Германияның Қара орманындағы топырақ микроскоптық деңгейде дүние жүзінің орманды экожүйелерін бейнелейтін таңғажайып әлем.
Германияның қара орманынан немесе аляскадағы тонгасстан, Жаңа Зеландиядағы уейпуадан бір уыс топырақ қазып алыңыз да, үңіліп қараңызшы.
Не көресіз? Әрине, топырақ – жұмсақ, құнарлы және какаодай қара-қошқыл. Қарағай қылқандары мен шіри бастаған жапырақтар. Мүк не қына үгінділері. Жарықтан қашқан жауынқұрт, бәлкім, биіктіктің күрт өзгеруінен абдырап қалған құмырсқа бар болар.
Орман топырағының бір грамының өзінде миллиард бактерия, миллион саңырауқұлақша, жүз мыңдаған қарапайымды және мыңға жуық жұмырқұрт болуы мүмкін.
Сью Грейстон жерде бұдан да көп дүние бар екендігін жақсы біледі. Оның топыраққа деген өмірлік құштарлығы бақшасынан басталған. Англияда өскен ол бала кезінде анасына бақшада дән егуге, күтіп-баптауға көмектескен.
Колледждегі микроскоптарды қолдану арқылы Грейстон жердің жай көзге көрінбейтін тым кішкентай тірі организмдер жиынтығына тәнті бола бастады. Ол өзінің өмірлік қызығушылығын тапқанын сол кезде түсінді. 1987 жылы Шеффилд университетінде микроорганизмдер экологиясы саласының PhD дәрежесін алғаннан кейін, Грейстон Саскачеуандағы ауылшаруашылық биотехнология компаниясында жұмыс істеді. Одан кейін Шотландиядағы Маколей жер пайдалануды зерттеу институтында (қазіргі Джеймс Хаттон институты) ғылыми қызмет атқарды. Сол жерде ол өсімдік экологтерімен бірлесе отырып, кейін өз қызметінің басым бөлігін құраған бастаманың негізін қалады. Бұл – топырақтың ең ұсақ және ең ірі мекендеушілері, яғни микробтар мен ағаштар арасындағы күрделі байланысты зерттеу. Жаңашыл дала зерттеулері мен генетикалық бірізділіктегі күрделі әдістерді біріктіре отырып, Грейстон және басқа экологтер орман топырағындағы көптің көзіне көрінбейтін, бірақ оларсыз экожүйе күйреуі мүмкін құпия әлемнің бай бейнесін жасады.
«Биоалуандықтың басым бөлігі жер астында. Алайда тарихи тұрғыдан біз ол туралы көп білмедік, – дейді Грейстон. – Бұл жағдай соңғы 20 жылдықта өзгере бастады».
Көптеген орманның жапырақты қабаттарының астында гифомицеттердің торлары өз тамырларын микоризді желіге қосады. Бұл желі арқылы ағаштар өзара су, қорек және ақпаратпен бөліседі. Бір жасушалы амебалар миксомицет деп аталатын, пішіндерін өзгертетін түйіршіктерге айналады. Бұлар топырақта бактериялар мен саңырауқұлақшаларды аулайды. Құйрықаяқты деп аталатын кіп-кішкентай бунақаяқтылар өз денесінен 20 есе ұзын қашыққа секіріп, ерсілі-қарсылы жүгіріп жүр. Әрқайсысының көлемі жасымықтың оннан біріндей сауытты кенелер өздеріне тау-шатқал болып көрінетін бөгеттердің арасында әзер кетіп барады. Бір жарым жылдай өмір сүретін бұл кенелер өмір бойына 9 метрдей ғана жер жүреді екен. Басқа жаратылыс иелерінің ұсақ болуы соншалық, олар тек өсімдіктер мен топырақ бөлшектерінің айналасындағы су үлдірлері арқылы ирелеңдеп, тырбаңдап қана қозғалады. Бұл өзгеше тіршілік иелеріне түссіз жұмырқұрттар, шашқа ұқсас талшықтары, айналмалы тәждері бар коловраткалар және тырнақтары бар сегіз аяқты, гамми-қонжыққа ұқсайтын жайбасарлар жатады.
Бұлардан да ұсағы – бір жасушалы организмдердің алуан түрлі тобы кіретін қарапайымдылар кейде өздерінің шығыңқы тұстарын серпу арқылы қозғалады. Орман топырағы бактериялар мен археилердің алуан түріне бай. Соңғысы бір қарағанда бактерияға ұқсас көрінгенімен, оның да өзінше бөлек тіршілік патшалығы бар.
Орман жерінің бір грамының өзінде миллиард бактерия, миллион саңырауқұлақша, жүз мыңдаған қарапайымды және шамамен бір мың жұмырқұрт болуы мүмкін.
Бұрын ойлағандай, топырақ ағаштар мен басқа өсімдіктер қажетін алу үшін ыңғайлы бекініп алатын инертті материя емес. Бүгінде топырақ қабаты дегеніміз тіршілік ортасы мен организмдердің динамикалық желісі екендігі айқын: ол сансыз тіршілік иесінің жіптерімен тоқылған және үнемі өзгерісте болатын алып гобелен іспетті. Топырақ та тірі ағза. Грейстон мен басқа да экологтер осы бүгінгі түсінік орман шаруашылығына елеулі өзгеріс енгізуді талап ететінін айтады. Олар ағаштарды жаппай кесудің әдеттегі тәжірибесі ойлаудың өзі мүмкін болмайтын ауқымды және ұзақмерзімді залал әкелетінін анықтады. Орман шаруашылығы шынайы тұрақты болуы үшін орман топырағындағы тіршілікке тигізетін салдарды да ескеруі қажет. Миллиардтаған жыл бұрын жер бетінде топырақ болмаған, тек қатты жер қыртысы болған, ол жауын-шашын, жел және мұз әсерінен біртіндеп бұзылған. Жерде микробтар, саңырауқұлақша, қына мен өсімдіктер пайда болысымен, жер қыртысын қопсытып, тамырымен бөлшектеп, қышқылдарын төгіп, эрозиясын едәуір жылдамдатқан.
БІЗ БҰЛ СУРЕТТЕРДІ ҚАЛАЙ ТҮСІРДІК?
Бұл мақаладағы суреттер ең ұсақ бөлшектерді түсіру үшін жарықтың орнына электрондарды қолданып сканерлейтін электрондық микроскоппен (SEM) түсірілген. SEM суретті сұр түсте түсіреді, сондықтан алуан түрлі тірі организмді бейнелеу үшін суреттер түрлі түстермен өңделді.
Шіріген қалдықтар минералды қыртысты органикалық материалмен құнарландырды. Палеонтологиялық жылнамада орманның бізге таныс жерқыртысы алғаш рет девон кезеңінде, яғни 420 мен 360 млн жыл бұрынғы аралықта пайда болған.
Бүгінде тіршілік Жер қыртысын жердегі барлық экожүйеде сақтап тұр. Орман жері көміртегі, азот, фосфор және калий сияқты қажетті қоректік заттарға бай. Грейстон мен оның әріптестері ұсақ тіршілік иелерінің маңыздылығын ерекше атап өтеді, себебі бұлардың күнделікті әрекеттері болмаса, элементтер бір жерде қозғалыссыз жатып, қолжетімді болмас еді.
Өсімдіктер күн қуатын көміртегіне бай молекулаға айналдырып, фотосинтез жүзеге асқанда, молекуланың бір бөлігін тамырлары арқылы жер қыртысына жібереді. Бұл заттекті микробтар мен саңырауқұлақшалар қолданады. Есесіне, микоризді саңырауқұлақтар мен тамырға жабысқан микробтар өсімдіктерге су мен қоректік заттарды сіңіруге көмектеседі, қоректік заттардың сіңірілуі қиын химиялық формаларын молекулаларға айналдыру арқылы өсімдіктер қолданысына жарамды етеді.
Өсімдік бөлшектері солып, қурап біткенде, құрттар, бунақаяқтылар, саңырауқұлақшалар мен микробтар олардың тіндерін ұсақ бөлшектерге ыдыратып, қоректік заттарды жер қыртысына қайтарады. Сонымен қатар ұсақ жаратылыс иелерінің үздіксіз қозғалысы топырақ қабаттарының араласуына, қоректік заттардың жақсы таралуына, жер қыртысының оттегімен қанығуына себін тигізеді. Топырақтың көп мөлшерін сіңіру арқылы құрттар, дернәсілдер, бунақаяқтылар жерді органикалық заттектермен қанықтырып, түйіршіктердің жабысуына жәрдемдесіп, жер құнарын жақсартады. Грейстон Маколей институтында істей жүріп, 2000 жылы әріптестерімен Қара орманның жер қыртысын зерттеу үшін Дунай өзенінде орналасқан неміс қаласы Тутлингенге барды. Елдің оңт.-батысында орналасқан, шамамен 6000 шаршы шақырымдық бұл аудан таулы ормандарымен танымал әрі кен өндірісі, орман шаруашылығымен бағаланады. Ғалымдар күміс түсті жұмсақ қабықтары, қисайған діңдері бар 70-80 жылдық шамшаттар өскен бірнеше жерге барды. Ғалымдар қарап шыққан кей жерлерде ағаш мүлдем қалмаған, ал кейбіріне салыстырмалы түрде қол тимеген.
Грейстон металл бұрғымен орманның әртүрлі жерінен топырақ үлгілерін алып, тереңірек зерттеу мақсатында Шотландияға жеткізді. Зертханалық зерттеулер мен жасушалық дақылдарды зерттеу нәтижесі орманның ағашы қарқынды кесілген бөлігінде көп микробтың едәуір азайғанын дәйектеді.
2003 жылы Грейстон өзі бүгінде жұмыс істеп жатқан Британдық Колумбия университетінде микробты топырақ экологиясының профессоры атану үшін Ванкуверге көшті. Грейстон мен оның бірнеше серіктесі дәл осында орман шаруашылығының әртүрлі әрекеті жердің микробты ортасын қалайша өзгертетінін әрі қарай зерттеді.
Олар зерттеулерінің көбісі ағаштарды кесудің үш түрін салыстырады: берілген жерді ағаштан толық тазартатын жаппай кесу; кейбір ағаш топтарын сақтап қалатын құрылымдық қорғау; тең бөліністі сақтай отырып, жекелеген ағаштарды іріктеп кесу.
Жер қыртысының саулығын тексеру үшін Грейстон мен әріптестері жіңішке тамырларға толы нейлон-торлы қапшықтарды ағаш кесудің әртүрлі әдісі қолданылған орман алқаптарына көмді. Бұл тамырларды қалдырудағы мақсат оларды ұсақ организмдер, саңырауқұлақшалар мен микробтар көмегімен ыдырату. Тамырларды бірнеше ай немесе бірнеше жыл аралығында қазып алады. Зертханада ғалымдар тамырлармен әрекеттескен организмдерді анықтау, олардың қаншалықты белсенді болғанын білу үшін түрлі сынақ жүргізді. Ағашты жаппай кесу көп жағдайда жер қыртысының биоалуандығын төмендеткені, қоректік заттар айналымына кедергі келтіргені байқалды. Дегенмен ағаш кесу әдістерінің барлығы бірдей зиян болған жоқ. Мәселен, тепе-теңдікті сақтай отырып сирету әдісімен кесілген жерлерде микробтың көптігі, алуан түрлілігі мен белсенділігі салыстырмалы түрде жоғары болып қалған. Кейбір ағаш топтарын сақтап, қалғанын кесетін құрылымдық қорғау әдісі қолданылған жерлерде ғалымдар микробтардың мықты да қызу қауымдастықтарын тура сол ағаштардың маңында ғана байқаған. Ғалымдар бұл ағаш аумақтарынан алыстаған сайын, ондағы жер қыртысынан тіршілік белгілері де жоғала бастаған.
Саңырауқұлақ жіптеріне оралған ағаш қалдығының үстінде сиқыршының сыйлыққа толы қоржынына ұқсас миксомицеттің жемісті денесінен тозаң бөлінуде. Миксомицеттер шіріген өсімдік қалдықтарында кездесетін басқа микробтармен қоректенеді.
400 есе үлкейтілген.
Микроскоптық жануар Gastrotricha түрінің өкілі жер қыртысы бөлшектерінің арасынан өтетін судың жұқа үлдірлерінде тіршілік етеді. Олар өздерінің шашқа ұқсас түктері арқылы дымқыл топырақ арасында қозғала отырып, қоректену үшін бактерия, микробалдырлар мен басқа да микробтарды іздейді.
2 500 есе үлкейтілген.
Құйрықаяқтылардың басым бөлігі, мына суреттегі екеуі сияқты, жарты сантиметрден аса өспейді. Бұлай аталуының себебі олардың құйрыққа ұқсас дене мүшесі бар. Қауіп төнгенде, олар осы дене мүшесінің көмегімен өз денесінен 20 есе ұзақ қашықтыққа секіре алады.
100 есе үлкейтілген.
Korotnevella тұқымының бұл амебасы орманның дымқыл топырағынан табылды. Жалғыз жасушалы осы тіршілік иесі аморфты денесімен бактерия, саңырауқұлақша және басқа да микробтарды орап алып, тұтастай жейтін қауіпті жыртқыш бола алады.
10 000 есе үлкейтілген.
Ағаш тамырларындағы көміртегі ағынын бақылайтын зерттеуге сәйкес ағаштың не ағаштар тобының әсер ету ауданы, яғни олардың микробтар мен басқа да ұсақ организмдерді көміртегіне бай молекулалармен қамтамасыз ету аймағы орта есеппен он метрді құрайды. Жер қыртысын толық жалаңаштамай, тіпті үлкен ағаш аумақтарын қалдырғанның өзінде олардың әсері жоғарыда аталған қашықтықтан аса алмайды. Бұл өсімдік аралдарын қоршап тұрған он метрлік аймақтың сыртындағы микроб популяциялары зардап шегеді деген сөз. Грейстонның айтуынша, жер қыртысының саулығы үшін іріктеп кесу әдісі жағымдырақ, себебі бұл әдіс бойынша әдетте әр 14-16 метр сайын ағаш сақталып отырады, бұл олардың тамырларының және әсер ету аймақтарының бір-бірімен қабысып, орман жеріндегі микробтарды көміртегімен қамтамасыз етуіне жәрдемдеседі.
Сиретіп кесу және басқа да іріктелген әдістер әлемнің кейбір жерлерінде кеңінен таралып келеді. Дегенмен Солт. Америкада ағаштарды жаппай кесу әлі күнге кең қолданыста, өйткені ол тиімдірек, бағасы арзандау және тым күрделі жабдықты талап етпейді. «Орман шаруашылығын қайта қарастыруымыз қажет, – дейді Чехия Ғылым академиясы Микробиология институтының қоршаған орта микробиологі Петр Балдриан. – Ағаштарды жаппай кесу үнемді болғанымен, жер қыртысы жапа шегеді.
Біз өнеркәсіп пен орман қажеттіліктері арасында тепе-теңдік табуымыз керек».
Жер экожүйелерінің бір-бірімен өзара байланысын және олардың күрделі өмір циклін сақтауда атқаратын шешуші рөлін ескерсек, біздің ағаштар мен топыраққа тигізіп жатқан залалымыз, ақыр аяғында, өзімізге зиян келтіреді. «Жердегі микроорганизмдер болмаса, біз тіземізден қоқысқа батушы едік, – дейді Грейстон. – Оларсыз жер бетіндегі өмір тоқтайды. Олар бізсіз тіршілік ете алар, алайда біздің оларсыз өмір сүруіміз екіталай».
Автор: Феррис Джейбер фото: Оливер Мекиз және Никол Атауа