Taip yra
Dr. Jonas Žiauka aiškina, kodėl rudenį kinta medžių lapai

Ruduo – ryškių transformacijų metas. Po neužmirštamų vasaros atostogų grįžtame į mokyklos ir universitetų suolus, mylimus ofisus, kuriuose laukia nauji projektai, su draugais organizuojame filmų ar serialų maratonus, o cinamoninio obuolių pyrago kvapas vis dažniau užpildo namus. Kūrėjai džiūgauja, nes nuo senų dienų ruduo yra pagarsėjęs kaip didis įkvėpimo laikotarpis. Pavyzdžiui, klasikas F. Scott Fitzgerald romane „Didysis Getsbis“ pateikia ryškius, elegantiškus, rudens apgaubtų rajonų aprašymus, o Jane Austen „Puikybė ir prietarai“ romantiškai apibūdina besikeičiančius kraštovaizdžius ir jaukias, buitines scenas, vykstančias rudens mėnesiais. Besimėgaudami nemirštančia klasika, jaukiais pokalbiais ir aplink mus besikeičiančiomis lapų spalvomis dažnu atveju net nesusimąstome, kas iš tikrųjų yra ruduo ir kokią reikšmę jis turi gamtai bei mums. Vytauto Didžiojo Universiteto gamtos mokslų fakulteto mokslininkas dr. Jonas Žiauka pasidalino mokslinėmis įžvalgomis apie šį romantišką gamtos stebuklą bei pigmentų, genų ir hormonų vaidmenį lapų transformacijos procese.

dr. Jonas Žiauka

Pigmentų vaidmuo

Rudens metamorfozė labiausiai pastebima daugiamečiuose augaluose – medžiuose ir krūmuose. Dr. Jono Žiaukos teigimu, lapų spalvą lemia juose esantys pigmentai. Pagrindinis pigmentas yra chlorofilas – jis atsakingas už fotosintezę. Chlorofilo molekulės sugauna saulės energiją ir inicijuoja gyvybiškai svarbų fotosintezės procesą. Nors iš biologijos pamokų chlorofilas yra žinomas geriausiai, tačiau tai nėra vienintelis pigmentas lapuose. Karotenoidai yra tarsi kreidelės dažymo dėžutėje. Jie yra priežastis, kodėl lapai rudenį nusidažo raudonais, geltonais ir oranžiniais atspalviais. Karotenoidai veikia kartu su žaliuoju lapų pigmentu chlorofilu gaudydami saulės šviesą, nukreipdami saulės energiją į chlorofilo molekulę.

Mokslininkas pabrėžia, kad trumpėjant dienoms ir krentant temperatūrai, chlorofilas pradeda irti. Šio proceso metu karotenoidai užima svarbiausią vietą, suteikiant lapams būdingas spalvas. Galiausiai pigmentai suyra, o lapai paruduoja ir nukrenta, pranešdami apie augalų pasiruošimą ramybės sezonui.

Efektyvus išteklių saugojimas

Augalų išteklių valdymas pereinant iš rudens į žiemą yra puikus gamtos efektyvumo įrodymas. Dr. Žiauka aiškina, kad fotosintezės metu susidarę organiniai junginiai sistemingai pernešami iš lapų į kitas augalo dalis (stiebus, šaknis ar kitas specifines struktūras), kurios išliks aktyvios ramybės periodo metu. Ši strategija užtikrina energijos ir būtinų augalų išlikimui maistinių medžiagų išsaugojimą nepalankiomis sąlygomis – kai augalas gauna per mažai dienos šviesos, susiduria su maisto medžiagų nepritekliumi, ar kovoja su užpuolusiais  kenkėjais ir padidėjusia aplinkos tarša. Sumedėjusiuose augaluose šios organinės medžiagos pirmiausia transportuojamos į stiebus ir šaknis, o kai kurie augalai turi specializuotas maistinių medžiagų saugojimo dalis arba komponentus, pavyzdžiui, cukriniai runkeliai. Perkeldami lapuose susidarančias organines medžiagas į šias struktūras, augalai išsaugo savo išteklius ir energiją, kurią galima panaudoti tolesnių augimo procesų metų, įskaitant žydėjimą ir vaisių nokimą. Ši išteklių valdymo strategija prisideda prie augalų atsparumo, leidžia jiems klestėti besikeičiančioje aplinkoje išsaugant vertingus išteklius. Augalai yra kaip superherojai – puikiai taupo energiją, kad išliktų tvirti ir stiprūs.

Šaltinis: Met Office Source Office Blog, 2012

Genų raiška ir hormonų reguliavimas

Turbūt dažnam iš mūsų smalsu, kodėl tam tikrų medžių rūšių lapai nusispalvina skirtingomis spalvomis. O atsakymas paprastas – kiekvienas medis ir rūšis turi savo unikalią reagavimo į aplinkos pokyčius sistemą. Dr. Jonas Žiauka teigia, kad augalai turi sudėtingą genomą ir pabrėžia, jog net identiški genai gali būti reguliuojami skirtingai, o kai kurie iš jų gali koduoti identiškus baltymus ir fermentus, tačiau turi skirtingas reakcijas. Augalų hormonai yra labai svarbūs valdant genų raišką, o jų gamyba ir poveikis gali skirtis priklausomai nuo augalų rūšių ir genotipų, atsižvelgiant į unikalius jų genetinius kodus. Hormonai yra molekulės, kurios nepaisant mažos koncentracijos, gali lemtingai pakeisti augalų fiziologinius procesus ir vystymąsi. Nors pagrindiniai hormonų veikimo principai išlieka nuoseklūs, genų, hormonų ir aplinkos ženklų sąveika lemia įspūdingą genetinį kintamumą, pastebimą įvairiose medžių rūšyse ir genotipuose.

Iliustracija parengta pagal Kinoshita, T., & Seki, M. (2014). Epigenetic memory for stress response and adaptation in plants. Plant and Cell Physiology, 55(11), 1859-1863.

Hormoninė lapų transformacija

Kalbant apie hormoninį lapų transformacijos reguliavimą, VDU mokslininkas pamini hormonų citokinino ir etileno vaidmenį. Citokininas skatina chlorofilo – fotosintezei būdingo fermento – susidarymą ir susilaikymą, o etilenas, priešingai – skatina chlorofilo skaidymą. Šių hormonų gamyba ir atsakas į juos skiriasi tarp augalų rūšių ir genotipų ir lemia skirtingas lapų spalvas, kuriomis galime džiaugtis rudens periodu.

Be to, etilenas pasižymi unikaliomis savybėmis – jis gali plačiai išplisti per augalų audinius, paveikti ne tik motininį augalą, bet ir kaimyninius augalus ar gretimas to paties augalo dalis. Šis reiškinys apsunkina hormonų kontrolę, nes etileno gamybos kiekis ir laikas gali skirtis  įvairiose augalų rūšyse ir netgi tos pačios rūšies genotipuose. Šių hormoninių gudrybių supratimas leidžia suvokti, kaip augalai reaguoja į aplinkos pokyčius, ypač pereinant iš rudens į žiemą.

Aplinkos iššūkiai ir medžių atsakas

Klimato kaita taip pat kelia iššūkių augalams ir medžiams. Temperatūros svyravimai gali sukelti tam tikrų vabzdžių-kenkėjų dauginimąsi, o tai kelia pavojų konkrečioms medžių rūšims. Tokios medžių rūšys, kaip paprastoji eglė, yra pažeidžiamos europinės žievėgraužio tipografo užkrėtimo. Kylant temperatūrai, šie kenkėjai gali išgyventi ir daugintis vis naujuose regionuose. Dėl šio reiškinio eglėms gresia didelė žala, o ilgalaikėje perspektyvoje – net ir tiesioginio išnykimo tikimybė.

Kaip išsaugoti rudenį?

Mokslininko nuomone, žmogaus vaidmuo yra gyvybiškai svarbus siekiat išsaugoti gamtą. Didelį susirūpinimą kelia netyčinis galimų kenkėjų plitimais įvairiais būdais, pavyzdžiui, transportuojant medžiagas iš vienos vietos į kitą. Atsakingas biologinių atliekų šalinimas ir kompostavimas yra esminė praktika saugant mūsų gamtą.

Žmonių judėjimas kartu su įvairiomis prekėmis ir medžiagomis gali netyčia įnešti į naują aplinką invazines rūšis, įskaitant vabzdžius ir grybus. Jonas Žiauka pabrėžia nenuspėjamą šių introdukcijų pobūdį ir jų potencialą sutrikdyti vietines ekosistemas. Medžiai, dažnai negalintys greitai prisitaikyti prie šios antropogeninės, dėl žmonių veiklos atsiradusios taršos, gali patirti rimtų pasekmių.

Rudens lapų spalvos pasikeitimų stebuklai liudija apie sudėtingus gamtos pokyčius. Kaip teigia biologijos mokslų daktaras Jonas Žiauka, pigmentų, hormonų, genetikos ir aplinkos veiksnių sąveika organizuoja šią įspūdingą transformaciją, kiekvienais metais užburiančią ir mus. Suvokus mokslą, besislepiantį už šių pokyčių, visi galime giliau įvertinti mus supantį grožį. Prisiminkime, kad ruduo – ne tik neišsemiamo įkvėpimo šaltinis, bet ir svarbus priminimas augalams bei gyvūnams apie gamtos ciklo pokyčius.

Atminkime, kad mūsų veiksmai turi pasekmių trapiai ekosistemų pusiausvyrai, tad ne tik grožėkimės rudeniu, bet ir stenkimės jį suprasti bei puoselėti.

Straipsnio autorė: Raminta Ruseckaitė