გაზაფხულის ერთ მშვენიერ დღეს, უღრუბლო ცისა და ღუმელივით სიცხის მიუხედავად, 8-9 მეტრის გიგანტური კაქტუსი ჯანმრთელად გამოიყურებოდა არიზონის საგუაროს ეროვნულ პარკში. უკანასკნელ ხანებში იწვიმა და კაქტუსის ნაკეცებიანი გარე კედლებიც გაფართოებულიყო ტანში ასობით ლიტრი წყლის შესანახად.

ასეთი შინაგანი რეზერვუარებით კაქტუსი ხარობს იქ, სადაც სხვა მცენარეები მაშინვე გახმებოდნენ, მაგრამ აშშ-მექსიკის საზღვარზე, სონორას უდაბნოს მკვიდრი ეს სახეობა, საგუარო, იგივე გიგანტური კარნეგია, კიდევ ერთ ევოლუციურ ხრიკს მალავს. მისი ეშმაკური მოქმედების აღსაბეჭდად პარკის ბიოლოგი დონ სუონი სპეციალური შეკვეთით დამზადებული ტელესკოპური ჯოხითა და ფოტოაპარატის შტატივის სისტემით შეიარაღდა, რომელიც ამ გიგანტის ვარჯისკენ მიმართა და ციფრული ფოტოები გადაიღო. მოგვიანებით სუონმა გადაათვალიერა ცაიტრაფერული ფოტოსერია და აღნიშნა, რომ „რაღაც სასწაული“ ხდებოდა.

ფოტოები წარმოაჩენდა მჭიდროდ დახურულ მოთეთრო-მოყვითალო ყვავილებს, რომლებიც წრიულად მიუყვებოდა კრონას. კარნეგიის ყვავილები ფაქიზი შიდა ანატომიის მწველი მზისგან დასაცავად მხოლოდ ერთხელ და, თანაც, ღამით იფურჩქნება. მაგრამ თანმიმდევრული გადათვალიერებით ფოტოები კიდევ რაღაც სხვას ავლენდა: კვირტები, როგორც ჩანს, მოძრაობდა. აპრილის შუიდან ივნისის შუა პერიოდამდე მისი ყვავილები ნელ-ნელა მიგრირებდა საათის ისრის საწინააღმდეგო მიმართულებით და რადიალურად გადაადგილდებოდა მცენარის აღმოსავლეთი ნაწილიდან ჩრდილოეთ მხარეს, რომელიც უფრო სტაბილურ ჩრდილს სთავაზობდა.

„ამგვარი მოქმედებით კარნეგია შესაძლოა მეტ მზის სხივს იღებს შედარებით გრილ ადრეულ გაზაფხულზე, ხოლო მოგვიანო სეზონზე ამცირებს საზიანო სიცხის ზემოქმედებას“, – ივარაუდა სუონმა.

გასული 5-6 წლის განმავლობაში სუონი და აღნიშნული პარკის სხვა მეცნიერები თანამშრომლობდნენ მოყვარულ მკვლევრებთან, რათა ფოტოებზე აღებეჭდათ 55 კარნეგია. შედეგად მათ ვიზუალურად დაადასტურეს ყვავილების ყოველწლიური მიგრაცია. ეს გახლავთ მხოლოდ ერთ სახეობასთან ასოცირებული მხოლოდ ერთი თვისება; მთლიანობაში კი კაქტუსის 1500-ზე მეტი სახეობაა ცნობილი, რომლებიც განაგრძობენ დედამიწის უმკაცრეს ბუნებრივ პირობებში ცხოვრებას, კლიმატის ცვლილებისა და ანთროპოგენური ზემოქმედების მიუხედავად.

„მე კაქტუსებში ვხედავ არიდულ პირობებზე ადაპტაციისა და პლასტიკურობის სტრატეგიათა ლამაზ ისტორიას“, – ამბობს უდაბნოს მცენარეთა ეკოლოგი ბენ უაილდერი, რომელიც ორგანიზაცია „სონორას უდაბნოს მომავალი თაობის მკვლევრების“ დირექტორია.

დღეს მკვლევრები კაქტუსებში ხედავენ თვითგადარჩენის მექანიზმთა ახალ ჰორიზონტს. სწორად ათვისების შემთხვევაში მათი გამოყენება უდაბნოს მიღმაც შეიძლება, ბევრად უფრო ფართო სამყაროში.

კაქტუსების ოჯახი, რომელიც 35 მილიონი წლის წინ განვითარდა ამერიკის კონტინენტებზე, დედამიწის მცენარეთა ერთ-ერთი ყველაზე მრავალფეროვანი და უჩვეულო ჯგუფია. კაქტუსი შეიძლება იყოს მასიური ხესავით განტოტვილი, 20-მეტრიან სვეტებად აღმართული, დიდი ბუშტივით გაბერილი ან პატარა მონეტის ზომის. ზოგიერთი „ცოცხალი ქვასავითაა“ და უმკლავდება სხვა ნებისმიერი მცენარისთვის გაუსაძლის ნიადაგს, ზოგიც კიდევ ბეწვიანი თეთრი მანტიით იმოსება ცივ, მაღალ ანდებში გადასარჩენად.

ეს ფორმები ვერ იარსებებდა, რომ არა ერთი ფუნდამენტური წინსვლა: კაქტუსებსა და სხვა სუკულენტებს ფოტოსინთეზისადმი უნიკალური მიდგომა აქვთ. როდესაც მცენარე ფორებს ხსნის და ენერგიის გარდასაქმნელად საჭირო ნახშირორჟანგს იღებს, წყლის გარკვეული ნაწილი იკარგება. თუ ეს პროცესი ხშირად მიმდინარეობს დღისით, მაღალი ტემპერატურა წყალს სწრაფად ააორთქლებს.

ამის თავიდან ასარიდებლად, უდაბნოს მცენარეები ფორებს მზის ჩასვლამდე არ ხსნიან. შემდეგ ისინი შთანთქავენ ატმოსფერულ აირს და მას გარდაქმნიან ვაშლმჟავად, რომელსაც თავიანთი უჯრედების შიგნით, დიდ პარკებში ინახავენ მომდევნო დღეს გამოსაყენებლად. ამ პროცესს ეწოდება CAM-მეტაბოლიზმი (ნახშირმჟავათა მეტაბოლიზმი მსუქანასებრთა ტიპის მიხედვით).

ნევადის უნივერსიტეტის ბიოქიმიისა და მოლეკულური ბიოლოგიის პროფესორი ჯონ კუშმანი ოცნებობს, რომ აღნიშნული თვისება სხვა მცენარეებშიც განავითაროს. ამგვარი ადაპტაციით მივიღებდით სასოფლო-სამეურნეო კულტურებს, რომლებიც ნაკლებ წყალს კარგავენ გვალვის პირობებში. მსგავს გარღვევასთან ჯერ კიდევ არაერთი წელი გვაშორებს, თუმცა მკვლევრებმა მაინც მიაგნეს გზას, თუ როგორ დაამსგავსონ სხვა მცენარეები კაქტუსებს.

CAM-ის დანერგვამდე მეცნიერებმა უნდა შეცვალონ მცენარეთა ფოთლების ანატომია, რათა მოხერხდეს ვაშლმჟავას შენახვა და უფრო დიდ უჯრედებში მოთავსება. ამ პროცესის ერთი თანაპროდუქტია ის, რომ უფრო დიდი ზომის უჯრედებით მცენარე მეტ წყალსაც იტევს და, ამგვარად, ხელს უწყობს სუკულენტობას – ქსოვილის უნარს, გაიზარდოს უფრო დიდი და შეიკავოს მეტი ტენი. 2018 წლის ნაშრომში კუშმანმა წარმოაჩინა მოდიფიცირებული ქსოვილის სუკულენტობა პატარა, თეთრად მოყვავილე სარეველა არაბიდოფსისში (Arabidopsis thaliana). 2020 წელს გამოქვეყნებული მომდევნო კვლევა კი აჩვენებდა, რომ ექსპერიმენტული მცენარის ფოთლების სისქე 40%-ით გაიზარდა.

„ეს ამაღელვებელი ადაპტაციაა, რომლისგანაც ჯერ კიდევ ბევრი გვაქვს სასწავლი“, – ამბობს კუშმანი. მაგალითად, თუ მცენარე მეტ წყალს დაიტევს ქსოვილში, ის, სავარაუდოდ, შეძლებს ჭარბი მარილების გაზავებას, რომლებიც გვალვიან პერიოდებში ნიადაგში კონცენტრირდება. ამ ტიპის მეცნიერულ საფუძველს კუშმანი იყენებს სოიაში, რათა მკვეთრად გაზარდოს სასურსათო უსაფრთხოება.

კაქტუსით შთაგონებული თვისებებით გაუმჯობესებული მცენარეული კულტურების შექმნა საკმაოდ დიდი სამეცნიერო ნახტომი იქნება, მაგრამ დღეს მკვლევრები ავლენენ კაქტუსის სხვა სუპერძალებსაც, რომელთა გამოყენებაც სრულიად სხვა სფეროში შეიძლება, მაგალითად, მშენებლობაში. ერთ-ერთი ყველაზე სასიხარულო ინოვაცია უკავშირდება Copiapoa-ს – კაქტუსის გვარს, რომელიც სულ მცირე 32 სახეობას მოიცავს და, პატარა გამონაკლისის გარდა, გვხვდება მხოლოდ ჩრდილოეთ ჩილეს სანაპიროზე, ატაკამის რეგიონში, რომელიც უმშრალესი არაპოლარული უდაბნოა დედამიწაზე. როგორ უძლებენ ასეთ ბუნებრივ პირობებს? ამ საიდუმლოს ამოხსნას მეცნიერები იწყებენ მათი უნიკალური ფორმის შესწავლით. აღნიშნულ მცენარეთა უმეტესობის დიამეტრი 12-15 სმ-ია. მათ შეუძლიათ ერთად შეიკრან – გადაიქცნენ ნაცრისფერ-მომწვანო ბალიშებად, რომლებიც მოეფინებიან სხვა მხრივ „უსულო“ ლანდშაფტს.

„ამ მცენარეთა ბიოლოგიაზე ძალიან ცოტა რამაა ცნობილი“, – ამბობს კეროლ პენია, კონსეფსიონის უნივერსიტეტის (ჩილე) ბოტანიკოსი. იგი რეგულარულად ჩადის ატაკამაში და მათ ხშირად პოულობს ხრამებში კლდის ნაპრალებს შორის შეყუჟულებს ან კლიფებზე.

როგორც პენია გვიხსნის, კოპიაპოა, სავარაუდოდ, თავის გადარჩენას ახერხებს მარილიანი კამანჩაკას – სანაპიროს ნისლის „დალევით“, რომელიც იქ ყოველ დილით იჭრება ზღვიდან; მასთან ერთად უნდა იყენებდნენ ცვარსაც, თავიანთ ეკლებსა და კანზე რომ კონდენსირდება. ეს აღმოჩენა შთაგონების წყარო იყო ბიომიმიკრიის მკვლევარ ტეგუენ მალიკისთვის დიდი ბრიტანეთის სუონსის უნივერსიტეტიდან. იგი დაფიქრდა, თუ რამდენად შეიძლება ცვრის შეგროვების პროცესი გავიმეოროთ ლითონის სტრუქტურებში.

კაქტუსი შეიძლება იყოს ხესავით განტოტვილი, 20-მეტრიან სვეტებად აღმართული, დიდი ბუშტივით გაბერილი ან პატარა მონეტის ზომის.

მალიკი დააკვირდა სფეროსებრი სახეობის (C. cinerea var. haseltoniana) 3 სმ-იან კონუსურ ეკლებს და მათ ზედაპირზე აღმოაჩინა პაწაწინა ღარები, რომლებიც ძირისკენ ფართოვდება. „ამგვარად იქმნება ზედაპირის უსწორმასწორობის გრადიენტი, რაც ცვრის წვეთებს საშუალებას აძლევს, მათ არხივით გაუყვნენ, გრავიტაციის საწინააღმდეგოდაც კი“, – ამბობს იგი.

2013 წლიდან ის შეუდგა მსგავსი სტრუქტურის ხელოვნურად შექმნას ბრტყელი ფოლადითა და ალუმინით, რომლებიც კაქტუსის ღეროსა და ეკლების იმიტაციას წარმოადგენდა. მათ ამოწმებდა განსხვავებული ტემპერატურისა თუ ტენიანობის პირობებში და რამდენიმეწლიანი ექსპერიმენტების შემდეგ, როგორც იქნა, აამუშავა. 2023 წელს მალიკმა გამოაქვეყნა კვლევა, რომლის თანახმად, ეკლიანი და კონტურული ზედაპირი 8%-ით უფრო ეფექტურად ითვისებდა ცვარს, ვიდრე ბრტყელი ფურცელი.

თავისი დიზაინის დახვეწის შემდეგ მას სურს, წყლის შეგროვების კაქტუსისებრი უნარით აღჭურვოს უდაბნოს სახლები. ეს ინოვაცია შეიძლება უფრო ფართოდაც დაინერგოს არიდული რეგიონების სუფთა წყლით უზრუნველსაყოფად. „ყველაზე მარტივი გზა იქნებოდა ცვრის დამჭერ ზედაპირთა მოთავსება სახურავის კრამიტებზე, მაგრამ თქვენ შეგიძლიათ მსგავსი სტრუქტურები კარვებზეც გამოიყენოთ უდაბნოში“, – ამბობს იგი.

იმ მომენტში, როდესაც კაქტუსის საიდუმლოებები არნახულად ახლოსაა გამოაშკარავებასთან, თავად ამ მცენარეს რთული მომავალი უჩანს. კაქტუსის სახეობათა დაახლოებით 60-90%-ზე ნეგატიურად იმოქმედებს კლიმატის ცვლილება ან ანთროპოგენური ზემოქმედება, – ნათქვამია კვლევაში, რომლის თანაავტორია ბარბარა გიოტჩი, ბუნების დაცვის საერთაშორისო კავშირის კაქტუსების და სუკულენტი მცენარეების სპეციალისტთა ჯგუფის თანათავმჯდომარე. „კაქტუსები ერთ-ერთი ყველაზე დიდ საფრთხეში მყოფი ტაქსონომიური ჯგუფია, რომელიც აქამდე შესწავლილა“, – ამბობს გიოტჩი.

თვალსაჩინო მაგალითი: 2021 წლის მარტში დასრულდა გასულ შვიდ ათწლეულში ყველაზე მშრალი წელი ქვემო კალიფორნიის ნახევარკუნძულის სამხრეთში, მექსიკაში. ამ კლიმატური სტრესის შედეგად სვეტისებრ მეორღანეს (Stenocereus thurberi) ღეროს გაყვითლება დაეწყო.უაილდი ამას უწოდებს „კაქტუსის მწველ მოვლენას“, რომლის გრძელვადიანი შედეგები ჯერ კიდევ მეტწილად უცნობია. რაც ნათელია, ზოგიერთი მცენარის ფოტოსინთეზური სისტემა ირღვევა ინტენსიური სიცხისა და ტენის ნაკლებობის მიზეზით. „რასაც ჩვენ ვუყურებთ, ექსტრემალური სიცხე და გვალვები კაქტუსის პოპულაციაზე ზემოქმედებს მთელი ლანდშაფტის დონეზე“, – ამბობს იგი.

სუონი სკეპტიკურ ოპტიმიზმს ინარჩუნებს. იგი თანამშრომლობს „საგუაროს მომავლის“ კვლევით პროექტთან, რომლის მიზანია, მეტი შეიტყოს კარნეგიის საპასუხო რეაქციებზე კლიმატის ცვლილების მიმართ – მათ მცდელობებს შორისაა ექსპერიმენტული ნიადაგის მოწყობა სიცხის ამტანობასთან ასოცირებული გენეტიკური მახასიათებლების შესასწავლად.

თაკარა მზის გულზე სუონი მიუთითებდა ფერდობზე შეფენილ ემბლემურ კაქტუსებზე, რომელთა დაგრეხილი ტოტები წარმოუდგენელია, არ გახსენებდეთ ადამიანებს. „ეს კარნეგიები კიდევ დიდხანს იცოცხლებენ“, – თქვა მან. ზოგიერთი 200 წელზე მეტხანსაც ცოცხლობს. ამ აღმოჩენათა პოტენციალი მხოლოდ ახლა იწყებს გამოვლენას.