Sēne slēpjas detaļās.

Kādus noslēpumus ķērpji slēpj no cilvēkiem.

Andreja Povetkina raksts no žurnāla "Kot Šredingera", 2017. gada 1.-2. numura.

Ķērpis nav atsevišķs organisms, bet ir sēnes un aļģes simbioze. Šo faktu zinātne aizstāv pusotru gadsimtu, šo dogmu pazīst visi, kas ir mācījušies bioloģiju skolā. Taču jaunākie pētījumi rāda, ka viss var būt vēl sarežģītāk.

Tie ir visur.

Katrs no mums ir sadūries ar ķērpjiem. Viņi aug visur un aizņem līdz 8% no planētas teritorijas (tas ir vairāk par Krieviju). Daži dzīvo Antarktīdas kalnos, stoiski izturot ziemas puteņus un 60 grādu salu. Citi kā paklājs klāj tuksnešus, kur gadā nokrīt mazāk par 100 mm nokrišņu gadā, bet uz akmeņiem var cept olas.

Viņi ir mežā, tundrā, toksisku atkritumu izgāztuvēs un pat pie mums mājā. Viss, kas viņiem ir vajadzīgs: gaisma, nedaudz ūdens un virsma, pie kā piestiprināties. Ķērpju arsenālā ir plašs skābju spektrs, kas palīdz tiem ar vienādām sekmēm saēst akmeni, dzelzi un gumiju. Tie aug lēni, bet nemitīgi - 2-3 mm gadā.

Daudz ķērpju ir arī Krievijā, jo te ir ziemeļi, meži un viss kas tāds.

- Krievijā ķērpji sastāda milzīgu biomasas daļu, lai gan cilvēki bieži par to neiedomājas, - žurnālam stāsta amerikāņu biologs Tobijs Spribills. 2016. gadā viņš "Science" publicēja rakstu, kas apgāž tradicionālos priekšstatus par ķērpjiem. - Zemākos platuma grādos, piemēram, tropos, dzīvo tūkstošiem putnu, kukaiņu, koku sugu... Taču aukstā klimatā šīs grupas nav tik daudzskaitlīgas, tāpēc ka tikai nedaudzas sugas var izturēt šādas temperatūras svārstības. Tajā skaitā ķērpji. Lielu daļu no bioloģiskās daudzveidības tundrā un taigā sastāda tieši ķērpji, tāpēc tie var pastāstīt mums daudz par apkārtējās vides stāvokli, par nākotnes globālajām izmaiņām.

Nešķiramā savienība.

Ja kādam ienāktu prātā uzcelt pieminekli draudzībai un sadarbībai, tad to vajadzētu izveidot kā ķērpi. Vairāk par četriem simtiem miljonu gadu turpinās šī savienība starp dzīvās dabas dažādu valstu pārstāvjiem.

Skatoties uz ķērpi, kas aug mežā, var domāt, ka mēs redzam kādu patstāvīgu sugu, varbūt sūnas. Īstenībā tas sastāv no pāris, savstarpēji absolūti nelīdzīgiem organismiem: sēnes un aļģes; sēnes un ciānobaktērijas; pavisam ekstremālos gadījumos – visiem trim plus pāris baktēriju kaimiņos.

Protams, pie tāda modeļa nenonāca uzreiz. Ķērpjiem pievērsa uzmanību jau antīkos laikos. Pirmais bija Aristoteļa skolnieks Teofrasts. Viņš aprakstīja divas sugas un atzīmēja, ka vienu izmanto kā krāsvielu. Teofrasts pieņēma, ka ķērpji ir augi, kaut arī visai dīvaini – tādas kā sauszemes aļģes.

Šāda koncepcija turējās divus tūkstošus gadu un to sāka apšaubīt tikai XIX gadsimta vidū, kad masveidā sāka lietot mikroskopus un eksperimentu praksi.

1827. gadā vācu botāniķis Kārlis Vallrots ievēroja, ka ķērpjos var ieraudzīt šūnas, kas atgādina aļģu šūnas, gan tādas, kas absolūti nelīdzinās tādām, kādām būtu jābūt augu valsts šūnām. 1852. gadā franču mikologs Luī Renē Tilans atklāja tajos dzimumorgānus, kādi ir raksturīgi sēnēm. Pēc 14 gadiem vācu mikrobiologs Heinrihs Antons de Barī noskaidroja, ka daži ķērpji satur struktūras, kas atgādina aļģi Nostocae, ko caurvij hifas – šķiedras, no kurām sastāv sēnes. Viņš arī ieviesa terminu „simbioze”, lai aprakstītu tādas struktūras.

1867. gadā krievu biologi Andrejs Famincins un Osips Baraņeckis noskaidroja, ka ķērpju zaļās šūnas ir vienšūnu aļģes, kas spēj dzīvot patstāvīgi. Beidzot tajā pašā gadā šveiciešu botāniķis Simons Švendeners izdarīja pieņēmumu, ka visiem ķērpjiem piemīt divējāda daba.

Strīdi par drosmīgo hipotēzi bija karsti. Parādījās pat vārds „algolihenomāni” (no latīņu „alga” – aļģe; grieķu „λειχήν”– ķērpis; grieķu „μανία”– kaisle, neprāts, mānija). Vispār – maniaki, kuri uzskata, ka ķērpji ir gan aļģes, gan sēnes. Tā vecās skolas lihenologi apsaukāja simbiotiskās teorijas piekritējus.

Noskaidrot, kam ir taisnība, palīdzētu eksperiments, vajadzētu sadalīt ķērpi sēnes un aļģes tīrkultūrās, bet pēc tam salikt atpakaļ. Taču to izdarīt nesanāca: praktiski visi eksperimenti izgāzās, bet retos panākumus neizdevās atkārtot.

Strīds vilkās ilgi un beidzās tikai XX gadsimta sākumā, kad vairums no vecās skolas lihenologiem jau bija miruši un simbiotiskās teorijas piekritējiem ieskaitīja „tehnisko uzvaru”.

Sadzīvošana: dzīve, nāve, verdzība, ēdiens.

Gala rezultātā tika iegūts šāds modelis. Lielākā daļa no ķērpja ķermeņa ir sēne. Aļģes dzīvo tikai virsējās kārtās un visam organismam sintezē barību: spirtus un cukurus. Sēne, savukārt apgādā aļģi ar ūdeni pa īpašām caurulītēm, aizsargā un vispār – rada „siltumnīcas apstākļus”.

Izskatās idille, taču viss nav tik vienkārši. Piemēram, katrs ķērpja komponents vairojas un aug atsevišķi. Taču sēne, kā likums, bez aļģes neizdzīvos pat laboratorijā. Aļģe ar pāris izņēmumiem izdzīvos pat savvaļā. Protams, ne tajā ellē, kur dzīvo pilnvērtīgs ķērpis, bet augsnē, peļķēs, uz koku mizas – pavisam noteikti.

Starp citu, pašas par sevi aļģes nesāktu ražot vielas, ar ko barojas ķērpī sēne. Sēnes ķīmiski piespiež tās to darīt. Ja apstākļi kļūst sliktāki, tad vispār sāk nogalināt un apēst aļģu šūnas, izsūcot tās caur tām pašām caurulītēm, caur kurām baroja tās ar ūdeni. Taču aļģu aprīšanu var attaisnot, tās ātri atjaunos skaitu, tātad, ķērpis kopumā grūto periodu pārdzīvos. Tomēr tās ir sarežģītas un neviennozīmīgas attiecības ar vieglu vergturu-vergu attiecību ievirzi.

Ir jau arī simbiozes formas, kur pakļautā lomā ir sēnes. Tā, nesenā M. V. Lomonosova MVU biologu darbā tika aprakstīti augi, kas nespēj izmantot fotosintēzi, tāpēc visu vajadzīgo iegūst no sēnēm, ko tie uztur tieši tāpat, kā sēnes ķērpjos uztur aļģes.

Taču mūsu gadījumā sēnes ir galvenās. Tāpēc biologi izdala divas galvenās grupas: askoķērpjus, ko veido sēnes askomiceti, un bazidioķērpji, ko veido bazidiomiceti. [Kas neatceras: asku sēnes ir tādas sēnes, kurām vairošanās orgāni ir aski, lai gan tām ir raksturīga arī bezdzimuma vairošanās, ir 6 šo sēņu klases: no vienkāršākajām, pie kurām pieder rauga sēnes, līdz tādām, kas veido augļķermeņus, kā, piemēram, lāčpurni. Bazīdijsēnes ar 3 sēņu klasēm ir mums visvairāk pazīstamās cepurīšu sēnes un piepes, kas vairojas ar īpašu orgānu – bazīdiju. Arī te ir vienkāršākas sēnes, tādas kā rūsas sēnes un melnplaukas sēne – t.p.] Likās, ka zinātne ir galīgi izpratusi ķērpju pasaules uzbūvi. Taču – nekā nebija!

2009. gadā pētnieku grupa no Helsinku Universitātes Sāras Velmalas vadībā veica salīdzinošu analīzi diviem ķērpjiem no Bryoria ģints. Viena no tām ir B. Tortuosa – košs, dzeltenīgs ķērpis, kas satur daudz indīgas vulpinskābes: ar tās palīdzību kādreiz indēja vilkus un lapsas. Otrais, B. Fremontii – ir brūns, ēdams un tajā ir maz skābes. No tā gatavo veselu rindu ēdienu Ziemeļamerikā.

Abiem ķērpjiem zinātnieki izmantoja molekulāras metodes un salīdzināja sēņu komponenta DNS. Izrādījās, ka tie ir identiski, tātad – nekādu divu sugu nav. 2014. gadā tā pati grupa veica aļģu pārbaudi, ko saturēja abi ķērpji. Un atkal atrada, ka tās ir pilnīgi identiskas. Situācija, ka viena un tā pati suga ir ēdama un nāvējoši indīga runā pretī veselajam saprātam. Kaut kas te nebija tā.

Sametīsim pa trim?

2016. gada jūlijā, žurnālā „Science” iznāca amerikāņu biologa Tobija Spirbilla raksts. Viņš izauga Montānā (ASV) nabadzīgā ģimenē, kas dzīvoja treileru parkā. Apkārt bija meži, bet skolas tuvumā nebija. Tobijs pats lasīja grāmatas, pastaigājās pa mežu un sapņoja kļūt par zinātnieku – dabaspētnieku. 19 gadu vecumā viņš iekārtojās darbā mežniecībā. Pēc dažiem gadiem sakrāja naudu un aizbrauca mācīties uz Getingenas Universitāti Vācijā, tās vadība piekrita pievērt acis uz to, ka viņam nebija sertifikāts par skolas beigšanu.

Pēc tam bija aspirantūra Grācas Universitātē un atgriešanās mājās (2011. gadā), taču, ne jau atpakaļ uz treileru parku, bet uz Montānas Universitāti. Spribills beidzot guva iespēju pētīt dabu, kas viņu tā iedvesmoja.

2015. gadā Tobijs ieinteresējās par Bryoria ķērpjiem un nolēma noskaidrot, ar ko izskaidrojamas atšķirības skābes koncentrācijā. Kopā ar kolēģiem viņš sāka meklēt gēnus, kas būtu atbildīgi par tās ražošanu. Pēc idejas tiem bija jābūt aktīviem B. Tortuosa un izslēgtiem B. Fremontii. Taču analīze neko nedeva. Tas bija ļoti dīvaini. Skābe ir, bet to neviens neražo – kā tas var būt? Šis paradokss bija jānoskaidro.

Zinātnieki nolēma pārbaudīt, vai neaktivizējas vēl kādas sēnes gēni. Te viņi atklāja skaidrus signālus. To avots izrādījās sēnes-bazidiomiceti – grupa, kas Bryoria ir tikpat tuvi, cik mēs esam radniecīgi medūzām.

Sākumā visi nolēma, ka tā ir nejaušība – kaut kas ievazāts eksperimenta laikā. Molekulārā bioloģijā tas notiek nemaz tik reti. Pētnieki atrod, piemēram, pīļknābī, ģerāniju, kašalota vai cilvēka gēnus, klusi nolamājas un – sāk visu no jauna.

Taču signāli tika atrasti katrā mēģinājumā. Vēl vairāk, tie izrādījās stingri sasaistīt ne vien ar skābes kopējo daudzumu, bet ar tās izplatību dažādās ķērpja vietās. Atlika pieņemt, ka skābi patiešām sintezē kāda papildus sēne.

Spribills saprata, ka ir nokļuvis uz pēdām. Grupa izanalizēja visu ķērpju kolekciju, ko viņš bija savācis zinātniskās karjeras gados: apmēram 45 tūkstošus paraugu no visas pasaules. Svešos bazidiomicetu gēnus atkal atrada! Turklāt uzreiz 52 dažādās ģintīs sešos kontinentos.

Izrādījās, ka daudzas ķērpju sugas no labi izpētītām dzimtām satur papildus komponentu, ko nav varējuši atrast no XIX gadsimta. 150 gadus pētnieku paaudzes bija skatījušies uz sēni un nav to redzējuši!

Tobijs ar kolēģiem izgatavoja ķērpju preparātus, kuros garantēti bija klāt bazidiomiceti, un piesēdās pie mikroskopiem un... neko neatrada. Pavisam. Nevienā no novērojumu sērijām. Askomicetu hifu vijumos zaļoja aļģes un nekā vairāk nebija. Tikai pēc tam, kad pētnieki izdomāja īpašu metodi, lai sašķirotu šūnas pēc to RNS, noskaidrojās, kas par lietu.

Izrādījās, ka šajos ķērpjos bazidiomiceti ir vienšūņi. Turklāt tie izvietojas ķērpja ķermeņa augšējā kārtā, gandrīz virspusē. Tas, kurš skatās uz preparātu, redz daudz vienādu aplīšu – askomicetu hifu šķērsgriezumus. Tos ar aci nav iespējams atšķirt, tos nevar adrešu veidā iekrāsot ar klasiskajām metodēm. Tas ir tas pats gadījums, kad sātans slēpjas detaļās.

Darbs, ko paveica Spribilla grupa, izsauc sajūsmu visas pasaules speciālistu vidū. Daži to jau ir nokrustījuši par svarīgāko notikumu lihenoloģijā kopš laika, kad tika atklāta to divējādā daba.

Vai tuvākā laikā izdosies izbeigt XIX gadsimta strīdu un radīt pilnvērtīgu ķērpi laboratorijas apstākļos? Vai pietiks ar to, ka pievienos trešo komponentu? Vai mūs gaida jauna bioķīmiskās rūpniecības atzara rašanās, kam ķērpju izmantošana bija nerentabla to lēnās augšanas dēļ?

Pilnīgi droši varam teikt to, ka tagad mēs labāk saprotam ķērpjus, tikpat precīzi, kā to, ka tagad mums vajadzēs pārrakstīt no jauna to sistemātiku. Par atklājuma ekonomisko pusi pagaidām grūti teikt ko konkrētu – jauni resintēzes eksperimenti vēl nav veikti. Taču mēs noteikti esam pienākuši tuvāk, gan zālēm no ķērpjiem, gan ēdieniem no ķērpjiem.

Image