Radvilė Rimgailė-Voicik. Botaninis detektyvas? Nesuprastas padraikų ir pataisų gyvenimas

Šiais sintetinės biologijos klestėjimo laikais, atrodo, jau nebėra ką pasakyti apie klasikus. Paprasta ir nuobodu. Tik faktai, jokios intrigos. Tačiau mokslas be žaidimo neegzistuoja. Klasikai juokavo, rizikavo ir iš to smagumo sukūrė kai ką netikėto, prašokančio laikotarpį. Populiaru sakyti, kad tereikia išeiti iš savo komforto zonos ir įvyksta stebuklas. Štai garsus botanikos profesorius Jeanas-Emmanuelis Gilibert’as, atvykęs į Vilnių 1781 m., pradėjo dėstyti botaniką, įkūrė botanikos sodą, organizavo ekspedicijas ir tyrė šalies florą. Jis taip visus įkvėpė, kad botanika Vilniaus universitete dėstyta dar ilgiau nei du šimtmečius. Ir buvo galima įgyti botanikos magistro laipsnį! Aš taip ir padariau. Nesigailiu – šiandien tokios studijų programos nebėra, mokyklose botanikos taip pat beveik nemoko. Dabar atrodai dinozauras, kai bandai paaiškinti, kas yra apyžiedis ir iš kur po velnių tu tai žinai. Bet ne jis šio pasakojimo herojus. Pasakosiu apie vieną archajiškiausių Lietuvos augalų – pataisinius (taip lietuviškai vadinama taksonominė kategorija – šeima), kuriuos mes, botanikai klasikai (pirmą kartą taip drąsiai identifikuoju save su jau baigiančiu išnykti reiškiniu moksle!), vis dar tiriame tais pačiais nesintetiniais metodais.

Vis dar egzistuoja ne tik šie archajiški augalai, bet ir tyrėjai, tiriamųjų objektų ieškantys miškuose ir pelkėse, pievose ir ežeruose. Visai kaip J. Fankhauseris, kuris dar XIX a. pabaigoje Šveicarijos miškuose ieškojo pataisų gametofitų, šiandien botanikai bando išsiaiškinti pataisų ir padraikų (lotyniškai Lycopodium ir Diphasiastrum) gyvenimo ypatumus. Ką XXI a. botanikai veikia pušynuose? Tikrai ne tik grožisi smėlynų florai būdingomis retomis rūšimis. Būna – eina mokslininkai per miškus beveik keliais ištisas savaites ir minkštos samanų paklotės properšose tikisi išvysti kelių centimetrų aukščio pataiso ar padraikos daigelį (1 pav.) Tada kasa, ieško kaip aukso – požeminių gametofitų. Lietuvoje šių tyrimų pradininkas – profesorius Jonas Remigijus Naujalis. Į Lycopodium ir Diphasiastrum požeminių pataisinių ir juvenilinių sporofitų populiacijų paieškas įsipainiojau ir aš. Per ketverius tyrimo metus radau 595 gametofitus, o savo nuotykius ir pasiekimus aprašiau disertacijoje. Atrodo, vos prisiliečiau prie paslapties. Geriausiu atveju atsiverčiau antrąjį detektyvo puslapį. Tokias fundamentines knygas skaityti – prabanga, Mokslo tarybos nelabai finansuojama. Norint atlikti gametofitų erdvinę analizę, reikia imti 25 × 25 cm ar 50 × 50 cm dydžio dirvožemio mėginius su paklote. Vieno tokio dirvožemio mėginio analizė užtrunka nuo dviejų iki keturių dienų. O jei dar ką nors apie gametofitų genetiką ar juos supančio dirvožemio chemiją norėtum sužinoti, reikia ir visos laboratorijos!

1 pav. Gamtos stebuklas – pataiso daigelis
1 pav. Gamtos stebuklas – pataiso daigelis

2 pav. Modelinis pataisinio gyvenimo ciklas: a – Lycopodium annotinum sporofitas ir gametofitas, b – Diphasiastrum sp. sporofitas ir gametofitas
2 pav. Modelinis pataisinio gyvenimo ciklas: a – Lycopodium annotinum sporofitas ir gametofitas, b – Diphasiastrum sp. sporofitas ir gametofitas

Sausuose pietryčių Lietuvos pušynuose sporas brandinantys pataisiniai viską daro kažkaip keistai, iš kito galo. Pataisinių gyvenimo ciklą sudaro dviejų kartų – lytinės (gametofito) ir nelytinės (sporofito) – kaita (2 pav.). Gametofitai (lytinė karta) ir sporofitai (nelytinė karta) yra savarankiški organizmai: paprastai juvenilinės pataisinių populiacijos yra erdviškai izoliuotos nuo senų klonų. Daugelio miškuose, pievose, pelkėse augančių medžių, krūmų ir žolinių augalų, t. y. gaubtasėklių ir plikasėklių, gametofitai susidaro ir jų raida vyksta sporofito audiniuose. Kitaip sakant, beržo žirginiai susidaro ant beržo šakelių, o ne šiaip kur nors. Su pataisiniais viskas kitaip. Tai, ką matome miškuose (pataisinių sporofitai), atsiranda iš požeminių, todėl mums visiškai nematomų, bechlorofilių saprotrofinių gametofitų, audiniuose turinčių endofitinių grybų. Būdami po žeme gametofitai nežinia kuo minta ir ką galvoja. Tikrai žinoma, jog neturi chlorofilo ir nevykdo fotosintezės. Todėl galėtume daryti išvadą: apie saulę jie nesvajoja. Ir minta jie savimi, graužia tiesiog dėl netinkamos sporos sudygimo vietos arba siurbia maistmedžiages iš grybo hifų, susipynusių su jų audiniais. Kažkur po kankorėžiu, žemėje, jokių gametofitų nematyti, tad kas dabar tas archegones apvaisins, negi savi spermiai? Nors dvilyčiai gametofitai gali būti laikomi optimaliausia dauginimosi sistema dėl daug didesnės apvaisinimo tikimybės, kai anteridžiai ir archegonės išsidėsto labai arti vieni kitų, bet dėl didėjančio homozigotiškumo gali kilti inbrydingo depresija! Tokios galėtų būti gametofitų gyvenimo problemos, sakau iš savo patirties, o jos ant pečių nemažai – net 31 dėžė velėnos atidžiai peržiūrėta gametofitų beieškant. Gametofitai susidaro iš haploidinių (n) sporų, kurios, subrendusios sporofitų sporangėse, yra vėjo išplatinamos ir, patekusios į tinkamas dirvožemio sąlygas, sudygsta. Nustatyta, kad pataisų sporos dygsta tik tamsoje, o patys gametofitai dirvožemyje sėkmingai vystosi tik esant Glomeromycota ir Mucoromycotina grybams. Gametofitų vystymosi ir gyvybingumo trukmė nėra ištirta.

Archajiškai monofiletinei pataisinių (Lycopodiaceae P. Beauv. ex Mirb.) šeimai priklauso apie 400 dabar egzistuojančių rūšių. Iki šių dienų išlikusios rūšys – tik ledkalnio viršūnė tos įvairovės, kuri klestėjo Žemėje prieš 300 mln. metų. Tai žoliniai augalai, pasižymintys oportunistine gyvenimo strategija. Matyt, nuolatinė galimybių paieška ir buvo sėkmės garantas. Šiandien vidutinių platumų miškuose jų visžaliai daugiamečiai sporofitai sudaro įvairaus dydžio klonus. Lietuvoje pataisinių šeimai priklauso septynios rūšys: pataisas varinčius (Lycopodium annotinum L.), šarkakojis pataisas (Lycopodium clavatum L.), dvišakė padraika (Diphasiastrum complanatum (L.) Holub), trivarpė padraika (Diphasiastrum tristachyum (Pursh) Holub), tarpinė padraika (Diphasiastrum × zeilleri (Rouy) Holub), patvankinis pataisiukas (Lycopodiella inundata (L.) Holub) ir statusis atgiris (Huperzia selago (L.) Bernh. ex Schrank et Mart.). Pastarosios dvi pataisinių rūšys įrašytos į Lietuvos raudonąją knygą.

Mokslinės žinios apie požeminių gametofitų gausą ir įvairovę išlieka paviršutiniškos. Tyrėjui dirbti su tokiu objektu – sudėtinga, esi tarsi detektyvas, nežinantis nei kur, nei kaip ieškoti įtariamųjų ir kokie jų motyvai. Pataisinių gametofitų tyrimai gamtoje iki šiol tik aprašomieji ir daugiausia pateikia informaciją apie retus gametofitų radimo gamtoje faktus. Požeminiai pataisinių gametofitai susidaro dirvožemyje, humuso horizonte, 1–9 cm gylyje. Tipiški Lycopo­dium L. genties rūšių gametofitai yra netaisyklingo dubenėlio pavidalo, o daug retesni Diphasiastrum Holub genties rūšių gametofitai yra morkos ar runkelio šakniavaisio pavidalo (3 pav.). Pataisinių sporofitams, palyginus su gametofitais, būdingi pastovesni požymiai. Tyrėjus visame pasaulyje, o ypač Europoje, intriguoja Diphasiastrum genties rūšių tarpusavio hibridizacija ir dabar vykstanti tinklinė evoliucija, parodyta analizuojant tris branduolio DNR regionus (RPB2, LEAFY, LAMB84). Iki šių dienų pavyko surasti tik kai kurių pataisinių gametofitus. Vokietis Helmutas Bruchmannas taip stipriai įsipainiojo tarp pataisų ir padraikų, kad išleido monografiją, skirtą šių augalų gametofitų tyrimams. Ir taip preciziškai viską aprašė, susistemino, kad net praėjus 120 metų niekas nieko gudriau nesugalvojo ir minėtąją sistemą tebenaudoja.

3 pav. Pataisų (a-d) ir padraikų (e-f) gametofitų įvairovė, nustatyta Varėnos rajono pušynuose
3 pav. Pataisų (a-d) ir padraikų (e-f) gametofitų įvairovė, nustatyta Varėnos rajono pušynuose

Taksonominę (stabilūs požymiai, padedantys mokslininkams suskirstyti organizmus į grupes, – aut. past.) gametofitų formų vertę pirmasis 1944 m. įvertino Werneris Rothmaleris (1944). Po ilgos pertraukos, 1992 m., Šiaurės Amerikos pataisinių klasifikacijai Warrenas H. Wagneris ir Josephas M. Beitelis pritaikė ir gametofitų formos požymį. Vėliau šią klasifikaciją įtvirtino chloroplasto rbcL geno seko­skaitos rezultatai, toks požiūris taikomas ir kituose naujausiuose pataisinių bei šertvainių taksonomijos darbuose. Apskritai pastaraisiais metais mokslininkų dėmesys pataisinių gametofitams, bene rečiausiai aptinkamam botaniniam objektui pasaulyje, labai padidėjo, bet jų embriogenezė nėra nei pakankamai ištirta, nei tinkamai moksliškai dokumentuota.

Daugelis pteridologų mano, kad pataisinių gametofitų susidarymas yra labai retas ir unikalus reiškinys, o patys gametofitai dirvožemyje išlieka gyvybingi nuo kelerių metų iki dešimtmečių. Per tyrimus dirvožemyje randama tiek pavienių, tiek į įvairaus dydžio santalkas susitelkusių gametofitų ir juvenilinių sporofitų. Manoma, tokios gametofitų grupės susidaro pamažu, populiacijos sudarytos iš skirtingo amžiaus sporofitų, atsiradusių iš įvairaus kalendorinio amžiaus gametofitų.

Mokslinių duomenų apie požeminių pataisinių gametofitų populiacijų funkcionavimą beveik nėra. Atrodo, juvenilinių pataisinių populiacijų susidarymas sausuose pušynuose yra lokalus, specifinių aplinkos sąlygų nulemtas reiškinys. Neturime įrankių, kuriais galėtume šias sąlygas tinkamai įvertinti. Paviršiniai miškų gaisrai gali būti pagrindinis tinkamas buveinės juvenilinių pataisinių populiacijoms įsikurti formuojantis veiksnys. Kai kuriose vietose su juvenilinėmis pataisinių populiacijomis pušų kamienai buvo apanglėję. Anksčiau požeminiai gametofitai ir juveniliniai sporofitai buvo rasti greta kelių, takų, miško kvartalinių linijų, slidinėjimo trasų. Lietuvoje juvenilinės pataisinių populiacijos taip pat aptiktos labiau ar mažiau sutrikdytose miško vietose. Gali būti, kad aplinkos sąlygos, būtinos juvenilinėms pataisinių populiacijoms įsikurti, nėra trumpalaikės. Juk dirvožemio heterogeniškumą lemia mikrotopografijos, mikroklimato, tėvinių individų, mikorizės ir mikroorganizmų įvairovė. Pastebėjome, kad Lietuvoje, Varėnos rajone, buveinės su brandžiais D. complanatum pasižymi mažesne floristine įvairove nei vietos su L. clavatum. Juvenilinių pataisinių augaviečių augalija panašesnė į brandžių D. complanatum augaviečių. Juvenilinių pataisinių augavietės nepasižymi rūšių įvairove, neturi išreikšto krūmų ardo, o žolių ir krūmokšnių arde vyravo Deschampsia flexuosa. O kur dar mikorizė!

Bet gal ir nėra čia detektyvo? Biologo mokslinis darbas negali būti įsivaizduojamas atsietai nuo lauko tyrimų. Nors ir neapsieina be regresinių kreivių ir ypač madingos pagrindinių komponenčių analizės. Gali būti, kad būsime paskutiniai Europoje, kaip kadaise buvome, kai garbinome gyvąją gamtą ir krikšto nepriėmėme. Juk, sakoma, visuomet buvome miško žmonės, turėję gamtomaldos objektus. Gal tokį išskirtinumą reikia saugoti kaip ir etninę kultūrą? Pažvelkime į bendrabiologinius lauko tyrimus ne šliaužiojančiu, o šokančiu ir skrajojančiu mąstymu, lengva optimizmo ir idealizmo mintimi. Štai stoviu su kastuvėliu ir dėže nuo bananų. Aplink ausis ratus suka uodų būrelis, užuodžiu karščiu alsuojančio pušyno paklotės kvapą ir lūpų kampučiais šypsausi – ar yra kur nors šią akimirką laimingesnis už mane?


Iš 3665 žurnalo (2018-10-10 03:30:34)
Draugai