Jäkälät – mitä ne ovat? Symbioosi, rakenne ja merkitys
Tutustu jäkälien symbioosiin, rakenteeseen ja ekologiseen merkitykseen: miten sienet ja fotosynteettiset kumppanit muodostavat ainutlaatuisen elämänmuodon.
Jäkälät ovat ainakin kahden varsin erilaisen organismin symbioosi. Yhteistyössä on aina mukana sieni, joka elää yhden tai useamman fotosynteesiin kykenevän kumppanin kanssa. Fotobionttikumppani voi olla viherlevä ja/tai syanobakteeri. . p5,6,13
Levät tai bakteerit elävät sienen sisällä ja vaihtavat ravinteita sen kanssa. Jäkälä poikkeaa muodoltaan ja elintavoiltaan kaikista kumppaneistaan. Se on erillinen elämänmuoto. Kasvitieteilijät tiesivät tämän vasta noin vuonna 1875.
Rakenne ja morfologia
Jäkälän näkyvä osa on thallus eli jäkäliksi kutsuttu runko, joka voi olla hyvin erilainen riippuen lajista. Yleisimmät morfologiset tyypit ovat:
- Kuorimaiset (crustose) – litteitä, tiukasti alustaan kiinnittyneitä jäkäliä.
- Lehtimäiset (foliose) – selvästi erotettavissa oleva, lehden kaltainen runko, usein alapuolelta kiinnittyneillä juurimaisilla rakenteilla.
- Pensasmaiset (fruticose) – kolmiulotteisia, haaroittuvia ja usein pystyssä tai riippuvia kasvumuotoja.
- Suomumaiset (squamulose) – pieniä, lauta- tai suomumaisia kappaleita muodostava muoto.
Tyypillinen jäkälen poikkileikkaus paljastaa kerrostuneen rakenteen: ylempi kuori (cortex), fotosynteettinen kerros (algikerros), medulla (sisäkerros, kuitumainen) ja joissain lajeissa myös alempi kuori ja kiinnittymisrakenne (rhizinit). Monet lajit erittävät sekundaarisia metabolia tuoteita, kuten lichenihappoja ja muita yhdisteitä, jotka suojaavat UV-säteilyltä, estävät mikrobien kasvua tai vaikuttavat ekologiseen kilpailuun.
Symbioosi: kuka mitä hyötyy?
Perinteisesti jäkäliä on pidetty mutualistisena suhteena: sieni (mykobiontti) tarjoaa rakenteen ja suojaa sekä imee kosteutta ja mineraaleja, kun taas fotobiontti (viherlevä tai syanobakteeri) tuottaa fotosynteesin avulla orgaanista ainesta. Syanobakteerit voivat lisäksi sitoa typpeä, mikä on tärkeää ravinne köyhissä ympäristöissä.
Viimeaikainen tutkimus on kuitenkin osoittanut, että symbioosi voi olla monimutkaisempi: jäkäliin liittyy usein myös muita bakteereja ja jopa pieniä hiivasieniä (basidiomykoottisia hiivoja), jotka vaikuttavat rakenteeseen ja aineenvaihduntaan. Joissain tapauksissa suhde voi sisältää elementtejä kontrolloidusta hyötykäytöstä tai jopa osittaista isännän hyväksikäyttöä, mutta yleisesti vaikutus on kaikkia osapuolia hyödyttävä kokonaisuus.
Lisääntyminen ja leviäminen
Jäkälät voivat lisääntyä sekä suvullisesti että suvuttomasti:
- Suvullinen lisääntyminen tapahtuu sienen muodostamien itiöiden kautta. Itiöt leviävät, mutta niiden on löydettävä sopiva fotobiontti ympäristöstä muodostuakseen täydelliseksi jäkäleksi.
- Suvuton lisääntyminen on yleinen tapa: monet lajit tuottavat pieniä rakenteita kuten soredioita tai isidioita, jotka sisältävät sekä sienen että fotosynteettisen kumppanin ja voivat alkaa kasvaa suoraan uudessa paikassa.
Jäkälät leviävät yleensä hitaasti, ja monet lajit ovat pitkäikäisiä. Niiden leviämiseen vaikuttavat ilmasto, alusta, ja ekologinen kilpailu.
Ekologinen merkitys
- Jäkälät ovat pioneereja: ne tekevät paljasta kalliopintaa ja auttavat maaperän muodostumista rikkomalla kiveä ja keräämällä orgaanista ainesta.
- Ne tarjoavat ravintoa ja suojaa monille eläimille; esimerkiksi porot käyttävät laajoja määriä jäkälää ravintonaan talvella.
- Jäkälät tukevat pienekosysteemejä tarjoamalla kosteutta ja mikrohabitaatteja hyönteisille ja muille selkärangattomille.
- Monet lajit tuottavat biologisesti aktiivisia yhdisteitä, joita on hyödynnetty perinteisesti lääketieteessä, värjäyksissä ja hajusteiden raaka-aineina.
Ilmanlaadun ja ympäristön indikaattorit
Jäkälät ovat herkkiä ilman epäpuhtauksille, erityisesti rikkidioksidille ja typpiyhdisteille. Siksi niiden esiintyminen ja lajisto toimivat hyvänä indikaattorina ilman laadusta ja ekologisen jatkuvuuden tilasta. Alhaisen saastetason alueilla lajirunsaus ja erikoislajit ovat yleisempiä.
Käyttö ja kulttuuri
Ihmiset ovat käyttäneet jäkälää muun muassa:
- väriaineena ja tekstiilien värjäyksessä,
- perinteisenä lääkeaineena haavojen ja tulehdusten hoidossa,
- indikaattorina kemiallisissa testeissä (esim. litmus),
- hajuste- ja kosmetiikkateollisuudessa aromaattisten yhdisteiden lähteenä,
- porojen ja muiden kotieläinten talviravintona joillain alueilla.
Uhat ja suojelu
Keskeisiä uhkia jäkäliin kuuluvat ilman pilaantuminen, metsien hakkuut (erityisesti vanhojen metsien jatkuvuuden menetys), maankäytön muutos ja ilmastonmuutos. Monia lajeja uhkaa myös elinympäristöjen pirstoutuminen. Suojelu perustuu elinympäristöjen säilyttämiseen, ilmanlaadun parantamiseen ja erityisten uhanalaisten lajien suojelutoimiin.
Yhteenveto
Jäkälät ovat ainutlaatuinen, monimutkainen ja ekologisesti merkittävä elämänmuoto, jossa sieni ja fotosynteettinen kumppani muodostavat uudenlaisen, sopeutuneen kokonaisuuden. Ne rikastuttavat luontoa, heijastavat ympäristön tilaa ja tarjoavat ihmisille monia käytännön hyötyjä. Samalla ne ovat herkkiä ympäristömuutoksille, joten niiden tunteminen ja suojeleminen on tärkeää biologisen monimuotoisuuden ylläpitämiseksi.
Risti, jossa jäkälää kivellä, Hermitage St Helier, Jersey
Jäkälän peittämä puu, Scillyn saaret, Yhdistynyt kuningaskunta. Rungon yläpuoli harmaata, lehtimäistä jäkälää; keskellä, alapuolella ja oikealla reunalla keltaisenvihreää jäkälää; ja pensasmaista jäkälää.
Lehtimäinen jäkälä oksalla, jossa on tummanvihreää sammalta.
Luokitus
Jäkälät aiheuttavat ongelmia biologisessa luokittelussa, koska kyseiset kolme organismityyppiä kuuluvat kolmeen eri valtakuntaan. Pitkän keskustelun jälkeen jäkälät luokitellaan nykyään sieniksi, jotka kuuluvat isäntäsienen sukuun ja lajiin.p47–48 Näin näytteet voidaan laittaa laatikoihin ja merkitä. Kun tutkijoilla on tarkat nimet, he tietävät, mitä he tutkivat: tämä on yksi taksonomian perustehtävistä. Järjestelmässä on edelleen ongelmansa. Sienet, jotka voivat liittyä joko levään tai syanobakteeriin, voivat näyttää aivan erilaisilta (fotomorfoiksi kutsutut) muodot, mutta niitä kutsutaan nyt samalla nimellä. . p13
20 prosenttia (joka viides) sienilajeista elää jäkälissä. Jäkäläsienet kuuluvat useisiin eri sieniryhmiin. Yleisimpiä (yli 40 %) ovat ascomycetes, jotka tuottavat itiöitä pussinmuotoisessa säiliössä, ascusissa. Vain muutama levätyyppi esiintyy jäkälien sisällä; näillä levillä on myös omat nimensä. Levät voivat joskus olla hallitsevana osapuolena niin sanotuissa "hyytelöjäkälissä", Collema ja Leptogium, mutta tämä on harvinaista. Tavallisimmin levät ovat vihreitä Trebouxia-leviä. Muita lajeja ovat oranssi Trentepohli ja syanobakteeri Nostoc.p9–10 ...
Heidän elämäntapansa
Jäkälien elämäntapa on tarttua tiiviisti pintoihin.
Jäkäliä voi esiintyä missä tahansa maalla, ja jotkut voivat elää vesiympäristöissä. Lähimmällä kivellä, seinällä tai katolla on todennäköisesti jäkälää. Usein jäkälä on matonmuotoinen ja tarttuu kiinni pintaan. Jotkut ovat kuin pieniä pensaita: katso kuvat. Jäkälät ovat kuuluisia siitä, että ne eivät tarvitse säännöllistä vedensaantia; niiden aineenvaihdunta voi keskeytyä ja herätä myöhemmin henkiin. Kasvaessaan mineraalipinnoilla jotkut jäkälät hajottavat hitaasti kasvualustaa ja irrottavat pieniä määriä mineraaliravinteita. Sienet muodostavat pääosan taluksesta (rungosta), ja fotobionttien osuus on enintään 20 prosenttia.p17 Fotobiontti on yleensä taluksen sisäpuolella.
Jäkälät voivat kasvaa yhteen ja sulautua toisiinsa, ja näin voi tapahtua eri lajien ja sukujen välillä.p23 Näitä kutsutaan "mekaanisiksi hybrideiksi". Ne huomataan, kun molemmat muodot ovat erivärisiä.
Selviytyminen
Jäkälät selviytyvät ääriolosuhteissa. Niitä esiintyy joissakin maapallon äärimmäisimmistä paikoista - jäätyneessä pohjoisessa, kuumilla aavikoilla ja kivisillä rannikoilla. Ne ovat yleisiä epifyyttejä lehdissä ja oksilla sademetsissä ja lauhkean ilmaston metsissä. Ne voivat elää paljailla kallioilla, seinillä ja hautakivillä sekä alttiilla maan pinnoilla. p19Etelämantereella on noin 200 erilaista jäkälälajia. Horlick-vuorilla, 86 astetta etelää, on kuusi erilaista jäkälälajia. Himalajalla jäkälät kasvavat jopa 5500 metrin korkeudessa. . p216
Euroopan avaruusjärjestö havaitsi, että jäkälä voi selviytyä avaruudessa ilman suojaa. Kaksi jäkälälajia suljettiin kapseliin ja laukaistiin venäläisellä Sojuz-raketilla. Kiertoradalle päästyään kapselit avattiin. Kaksi jäkälälajia altistettiin avaruuden tyhjiölle, kosmiselle säteilylle ja valtaville lämpötilan vaihteluille. Jäkälät otettiin talteen 15 päivän kuluttua, ja niiden todettiin olevan täysin terveitä: mitään vaurioita ei havaittu.
Sademetsät
Sademetsissä on valtava määrä jäkälälajeja, ja niiden määrä on huomattavasti suurempi kuin kukkivien kasvien. Jäkälät ovat enimmäkseen epifyyttejä, jotka elävät puissa. Yhdellä Costa Ricassa sijaitsevalla paikalla sademetsän aluskasvillisuudessa oli lehdillä noin 300 jäkälälajia; Uudessa-Guineassa yhdellä kaatuneella Elaeocarpus-puulla oli 173 lajia; ikivihreästä laakeripensaasta Ocotea atirrensis löydettiin 50-80 jäkälälajia yhdeltä lehdeltä. p60–61
Keskinäiset edut
Kun kumppanuussuhteet ovat hyvin läheisiä, on vaikea osoittaa etuja kummallekaan kumppanille. Niiden menestys on parin (tai kolmikon) menestys. Joskus kumppanit voivat elää erillisinä organismeina: niiden lähisukulaiset voivat varmasti elää. Todennäköisesti useimmat levät ja kaikki syanobakteerit voivat selviytyä yksinään, joskin rajoitetummissa elinympäristöissä. Yksityiskohdat vaihtelevat lajin tai kannan mukaan. Jäkälien luonteen ensimmäisenä oivaltanut Simon Schwedener ajatteli, että kyseessä on hallittu parasiitti. On selvää, että fotobiontti tuottaa fotosynteesituotteita: hiilihydraatteja sokerialkoholeina (viherlevät) tai glukoosina (syanobakteerit). Bakteerit muuttavat myös ilmakehän typpeä (N2 ) ammoniumioneiksi (NH4+ ), joita sieni voi käyttää proteiinien aminohappoina. p26
Levä hyötyy varmasti veden saannista (jota sieni osaa varastoida). Lisäksi on olemassa yleinen mekaaninen suoja. Levät saavat suojaa ultraviolettivalolta, joka on joissakin ympäristöissä varsin merkittävä. Todennäköisesti levät saavat käyttöönsä pieniä määriä mineraaleja, joita sieni saa kasvualustasta tai taluksen päälle laskeutuvasta pölystä. Leväsolut tuhoutuvat joskus ravinteiden vaihdon yhteydessä, vaikka leväsolut jakautuvat ja korvaavat ne. Ennen kaikkea kumppanuus on läpimurto, ja se pääsee paikkoihin, joissa vain harvat kasvit selviytyvät.
Lisääntyminen
Monet jäkälät lisääntyvät ilman sukupuolta (suvuton lisääntyminen). Ne muodostavat pieniä leväsoluryhmiä, joita ympäröivät sienisäikeet. Näitä soridioita voi puhaltaa tuuli. Jotkut jäkälät hajoavat palasiksi, kun ne kuivuvat. Tuuli kuljettaa palasia, jotka kasvavat, kun kosteus palaa. Jäkäläsienet voivat myös lisääntyä sukupuolisesti muodostamalla itiöitä sisältäviä hedelmäkappaleita. Nämä hedelmäkappaleet ovat yleensä monivuotisia, ja ne voivat olla pitkäikäisiä: jotkut Sveitsin Alpeilla ovat eläneet yli 50 vuotta. Tuulen levittämänä näiden sieni-itiöiden on tavattava leväkumppani muodostaakseen jäkälän. . p19–22
Historia maapallolla
Jäkälien fossiilitiedot ovat varmasti 400 miljoonaa vuotta vanhoja, ja merkit viittaavat siihen, että varhaisempia muotoja oli olemassa jo 600 miljoonaa vuotta sitten. Niiden on täytynyt olla yksi varhaisimmista elämänmuodoista maalla. Mukana olevien sieni- ja levälajien lukumäärän perusteella uskotaan, että symbioosin on täytynyt tapahtua useita kertoja eri lajien välillä. . p46
On ehdotettu, että osa tai kaikki ediakaraanin eliölajit saattaisivat olla jäkäliä. Ehdotukseen on suhtauduttu epäilevästi.
Pensasmainen vaaleanvihreä jäkälä kuorella juuri sammaleen alapuolella.
Lichenometria
Jäkälämittaus on menetelmä, jolla alttiina olevaa kalliota voidaan ajoittaa jäkälän kasvun avulla. Siinä käytetään arviota siitä, kuinka pitkäksi jäkälän säde tai leveys kasvaa ajan myötä.
Muut käyttötarkoitukset
Monet jäkälät ovat herkkiä muutoksille ympärillään. Tästä syystä tutkijat käyttävät niitä osoittamaan ympäristössä tapahtuvia muutoksia, kuten ilmansaasteita, otsonikatoa ja metallien saastumista. Jäkäliä on käytetty myös väriaineiden, hajusteiden ja rohdoslääkkeiden valmistukseen.
Jotkut jäkälät tuottavat luonnollisia antibiootteja, jotka tappavat bakteereja. Ihmiset ovat käyttäneet näitä yhdisteitä luonnollisina antibiootteina. Useiden Usnea-lajien uutteita käytettiin haavojen hoitoon Venäjällä 1900-luvun puolivälissä.
Karttajäkälä Rhizocarpon geographicum kasvaa erittäin hitaasti ja voi saavuttaa yli 1000 vuoden iän. Jäkälää voidaan käyttää ajoituksessa: lajin suurimman jäkälän halkaisija kallion pinnalla kertoo ajan, jolloin kallio on ollut alttiina.
Jäkälät ovat porojen tärkein talviruoka. Peurat pääsevät lumen alta käsiksi pensasmaisiin jäkäliin. Kesällä niillä on paljon enemmän valinnanvaraa. Ihmiset syövät joitakin jäkäliä. Erästä jäkälää, jota japaniksi kutsutaan Iwatakeksi ja koreaksi Seogiksi, kerätään kallioilta, ja sitä käytetään erilaisissa korealaisissa ja japanilaisissa elintarvikkeissa. Jäkälät sisältävät runsaasti happoa. Varovaisuutta on noudatettava, sillä ainakin kaksi jäkälälajia on myrkyllisiä.
Bakteeri- tai leväkumppanit tuottavat pigmenttejä, jotka imevät auringonvaloa fotosynteesissä. Lähes 2000 vuotta vanhoja raportteja jäkälistä on saatu purppuran ja punaisen värin uuttamisesta. Roccellaceae-suvun jäkäliä kutsutaan yleisesti nimellä "orkella weed" . Ne ovat olleet tärkeitä historiassa, koska niistä on saatu väriainetta orkeiinia. Rocella tinctoria on pH-indikaattorin lakmuksen lähde. Orkeiinia saadaan keittämällä jäkälää, ja lakmusta saadaan lisäämällä siihen ammoniakkia ja ilmaa. Orkeiinia käytetään myös elintarvikeväriaineena, jonka E-numero on E121.
Nykyään jäkäliin perustuvat väriaineet on suurelta osin korvattu synteettisillä väriaineilla.
Karttajäkälä kasvaa kvartsilla. Mustat alueet ovat itiöiden muodostamia rivejä.
Etsiä