Violeta Kleizaitė, Donatas Žvingila. Paslaptingas upės augalų gyvenimas

Oscaras Wilde’as rašė, kad „tikroji pasaulio paslaptis – tai, kas matoma, o ne tai, kas nematoma“, tačiau gamtos paslaptys dažniausiai ir yra tai, kas nematoma. Visi žinome, kad vanduo yra gyvybės šaltinis, švaros ir vaisingumo simbolis, viena iš gamtos stichijų. Senovės filosofai ir mąstytojai vandenį siejo su išmintimi, jo gelmes – su paslaptimi ir pavojais. Kaip dažnai susimąstome apie nematomą, vandenyse ir jų gelmėse vykstantį gyvenimą žvelgdami į didingus vandenynus, riaumojančius kalnų krioklius, pievomis ir laukais vinguriuojantį upelį? Ar karštą vasaros dieną, įsibridę į upės vandenį, pagalvojame apie povandeninį pasaulį ir jo gyventojus, stebinančius gausa ir įvairove?.. Tie žmonės, kurie neabejingi gamtai ir mus supančiai aplinkai, stebėtis turi kuo, nes, anot Charleso Darwino, „kuo daugiau pažįstame gamtos dėsnius, tuo labiau neįtikėtini jos stebuklai“.

Kiekviena upė – tai atskiras pasaulis arba ekosistema, kurioje negyvoji aplinka sąveikauja su gyvąja. Pačios dinamiškiausios gėlavandenės ekosistemos susiformuoja tekančiame vandenyje.

Neries vingis

Vienas svarbiausių vandens ekosistemų komponentų – augalai, kurie yra ne tik deguonies, bet ir maisto medžiagų, būtinų kitoms gyvoms vandens būtybėms, „gamyklos“, prieglobstis bestuburiams ir žuvims, vandens „valytojai“, kraštovaizdžio „kūrėjai“. Vandens augalai (makrofitai) veši ir visą savo gyvenimo ciklą praleidžia vandenyje arba jiems visą gyvenimą būtinas sąlytis su vandeniu. Akivaizdu, kad tokioje gyvenamojoje aplinkoje augalus veikia vandens temperatūra, osmosinis slėgis, drumstumas, srovės stiprumas, vandenyje ištirpusio deguonies, maisto ir toksinių medžiagų kiekis dėl spartėjančios dirvos erozijos ir eutrofikacijos (vandens telkinio perpildymo maistinėmis medžiagomis, ypač fosforu ir azotu), dugno nuosėdų kaupimasis ir kt. Kokias paslaptis saugo vandens augalai, prisitaikę jame gyventi (maitintis, kvėpuoti, daugintis)? Atrodytų, mokslininkai jau seniai atsakė į šį klausimą, išskirdami vadinamąją ekologinę (morfologinę, anatominę, fiziologinę ir reprodukcinę) adaptaciją (prisitaikymą). Tačiau šiuolaikinis mokslas vis plačiau atveria duris ir į nematomus procesus (biocheminius, genetinius), vykstančius augaluose ir padedančius prisitaikyti gyventi ne tik jau susiformavusiose, bet ir dėl klimato kaitos, ypač dėl žmogaus veiklos, besikeičiančiose ekosistemose.

Visi vandens augalų organai (lapai, stiebai, šaknys) turi morfologinių ir anatominių „patobulinimų“, kurie padeda augalams įsikurti savo buveinėse ir kuriais jie skiriasi nuo sausumos augalų. Kadangi vandens augalas vandenį ir mineralines medžiagas sugeria visu kūno paviršiumi, susilpnėja pagrindinė šaknų funkcija – vandens ir jame ištirpusių mineralinių maisto medžiagų įsiurbimas. Dėl to šak­nys blogai arba visai neišsivystę. Šaknimis augalas tik įsitvirtina dugno substrate.

Žeimenos augalija

Stiebai dažniausiai yra labai lankstūs, gležni, nes menkai išsivystę ramstiniai audiniai arba jų visai nėra. Lankstūs stiebai padeda augalui išsilaikyti vertikaliai, ypač tekančiame vandenyje. Prisitaikant gyventi vandens aplinkoje daugelio augalų stiebai modifikavosi į besidriekiančius ar šliaužiančius stiebus, tautosakoje vadinamus raganų plaukais. Mokslininkai, tirdami upėse įsikūrusių kai kurių rūšių augalų biomechanines savybes, padedančias geriau prisitaikyti prie vandens tėkmės, pastebėjo skirtumus netgi tarp atskirų stiebo dalių. Pavyzdžiui, praujenės genties augalų stiebo lankstumas ir elastingumas mažėja nuo stiebo apačios link viršaus. Įdomu tai, kad augalai prisitaikydami prie hidraulinės gyvenamosios aplinkos atskleidžia ir savitus sezoninius pokyčius, pavyzdžiui, vėdryno genties augalų stiebai mažiau lankstūs būna žiemą ir pavasarį, o vasarą ir rudenį – daug elastingesni, dėl to padidėja augančių stiebų ir didėjančios augalo biomasės atsparumas vandens tėkmei.

Vandens augalų lapų, kaip organines maisto medžiagas fotosintezės būdu gaminančių jėgainių, paviršiaus plotas palyginti su kitais organais yra didelis. Jei pažvelgtume atidžiau į upės vandens skalaujamą ir plūduriuojantį vandens paviršiuje augalą, pastebėtume dar vieną jo paslaptį, padedančią išlikti ir prisitaikyti. Tai heterofilija – to paties augalo skirtingos formos lapai: virš vandens iškilę lapai būna didesni, kartais skiautėti, sudėtiniai, su žio­telėmis ir šiek tiek tvirtesni palyginti su plonesniais, linijiškais ar juostos pavidalo, neturinčiais žiotelių, panirusiais lapais. Plonas vaškinis sluoksnis plūduriuojančio lapo paviršiuje lyg apsiaustas saugo augalą nuo pažeidimų. Jei turėtume galimybę pažiūrėti į vandens augalų stiebus, lapų gyslas ar kitus audinius pro mikroskopą, pamatytume dar vieną gležno augalo gudrybę, padedančią gyventi darniai su vandeniu, – tarp ląstelių esančius didelius oro pripildytus tarpuląsčius. Oro pripildytos ertmės gali sudaryti apie 60 proc. viso augalo tūrio. Be to, pastebėtume, kad sunykę apytakos ir mechaniniai audiniai, kad paviršinio sluoksnio ląstelėse yra chloroplastų, o ląstelių sienelė labai plona. Minėtų vandens augalų prisitaikymų neįmanoma atsieti nuo fizio­loginių procesų, be kurių augalui būtų sunku išlikti vandenyje.

Konstantino Prošinskio (1859–1938) paveikslai, saugomi Vilniaus universiteto herbariume. M. Rasimavičiaus nuotraukos

Kaip žinoma, fotosintezei chloroplas­tuose prasidėti būtina saulė, kurios spinduliuojamą elektromagnetinio spektro tam tikro ilgio bangų šviesą sugeria pig­mentas chlorofilas. Atrodytų, augalų, gyvenančių vandenyje, fotosintezės procesas turėtų būti ne toks efektyvus, kaip sausumos augalų, nes kuo giliau pasinėręs augalas, tuo trumpesnės saulės spindulių regimosios šviesos spekt­ro bangos jį pasiekia. Panirę vandenyje augalai prisitaikė gyventi esant menkai šviesai. Kad augalas sugertų kiek galima daugiau saulės šviesos, chloroplastai dažniausiai susitelkia lapų viršutiniame ląstelių sluoksnyje, todėl intensyviausiai fotosintezė gali vykti esant tik 15–50 proc. to saulės šviesos intensyvumo, kurį gauna ant kranto augantys augalai. Dėl šių ir kitų prisitaikymų augalai gali vešėti tokiame gylyje, kurį pasiekia tik 1–4 proc. saulės šviesos. Negana to, vandens augalų lapus apgaubia santykinai storas (0,5 mm) nejudančio vandens sluoksnis, kurį turi įveikti į lapą difunduojančios dujos ir maisto medžiagos. Augalai įveikė ir šiuos sunkumus: daugelio rūšių lapai yra skaldyti. Tai padidina lapo paviršiaus ploto bei tūrio santykį ir sumažina lapą apgaubiančio nesimaišančio vandens sluoksnio storį.

Nors kai kurių, mažai deguonies turinčioje aplinkoje gyvenančių vandens augalų kvėpavimas pasunkėja, tačiau jie ir čia adaptavosi pradėję kvėpuoti an­aerobiniu būdu (be deguonies). Nors kvėpuojant anaerobiniu būdu išsiskiria nedaug energijos, tačiau kai kuriems augalams tai svarbus prisitaikymas. Pavyzdžiui, kai kurie deguonies stokojantys ir anaerobiniu būdu kvėpuojantys vandens augalai energija apsirūpina skaidydami gliukozę iki pieno rūgšties ir etilo alkoholio. Vienas variklių, padedančių maisto medžiagoms keliauti po augalą, yra vandens garinamas (transpiracija) pro lapus. Vandens augalai garina savaip: virš vandens iškilusių lapų transpiracija yra padidėjusi, o panirę visai negarina. Vandens aplinkoje gyvenančių augalų, kaip ir visų gyvų organizmų, išlikimas, įvairovė ir gebėjimas prisitaikyti prie aplinkos sąlygų priklauso ir nuo dauginimosi. Kadangi susirasti partnerį vandens tėkmėje labai sudėtinga, lytinis dauginimasis stebimas gana retai, upių augalai dažniausiai dauginasi vegetatyviai. Lytiškai besidauginančių augalų žydėjimas paspartėja, o sėklos užsimezga ir subręsta tik tuomet, kai vanduo būna dar nepakilęs.

Ištiesinta Merkio vaga

Tiek upės vandenyje, tiek jos pakrantėse slepiasi didelė augalų įvairovė, kurios kūrėjai yra genai ir augalą supanti aplinka. Adaptacijos, kaip ilgo evoliucijos proceso, neįmanoma paaiškinti be vieno pagrindinių gyvosios gamtos reiškinių –­ genetinio prisitaikymo. Genomo (genetinės medžiagos, esančios chromosomose) dydis yra vienas pagrindinių gyvų organizmų biologinių požymių. Kadangi augalų genomai, veikiami gamtinės atrankos, formavosi šimtus milijonų metų, juose išliko įrašų apie tai, kaip augalai prisitaikė prie anksčiau vykusių aplinkos pokyčių. Mokslininkams lieka tokius įrašus perskaityti kaip savotiškas naudojimo inst­rukcijas. Deja, biologinis palikimas vis labiau nyksta veikiamas klimato kaitos, aplinkos taršos ir neatsakingo augalų rūšių naikinimo. Nuo genomų analizės pradžios buvo nuskaityti tik keleto vandens augalų rūšių genomai. Tačiau vis plačiau kuriami ir naudojami molekuliniai metodai, leidžiantys geriau suprasti ir panaudoti vandens augalų biologinį paveldą. Augalų genomikos laimėjimai rodo, kad atskiri individai gali skirtis net šimtais genų, o atskiros rūšys – genomų dydžiais. Šie skirtumai lemia genetinį polimorfizmą ir augalų kintamumą, kurį išsamiau pažinę geriau suprasime, kaip augalai prisitaiko prie aplinkos pokyčių, dėl kurių neretai patiria stresą. Galbūt ateityje, norėdami išsaugoti ekosistemų bioįvairovę ir rūšių gausumą, sugebėsime pasinaudoti šiais augalų ypatumais. Vieni naujausių tyrimų rezultatai rodo, kad vandens aplinkoje, ypač šlapžemėse, gyvenančių augalų genomai dažnai yra mažesni, palyginti su kitais žiediniais augalais. Galbūt gyvenimas savitose sąlygose apsaugo juos nuo augalų pasauliui būdingo genomų nutukimo.

Žydinčios kurklės. J. Butkuvienės nuotrauka

Vykdant melioraciją Lietuvoje buvo ištiesinta apie 4000 km upių vagų. Dėl to išnyko natūraliai susiformavusios sek­lumos, įlankos, užutėkiai, t. y. sunaikintos vandens augalams ir gyvūnams gyvybiškai svarbios ekologinės nišos. Taip pat sunaikinti prie šių sąlygų prisitaikę augalų genotipai (savitos genetinės konstitucijos individai), o vietoje jų išaugo kiti, prasčiau prisitaikę ir galbūt ne tokie atsparūs pokyčiams bei konkurentų (dažnai svetimkraščių rūšių) skverbimuisi. Kai dėl netinkamos žmogaus veiklos ar svetimkraščių rūšių patekimo pažeidžiamos ekosistemos ir sutrinka jų veikla, kai kurie vandens augalai gali užimti visą vandens tūrį nepriklausomai nuo vandens telkinio tipo. Pavyzdžiui, iš Šiaurės Amerikos kilusi kanadinė elodėja yra invazinė rūšis, sparčiai plintanti Lietuvoje. Nors Lietuvoje sėklų nesubrandina, tačiau, besidaugindamas vegetatyviai, paniręs augalas suformuoja sąžalynus, o šie nukonkuruoja svarbias ežerų ir upių bend­rijas formuojančias rūšis, dėl to mažėja biologinė įvairovė. Elodėjos sąžalynai riboja šviesos patekimą iki giliau panirusių augalų, mechaniškai sutrikdo natūralų vandens tekėjimą. Upių pakrantes taip pat okupuoja kituose kraštuose kilę augalai, suformuojantys tankius sąžalynus, pavyzdžiui, bitinė sprigė, dygliavaisis virkštenis ir ilgakotis lakišius. Jie Lietuvoje laikomi plintančiais invaziniais augalais.

Senovėje upių teršimas buvo laikomas didele nuodėme, žmogus, įsikurdamas prie upės, gerbė ją kaip gėlo vandens šaltinį, sėmėsi ramybės ir atgaivos. Tenka apgailestauti, kad žmogaus noras pakeisti natūralią upių tėkmę padarė didžiulę žalą upių, šlapių vietų ekosistemoms bei bioįvairovei, o ir dabar dėl žmogaus veik­los nemažai Lietuvos upių neatitinka geros ekologinės būklės kriterijų. Didžiausią grėsmę upėms kelia dėl žemės ūkio veik­los susidarę teršalai, miestų ir gyvenviečių buitinių, gamybinių bei lietaus nuotekų tarša, didėjantys transporto srautai ir kt. Todėl gali pakisti vandens spalva, kvapas, atsirasti plika akimi matomų priemaišų, padidėti įvairių neorganinių, organinių medžiagų, dujų (metano) kiekis, padaugėti virusų bei mikroorganizmų.

Dėl klimato kaitos atsirandantys stip­rūs vandens lygio ir temperatūros svyravimai pamažu keičia vandens augalų gausumą ir įvairovę. Kai kurie vandens augalai yra švaraus vandens indikatoriai ir neišgyvena užterštoje aplinkoje, o kiti, mažiau jautrūs aplinkos pokyčiams, nepaisydami supančios vandens taršos, prisitaikė ne tik išlikti, bet ir valyti gruntą bei vandenį. Kai kurie vandens augalai teršalus gali pašalinti, pavyzdžiui, pro šaknis ar lapus, transformuoti į mažiau kenksmingus junginius ar suskaidyti. Vieni tokių yra plūdės genties augalai, kurie, augdami sunkiaisiais metalais užterštame vandenyje, savo audiniuose ir organuose, ypač lapuose, gali sukaupti didelius švino, vario, kadmio kiekius, nepatirdami didesnės žalos. Tokie vandens augalai – bioakumuliatoriai – gali būti naudojami vandens taršai tirti ir teršalams iš vandens pašalinti. Įdomu tai, kad kai kurie vandens augalai gali augti sunkiaisiais metalais užterštame vandenyje dėl anatominio prisitaikymo: sumažėja įvairių organų ląstelių dydis, todėl sustoja augimas ir sumažėja metalų skverbimasis į augalą. Kai kurie vandens augalai filtruoja teršalus pro šaknis, ardo herbicidus, kiti gali išgarinti dalį kenksmingų medžiagų pro lapus. Genetinė adaptacija ir įvairūs biologiniai procesai padeda augalams pasirinkti ne tik kokias maisto medžiagas, bet ir kokius teršalus iš vandens siurbti.

Baidarių nukapoti strėlialapių papliauškų lapai Šventojoje

Žmogus, kurdamas aplinką tausojančias technologijas, atkreipia dėmesį ne tik į šiuos vandens augalų savitumus, bet ir į greitą jų augimą, spartų biomasės didėjimą. Šie augalų ypatumai vis plačiau naudojami fitoremediacijoje (dirvožemiui ir vandeniui valyti), genų inžinerijoje, kuriant transgeninius augalus, kurie galėtų efektyviau kaupti ar šalinti tam tikrus metalus ir skaidyti kenksmingas medžiagas. Deja, atsparumu pasižymi ne visi vandens augalai.

Upių ekosistemoms kenkia ir žmogaus elgesys upėse, jų pakrantėse. Malonu karštą vasaros dieną pailsėti prie upės, plaukti baidarėmis ir grožėtis dar gyvybe alsuojančia Lietuvos gamta. Tačiau neretai šį grožį užgožia upėje plaukiančios ar pakrantėse išmėtytos šiukšlės, nuardyta skardžių augalinė danga ar nukapoti medžiai. Plaukdami gal net nepagalvojame, kad galime pakenkti tiems jos gyventojams, kurie upę daro upe, o ne pradvisusiu kanalu. Tai rodo upių sraunumų su kurklių bendrijomis, kurios yra vienos svarbiausių ir reikšmingiausių vandens augalų formuojamų bendrijų ne tik Lietuvoje, bet ir visoje Europoje, stebėjimai.

Šiems augalams, kaip ir daugeliui kitų vandens augalų, iškilęs pavojus, kadangi vandens transportas juos pažeidžia mechaniškai: irklais nukapojamos ir suplėšomos augalų dalys, žiedai, vaisiai. Dėl kurklėms ir kitiems vandens augalams padaromos tiesioginės žalos mažėja jų populiacijų tvarumas, genetinė įvairovė, atsparumas aplinkos veiksniams, įsigali konkuruojančios rūšys.

Augalai – pagrindiniai deguonies ir organinių medžiagų tiekėjai mūsų planetoje – daro įtaką viskam: pradedant mitybos grandinėmis, baigiant klimato kaita. Augalai saugo mums dar daug nežinomų paslapčių apie tai, kaip jie išgyvena ar neišgyvena, prisitaiko ar neprisitaiko prie juos supančios aplinkos pokyčių bei klimato kaitos. Kuo daugiau šių paslapčių atskleisime, tuo geriau sugebėsime ateityje šias augalų patirtis pritaikyti gamtos ir savo gerovei. Juk dar Ch. Darwinas sakė, kad „išlieka ne stipriausios ir net ne protingiausios rūšys, o tos, kurios geriausiai prisitaiko prie pokyčių“.

Antropogeninio poveikio vandens augalams tyrimus remia Lietuvos mokslo taryba (projekto Nr. SIT-2/2015)

 

Draugai