Žaliojo lapo darbštumo

Iš pirmo žvilgsnio nepatikėtum, kad žalias augalo lapas yra didis kūrėjas. Beje, taip – lapo laboratorija saulės šviesą paverčia cheminių junginių energija. Šio kūrybinio sugebėjimo meistrai yra žalieji augalai: nuo vienaląsčių dumblių iki milžiniškų medžių. Visa žemės žalioji danga yra unikalus biologinis saulės radiacijos srautų keitiklis, paverčiantis juos laisva organine gyvenimo energija. Tai nuostabus biologinis audinys, unikali statybinė medžiaga, be kurios negalėtų egzistuoti gyvybė Žemėje. Lapas organiką perduoda į kitus augalo organus – liemenį, šakas, šaknis, o augalai maitina gyvūniją.

Visagalė fotosintezė

Vos tik saulės spinduliai paglosto augalo žaliąjį paviršių, lapija akimirksniu pradeda sudėtingiausią procesą. Pirminės sintezės metu įvairiausi organiniai junginiai lapo audiniuose susidaro iš anglies dujų ir vandens. Yra paskaičiuota, kad 98 proc. visų maisto poreikių mes patenkiname dėl augalų atliekamos fotosintezės. Itin vaizdžiai žmonijos gyvavimo priklausomybę nuo saulės poveikio nusakė šveicarų botanikas Žanas Senebje: „Aš regiu, kaip mano kraujas susidaro rugio varpoje, o mediena atiduoda ugnį ir šviesą, pasiimtą iš saulės, mano namams“... Vykstant fotosintezei sukuriamos svarbiausios gyvybinės medžiagos – angliavandeniai, baltymai ir riebalai. O augalai išskiria į atmosferą deguonį – nepakeičiamą daugelio reakcijų elementą.

Darbų pasiskirstymas

Norėdami atskleisti augalų produktyvumo slėpiningumą, turime pasidomėti aukštesniųjų augalų sudėtimi. Žolės, krūmai, medžiai augimo savitumais skiriasi nuo žemesniųjų augalų – dumblių, grybų. Nors aukštesnieji augalai labai įvairūs ir turi nepaprastai sudėtingą sandarą, juos sudaro liemuo, lapai ir šaknys. Šie organai atlieka savarankiškas funkcijas, kurios išsivystė augalams evoliucionuojant. Liemuo pakylėja lapus nuo dirvos paviršiaus į erdvę, sujungia visus augalo organus, tiekia vandenį su jame ištirpusiomis mineralinėmis medžiagomis lapams, o iš lapų į atsarginius aruodus perneša asimiliacijos produktus. Plokščios lapų skiautės sugeria saulės šviesą, jos – svarbiausi fotosintezės organai. Nevienodos formos ir spalvos lapai atlieka skirtingus veiksmus, bet esminis – saulės šviesą pavertimas organine medžiaga. Šaknys siurbia dirvos syvus su atskiestomis mineralinėmis druskomis. Visi augalo organai yra specifinės sudėties ir sudaryti iš labai specializuotų ląstelių. Jų kompleksai vadinami audiniais, jeigu juos sudarančios ląstelės yra vienodos formos ir atlieka tą pačią funkciją.

Tobulas mechanizmas

Kad galėtume atskleisti lapo kūrybos paslaptį, patyrinėkime jo sandarą. Lapo viršus ir apačia padengti labai glaudžiu ląstelių sluoksniu – epidermiu. Viršutinis epidermis paprastai iškelia į paviršių dar stangresnę plokštelę – kutikulą. Be to, kartais lapų paviršių dengia plaukeliai ar šereliai, saugantys nuo vandens praradimo ir mechaninių pažeidimų. Tarp apatinio epidermio ląstelių yra daugybė siauručių žiotelių, apsuptų formas keičiančiomis ir užsiveriančiomis ląstelėmis. Pro tuos tarpelius į lapo vidų patenka oras, o lauk išstumiami vandens garai. Žiotelės reguliuoja lape dujų apykaitą. Prie žiotelių tarpų yra smarkiai išsišakoję kanalėliai, vedantys į vidinius ląstelių sluoksnius, sudarančius pagrindinę lapo masę. Po viršutiniu epidermiu yra ištęstos, glaudžiai viena prie kitos prisispaudusios ląstelės, vadinamosios stačiosios parenchimos. Tiek vienose, tiek kitose ląstelėse telkiasi daug chlorofilo grūdelių, kurie skatina pumpurų ir ūgelių skleidimąsi, maisto medžiagų pernešimą į lapą ir į kitas augalo dalis.

Vandens garinimas pro žiotelių tarpus garantuoja, kad vanduo su ištirpusiomis mineralinėmis druskomis nuolat cirkuliuos po augalą. Atgalinis asimiliacijos produktų srautas sukuria protoplazmą sudarančius sietelio pavidalo vamzdelius. Arti jų telkiasi palydovinės ląstelės. Liemenyje prie pralaidžių elementų prisijungia daugybė nesumedėjusio ir sumedėjusio pluošto audinių, kurie, priešindamiesi plėtimui ar suspaudimui, atlieka apsauginę liemens funkciją.

Energijų kaita

Gebėjimu kaupti saulės energiją augalo ląstelėje pasižymi labai sudėtingos sandaros ir veikimo mechanizmo chloroplastai. Jų atsiradimas ir egzistavimas padarė lemtingą poveikį visų organizmų vystymuisi žemėje. Daugybę chloroplastų sistemų ir struktūrų mokslininkai lygina su sudėtingu chemijos kombinatu, kuriame visi veiksmai suderinti, nuoseklūs ir darnūs. Tarsi pamojus stebuklinga burtininko lazdele, susidaro schema: naudojama saulės šviesa paverčiama įvairiausių organinių junginių energija. Tyrimai parodė, kad chloroplastai, laisvai judėdami ląstelės citoplazmoje, tai priartėja prie ląstelės sienelių, kad pasisuktų į saulės šviesą, išsidėstydami statmenai jos spinduliams, tai staiga išsilaksto į šalis, slėpdamiesi nuo per ryškios šviesos. Pasirodo, chlorofilas chloroplastuose pasiskirstęs netolygiai, o chloroplastai vykdo fotosintezę tik padedami šio žalio pigmento, daugybės angliavandenių, fermentų ir kitų gyvybiškai svarbių junginių.

Chemijos laboratorija

Stebina didžiulė vykstančių reakcijų sparta. Per keliolika sekundžių fermentai paverčia gliukozę krakmolu. Dešimtys tūkstančių gliukozės molekulių sujungiamos su reikiamu fosforo molekulių kiekiu. Panašaus laiko reikia susintetinti milžiniškam skaičiui azoto junginių iš dviejų dešimčių aminorūgščių, įeinančių į baltymų sudėtį. Taip mažytėje ląstelėje fotosintezė pereina į ypač sudėtingas sistemas ir struktūras. Imkime angliarūgštės pavertimą į cukrų ar kitus organinius junginius. Šiame procese pluša ne tik chlorofilas, bet įvairūs jo pagalbininkai – elektronų ir vandenilio pernešėjai, angliarūgštės akceptoriai ir daugybė kitų aktyvių sistemų. Tuo pačiu metu kartu su organinių medžiagų sintetinimu ląstelė privalo sugebėti laiku tas medžiagas pernešti į kitas augalo dalis, kad nebūtų stabdomi fotosintezės procesai. Taip pat svarbu tą užduotį padaryti dienos valandomis, kai fotosintezės procesai intensyviausi. Atrodytų, stulbinamai sudėtinga, bet ląstelė su jai skirta užduotimi susitvarko sėkmingai. Kartu užtikrina savo pačios fotosintezės vyksmo nepertraukiamą atsinaujinimą, atkuria chlorofilą, suardytą vykstant reakcijai.

Daugiau saulės!

Niekam nekyla abejonių, kad įsisavinant saulės energiją svarbiausias vaidmuo tenka žaliajam lapui. Neatsitiktinai tokia milžiniška lapijos gausa mūsų žemėje. Lapai geba įsisavinti saulės skleidžiamą šviesą dėl jų individualių savybių, savitos vidaus struktūros. Svarbus ir trimatis lapijos išsidėstymas bei jos dinamiškumas erdvėje. Lapo viršutinė pusė geriau pritaikyta sugerti saulės skleidžiamą šviesą. Šie gebėjimai priklauso ir nuo lapo erdvinės padėties: kuri pusė kokiu laipsniu pasisukusi į šviesą. Lapo struktūra orientuoja iš saulės gautos energijos tiekimą giliau į lapą, taip pat ir jo apatinę pusę. Šviesos srautas dėl lapo sandaros jame pasiskirsto į tris dalis: lapas dalį saulės spindulių atspindi, kita dalis dėl optinių lapo ląstelių savybių keičia kryptį o trečia paskirstoma tarp lapo dalių. Individualaus augalo lapų išsidėstymas erdvėje labai savitas. Kuo daugiau lapų susitelkę žemutinėje augalo dalyje, tuo mažiau šviesos jiems tenka. Aukštų augalų viršutiniai lapai gauna daugiausiai saulės spindulių ir dalį jų perleidžia apatiniams broliams.

Vidutinio klimato platumose augalų lapija nėra taip išvystyta, kad maksimaliai išnaudotų saulės radiacijos teikiamas galimybes. Tik pavasarį, kai augalai staiga sužaliuoja, lapai pajėgūs sugerti daugiau šviesos. Tie augalai, kurie dauginasi sėklomis, lapiją išvysto ne taip greitai. Intensyviausia saulės radiacija būna birželį, tačiau jos teikiamus privalumus augalų lapai energingiausiai naudoja fotosintezei balandžio–rugsėjo mėn. Ne mažiau svarbi lapijos funkcija – saugoti augalą nuo perkaitimo. Augalai eikvoja saulės teikiamą šilumą ir išvengia aukštų temperatūrų neigiamos įtakos. Kartu vėsinasi garindami vandenį ir spinduliuoja ilgųjų bangų spindulius. Lapijos apsaugą nuo perkaitimo sustiprina trumpos šviesos efektas, pigmentai (daugiausia geltoni ir rausvi), kurie įsisavina saulės spindulių energiją ir dalį jos grąžina į aplinką.

Miškų stebuklas

Niekur kitur nerasime tokios lapijos gausos kaip miške. Į padebesius prasimušę medžiai, jų pastogėje tarpstantys pomiškio medeliai ir trako krūmai, jiems po kojomis padrikę visokiausi žolynai ir žolės – visi viena valia gobstosi lapų apdarais. Niekas kitas mūsų planetoje nesukuria tiek organikos, pagamintos iš saulės energijos, kiek miškas savo augalų bendrijose. Tai pats didžiausias visai gyvybei palaikyti reikalingų medžiagų fabrikas. O pagrindinė gyvybės egzistavimo sąlyga žemėje – augalai ir jų žaliojo lapo stebuklas. Iš visų gyvųjų organizmų tik augalai patys apsirūpina maistu. Iš augalų tiesiogiai ar per tarpininkus gauna maistą gyvūnai, o iš jų mes – baltymų ir riebalų. Kaupdamas organinę medžiagą, miškas valo orą nuo išmetamųjų nuodingų dujų, kenksmingų mikrobų ir nešvarumų, papildo deguonimi, taip reikalingu visam gyvajam pasauliui. Medžiai, krūmai, žolės yra tylūs sanitarai, kurie nepailsdami filtruoja orą. Galingi plačialapiai medžiai sugeria triukšmą, žemaūgiai krūmai tildo garsus. Ne be pagrindo jie laikomi svarbiausiu biosferos elementu. Rusų literatūros klasikas I. Turgenevas rašė: „Vandenys – gamtos grožis, miškai – vandens saugotojai.“

Alfonsas KAZITĖNAS

Peržiūrėti visą numerį galite ČIA.