Atklājumi.lv

Alpīns augs dzen sakņotni sniegā

Sniegsakņu cīrulīši (Corydalis conorhiza) ir neliels augs, kas parasti aug Ziemeļkaukāza augstkalnu pļavās un spēj iegūt tam nepieciešamo slāpekli no kūstoša sniega. Šim nolūkam tam attīstās speciālas "sniega saknes", kas aug uz augšu. Šīs agrāk nezināmās parādības izpētes rezultāti ir apkopoti kopīgā krievu un holandiešu zinātnieku rakstā, kas nesen parādījās žurnāla Ecology Letters tīmekļa vietnē.

Apstākļi, ar kuriem saskaras augstu kalnos augošie augi, savā būtībā ir ekstremāli. Ja vasaras dienā Saule te var arī cepināt, tad naktī mēdz būt ļoti auksts. Ziema kalnos iestājas daudz ātrāk nekā priekškalnēs, bet beidzas vēlāk. Koki, sākot ar noteiktu augstumu, vispār nevar augt - nepārtrauktā siltuma periods ir nepietiekams, lai pagūtu izveidoties droši segaudi (miza), kas ziemā spētu aizsargāt stumbru no spēcīgajiem saliem un vējiem. Taču daudzgadīgo, ziemā ar sniegu droši nosegto lakstaugu dzīvotnes ir atrodamas pat diezgan lielos augstumos. Tā kā ļoti īsajā vasarā viņiem jāpaspēj izaugt, uzziedēt un radīt sēklas, daudzi no tiem visas veģetatīvās sezonas laikā uzkrāj barības vielas pazemes orgānos (sīpolos, bumbuļos, sakneņos), bet pavasarī, tikko nokūst sniegs, ātri attīstās uz šo rezervju rēķina. Pie tādiem augiem pieder arī Kaukāzā augošie sniegsakņu cīrulīši Corydalis conorhiza - neliels augs ar skaistiem ziediem no magoņu dzimtas. Vidējās klimata joslas iedzīvotājiem visdrīzāk ir pazīstami citas sugas cīrulīši - Corydalis solida. Tie ir sastopami mežos, bieži vien meža gravu nogāzēs, un skaisti zied agri pavasarī, vēl pirms kokos parādās lapas.

Maskavas Valsts universitātes Bioloģijas fakultātes ģeobotānikas katedras profesors Vladimirs Onipčenko, kas jau sen kopā ar studentiem un aspirantiem veic lauka pētījumus Ziemeļkaukāzā, pirms kāda laika pievērsa uzmanību apstāklim, ka cīrulīšu masveida augšanas vietās zeme pēc sniega nokušanas mēdz būt nosegta ar biezu, ļoti sīku sakņu veidotu tīklu. Drīz pētnieki saprata, ka ir atklājuši bioloģijā vēl neaprakstītu parādību - "sniega saknes", kas aug sniega kārtā, turklāt nevis uz leju (kā parasti saknēm vajadzētu darīt), bet gan uz augšu, līdzīgi dažu tropu koku gaisa saknēm. Sniega kārtā šīs neparastās cīrulīšu saknes pacēlās, kā tika noskaidrots, līdz pat pusmetram virs zemes.

Tad arī radās pieņēmums, ka "sniega saknes" augi izmanto, lai no kūstošā sniega iegūtu tajā esošās barības vielas, vispirms jau slāpekli, kas augiem šajās vietās ļoti pietrūkst. Situāciju sarežģī tas, ka pati zeme zem sniega mēdz būt nosegta ar ledus garozu, un ūdens, kas rodas sniegam kūstot, neiesūcas augsnē, bet gan ātri notek pa nogāzi. Sniega saknes, acīmredzami, tieši tam arī domātas, lai notvertu šo mitrumu un, galvenais, tajā esošos augam trūkstošos mikroelementus. Tā kā šo vielu koncentrācija sniega ūdenī ir ļoti maza, uztverošajam sakņu tīklam jābūt diezgan plašam, bet pašām saknēm - ļoti tievām.

Rakstā, kas jau ir pieejams iepriekšējai apskatei (early view) žurnāla Ecology Letters vietnē, V. G. Onipčenko un viņa līdzautori - vairāku Krievijas zinātņu iestāžu, kā arī Holandes Brīvās universitātes (Amsterdama) līdzstrādnieki pirmo reizi sniedz sīkas ziņas par Corydalis conorhiza sniega saknēm - par to, kā tās veidotas un kā augi tās izmanto. Lauka izmēģinājumus veica Kaukāza ziemeļrietumos (43°27' z. pl. un 41°4' a. g.), Teberdas rezervātā, Mazās Hatiparas kalna nogāzēs 2800 m augstumā. Vidējā gada temperatūra šajā vietā ir 1,2°C, bet vidējā temperatūra jūlijā - 7,5°C. Gadā nokrīt apmēram 1400 mm nokrišņu, pārsvarā sniega veidā.

Vispirms autori sāka pašu sniega sakņu uzbūves izpēti. Tās izrādījās ļoti tievas un vārīgas. To vidējais diametrs bija 0,1 mm, kamēr šī paša auga apakšzemes saknēm - 0,5-0,7 mm. "Īpatnējais sakņu garums" (specific root length), ko aprēķina kā kopējo sakņu garumu uz vienu to saussvara vienību, sniegsakņu cīrulīšu parastajām apakšzemes saknēm bija 98,5 m uz 1 g svara, bet "sniega saknēm" - 495 (!) m jeb 5 reizes vairāk. Tāda attiecība, starp citu, nav pārsteidzoša: barības vielu saturošo sāļu saturs kušanas ūdenī ir ļoti zems, un augam ir izdevīgi veidot maksimālu uzsūkšanas virsmu.

Gan parasto, gan "sniega" sakņu šķērsgriezumu izpēte atklāja, ka starp tām ir būtiskas atšķirības: parastajām saknēm ir daudzi koncentrisku šūnu slāņi, tai skaitā skaidri izteikts aizsargslānis - epiderma. Sniega saknēm virsējā un iekšējā slāņa šūnas ir ļoti līdzīgas. Redzams, ka tām nav tērēts daudz būvmateriāla (oglekļa, ko arī vajag taupīt). Taču tām nemaz nav jādrošina auga mehāniska izturība, tām nav "jānoenkuro" augs zemē. Tās ir ātri zūdoši, "lēti" veidojumi, kas ir domāti tikai viena uzdevuma risināšanai - barības vielu iegūšanai no sniega kušanas ūdens.

Lai pārliecinātos par šī pieņēmuma (par sniega sakņu galveno funkciju) patiesumu, pētnieki veica speciālu eksperimentu: uz sniega, kas sedza cīrulīšu augšanas vietu, pirms tā kušanas izlēja nelielu daudzumu slāpekļa mēslojuma - ar stabilu slāpekļa izotopu 15N bagātinātu amonija nitrātu. Tika pieļauts - ja sniega saknes tiešām uzņem slāpekli no kušanas ūdens un nodod to citām auga daļām, tad par to būs jāliecina šī slāpekļa izotopa klātbūtnei lapās, stublājā un pazemes glabāšanas orgānos (cīrulīšu gadījumā - bumbuļos).

Pieņēmums pilnībā apstiprinājās. Slāpekli, ko mēslojuma veidā izlēja uz sniega virsmas (eksperimenta laikā sniega segas biezums bija 0,2-0,4 m), cīrulīši uztvēra ar sniega saknēm un aiztransportēja uz lapām un bumbuļiem. Eksperiments tika veikts ļoti piesardzīgi. Autori centās izvairīties no vispārējas augu mēslošanas, no mēslojuma uzkrāšanās augsnē u.c. Turklāt, protams, bija kontroles iecirkņi, kuros mēslojumu neizlēja. Bija arī kontroles augi - tajās pašās vietās augošā Stevena pienene (Taraxacum stevenii). Arī tajā pēc mēslojuma izliešanas auga tiešā tuvumā centās atrast attiecīgo slāpekļa izotopu, taču neveiksmīgi.

Rodas jautājums: vai līdzīgas "sniega saknes" tiks atrastas arī citiem augiem? Pagaidām tādi gadījumi nav aprakstīti. Interesanti, ka ļoti aptuvens sniega sakņu analogs ir dažu tropiskajos lietusmežos augošu koku gaisa saknes. Dažreiz tās stiepjas gar stumbru diezgan augstu (tas ir, tām ir negatīvs ģeotropisms), bet to galvenais uzdevums ir ļoti līdzīgs cīrulīšu "sniega sakņu" uzdevumam - ārkārtēja augšanai nepieciešamo elementu deficīta apstākļos pacensties notvert to slāpekli, kas niecīgā daudzumā atrodas pa mizu notekošajā lietus ūdenī.

Aleksejs Giļarovs

Ilmāra Cīruļa tulkojums

Avots:

Vladimir G. Onipchenko, Mikhail I. Makarov, Richard S. P. van Logtestijn, Viktor B. Ivanov, Assem A. Akhmetzhanova, Dzhamal K. Tekeev, Anton A. Ermak, Fatima S. Salpagarova, Anna D. Kozhevnikova, Johannes H. C. Cornelissen. New nitrogen uptake strategy: specialized snow roots // Ecology Letters. Published Online: Jun 4 2009 10:14PM DOI: 10.1111/j.1461-0248.2009.01331.x.

Skatīt arī:

1) У Янь, В. Г. Онипченко. Связь снежного покрова со структурой растительности в высокогорьях востока Цинхай-Тибетского нагорья // Журнал общей биологии. 2006. Т. 67, № 6. С. 452-463. Šī raksta sinopse: Растительность субтропических высокогорий определяется глубиной снежного покрова.
2) Robert L. Sanford Jr. Apogeotropic roots in an Amazon rain forest // Science. 1987. V. 235. P. 1062-1064.

Raksts un attēli pārpublicēti no elementy.ru