Ғалымдар алғаш рет жер астындағы алып саңырауқұлақ желісінің картасын жасады. Оның ұзындығы Жерден Күнге миллиард рет барып қайтатын қашықтықтан да асып түседі.
Автор: Бетани Брукшир
Видео: Корентен Бизо, VU Amsterdam, AMOLF, SPUN
Саңырауқұлақ дегенде әдетте дымқыл қабырғадағы зеңді, шіріген ағаш діңіндегі өскіндерді немесе дүкен сөресіндегі шампиньонды елестетеміз. Алайда саңырауқұлақтардың тіршілігі негізінен адам көзінен тасада өтеді.
Арбускуляр микориза саңырауқұлағының топырақ астындағы «тамыры» мицелий деп аталады. Оның құрамындағы гифа дейтін өте жіңішке талшықтар өсімдік тамырымен бірігіп, тұтас желі түзеді. Мұндай желі өсімдікті маңызды қоректік заттармен қамтамасыз етеді.
Science журналында жарық көрген жаңа зерттеу осы гифа желісінің ауқымын нақты есептеуге арналған. Ғалымдар алғаш рет саңырауқұлақтың бұл түрі әлемде қалай таралғанын көрсететін жаһандық картаны құрастырды.
Машина оқыту модельдері мен мыңдаған топырақ сынамасының деректерін талдай келе, ғалымдар арбускуляр микориза деп аталатын бір ғана түрдің массасы 300 мегатоннаға жететінін анықтады. Бұл – Жер бетіндегі күллі адамзаттың жалпы салмағынан 4–6 есе ауыр көрсеткіш. Ал осы желілердегі гифа деп аталатын өте жіңішке талшықтардың жалпы ұзындығы Жерден Күнге барып-қайту қашықтығынан шамамен миллиард есе ұзын.
Амстердам Еркін университетінің (Vrije Universiteit Amsterdam) эволюциялық биологі әрі зерттеу авторларының бірі Тоби Кирс: «Бұл жаңалық өсімдіктерді жеке-дара тіршілік иесі ретінде қарастыратын дәстүрлі көзқарасқа күмән келтіреді. Ол бізді ағзалар арасындағы көзге көріне бермейтін күрделі байланыстар жайлы тереңірек ойлануға итермелейді», – дейді.
Кирс сонымен қатар Жер асты желілерін қорғау қоғамының (SPUN – Society for the Protection of Underground Networks) атқарушы директоры. Оның айтуынша, саңырауқұлақтар ең көп шоғырланған аймақтарды анықтап, оларды қорғау арқылы тіпті климат өзгерісін де тежеуге болады.
Саңырауқұлақ желілерінің маңызы
Су, фосфор немесе азот сияқты қоректік заттарды өсімдіктер тамыр арқылы сіңіреді. Дегенмен флора әлемінің басым бөлігі бұл заттарды өз бетінше ғана емес, сырттың көмегімен қабылдайды. Олар арбускуляр микоризамен симбиоз құрады, яғни өзара тиімді байланыс орнатады.
«Микоризалық симбиоз – өсімдік пен саңырауқұлақ арасында осыдан шамамен 450 миллион жыл бұрын қалыптасқан өте көне байланыс», – дейді зерттеу авторларының бірі, SPUN ұйымының эволюциялық биологі Джастин Стюарт. «Өсімдік фотосинтез процесінде көмірқышқыл газын жұтып, одан бөлінген көміртекті топырақтағы мицелийге қорек ретінде береді», – деп түсіндіреді ол.
Саңырауқұлақ өсімдіктен көміртек алғаннан кейін түтікше тәрізді жұқа талшықтарын таратады. «Олар өте жіңішке, қалыңдығы адам шашынан 10-20 есе жұқа, – дейді ғалым. – Бұл талшықтар топыраққа терең бойлап, азот пен фосфор сияқты қоректік заттарды сорып алады да, қайтарым ретінде оны өсімдікке береді».
Видео: Корентен Бизо, VU Amsterdam, AMOLF, SPUN
Фото: Василис Коккорис, VU Amsterdam/AMOLF/SPUN
Фото: Томас Мунит
Стюарттың айтуынша, бұл белгілі деңгейде экономикалық қатынасқа ұқсайды. Саңырауқұлақ өсімдікке қоректік зат беріп, қайтарымына одан көміртек алады. Мұндай серіктестік өсімдіктің ірі болып өсуіне септеседі. Сонымен қатар саңырауқұлақ топырақ түбінен қосымша су тартатындықтан, бидай сияқты дақылдардың қуаңшылыққа төтеп беру қабілеті артады.
Мұндай өзара алмасудың тиімділігі сонша – Жер бетіндегі өсімдіктің 70 пайызынан астамы, оның ішінде бидай, жүгері, күріш сияқты кең тараған мәдени дақылдар да арбускуляр микориза саңырауқұлағымен серіктестік орнатады. Саңырауқұлақ өсімдікке қажет фосфордың 80 пайызына дейін, азоттың 20 пайызына дейін қамтамасыз ете алады.
Бұл серіктестік терең әрі физикалық тұрғыдан тығыз байланысқа негізделген. Процесс өсімдік тамырының саңырауқұлақты өзіне тартып, оны тамыр ұшына енгізу үшін арнайы химиялық зат бөлуінен басталады.
Кирстің айтуынша, олар «өсімдік тамыр жасушасының ішінде кішкентай ағашқа ұқсас арбускула деп аталатын ерекше құрылым түзеді».
Топырақ астындағы бұл кішкентай «ағаштар» – дәл осы экономикалық алмасу жүзеге асатын орын. Алайда тамыр маңындағы қоректік заттар түптің түбінде түгесіледі. Кез келген білікті саудагер іспетті, саңырауқұлақ та сол сәтте өсімдікке қажет азот пен фосфорды табу үшін жаңа көздер іздеуге мәжбүр болады. Бұл мақсатта ол гифаларын жан-жаққа жайып, соның арқасында өсімдік тамырының қорек сіңіру аймағы жүз есеге дейін ұлғаяды.
Фото: Томас Мунита
Саңырауқұлақтардың ауқымын есептеу
Арбускуляр микориза саңырауқұлақтары экожүйе үшін аса маңызды болғанымен, ғалымдар оның топырақтағы жалпы массасын және қанша көміртек сіңіре алатынын осы уақытқа дейін дөп басып айта алмай келді.
Бұл зерттеуге қатыспаған Мәдисондағы Уисконсин университетінің микологі әрі National Geographic зерттеушісі Әнн Приңл: «Топырақ астында өсіп жатқан саңырауқұлақты көру өте қиын», – дейді. «Сиқырлы көзәйнек ойлап таппайынша, олар біз үшін көзден таса тіршілік иесі болып қала бермек».
Дегенмен SPUN ұйымы бұл тылсым әлемге үңілудің жаңа әдісін тапты. Бұған дейінгі зерттеу барысында Кирс, Стюарт және олардың әріптестері зертхана жағдайында, яғни Петри табақшасы мен гүл құмырасында өсірілген 300 мыңнан астам гифаны суретке түсіріп, оларды талдай алатын арнайы робот құрастырған еді. Кейін ғалымдар бұл деректі Жер бетіндегі экожүйенің басым бөлігінен жиналған 16 мыңнан астам топырақ сынамасындағы саңырауқұлақ желісін талдауда қолданды.
Содан соң зерттеушілер зертханалық жұмыс нәтижесі мен машинаны оқыту алгоритмін ұштастыра отырып, Жердегі әрбір экожүйеде арбускуляр микориза саңырауқұлағының тығыздығы қандай болатынын есептеп шығарды.
Зерттеу қорытындысы қайран қалдырды: саңырауқұлақтың жалпы массасы мен ауқымы шынымен де орасан екен!
Видео: Марлейн ван дер Уерф, AMOLF, VU Amsterdam
Ғалымдардың есебінше, топырақтың жоғарғы 15 сантиметр қабатындағы әр шаршы сантиметрге шамамен 4,4 метр гифа сыяды. Бұл – олар серіктес болатын өсімдіктердің тамырынан 50 есе ұзын. Гифалардың бәрін ұшы-ұшына жалғаса, жалпы ұзындығы 110 квадриллион шақырымға жетеді. Бұл дегеніміз Жер мен Күннің арасын шамамен миллиард рет жалғауға жететін қашықтық.
Зерттеуге қатыспаған дала микологі, Fungi Foundation қорының атқарушы директоры әрі National Geographic зерттеушісі Джулиана Фурчи: «Бұл кәдімгі бір шумақ жіпке ұқсайды», – дейді. Оның айтуынша, сол жіпті тарқатар болсаңыз, «ол өз үйіңізден әжеңіздің үйіне дейін жетуі мүмкін. Ал тарқатпай тұрғанда сөмкеңізге оп-оңай сыйып кетеді».
Дегенмен қолыңызға бір уыс топырақ алып, оған қанша үңілсеңіз де, саңырауқұлақтың жіпшелерін көре алмайсыз.
«Олардың жіңішкелігі сонша, бұл талшықты жалаң көзбен көру мүмкін емес, – дейді Фурчи. – Олар біз «топырақ» деп қабылдайтын ортамен тұтасып, біте қайнасып кеткен».
Саңырауқұлақтар шөптесін алқапта қаулап өседі
Зерттеу саңырауқұлақтың ұзындығы мен массасына қатысты жаһандық жалпы орташа көрсеткішті ұ. Дегенмен ол кей аймақта басқа жерлерге қарағанда әлдеқайда көбірек шоғырланған екен. Ең қалың желілер Тибет үстірті секілді қуаң аймақтарда және Флоридадағы Эверглейдс пен Оңтүстік Судандағы Судд батпағы сияқты су басқан жазықтарда кездеседі.
Шөптесін алқаптарда әлемдегі гифа биомассасының 40 пайызы шоғырланған. «Жұрт мұндай жазық даланы арамшөп басқан, жай жатқан жер деп қабылдауға бейіл, – дейді Фурчи. – Алайда дала экожүйесі өте көне әрі түрлік құрамы жағынан аса бай болуы мүмкін».
Приңгл бұл көрсеткіштің бір жағынан ғалымдар саңырауқұлақ желісінің қай түрін зерттегеніне де байланысты екенін ескертеді.
«Ағаштар арбускуляр микориза саңырауқұлағымен де байланысқа түсе алғанымен, – дейді ол. – олардың көпшілігі эктомикориза саңырауқұлағымен серіктес болады. Мұндай жағдайда саңырауқұлақ тамырдың ішіне енбей, оның сыртында қалады». Демек өсімдік саңырауқұлақтың басқа түрімен серіктестік орнататын аймақта оның жалпы массасы бұдан да жоғары болуы әбден мүмкін.
Бұл жұмыс «саңырауқұлақтың өзге де топтарын зерттеуге арналған жаңа ғылыми жұмыстарға негіз қаламақ», – дейді Приңгл: «бұл зерттеуді алдағы уақытта соларға бағыт-бағдар беретін өзіндік жол картасы деуге де болады».
Видео: Рэйчел Каргилл, Лорето Оярте Гальвес, VU Amsterdam, AMOLF, SPUN
Зерттеу нәтижесі көрсеткендей, далалы алқаптың бәрінде бірдей саңырауқұлақ биомассасы қалың шоғырлана бермейді.
Шөптесін алқап жыртылып, егістікке айналған аумақта арбускуляр микориза желісінің тығыздығы табиғи шалғындармен салыстырғанда 47 пайызға төмен болған.
«Жаһандық ауқымда алып қарасақ, ауыл шаруашылығынан бұл желінің тығыздығы төмендетейтінін байқаймыз», – дейді Стюарт. Бұған бірнеше фактор себеп болуы мүмкін. Мәселен жер жырту топырақ астындағы гифаны зақымдаса, ал тыңайтқышпен қоректенетін өсімдіктің қосымша қорек үшін арбускуляр микориза саңырауқұлағына тәуелділігі азаяды.
Стюарттың пікірінше, жергілікті халықтың дәстүрлі егіншілік тәсілі, жерді жыртпай өңдеу (no-till) және органикалық өнім өсіру топырақтағы саңырауқұлақ биомассасының бір бөлігін сақтап қалуға көмектесуі мүмкін.
Сонымен қатар зерттеу картасында Сахара шөлі мен Гренландия аралы сияқты жерлер белгісіз аймақ ретінде көрсетілген. Бұл аумақта саңырауқұлақтың бар-жоғын нақты айтуға топырақ дерегі жеткіліксіз.
«Мұндай зерттеулерде осындай шектеу үнемі дерлік кездесіп отырады», – дейді бұл ғылыми жұмысқа қатыспаған маман, Швециядағы Умео университетінің экожүйені қашықтан зондтау зерттеушісі Маттиас Сиуерт. «Біз әлемнің түкпір-түкпірінен шексіз мөлшерде сынама жинай алмаймыз. Сондықтан белгілі бір негізгі болжамдарға сүйенуге мәжбүрміз».
Фото: Матео Баррененгоа
Саңырауқұлақтың климат өзгерісін тежеудегі рөлі
Топырақтағы саңырауқұлақ массасы жай ғана тірі ағзалар жиынтығы емес. Гифа тіршілігін тоқтатқан күннің өзінде, өсімдіктен сіңірген көміртек топырақ астында сақталып қала береді.
Кирс, Стюарт және олардың әріптестерінің есебінше, саңырауқұлақ шамамен 4 миллиард тонна көмірқышқыл газының топыраққа сіңіп, сақталуына септеседі. Бұл – адамзаттың бір жыл ішінде атмосфераға бөлетін көмірқышқыл газының шамамен 11 пайызына тең көрсеткіш.
Кирстің айтуынша, гифа сонымен қатар топырақ құрылымын қалыптастырады. «Ол – топырақтағы өзге де тіршілік иелеріне өмір сүру ортасын дайындайтын құрылысшы», – деп түсіндіреді ғалым. Жер бетіндегі биоалуандықтың шамамен 59 пайызы топырақ астында шоғырланған. Жауынқұрттар, жәндіктер, жұмыр құрттар (нематодтар) мен басқа да көптеген түр күн сәулесі мүлдем түспейтін осындай ортада өніп-өседі.
Бұл дегеніміз саңырауқұлаққа бай жазық дала егістікке айналғанда, шөптер ғана емес, одан әлдеқайда көп тіршілік жойылуы мүмкін екенін білдіреді. Сондай-ақ ғаламшарымызды ысытатын көміртек атмосферада көбірек қалып қоюы ықтимал.
SPUN ұйымында жұмыс істейтін зерттеушілерінің түпкі мақсаты – саңырауқұлақ жиі шоғырланған әрі биологиялық алуандығы бай экожүйеде заңмен қорғалатын арнайы аймақтар құру.
«Бұл өте қызық зерттеу болды әрі көптеген тың дерек берді, – дейді Приңгл. – Жиналған деректің басым бөлігі ғылымдағы үлкен олқылықтың орнын толтырып отыр».
Фурчидің пікірінше, жерасты саңырауқұлақ желісі туралы кеңірек білуіміз экожүйені қорғауға деген көзқарасымыз бен түсінігімізді түбегейлі өзгертуі мүмкін. Адам ағзасындағы қан айналымын қамтамасыз ететін қантамырлар секілді, бұл саңырауқұлақ желісі де Жердің тіршілік қайнары, – дейді ол.
«Олар – ғаламшардың жер астындағы қан айналым жүйесі», – дейді зерттеуші. «Біз микоризалық қан айналым жүйесіне назар аудармайынша, Жер-ананың дертіне диагноз қою, оны емдеу немесе сауықтыру мүмкін емес екенін енді-енді түсініп келеміз».
