Кіріспе

Фитолиттер (грекше "өсімдік тас") – кейбір өсімдіктер тіндерінде кездесетін, өсімдік шірігеннен кейін де сақталатын, кремнийден жасалған, микроскоптық құрылымдар. Бұл өсімдіктер топырақтан кремнийді сіңіреді, содан кейін ол өсімдіктің әртүрлі жасуша ішіндегі және жасуша сыртындағы құрылымдарында жинақталады. Фитолиттер әр түрлі пішінде және мөлшерде болады. Кейбіреулер "фитолит" терминін өсімдіктердің барлық минералдық бөліністерін білдіру үшін қолданса да, көбінесе кремнийлі өсімдік қалдықтарын атау үшін қолданылады. Ал кактустардағы минералдық кальций бөліністері кальций оксалаттарынан тұрады. Кремний монокремний қышқылы (Si(OH)₄) түрінде сіңіріледі және өсімдіктің тамыр жүйесі арқылы жасуша қабырғаларына, жасуша ішкі кеңістігіне және жасушааралық кеңістіктерге тасымалданады. Өсімдік таксондарына және топырақ жағдайына байланысты сіңірілген кремний өсімдіктің жалпы құрғақ салмағының 0,1%-дан 10%-ына дейін болуы мүмкін. Жиналған кремний жасушалардың құрылымын көшіріп, өсімдікке құрылымдық қолдау көрсетеді. Фитолиттер тұздың шайылуы, металлдың зияны және экстремалды температуралар сияқты абиотикалық стресстерге қарсы өсімдіктің төзімділігін арттырады. Сондай-ақ, фитолиттер өсімдікті жәндіктер мен саңырауқұлақ аурулары сияқты биотикалық қауіптерден қорғай алады.

Функциялар

Ғылыми қоғамда өсімдіктер фитолиттерді неге қалыптастырады және кремнийді өсімдіктер үшін маңызды қоректік зат деп санау керек пе, жоқ па деген мәселе әлі де талқыланып жатыр. Фитолиттер физиологиялық тұрғыдан да пайдалы болып көрінеді. Эксперименттік зерттеулер фитолиттердегі кремний диоксиді алюминий сияқты зиянды ауыр металдардың салдарынан болатын зиянды әсерді азайтуға көмектесетінін көрсетті. Соңында, кальций оксалаттары Alarm фотосинтезінде көмірқышқыл газының қоры ретінде қызмет етеді. Кактустар судың булануын болдырмау үшін күндіз саңылауларын жапқанда фотосинтез үшін оларды қоры ретінде пайдаланады; ал баобабтар осы қасиетті өздерінің сабақтарын отқа төзімді ету үшін қолданады.

Фитолиттерді зерттеу тарихы

Фитолиттерді талдау саласындағы сарапшы Долорес Пиперноның айтуынша, тарих бойы фитолиттерді зерттеудің төрт маңызды кезеңі болды. Ашу және ізденіс кезеңі (1835–1895): Фитолиттер туралы алғашқы есеп 1835 жылы неміс ботанігі де жариялады. Осы кезеңде тағы бір неміс ғалымы Кристиан Готфрид Эрренберг фитолитті талдау саласындағы жетекшілердің бірі болды. Ол фитолиттерге алғашқы жіктеу жүйесін жасады және әлемнің түкпір-түкпірінен жіберілген топырақ үлгілерін талдады. Әсіресе, Эрренберг фитолиттерді белгілі натуралист Чарльз Дарвиннен алған үлгілерде тапты, ол HMS Beagle кемесінің желкендерінен жиналған шаңды Кабо-Верде аралдарының жағалауынан әкелген еді. Зерттеудің ботаникалық кезеңі (1895–1936): Өсімдіктердегі фитолиттік құрылымдар Еуропа бойынша кеңінен танылып, назар аударуға ие болды. Өндіріс, таксономия және морфология бойынша зерттеулер өркендеді. Кремнийлі құрылымдарды өндіретін өсімдіктер тұқымдасы және олардың морфологиясы туралы егжей-тегжейлі жазбалар мен суреттер жарияланды. Экологиялық зерттеу кезеңі (1955–1975): Фитолиттік талдауды палеоэкологиялық жұмыстарға алғаш рет қолдану, көбінесе Австралияда, АҚШ-та, Ұлыбританияда және Ресейде. Өсімдіктер отбасындағы айырмашылықтарды анықтау үшін жіктеу жүйелері кең таралды. Археологиялық және палеоэкологиялық зерттеулердің қазіргі кезеңі (1978–қазіргі уақыт): Америкадағы археоботаниктер алдымен фитолиттер жиынтығын қарастырып, талдайды, соның арқасында тарихқа дейінгі өсімдіктерді пайдалану және отандыққа салуды қадағалайды. Сонымен қатар, алғаш рет қыш ыдыстардағы фитолиттер туралы деректер қыш алу және қыш ыдыстар жасау тарихын анықтау үшін қолданылды. Шамамен сол уақытта палеоэкологтар арасында фитолиттер деректері өсімдік жамылғысын реконструкциялау құралы ретінде пайдаланылды. Әртүрлі өсімдіктер тұқымдасының фитолиттерінің морфологиясы туралы кеңінен анықтамалық жинақ құрастырылды.

Өсімдіктердегі даму

[[Файл:II типті фитолиттер. Қытайдағы кең жапырақты ағаштарда табылған фитолиттердің түрлері]]

Фитолиттердің пайда болуына әсер ететін патогендік стресс

Кремний азот немесе фосфор сияқты өсімдіктер үшін қажетті қоректік зат емес. Дегенмен, кремнийдің көмегімен түзілген фитолиттер өсімдіктің тірі және тірі емес стресстерге қарсы тұру қабілетін арттыруға көмектеседі. Кремний биоактивті, яғни ол белгілі бір өсімдік гендерінің экспрессиясын өзгертіп, осы стресстерге қарсы қорғаныс реакциясын жеделдете алады. Саңырауқұлақ инфекциялары жағдайында кремнийдің жиналуы, өсімдік пен басып кіретін саңырауқұлақтар арасында физикалық тосқауыл құрайды. 2009 жылы Пенсильвания мемлекеттік университетінің Рок-Спрингс ауыл шаруашылығы тәжірибе станциясының зерттеушілері, патогенді вирустардың Cucurbita pepo var. Texana фитолиттерін өндіруге тигізетін әсерін зерттеді. Көкжапырақ (апидтер арқылы тарайтын) мозаикалық вирусымен немесе бұтақ қоңыздары арқылы тарайтын бактериялық қурау ауруымен зарарланған өсімдіктер, табиғи жағдайларды қайталау үшін өздігінен жұқтырылды. Барлық өсімдіктер үш топқа бөлінді: жәндіктердің өсімдіктерді жеуін болдырмау үшін шашыратылған сау өсімдіктер, мозаикалық аурумен зарарланған өсімдіктер және бактериялық қурау ауруымен зарарланған өсімдіктер. Фитолиттерді көптеген көздерден қалдықтар арқылы алуға болады: тіс тасы (тістердегі шөгінді); тамақ дайындау құралдары, мысалы тастар, диірмендер және қаскырлар; пісіру немесе сақтау ыдыстары; ритуалдық құрбандықтар; және бақша аумақтары.

Сынама алу стратегиясы

Мәдени контекст: Мәдени контекстке арналған сынамалау стратегиясын жобалау кезіндегі ең маңызды фактор – сынамалау жоспарын зерттеу мақсаттарына сай келтіру. Мысалы, егер зерттеу мақсаты белсенділік аймақтарын анықтау болса, торлы жүйе арқылы сынама алу оңтайлы болуы мүмкін. Егер мақсат – тағамдық өнімдерді анықтау болса, тағам өңдеу және тұтыну орындарына басымдық беру тиімдірек. Кішігірім бөлігін талдау үшін үлгілердің үлкен жиынтығынан іріктеуге әрқашан мүмкіндік болатындықтан, учаске бойынша кең ауқымды сынама алу әрқашан пайдалы. Үлгілер жеке пластикалық қаптарға салынып, жазбалармен бірге берілуі керек. Кремний микроорганизмдердің әсеріне ұшырамайтындықтан, үлгілерді мұздату немесе арнайы өңдеу қажет емес. Табиғи контекст: Қоршаған ортаны қайта құру мақсатымен табиғи контекстті сынамалау, әдетте, бұзылуларсыз ортада жүргізілуі керек. Адам қызметі жергілікті өсімдік үлгілерінің құрамын өзгерте алады, сондықтан адамдар қоныстанған жерлерден аулақ болу керек. Көлдердің түбіндегі шөгінділер фитолит үлгілері үшін жақсы орта болып табылады, себебі жел фитолиттерді жер бетінен алып, суға түсіреді, онда олар тозаң сияқты түбіне шөгеді. Уақыт өте келе таксондардың жиілігін анықтау үшін фитолит деректерінің тік сынамаларын алу да мүмкін және қажет. Фитолиттерді бөліп алудың ең тиімді әдістерінің бірі – ауыр сұйықтықпен флотация. Технологияның дамуымен бірге уақыт өте келе әртүрлі сұйықтықтар қолданылды, олардың әрқайсысы бөлу процесінде әртүрлі артықшылықтар мен кемшіліктерге ие. Қазіргі қолданылатын сұйықтықтарға мырыш бромды, тұз қышқылы немесе натрий политунгстаты жатады, олар үлгіге қосылады. Флотациядан кейін бөлінген фитолиттер мен сұйықтық басқа ыдысқа ауыстырылады, онда су қосылады. Бұл ерітіндінің тығыздығын төмендетіп, фитолиттерді ыдыстың түбіне шөктіреді. Фитолиттерді алып тастап, флотация ерітіндісінің қалдықтары толық жойылғанын қамтамасыз ету үшін бірнеше рет шайылады, содан кейін сақтауға орналастырылады. Фитолиттерді абразиядан қорғау үшін құрғақ немесе этанолде сақтауға болады. Күріш туралы зерттеулерде фитолиттік талдау кеңінен қолданылып келеді. Күріш фитолиттерінің морфологиясы жақсы зерттелгендіктен, күріштің өсірілуі және фитолиттік талдауды қолдана отырып, өсімдіктерді өңдеу модельдері туралы зерттеулер маңызды. Бір зерттеуде өсімдік бөліктерінің концентрациясын анықтау және өсімдіктерді өңдеу кезеңдерін болжау үшін макроқалдықтардың сынамаларын толықтыру үшін фитолиттік талдау қолданылды. Фитолиттік талдау Оңтүстік-Шығыс Азиядағы ерте голоцен кезеңіндегі алғашқы ауыл шаруашылығын анықтауда көмектесті.

Өсімдіктер мен адам арасындағы қарым-қатынастың тарихын зерттеу

Грекиядағы, бірақ Израильдегі емес жерлерде байқалған тізбектес пішінді фитолиттер климаттық айырмашылықтармен байланысты болуы мүмкін, бұл көбінесе бұршақ тұқымдас өсімдіктерін өсіру үшін жасалған суарумен байланысты. Эквадордың ерте голоцендік ескерткіштерінен алынған кукурбита (қабақ және лақ) фитолиттерінің мәліметтері, өсімдік тағамын өндіру Мезоамерикадан тәуелсіз Оңтүстік Американың жазық аймақтарында жүргенін көрсетеді.

Қалдықтардың фитолитті талдауындағы қиындықтар

Көптік: бір өсімдіктің әртүрлі бөліктері әртүрлі фитолиттерді өндіруі мүмкін. Артықшылық: әртүрлі өсімдіктер бірдей фитолитті шығаруы мүмкін. Кейбір өсімдіктер көптеген фитолиттерді, ал басқалары тек аз ғана мөлшерде шығарады. Тағам қалдықтарынан (әдетте, керамикадан) алынған фитолиттер деректерін пайдалану осы екі мәселенің де бұрмалануын азайтуға көмектеседі, себебі фитолиттерді талдау көбінесе егін өнімдерін көрсетеді және фитолиттерді анықтау сенімдірек жүргізіледі. Сонымен қатар, тағам қалдықтары көбінесе сыртқы қосымшалармен толып қалмайды. Яғни, сынамалар бастапқы контексті білдіруі мүмкін. және девонның соңғы кезеңінен бері тіркелген. Плейстоценнен бергі адам мен өсімдіктердің өзара әрекеттесуін қайта құрудан басқа, фитолиттерді палеоорталықты анықтау және өсімдік жамылыстығының өзгеруін бақылау үшін де пайдалануға болады. Кейде палеонтологтар жойылған өсімдік жейтін жануарлармен (яғни, шөпқоректілермен) байланысты фитолиттерді табады және анықтайды. Мұндай жағдайлар осы жойылған жануарлардың диетасы туралы пайдалы ақпаратты ашады, сондай-ақ көптеген өсімдік түрлерінің эволюциялық тарихына жарық түсіреді. Үндістандағы палеонтологтар жақында динозаврлардың шұбатында (копролиттерде) шөп фитолиттерін анықтады, бұл шөптердің эволюциясы бұрын ойланғаннан ертерек басталғанын күшті дәлелдейді. Глобалды кремний циклы аясындағы фитолиттердің жазбалары, CO2 концентрациясы және басқа да палеоклиматологиялық жазбалармен бірге, белгілі бір ұзақ мерзімді жер бетіндегі биогеохимиялық циклдер мен өзара байланысты климаттық өзгерістердің бағалауын нақтылауға көмектеседі. Жарық интенсивтілігі (мысалы, ашық немесе жабық жапырақ қаптамасы) жасуша морфологиясына, әсіресе жасуша ұзындығы мен ауданына әсер етуі мүмкін, оларды фитолит қазбаларынан өлшеуге болады. Бұл ежелгі жарық режимі мен жапырақ қаптамасының өзгеруін анықтау үшін пайдалы болуы мүмкін. Танзаниядағы Олдувай шатқалындағы ертедегі гоминидтер орналасқан жерде фитолит, тозаң және палеоэкологиялық деректерді синтездеу арқылы тұщы су оазистері мен өсімдіктер мен адам арасындағы қарым-қатынасқа әсер еткен ландшафттық өзгерістерді қайта құруға қол жеткізілді. Аталған аймақтағы палеорекордтар мен қазіргі заманғы фитолит қалдықтарын салыстыру өсімдік құрамы мен олармен байланысты ортаның уақыт өте келе қалай өзгергенін анықтауға көмектеседі. Жапондық және корей археологтары шөп пен егістік өсімдіктерінің фитолиттерін археологиялық әдебиетте "өсімдік опалы" деп атайды.

Галерея

Фитолиттер таксономиясының толық мысалдары үшін Шеффилд университетінің «Фитолиттерді түсіндіру» толық бетіне қараңыз.

Көміртегі тұтқындауы

Зерттеулер, әсіресе 2005 жылдан бері, фитолиттердегі көміртек мыңжылдықтар бойы ыдырауға төзімді болатынын және топырақта жинақталатынын көрсетті. Зерттеушілер бұрын фитолиттердің кейбір топырақта мыңдаған жылдар бойы сақталуы мүмкін екенін және фитолиттердегі көміртек радиокөміртекпен санау үшін қолданылатынын білгенімен, фитолиттердің топырақта көміртекті сақтау әдісі ретіндегі мүмкіндігін Парр мен Салливан зерттеді. Олар топырақта көміртекті ұзақ мерзімге сенімді түрде сақтаудың нақты мүмкіндігі бар екенін ұсынды, ол фитолиттердің берік кремний құрамындағы көміртек қосылыстары түрінде жүзеге асырылады. Фитолиттердің пайда болу процесінде топырақтан көптеген түрлі қоректік заттар сіңіріледі, соның ішінде көміртек, ол Фитолиттік Қабықталған Көміртек (PhytOC) құрайды. Фитолиттер PhytOC-ты топырақта мыңдаған жылдар бойы сақтай алады, бұл басқа органикалық әдістерге қарағанда әлдеқайда ұзақ мерзім. Бұл фитолиттерді көміртекті тұтқындау саласындағы маңызды зерттеу нысаны етеді, бірақ барлық өсімдік түрлері бірдей нәтижелерді бермейді. Мысалы, бидайдан алынған фитолиттер 5,0%-дан 5,8%-ға дейін көміртек ұстаса, қант қамысынан алынған фитолиттер 3,88%-дан 19,26%-ға дейін көміртек береді. Әртүрлі түрлер мен тұқымдар кремнийдің ішінде, өсімдіктің өзінде емес, көміртек сақтаудың әртүрлі әлеуетін ұстайды. Көміртекті тұтқындау атмосферадағы парниктік газдардың концентрациясын ұзақ мерзімді шектеудің маңызды жолы болғанымен, осы мақсатқа жету үшін фитолиттерді пайдалануды сол биомасса көміртегін (немесе биомасса өндіруге арналған жерді) басқа да тәсілдермен, мысалы, парниктік газ шығарындыларын азайту үшін биоэнергия өндірумен салыстыру қажет. Егер фитолиттер өндірісін арттыру басқа парниктік газдарды азайту стратегиялары үшін қолданылатын биомассаның жеткіліксіздігіне әкелсе, оның парниктік газдардың таза шығарындыларын төмендету тиімділігі азаюы немесе толығымен жойылуы мүмкін.