.: Phylogenic study and taxonomic revision of the European Saginae (Orthoptera: Tettigoniidae) (elküldés előtt) 17