VDU Botanikos sodas

09
vasario

Sakai, gintarai ir kodėl jie švyti ultravioletinėje šviesoje

Spygliuočiai augalai turi išvystę puikią antiseptinę apsaugos sistemą, kuri apsaugo visas augalo dalis. Ši sistema susijusi su daugybe vertikalių ir horizontalių kanalėlių, kuriuose saugomi sakai. Sakai į išorę išsiveržia tik pažeidus augalą: tai skaidri, bespalvė ar gelsvos spalvos, lipni, terpentino kvapo, skysta arba pusiau skysta (tirštėjanti ir kietėjanti ore) spygliuočių medžių derva. Sakai nepraleidžiami per medžio apytakinius audinius (rėtinius ir vandens indus), netirpūs vandenyje ir daugiausia atlieka apsauginę funkciją, reaguodami į žaizdas ar vabzdžių bei patogenų atakas.

 

Sakai augale teka šaknų, kamieno, šakų, spyglių sakotakiais, o į išorę išteka tik sakotakių balanos pažeidimo vietoje. Kai kurių pušinių šeimos augalų medienoje yra ištisa sakotakių sistema: vertikalūs sakotakiai praeina išilgai kamieno, horizontalūs – skersai kamieno per šerdies spindulius ir susijungia su vertikaliais. Medienoje dažnai būna ir patologinių sakotakių, kurie nuo normalių skiriasi struktūra ir didesniu kanalo skersmeniu. Jie susidaro pažeidimų vietose, augalui augant nepalankiomis sąlygomis. Manoma, kad daug tokių patologinių sakotakių turėjo ir pušys, iš kurių sakų susiformavo gintaras.

Sakotakiai – tai tuščiaviduriai kanalėliai, kuriuose ant sienelių susikaupia sakų lašeliai. Sakų „tekėjimas“ nėra paprastas procesas, nes tai klampi ir lipni medžiaga, todėl ją judėti priverčia tik didelis slėgis sakotakiuose.

Ne visų spygliuočių medienoje yra sakotakių. Pušų, eglių medienoje jie puikiai matomi. Kėniai, kukmedžiai, kadagiai, tujos, puskiparisiai medienoje sakotakių neturi, bet jie išsidėstę žievėje ir spygliuose. Metinėse rievėse matoma, kad sakotakių žymiai daugiau vėlyvojoje nei ankstyvojoje medienoje. Kai nusilpusį medį puola grybai, jie ypač mėgsta pirmiausiai prasiskverbti pro sakotakius (pavyzdžiui, taip elgiasi paprastasis kelmutis, įaugindamas savo grybieną į sakotakius), juos suardo, dėl to sakai iš jų išteka ir kaupiasi gumulais po žieve ar jos paviršiuje.

Juniperus communis sakotakis spyglio skerspjūvyje

Chamecyparis obtusa ‘Nana gracilis’ sakotakiai apatinėje šakelės pusėje

 

 

Įdomu tai, kad sakotakiai gali užsikimšti ir augalą pertręšus azoto trąšomis: nustatyta, kad pertręšus paprastąsias pušis, išveša sakotakių epitelinės ląstelės; jos išsigimsta, tampa mažiau gyvybingos, gaminama daugiau sakų ir galiausiai sakotakiai užsikemša.

 

Sakai sudaryti iš terpenų (angliavandeniai, kurių molekulė sudaryta iš izopreno fragmentų) ir jų darinių, dervų rūgščių. Sakų sudėtis priklauso nuo medžio rūšies bei augavietės. Deguoninėje aplinkoje sakai kietėja ir susidaro trapūs, sausi kietsakiai. Iš jų per labai ilgą laikotarpį gali susiformuoti fosilinė derva – gintaras (natūraliai šiam procesui reikia šimtų milijonų metų). Brandžiuose medžiuose sakai gali išsilieti iš vertikalių žievės įtrūkimų dėl greito augimo nulemto žievės įtempimo. Taip pat sakai yra dar vienas augalo metodas pašalinti acetato perteklių. Iš sakų, juos perdirbant karštais vandens garais, gaunama kanifolija (kieta gamtinė derva). Sakai pasižymi įvairiais kvapais ir skoniais, kurie, priklausomai nuo rūšies savybių, arba pritraukia, arba atbaido vabzdžius.

 

Internete galima rasti informacijos, neva kai kurie lapuočiai medžiai taip pat gamina gintarą. Šis teiginys vis dėlto yra klaidinantis. Lapuočiai medžiai gali gaminti ne sakus, o kitokias lipnias dervas, kurios labai panašios į sakus. Dervos susideda iš dervų rūgščių ir jų esterių, alkoholių, rezinolių, monohidroksilių fenolių. Iš lapuočių dervų niekada nesusidarys tikras gintaras, tačiau iš jų dervų gali susiformuoti labai panaši medžiaga – kopalas. Kopalo spalva gali būti nuo geltonos iki rudos.

Derviniais augalais galima vadinti tokius augalus, kurie sekretuoja dervas. Sakus sekretuojantys spygliuočiai taip pat priskiriami derviniams augalams. Derviniuose augaluose dervos susidaro kaip medžiagų apykaitos ekskretai ir kaupiasi stiebo arba lapo sakotakiuose, žievės sakų talpyklose, sėklų sakopūslėse. Dervose yra antiseptinių medžiagų, kurios saugo augalą nuo parazitinių grybų, mikroorganizmų. Nors dauguma dervinių augalų paplitę tropinio ir subtropinio klimato juostose, Lietuvoje jų taip pat esama. Pavyzdžiui, dažnai galima pamatyti ištekėjusias vyšnių (paragavus, ji saldi) ir slyvų dervas, vertingų dervų turi beržai, alksniai, gluosniai ir kt. Dervų turi ne tik sumedėję augalai, jos kaupiasi salieriniuose, asiūkliniuose, baliniame ajere, dirvoniniame dobile, miškinėje notroje, paprastojoje saulėgrąžoje, apyniuose ir daugelyje kitų žolinių augalų.

 

Gintaras ir jį gaminę augalai

Gintarus „gamino“ ne viena medžių rūšis. Agatmedžių (araukarijinių šeimos spygliuočiai) per ilgą laikotarpį sukietėję sakai vadinami kaūriu (Agathis australis sakai) ir damara (Agathis dammara sakai). Jelinito (Kanzaso gintaro) kilmė siejama su araukarijinių šeima, mezozojaus gintarmedžiu. Nors šis medis jau išnykęs, tačiau turėjo būti labai panašus į agatmedį Agathis australis (kartais vadinamą kaūri pušimi), kuris šiais laikais auga Naujojoje Zelandijoje. Mezozojaus periode sausumoje dominavo plikasėkliai. Kai kurie iš gintarmedžių galėjo būti spygliuočiai iš araukarijinių, kukmedinių, pušinių, kiparisinių ir podokarpinių šeimų.

Baltijos regiono gintaras susiformavo prieš 50 mln. m. (eoceno epochos metu) iš tam tikros jau išnykusios pušų rūšies (mokslininkai ją pavadino Pinus succinifera) ir vadinamas sukcinitu. Tačiau yra mokslininkų, manančių, kad pagal gintaro cheminę sudėtį Baltijos regiono gintaras gali būti susidaręs iš araukarijinių, kiparisinių ir kukmedinių šeimų augalų atstovų. Sukcinito sudėtyje yra 3–8 procentai gintaro rūgšties, tai yra gana daug, palyginus su gintarais, randamais kituose pasaulio regionuose.

Baltijos gintaras, apšvietus UV, švyti įvairiais geltonais atspalviais. Šveicarijos gintaras – skaidrus, nuo geltonos iki rudai oranžinės spalvos, yra ypatingas ir tuo, kad apšvietus ultravioletine šviesa, švyti mėlyna arba balta spalva. Gintaro kolekcininkas Kazimieras Mizgiris mano, kad mėlyną švytėjimą skleidžia visi gintarai, kurie susiformavo uolienose, nes veikiamos karščio ir slėgdamos sakus jos pakeičia gintaro sudėtį.

Gintaras UV šviesoje

Gintarai, fotografuoti baltame inde mobiliuoju telefonu

 

Pilnai prisipildžiusiame sakotakyje susidaro labai didelis sakų slėgis, sakotakio sienelės neišlaiko ir sakai išsilieja į medžio paviršių. Tirštėjantys sakai užkemša pažeistą vietą ir jų tekėjimas sustoja, tačiau po tam tikro laiko medis atkuria prarastą sakų kiekį, ir jie gali pramušti susidariusį sukietėjusį kamštį, toliau tekėdami į sužalotos vietos paviršių.  Sakų tekėjimas kartojasi ciklais tol, kol prie augalo žaizdos baigiasi maisto medžiagų atsargos, arba tą vietą galutinai užkemša sukietėję sakai. Manoma, kad archajiniuose spygliuočiuose, kurie sintetino gintarą, sakotakiai buvo didesnio skermens nei dabar augančių, o sakai juose tekėdavo daug greičiau. Tik ką ištekėję sakai yra minkšti, lipnūs, tąsūs. Juos sudaro daugiausiai lakūs terpenai ir organinės molekulės. Sakams kietėjant, lakūs terpenai išgaruoja.

Iš Meksikoje ir centrinėje Amerikoje augančių lapuočio medžio Bursera bipinnata dervų susiformavo glesitas, labai panaši į gintarą medžiaga. Iš lapuočio Protium copal (Burseraceae šeima), vadinamo kopalo medžiu, dervų susidarė kvapnus sukietėjęs kopalas (šiek tiek minkštesnis už gintarą), kuris naudojamas smilkalams gaminti. Kopalas daugiausiai susidarė iš pupinių šeimos kopalio (Copaifera) genties atstovų dervų. Kopalo spalva įvairuoja nuo balkšvai gelsvos, geltonos iki rudos. Kopalas susideda iš dervų rūgščių (jų yra daugiausia), jų ir monohidroksilinių alkoholių esterių. Pasaulyje šios medžiagos gavyba ir naudojimas mažėja, nes jį pakeičia sintetinės dervos. Gintaro lydymosi temperatūra (375 oC), o kopalo – nuo 180 iki 360 °C. Jie abu sūriame vandenyje neskęsta (plūduriuoja). Be kopalo ir gintaro, kiti fosiliniai sakai: gedanitas (kildinamas iš jau išnykusios pušies, panašios į veimutinę pušį), krancitas, bekeritas, stantenitas, glesitas, šraufitas ir kiti. Juose dažniausiai nėra inkliuzų ir sudėtyje nėra arba randami labai maži kiekiai gintaro rūgšties.

Ar galima pagreitinti gintaro formavimąsi? Pažangios technologijos geba iš pigesnio kopalo pagaminti brangų gintarą, kurį atskirti gali tik ekspertai. Tai galima pasiekti autoklavuojant dideliame slėgyje.

 

Švytėjimas ultravioletinėje šviesoje

Be ryškių kvapų ir skonių, sakai pasižymi švytėjimu ultravioletinėje šviesoje. Gamtoje dažniausiai niekas nevyksta be priežasties: sakų švytėjimas yra signalas tą švytėjimą matantiems vabzdžiams. Švytinčios žaizdotos augalo vietos ar jautrūs pumpurai apsaugoti sakais – tai dar viena augalų priemonė kovoti su juos puolančiais vabzdžiais, parodant, kad „šviečiančios“ dalys neskanios ir greičiausiai net nuodingos. Bet vabzdžių pasaulyje taip pat yra smalsuolių, kuriuos švytėjimas ne atbaido, o pritraukia.

Picea abies sakai žiūrint pro mikroskopą

Picea abies sakai žiūrint pro mikroskopą ir apšvietus UV

Sakai dažniausiai sudaryti iš įvairių terpenų, kurie yra toksiški juos atakuojantiems vabzdžiams ir patogeniniams grybams, bet taip pat gana ryškiai fluorescuoja 450–610 nm ilgio banga (nuo mėlynos iki žalios, geltonos ar net oranžinės spalvos). Terpenoidai – pagrindiniai sakų komponentai – fluorescuoja mėlynai žalia spalva. Švieži sakai UV šviesoje švyti melsvos spalvos (430–465 nm spektre, tai daugiausia būdinga monoterpenams) arba geltonos spalvos (500–580 nm spektre) ribose.

Geltona spalva švyti sibirinio kėnio sakai, išskirti iš spyglių ir kankorėžių. Įdomu tai, kad skyrėsi švytėjimo spalva (nuo žalsvai gelsvos iki geltonos spalvos), kol sakai buvo sakotakiuose ir jau išskirti į deguoninę aplinką, taip pat skyrėsi sakų, išskirtų iš spyglių ir kankorėžių, spalva (tai reiškia, kad šiek tiek skiriasi jų cheminė sudėtis, o deguoninėje aplinkoje ji dar labiau pakinta). Pavyzdžiui, sibirinio maumedžio sakotakiuose esantys sakai fluorescuoja apie 525 nm ilgio banga (geltonai), o tie patys sakai išlieti ant paviršiaus deguoninėje aplinkoje fluorescuoja apie 465 nm ilgio banga (mėlynai). Vakarinės tujos sakai sakotakiuose turi du fluorescencijos maksimumus ties 450 nm ir 535 nm (mėlynai žalia spalva), o sakai deguoninėje aplinkoje švyti apie 460 nm ilgio banga (mėlynai).

Picea abies sakai žiūrint pro mikroskopą

Larix decidua sakai žiūrint pro mikroskopą ir apšvietus UV

Sakų cheminė sudėtis yra sudėtinga, todėl vienareiškmiai pasakyti, kuri medžiaga nulemia švytėjimą, beveik neįmanoma. Žinoma, kad iš UV šviesoje švytinčių medžiagų sakuose gali būti: dihidrokvercetinas, mentonas, bornilio acetatas, α ir β pinenas, borneolis, kamparas, tujonas ir kiti. Jei sakų sudėtyje yra retojo azuleno, gali būti ir raudono atspalvio švytėjimas.

 

Kartais sudėtinga atpažinti įvairias kiparisinių šeimos augalų rūšis ir veisles, nes yra didžiulė spalvų ir formų įvairovė, o šakutės atrodo labai panašios, ypač, kai augalas jaunas ir dar nedera. Spygliuočių sakai pasižymi fluorescencinėmis savybėmis (švyti, arba, tiksliau, atspindi šviesą kitu bangos ilgiu, apšvietus ultravioletine šviesa). Vytauto Didžiojo universiteto (VDU) Botanikos sode atsitiktinai pastebėta, kad apšvietus ultravioletiniu (UV) žibintuvėliu kiparisinių šeimos augalų šakučių apatinę dalį, kai kur matosi ryškus melsvos spalvos sakotakių švytėjimas. Ši savybė labai sudomino, nes pastebėta, kad toks ryškus švytėjimas buvo būdingas tik vienai rūšiai – lausono puskiparisiui (Chamaecyparis lawsoniana). Norint patyrinėti šią savybę, buvo stebėta 16 skirtingų kiparisinių šeimos (Thuja, Thujopsis, Chamaecyparis, Juniperus, Microbiota ir Cryptomeria genčių) augalų rūšių ir 29 veislių. Naudojant ultravioletinės šviesos šaltinį (395 nm ilgio bangos) buvo tirta, ar žvynelių pavidalo spyglių sakotakiai švyti, ir ar galima šį švytėjimą panaudoti kaip papildomą požymį rūšies atpažinimui. Norint išryškinti švytinčias vietas, kartais fotografuojant naudotas geltonos spalvos filtras (kuris eliminuoja purpurinės ar violetinės spalvos foną ir paryškina švytinčias dalis). Chlorofilas UV šviesoje fluorescuoja raudona spalva, o terpenoidai – pagrindiniai sakų komponentai – mėlynai žalia. Iš visų tirtų augalų tik lausono puskiparisio šakučių sakotakiai ryškiai švytėjo šviesiai mėlyna spalva.

Pinus sylvestris ūglio skerspjūvyje matomi sakotakiai

Pinus parviflora ‘Negishi’ ūglio skerspjūvyje matomi sakotakiai

Pinus parviflora ‘Negishi’ ūglio skerspjūvyje matomi sakotakiai apšvietus UV

Taip pat buvo pamatuotas apšviestų sakotakių ilgis, nes žiūrint per mikroskopą, atrodė, kad lausono puskiparisio šių sakotakių ilgis šiek tiek didesnis nei, pavyzdžiui, tujų ar kadagių, todėl kilo klausimas: galbūt sakotakio ilgis turėjo įtakos švytėjimo fenomenui? Buvo pamatuota po 50 atsitiktinių sakotakių ant 4 rūšių ir 1 veislės jaunų šakučių. Vidutinis C. lawsoniana sakotakių ilgis buvo išties didžiausias (0,52 mm), palyginus su C. pisifera (0,44 mm), Thuja occidentalis (0,29 mm) ir T. plicata (0,35 mm) sakotakiais, tačiau skirtumas nebuvo statistiškai patikimas. O palyginus švytinčius C. lawsoniana sakotakius su nešvytinčiais tos pačios rūšies ‘Alumigold’ (0,50 mm) veislės sakotakiais, jų ilgis beveik nesiskyrė. Taigi sakotakių ilgis švytėjimo savybei neturėjo įtakos, o buvo nulemtas sakų cheminės sudėties. Meslvai žalių (tirtos ‘Glauca Globus’ ir ‘Alumii’) ir pilkai žalių (tirta ‘Blue surprise’) lausono puskiparisio veislių sakotakiai taip pat švytėjo, tik šiek tiek silpniau nei rūšies. O geltonai žalių veislių sakotakiai nešvytėjo. Turbūt tai galima paaiškinti tuo, kad geltonų atspalvių veislės (tirtos ‘Golden Wonder’, ‘Alumigold’ ir ‘Golden King’) turi daug karotenoidinių pigmentų, kurie užgožia tiek chlorofilo, tiek terpenoidų švytėjimą.

Pinus peuce sakuoti pumpurai

Pinus nigra sakuoti pumpurai

 

Apšvietus UV, labai gerai matyti, kaip žiemos laikotarpiu pušys apsaugoja savo pumpurus sakais (šie švyti). Buvo įdomu patyrinėti, ar tai būdinga ne tik paprastajai pušiai, bet ir kitoms pušų rūšims. VDU Botanikos sode stebėti kalninės, juodosios, korėjinės, Armando, balkaninės, geltonosios, kūginės ir melsvosios pušies pumpurai. Visų šių rūšių pušys savo pumpurus apsaugo sakais, vienos jų išskiria sakų gausiau, kitos mažiau, o UV šviesoje šie sakai švyti nuo balsvai melsvos, žalsvai melsvos iki geltonos (balkaninės pušies) spalvos.

 

Apie nuotraukas, iliustruojančias šį tekstą

 

Sakotakiai ant apatinių šakučių žvynelių formos spyglių buvo fotografuoti šviesiniu mikroskopu („Motic“ B1 Advanced series microscope with 3.0 MP moticcam), vėliau, naudojantis šiomis nuotraukomis, išmatuoti matomų sakotakių ilgiai.

Kitoms nuotraukoms pasitelktas paprastesnis šviesinis mikroskopas, prie kurio buvo pritaikytas stovelis su papildomu UV apšvietimu.

Fotografuojant objektai per mikroskopo okuliarą padidinti 4 arba 10 kartų. Įvairios nuotraukos padarytos skirtingais fotoaparatais arba mobiliuoju telefonu, todėl kartais tas pats objektas nuotraukose atrodo švytintis skirtinga spalva (pvz., fotografuojant gintarus UV šviesoje Canon G7 fotoaparatu, nuotraukoje jie švyti geltonai, o mobiliuoju telefonu iPhone 6S (A1688) – nuotraukoje švyti šviesiai mėlynai, o žmogaus akiai – geltonai).

Perskaičius šį tekstą, tikriausiai ne vienam kils smalsumas patikrinti savo gintarinius papuošalus, ar jie tikrai švyti. Belieka įsigyti arba pasiskolinti UV žibintuvėlį ir tą padaryti, tik reikia nepamiršti, kad negalima tiesiai žiūrėti į UV šviesos šaltinį (reikia žiūrėti tik į apšviestą objektą), nes tai kenkia jūsų akims. Esant galimybei naktį pasivaikščioti pajūriu, šis žibintuvėlis jums pravers ir gintaraujant.

 

Teksto ir nuotraukų autorė – dr. Asta Malakauskienė

 

Kitos aktualijos

2021 09 21
Gėlynuose iš naujo atrandamos kraujažolės
Ne tik kuklus pievų ar pakelių augalas, bet ir daili prašmatniausių gėlynų puošmena. Ilgą laiką jos buvo vertinamos dėl vaistinių ir prieskoninių savybių. O štai gėlynuose kraujažolėms išpopuliarėti prireikė laiko. „Dar gilioje senovėje į darželius buvo sodinamos gamtoje atrinktos ...
Plačiau
2021 09 09
Ar išnaudotuose durpynuose vešės spanguolių sąžalynai?
Ar galima atkurti pelkes po durpių kasybos? Mokslininkai sako, kad taip: durpių išteklių telkiniai gali būti sėkmingai rekultivuoti, visiškai atkuriant aukštapelkių augalų bendrijas, tuo pačiu sudarant natūralias sąlygas įvairioms paukščių, vabzdžių ir kitų gyvūnų rūšims įsikurti. Analizuojant Aklojo ežero ...
Plačiau
2021 09 07
VDU Botanikos sodas – mokslo festivalyje „Erdvėlaivis Žemė“
VDU Botanikos sodas jau tradiciškai dalyvauja mokslo festivalyje „Erdvėlaivis Žemė“ ir šiemet kviečia moksleivius į edukacijas bei ekskursijas.   Edukacija „Kas gyvena vandens laše? Mikroskopijos pasaulis“ Rugsėjo 13 d. 11 val. Rugsėjo 13 d. 13 val.  Jos metu sužinosite, ...
Plačiau
2021 09 03
Pražydo puošniausios rudens gėlės – gausi jurginų kolekcija
Spalvingiausi rudens pranašai išdidžiai iškėlė prabangius graižus į saulę: mūsų sode jau žydi viena didžiausių jurginų kolekcijų Lietuvoje. Ji padalinta per kelis laukus, kuriuose auga tiek Lietuvos selekcininkų sukurtos veislės, tiek ir iš viso pasaulio atkeliavę visų klasifikacinių grupių ...
Plačiau