Proč tráví sníh na polích?
Díváte se kolem sebe. Co vidíte, co souvisí s činností živých organismů? Ne, ne, tohle by se nemělo dělat ve vagónu metra s časopisem v ruce a už vůbec ne v kanceláři před monitorem. V takových podmínkách je téměř celé prostředí kolem nás spojeno s výsledky naší činnosti a my jsme koneckonců součástí pozemského života. Představte si, že jste mimo město. Co můžete vidět?
Ve vašem zorném poli se objeví určitý počet živých tvorů: ptáci na obloze, hmyz na listech, krávy na louce.
Samotné trávy jsou také živé organismy. Ale zbytek jsou části neživé přírody, které by existovaly bez organismů, že?
Takhle ne. Reliéf naprosté většiny naší planety tvoří život. Hladké „kontury“ zemského povrchu jsou výsledkem akumulace půdy, která je sama o sobě výsledkem činnosti všech skupin organismů: rostlin, bakterií, hub a zvířat. Bez jejich činnosti by byla země pokryta zbytky tvrdých hornin a širokými nížinami vymytých a navátých zvětrávacích produktů. Na povrchu pod nohama je téměř nemožné najít oblasti, které nebyly přeměněny organismy, ale existuje nebe nad našimi hlavami samo o sobě? Co můžeme vidět nad námi? Modrá obloha, žluté slunce, bílé mraky. Obloha zmodrala díky kyslíkové revoluci – akumulaci přebytečného volného kyslíku v atmosféře fotosyntetickými organismy. Kyslík intenzivněji rozptyluje modrou část spektra. Ze slunečního světla, které k nám přichází, se odstraňuje a rozptyluje modrá část spektra, která k nám pak přichází z oblohy ze všech stran. Přímé světlo, ze kterého je odstraněna významná část modré složky, se stává žlutým a při západu slunce, kdy paprsky projdou delší dráhou šikmo řezanou atmosférou, zčervená. A před kyslíkovou revolucí byla obloha nad naší planetou hnědá a slunce modrofialové.
No a co mraky? V každém případě by byly bílé (a kdyby tlusté, šedé a olověné). Ale ovlivňují je i živé organismy.
Svého času tato skutečnost silně zapůsobila na Jamese Lovelocka, tvůrce teorie Gaia, která pohlížela na planetu jako na integrální, účelný systém. V reakci na rostoucí teploty a přebytek ultrafialového světla uvolňují planktonní řasy látky, které se pohybují z vody do vzduchu a přispívají ke kondenzaci páry do mraků. Zvýšená oblačnost zlepšuje životní podmínky fytoplanktonu. A na souši nic neovlivňuje odpařování vody více než vegetace: tuny vody ročně unikají z listů velkého stromu do vzduchu ve formě páry. Takže tvorbu mraků mohou organismy do určité míry regulovat.
Odborníci z Louisiana State University shromáždili čerstvě napadaný sníh z různých částí Země, roztavili jej a poté umístili nečistoty do vody, přičemž určili, která z nich by mohla fungovat jako krystalizační centra.
Většina (69–100 %) těchto krystalizačních center byla biologického původu, a to i ve vzorcích sněhu odebraných v relativně neživé Antarktidě.
Bakterie, houby a řasy tedy stoupají prouděním vzduchu vysoko do atmosféry, kde ovlivňují klimatické procesy. Jejich pohyb je globální povahy, ale téměř neprozkoumaný. Pravděpodobně by se bez nich v atmosféře zadrželo více vodní páry a sníh by padal dále od oceánů než nyní. Nevíme přesně, jak organismy řídí vznik a ničení mraků nad našimi hlavami, ale už chápeme, že tyto procesy vážně ovlivňují.
Říká se, že nadcházející zima bude studená. Ale já se ptám: zasněžené nebo ne?
Chuť vápníku
Když jsi byl na základní škole, jedl jsi někdy křídu nebo viděl, jak to dělají ostatní? Co nutí školáky žvýkat nevkusné, drobivé tyčinky? Je jasné, že vápenaté soli jsou nezbytné pro tvorbu rychle rostoucí kostry. Opravdu děti vědí, že vápník potřebují a že je ho v křídě hodně? Pochybný. Je možné, že si děti vytvořily souvislost mezi vkládáním křídy do úst a zmírněním nedostatku vápníku? Také nepravděpodobné.
Křídu nejedí jen školáci. Roční dítě, které se zrovna plazilo po bytě, si s radostí strhne ze zdi kus tapety a olízne zbytky vápna ze zadní strany.
Pokud ano, pravděpodobně existuje nějaký mechanismus pro odhad množství vápníku v potenciální potravině.
To, že máme rádi sladké, není náhoda. Protože naše tělo těží z potravin obsahujících snadno stravitelné rozpustné sacharidy, náš analyzátor chuti obsahuje receptory pro tyto sloučeniny. Jsou to receptory sladké chuti.
Díky nim cukr chutná. Protože příjemná je i křída, která není ani sladká, ani kyselá, ani slaná, ani hořká, znamená to, že existují nějaké mechanismy, které obsah vápníku v této látce vyhodnocují.
Takové uvažování, založené na pokusu pochopit běžné vzorce lidského chování, by mohlo tvořit základ pro objev, který nyní popíšeme. Moderní lidé však považují data molekulárně biologického výzkumu za zajímavější pro vědu a zároveň mají tendenci zanedbávat každodenní pozorování a každodenní zkušenosti.
Výzkumníky z Monell Chemical Senses Center přiměl ke studiu tohoto problému objev dvou genů u potkanů (CaSR a Tas1r3), které jsou odpovědné za vnímání chuti vápníku.
Podobné geny jsou známé i u lidí, takže nyní mají vědci vážné důvody předpokládat, že máme také vápníkové chuťové receptory.
Pravděpodobně s jejich pomocí můžeme dokonce odhadnout tvrdost vody v určitých mezích.
K „elementárním“ sladkým, kyselým, slaným a hořkým chutím se již přidávají „bílkoviny“ a „vápník“. Slyšeli jste příběhy o tom, jak si divocí savci (a domácí psi) vybírají bylinky, které potřebují na určité neduhy? Snad jsou toho schopni lidé, kteří si citlivost svých chuťových a čichových receptorů nezanesli potravinářskými přísadami, pálivými a kořeněnými jídly, tabákem a alkoholem. A pokud ano, snad k již známým chuťovým pohárkům brzy přibudou nové.
Nejdůležitější evoluční skok
Když se rozhlédneme po rozlehlém stromu evoluce zvířat, můžeme identifikovat některé klíčové evoluční akvizice. Skutečně mnohobuněčné (přesněji vícetkáňové) organismy se mohou vyvíjet v souladu s určitým strukturálním plánem, pokud mají mechanismus, jak takový vývoj řídit. Detaily tohoto mechanismu jsou geny, jejichž práce (exprese) způsobuje vznik určitých struktur. Největšího evolučního úspěchu dosáhli třívrství živočichové, u kterých se během individuálního vývoje oddělily tři zárodečné vrstvy – tři rudimenty, které tvoří celou rozmanitost tkání těla. Aby se naši předkové úspěšně pohybovali jedním směrem, museli se stát bilaterálně symetrickými, rozdělujícími funkce mezi přední a zadní konec těla a také mezi ventrální a dorzální stranu. První třívrstevné, oboustranně symetrické organismy byly podobné dnešním volně žijícím ploštěnkám.
Obraťte list leknínu někde na jezírku nebo řece, ohněte list rákosu od výhonku a hledejte malé bělavé nebo tmavé červíky rozprostřené po povrchu listu. To jsou planáři. Uvnitř jejich těla jsou vidět střeva, jejichž roli vstupu a výstupu plní jediný otvor – ústa. A na mořských pobřežích můžete najít i střevní ploštěnky – konvoluty. Uprostřed těla mají buňky, které jim berou potravu z úst, tráví ji a zbytky pak hází zpět do úst, která působí jako řitní otvor. Kdysi (asi šest set milionů let před naším letopočtem) jsme jim byli velmi podobní. A jednou z nejdůležitějších akvizic, které jsme udělali, byl vzhled řitního otvoru. Potrava pohybující se po určité dráze z úst do řitního otvoru může být v různých částech trávicího traktu zpracována různě. Trubkové střevo je účinnější než střevo ve tvaru váčku.
Jak vznikl řitní otvor? Existují dvě hlavní možnosti. Za prvé: prorazilo se otvorem do vnějšího prostředí z některé části střeva. Ústa i řitní otvor se během našeho embryonálního vývoje objevují v podstatě stejným způsobem. Mimochodem, během naší evoluce si ústa a konečník vyměnily místa. Z hlediska orientace hlavních os vyvíjejícího se embrya odpovídá náš přední (hlavový) konec těla zadnímu konci těla nějakého hmyzu a naše ventrální strana odpovídá jeho dorzální straně. Druhým možným způsobem vzniku řitního otvoru je postupné dělení ústního otvoru na dva: vstup a výstup. Střeva se změnila z váčkovitého tvaru na smyčkový a pak se ústa a řitní otvor „roztáhly“ na různé konce těla. Zastánci myšlenky, že evoluce postupuje po malých krůčcích, se obvykle přiklánějí k druhé možnosti.
Biologové z University of Hawaii publikovali článek v Nature, který uvádí srovnání genů, které řídí vývoj trávicího systému u střevního ploštěnce. Convolutriloba longifissura, stejně jako u různých pokročilejších skupin zvířat. Autoři článku tvrdí, že u tak primitivních zvířat, kterým chybí řitní otvor, a u jejich progresivních potomků je vývoj tlamy řízen stejnými geny. To znamená, že řitní otvor nepocházel z tlamy, ale prorazil samostatně, a dokonce různými způsoby v různých evolučních liniích živočišné říše!
Situace není tak jednoduchá, jak by se mohlo zdát. Někteří odborníci považují restrukturalizaci mechanismu řízení vývoje za příčinu evolučních změn, jiní za důsledek. Dokazuje podobnost mechanismu tvorby tlamy u nás a u ploštěnek, že se z této tlamy nic neodštěpilo? Otázka asi zůstává otevřená. A v každém případě nestojí za to arogantně se dívat na naše příbuzné, dokonce i tak neobvyklé, jako jsou střevní ploštěnky.
D. Šabanov. Proč sněží? // Computerra, M., 2008. – č. 33 (749)
D. Šabanov. Chuť vápníku // Computerra, M., 2008. – č. 34 (750)
D. Šabanov. Nejdůležitější evoluční skok // Computerra, M., 2008. – č. 36 (752)
Hlavním úkolem zadržování sněhu je nahromadit na poli více sněhu, který by měl na jaře jít do země ve formě tající vody a prospět plodinám.
Dalším úkolem zadržování sněhu je zabránit současnému tání sněhu na jaře. Rychlé, rovnoměrné tání sněhu vede k rychlé ztrátě vlhkosti: odpařuje se a voda teče po povrchu země. Opatření na zadržování sněhu pomáhají zamezit rovnoměrnému tání, a tím zabraňují stékání vody z tajícího sněhu dolů ze svahů; více vody se hromadí v půdě.
Nesmíme také zapomínat, že více sněhu na polích chrání ozimé plodiny před mrazem.
Kolik sněhu je potřeba ke zvýšení výnosu?
Vliv sněhové pokrývky na výnos ozimých plodin si vědci i zemědělci uvědomují již dlouho. Zimní srážky tvoří v průměru 25–30 % ročního množství. Dle dlouhodobých pozorování vědeckých pracovišť byl nárůst výnosu z využití retence sněhu na porostech pšenice ozimé 5,6 c/ha, jarní pšenice – 3,3 c/ha, slunečnice – 5,9 c/ha. Zadržování sněhu chrání rostliny před úhynem v zimě a pomáhá snižovat odtok tající vody. Kvalitní zadržování sněhu ve stepních a lesostepních oblastech zvyšuje vodní zásobu půdy v jeden a půl metrové vrstvě na 230 mm.
Tyto studie zdůrazňují význam sněhové pokrývky při snižování rizika zamrznutí pšenice. V rozsahu od 0 do 10 cm sněhové pokrývky snižuje každý centimetr požadavek na mrazuvzdornost odrůdy pro její úspěšné přezimování. Jinými slovy, pouhý jeden centimetr sněhové pokrývky může ochránit zimní odolné odrůdy pšenice před mrazem. Odrůdy s nízkou zimní odolností přežily v zimách ve středních šířkách, kdy hloubka sněhu přesáhla 15 cm. Není divu, že zadržování sněhu nabývá na polích v oblastech, kde je v zimě málo sněhu, mimořádně důležité.
U ozimých obilí je důležité, aby se na poli vytvořila dostatečná sněhová pokrývka, než teplota půdy klesne na kritickou úroveň pro plodinu. S ohledem na to bylo vyvinuto několik metod zadržování sněhu pro pěstování ozimé pšenice v podmínkách střední šířky. Většina metod se ukázala jako vysoce účinná. Všechny však mají své nevýhody.
Metoda 1. Krájení rohlíků
Zadržování sněhu začíná, jakmile sněhová pokrývka pokryje strniště nebo výška sněhové pokrývky dosáhne 15-18 cm.Na polích se strništěm a v porostech vytrvalých trav se sněhové valy odřezávají každé 3 metry. Jak padají srážky, třímetrové mezery jsou nejrovnoměrněji a úplně vyplněny sněhem.
Práce se provádějí za tání nebo mírných mrazů, kdy se bude sníh lépe utlačovat v řádcích. Díky zadržování sněhu je zásoba produktivní vláhy i v zimách s malým množstvím sněhu 200-220 mm v páru a 170-190 mm na obilných polích.
Práce na hromadění sněhu na polích by měly být prováděny s ohledem na terén, obvykle napříč svahem a napříč nebo pod úhlem k převládajícím větrům. Na svazích s hloubkou sněhu do 20 cm se musí řádky sekat ve vzdálenosti do 4 metrů od sebe. Na svazích s výškou sněhu do 30 cm sekejte řádky každých 5 metrů. Na svahových polích se sněhovou vrstvou do 40 cm by měla být vzdálenost mezi řádky 7 metrů. Na polích, kde sněhová pokrývka dosahuje 50 cm, by se zadržování sněhu nemělo provádět, protože další zvýšení množství sněhu může vést ke zvýšenému odtoku tající vody. Na ozimých plodinách lze sníh zadržet válením, aby nedošlo k odhalení nebo poškození rostlin.
Metoda 2. Výsev pastových plodin
Metoda je založena na jednoletých plodinách pěstovaných společně s ozimými plodinami. Tato metoda se obvykle používá, když je pole dvakrát oseto. Plodina „pasti“ se vysévá koncem července nebo začátkem srpna, aby výška rostlin byla optimální pro zadržování sněhu. Pole jsou v tuto roční dobu obvykle zoraná a prázdná, což ztěžuje pěstování požadovaných malých pásů krátkozrnných plodin. Výsev doprovodných plodin může také zanést plevele, které jsou regulovány pomocí chemikálií. Ozimé plodiny se vysévají v doporučených termínech, koncem srpna nebo začátkem září.
Druhý způsob, s nepatrným rozdílem od prvního, spočívá v setí pastových pásů jednoletých plodin nebo víceletých trav setí v intervalech na pšeničné pole, kolmo na směr zimních větrů. Tato metoda také vyžaduje dvojitý výsev. Navíc některé vytrvalé plevele používané pro tento způsob zadržování sněhu (například pšeničná tráva) narušují běžné zpracování půdy.
Metoda 3. Použití lesních pásů.
Přístřeškové pásy se častěji používají k ochraně polí před erozí, ale lze je použít i jako zachytávače sněhu. Pokud je však lesních pásů málo, pak se sníh obvykle zdržuje u stromů a prostor mezi lesními pásy zůstává bez sněhu. Obecně platí, že čím větší je sněhová pokrývka, tím méně budou rostliny vystaveny mrazu. Pokud je však sněhová pokrývka příliš těžká, hrozí poškození rostlin chorobou, jako je plíseň sněžná Fusarium. Patogeny infikují ozimé obilniny – žito, pšenici, ječmen. Choroba se objevuje na rostlinách na konci podzimního vegetačního období ve formě zelenohnědých skvrn. Na jaře se na postižených rostlinných pletivech objevují růžové skvrny, které mohou postihnout celý list.
Metoda 4. Přesetí jarními plodinami
Velmi raná sněhová pokrývka, kdy je půda ještě teplá a ozimá pšenice se ještě neaklimatizovala, může značně zvýšit riziko nepříznivého přezimování. Přesetí ozimé pšenice jarními plodinami, jako je ječmen, se na jaře osvědčilo. Jarní úroda se sklidí, strniště se nechá nachytat sníh a ozimá pšenice se nechá na další sklizeň. Této metodě je v poslední době věnována velká pozornost. Ale myšlenka sama o sobě není nová, jen tato metoda nebyla nikdy pořádně prozkoumána. Jeho použití má také nevýhody. Přesetá ozimá pšenice soutěží s jarní semenou o vláhu a živiny během prvního vegetačního období. K poškození ozimem je náchylnější raná ozimá pšenice. Velmi důležité je také zvolit optimální dobu pro setí ozimé pšenice. Kromě toho roste hrozba nemocí, jako je virus mozaiky pšeničných pruhů.
Metoda 5. Systém bez obdělávání půdy a podkopávání
Výhodou bezorebného pěstování je, že metoda poskytuje strniště pro sníh a zároveň řeší problém nedostatku vláhy ozimých plodin na podzim. V minulosti byla hlavním odrazujícím faktorem používání této metody vysoká cena chemikálií.
Další metoda se nazývá Stubbling-in. Ozimá pšenice se vysévá na stojaté strniště zbylé z předchozí sklizně. Prvních 8-10 centimetrů sněhu má největší vliv na tlumení teplot půdy. Ozimé plodiny se vysévají do strniště ve stejném roce, ve kterém byly sklizeny. Tato metoda se nejlépe osvědčila na místech, kde jsou splněny všechny následující podmínky: musí být dostatek vláhy pro růst a jsou dodrženy doporučené termíny setí ozimů. Kromě toho je nutné kontrolovat počet plevelů. Hlavními výhodami metody Stubbling-in jsou minimální náklady na přípravu terénu. Omezení metody spočívá v tom, že nástup chladného a vlhkého podzimního počasí zpožďuje sklizeň a omezuje přístup na sklizená pole, dokud neuplynou optimální data výsadby ozimé pšenice.
