گلسنگ چیست؟ | هر آنچه باید بدانید

گلسنگ‌ها حاصل همزیستی نوعی قارچ و جلبک‌ محسوب می‌شوند که در کنار هم رشد و تولیدمثل می‌کنند. حال سؤال این است که چطور در مسیر تکامل این دو موجود همراه هم شدند و پا به خشکی گذاشتند؟ گلسنگ چه مکانیسم خاصی دارد که در کویر داغ تا قطب سرد می‌روید و حتی بر روی سنگ رشد می‌کند؟ قارچ و جلبک گلسنگ، چگونه همراه هم زندگی و چطور همزمان تولید مثل می‌کنند؟ و امروزه این جاندار خاص، چه کمکی به انسان کرده است؟ برای پاسخ به سؤالات بعدی، ابتدا باید با چیستی گلسنگ آشنا شویم.

گلسنگ چیست؟

در نگاه بعدی، ممکن است گلسنگ شبیه به قارچ به نظر برسد؛ اما گلسنگ قارچ نیست بلکه قارچ یکی از اجزا گلسنگ است. در سال 1867 بود که سیمون شوودنر (Simon Schwendener)، گیاه شناس سوئیسی، نظریه خود را در مورد دوگانگی گلسنگ‌ها پیشنهاد کرد، او گفت که گلسنگ ترکیبی از قارچ با جلبک یا سیانوباکترها است. این حرف درست بود اما در زمان اشتباه مطرح شد.

آن ‌زمان تنها یک دهه از اتنشار کتاب «منشأ گونه‌ها» توسط چارلز داروین و بیان نظریهٔ تکامل گذشته بود. در نظریهٔ تکامل، مسئلهٔ تنازع بقا مطرح می‌شود که طبق آن، جانداران در یک رقابت دائمی با یکدیگر، برای حفظ زندگی خود هستند. در نتیجه، در دیدگاه مردم، این ایده که دو جاندار بتوانند در کنار هم و در سازش با یکدیگر زندگی کنند، غیرقابل پذیرش بود؛ بنابراین نظریهٔ شوودنر نتوانست در آن زمان طرفدار چندانی پیدا کند و حیات گلسنگ‌ها تا چندی بعد برای دیگران ناشناخته ماند. حتی خود شوودنر نیز تصور می‌کرد که در گلسنگ، قارچ از جلبک سوء استفاده می‌کند (در مورد این حرف جلوتر بحث خواهیم کرد) و از مواد غذایی برای تامین نیازهای خود استفاده می‌کند؛ اما بعدها تحقیقات نشان داد که قارچ نیز، امکاناتی برای جلبک فراهم می‌کند. همزیستی (Symbiosis) تعاملی بین دو گونه است که هر دو گونه از آن سود ببرند و امروزه اکثریت طرفدار این هستند که رابطهٔ بین قارچ و جلبک یا سیانوباکتر یک رابطه همزیستی است.

از نظر ساختاری نیز، گلسنگ یک موجود سادهٔ فتوسنتزکننده محسوب می‌شود که توسط رشته‌های قارچ احاطه شده است. موجود فتوسنترکننده، معمولاً جلبک سبز یا سیانوباکتر است و «فوتوبیونت» (Photobiont) نامیده می‌شود. این نام از دو قسمت Photo به معنی چیزی است که از نور استفاده می‌کند و قسمت Biont به معنی موجود زنده تشکیل شده است. قسمت قارچی به اسم مایکوبیونت (Mycobiont) شناخته می‌شود که Myco به معنی «قارچی» یا «مرتبط با قارچ» است.

هر قارچی نمی‌تواند با هر جلبکی در تشکیل گلسنگ دیده نمی‌شود و هر نوع قارچ، فقط با انواع فوتوبیونت‌های خاص خود می‌تواند گلسنگ تشکیل دهد (لزومی ندارد یک گلسنگ فقط شامل یک نوع قارچ و یک نوع جلبک یا سیانوباکتر باشد، بلکه ممکن است در یک گلسنگ چند گونه قارچ یا چند گونه جلبک و یا همزمان جلبک و سیانوباکتر حضور داشته باشند).

به علت تنوع اجزا، تنوع گلسنگ‌ها نیز بسیار زیاد است، به طوری که تاکنون در حدود 20٫000 گلسنگ مختلف شناخته شده‌اند. گلسنگ‌ها به روش‌های مختلفی طبقه‌بندی می‌شوند و یکی از طبقه‌بندی‌های آنان در تصویر دوم آورده شده است که براساس ظاهر، آن‌ها در گروه‌های مختلف قرار گرفته‌اند که برای یک آشنایی کلی با گوناگونی گلسنگ‌ها مفید است.

انواع گلسنگ و طبقه‌بندی

برای گلسنگ‌ها که چنین ماهیت جالبی دارند، طبقه‌بندی از چیستی آن‌ها جدا نیست، خصوصاً چیستی آن‌ها از دیدگاه علم زیست‌شناسی. در واقع طبقه‌بندی آن‌ها مشخص می‌کند که با این ماهیت دوگانه، بالاخره آن‌ها در کجای درخت حیات قرار دارند. با توجه به تنوع آن‌ها نیز، طبقه‌بندی امری ضروری به شمار می‌آید.

فیلم آموزش مروری سیستماتیک‌ گیاهی 1 در فرادرس

کلیک کنید

یک دردسر دیگر انتخاب نام علمی برای گلسنگ است. چرا که نام علمی هر گونه نیز، ترکیب نام جنس و گونهٔ آن جاندار خاص است؛ اما فوتوبیونت و قارچ موجود در هر گلسنگ هر کدام نام خاص خودشان را دارند. تکلیف چیست؟ زیست‌شناسان برای رفع این مشکل، می‌بایست یکی از آنان را به عنوان نماینده گلسنگ انتخاب می‌کردند؛ اما کدام یکی؟

قارچ‌هایی که در گلسنگ شرکت دارند، در طبیعت به تنهایی یافت نمی‌شوند. ما آن‌ها را فقط در گلسنگ در کنار فوتوبیونت می‌بینیم. از سوی دیگر، تقریباً 20 درصد گونه‌های قارچی شناخته شده، در گلسنگ‌ها حضور دارند در حالی که درصد کمتری از فوتوبینت‌ها در گلسنگ حاضرند و به جز در گلسنگ، به تنهایی در طبیعت هم هستند. منصفانه به نظر می‌رسد که برای رسم طبقه‌بندی تکاملی و انتخاب نام علمی گلسنگ، قارچ‌ها نماینده باشند. این همان تصمیمی است که زیست‌شناسان گرفته‌اند.

ساختار گلسنگ

ظاهر و نحوهٔ رشد در گلسنگ‌ها بسیار متنوع است؛ اما پیکر اکثر گلسنگ‌ها از چند لایهٔ مشابه تشکیل شده است. قارچ‌ها، ریسه‌های به نسبت بلندی و باریکی دارند که هیفا (Hyphae) نام دارند. یک لایهٔ متراکم از هیفاها در سطح قرار دارد که «قشر» (Cortex) نامیده می‌شود.

بعد از این لایه، دوباره یک لایهٔ تحتانی متشکل از هیفاهای متراکم است که قشر زیرین نامیده می‌شود.

قارچ‌ها در گلسنگ

بیشتر قارچ‌های شریک در گلسنگ، از دستهٔ آسکومیست‌ها (Ascomycetes) هستند. آسکومیست‌ها دسته‌ای از قارچ‌ها هستند که شکل فنجانی یا کیسه‌ای دارند.

جلبک‌ها، هم‌زیستان قارچ‌ها در گلسنگ

در گلسنگ، قارچ ساختار فیزیکی بیرونی را فراهم کرده و بدین طریق، از فوتوبیونت محافظت می‌کند. علاوه بر این، قارچ‌ها رطوبت و مواد مغذی دیگر را از محیط جمع‌آوری می‌کنند. وقتی بستر گلسنگ سنگی باشد، قارچ این کار را با خرد کردن بستر سنگی به کمک ریسه‌ها و جذب مواد محلول آن انجام می‌دهد. پیشروی ریسه‌ها در سنگ، باعث شکستن و فرسایش فیزیکی سنگ می‌شود. البته این تنها اثر قارچ بر بسترهای سنگی نیست، تحقیقات جدید نشان می‌دهد، قارچ‌ها بر سنگ اسید ترشح می‌کنند و بدین صورت آن‌ها را دچار فرسایش شیمیایی نیز می‌کنند؛ یعنی به طور شیمیایی نیز آن‌ها را تغییر می‌دهند تا از مواد مورد نیاز خود در آن‌ها استفاده کنند.

آیا شوودنر درست می‌گفت؟

همزیستی، تعاملی بین دو گونه است که هر دو گونه از آن سود ببرند، اما برخی از زیست‌شناسان این نظر را دارند که در گلسنگ آنچه صورت می‌گیرد نه یک همزیستی، بلکه یک رابطهٔ انگلی دیگر است (همان‌طور که گفتیم بسیاری از گونه‌های قارچ‌ها انگل هستند).

یک واقعیت که این نظر را تایید می‌کند، این است که طبق آنچه گفتیم، هیچ‌کدام از قارچ‌هایی که در گلسنگ مشارکت دارند، در طبیعت به تنهایی دیده نمی‌شوند و تقریباً 20 درصد گونه‌های قارچی شناخته‌شده، در گلسنگ‌ها حضور دارند؛ اما برعکس، گونه‌های جلبک یا سیانوباکترهای موجود در گلسنگ، به تنهایی نیز در طبیعت وجود دارند. گرچه که وقتی این جلبک‌ها در گلسنگ هستند، مواد مغذی بیشتر برای آن‌ها فراهم است اما مثلاً سیانوباکترها خارج از گلسنگ سرعت تولیدمثل بالاتری دارند.

همچنین جلبک‌ها ممکن است تا 80 درصد قند خود را (به علت گرفته شدن آن‌ها توسط قارچ‌ها) از دست بدهند که درصد بسیار زیادی است. درنتیجه سلول‌های فوتوبیونت در زمان تبادل محصولات خود با قارچ، معمولاً از بین می‌روند (حیات گلسنگ می‌تواند ادامه یابد زیرا سرعت تولیدمثل سلول‌های فوتوبیونت با سرعت تخریب آن‌ها برابری دارد).

تولید مثل گلسنگ‌ها

مجموعه‌ای از یک سلول فوتوبیونت و هیفاهای اطراف آن، سوردیوم (Soredium) نام دارد. در تولیدمثل غیرجنسی، قشر شکافته می‌شود و تعدادی سوردیوم از بدنهٔ گلسنگ خارج می‌شوند. این سوردیوم‌ها توسط آب، باد و... جابه‌جا می‌شوند تا هنگامی که بر بستر مناسبی قرار بگیرند و بتوانند تبدیل به یک گلسنگ جوان شوند.

اما در تولید مثل جنسی آن‌ها، جلبک و قارچ به این میزان در کنار یکدیگر نیستند. در واقع در این نوع تولید مثل، قارچ‌های دو گلسنگ، به صورت جداگانه گامت جنسی تولید می‌کنند. گامت‌های این دو با هم لقاح می‌کنند و سلول‌های جدیدی به نام هاگ (Spores) تولید می‌شود. بسته به نوع قارچ، هاگ‌ها در مدل‌های مختلفی درون هاگدان نگه‌داری شده و سپس در محیط پراکنده می‌شوند. جوانه‌هایی (برای تشکیل ریسه‌های قارچی) از آن‌ها شروع به رویش می‌کند. جوانه‌ها، جلبک‌ها و یا سیانوباکترهای مناسب و آزاد را که معمولاً در محیط وجود دارند، محصور می‌کنند تا تشکیل یک گلسنگ جدید بدهند. ممکن است یک مایکوبیونت، نتواند فوتوبیونت آزادی در محیط پیدا کند، بنابراین تولیدمثل جنسی در گلسنگ‌ها شانس کمتری برای موفقیت دارد و به همین دلیل است که آن‌ها تولید مثل غیرجنسی را ترجیح می‌دهند.

گلسنگ‌ها در دنیای تکامل

تاکنون مشخص شده است که گلسنگ‌ها نه یک ‌بار، بلکه چند بار به طور مستقل تکامل یافتند، اما این تنها موردی است که در مورد تکامل آن‌ها اتفاق نظر وجود دارد. تا همین چندی پیش، تصور می‌شد که گلسنگ‌ها بین 550 تا 700 میلیون سال قبل، بر روی خشکی پدیدار شدند (تنها یک نوع گلسنگ درون آب زندگی می‌کند).

فیلم آموزش تکامل موجودات زنده در فرادرس

کلیک کنید

اما در نوامبر 2019 مقاله‌ای در ژورنال زمین‌ زیست‌شناسی (Geobiology) منتشر شد که بیان کرد طبق بررسی‌های مولکولی، گلسنگ‌ها نه تنها موجوداتی نبودند که به تشکیل گیاهان ریشه‌دار کمک کردند، بلکه قارچ‌های تشکیل‌دهندهٔ آن‌ها بعد از گیاهان، یعنی حدود 250 میلیون سال قبل به وجود آمده‌اند. این تحقیق، بحث‌های بسیاری را در زمینهٔ تکامل گلسنگ‌ها باز کرد. پس تکلیف فسیل 400 میلیون سالهٔ گلسنگ چه می‌شود؟

عده‌ای از دانشمندان معتقدند که این فسیل، درواقع متعلق به اجداد گلسنگ‌های کنونی نیست. برای مثال رد هیفاهای موجود در این فسیل، مثل هیفاهای قارچ‌های امروزی نیست. دانشمندان فکر می‌کنند که شاید، این فسیل متعلق به تلاش برای همزیستی دو گونهٔ قدیمی از قارچ و جلبک باشد که نتوانستند آن‌ قدر موفق باشند که نسلشان مدت زیادی ادامه یابد. با این حال، این بحث همچنان ادامه دارد.

فسیل‌های دیگری از گلسنگ‌ها وجود دارند که فسیل‌های مطمئن‌تری به شمار می‌آیند. این فسیل‌ها مربوط به دوران مزوزوئیک و سنوزوئیک هستند، یعنی از 250 میلیون سال پیش به بعد این فسیل‌ها تشکیل شدند. برخی از آن فسیل‌ها در کهربا قرار دارند و زیبایی بسیاری دارند.

گلسنگ‌های کهنسال

با وجود اینکه دقیقاً مشخص نیست گلسنگ‌ها کی و چگونه به وجود آمدند، عمر طولانی آن‌ها زبان‌زد است.‌ گلسنگ‌ها هزاران سال عمر می‌کنند و برخی از آن‌ها جزو کهنسال‌ترین موجودات زنده‌اند. گونه‌ای از گلسنگ وجود دارد که بر روی صخره‌های مناطق کوهستانی رشد می‌کند. هر گلسنگ یک لکه مسطح است که با یک خط سیاه با گلسنگ کناری هم‌مرز است. تکه‌های گلسنگ در این گونه، در مجاورت یکدیگر رشد می‌کنند، به طوری که وقتی به آن نگاه بکنید، انگار یک نقشه بر روی زمین رسم شده است. این گلسنگ، گلسنگ نقشه‌ای (Map lichen) نام دارد و نام علمی آن (Rhizocarpon geographicum) است. یک گلسنگ نقشه‌ای در مناطق قطب شمال وجود دارد که در حدود 8600 سال عمر دارد و گفته می‌شود پیرترین جاندار زنده است.

سن گلسنگ‌ها از روی میزان رشد آن‌ها تخمین زده می‌شود. البته این کار آسانی نیست، زیرا گلسنگ‌ها رشد بسیار کندی دارند و تقریباً سالی یک میلی‌متر رشد می‌کنند. علاوه بر سن زیاد گلسنگ‌ها، زیستگاه‌های آن‌ها ما را به تعجب وا‌می‌دارد. گلسنگ‌ها علاوه بر مکان‌های مرطوب، جنگل‌ها و زیستگاه‌های مساعد برای اکثر جانداران، در بیابان‌ها و قطب جنوب (در سرمای 60- درجه سانتی‌گراد) زنده می‌مانند. وجه شبه این مکان‌ها، کم‌آبی بسیار شدید در آن‌ها است. علت موفقیت گلسنگ در این شرایط چیست؟

راز موفقیت گلسنگ

انسان‌ها با از دست دادن 2 درصد آب، نسبت به وزن بدن، با عوارض کم‌آبی مثل ضعف و گیجی روبه‌رو می‌شوند، حدود 10 درصد از کم‌آبی برای انسان بسیار شدید و تقریباً کشنده است؛ اما گلسنگ‌ها، برخلاف بسیاری از موجودات زنده می‌توانند دوره‌های کم‌آبی و حتی خشکی کامل آب بدن را تجربه کنند.

گیاهان در چنین شرایطی، معمولاً دست به ذخیرهٔ آب می‌زنند، مثلاً کاکتوس‌ها که آب را در اندام‌های خود ذخیره می‌کنند؛ اما گلسنگ‌ها از شگرد متفاوتی استفاده می‌کنند. آن‌ها هیچ مکانیسمی برای ذخیرهٔ آب ندارند. وقتی میزان آب به 15-30 درصد اولیه می‌رسد، گلسنگ‌ها در مدت زمان بسیار کمی متابولیسم خود را غیرفعال می‌کنند، مایع سلولی آن‌ها به حالت ژله‌ای درمی‌آید و منافذ سلولی بسته می‌شود تا از اجزای سلول محافظت شود.

مهم نیست که کم‌آبی چه قدر طول بکشد. وقتی دوباره آب در دسترس گلسنگ قرار بگیرد، گلسنگ به سرعت آب را جذب می‌کند. با جذب شدن آب، قشر شفاف‌تر می‌شود. در بسیاری از انواع گلسنگ، هنگام شفاف شدن قشر، گلسنگ رنگ سبزتری به خود می‌گیرد که در حقیقت رنگ جلبک‌ها است (سیانوباکترها نیز سبز-آبی هستند). در عرض چند ثانیه، وضعیت سلول‌ها به حالت اولیهٔ خود برگشته و تنفس می‌کنند. با گذر چند دقیقه، فتوسنتز دوباره آغاز می‌شود.

گلسنگ‌ها در فضا

شاید جالب باشد که بدانید این موجودات، شانس بسیار خوبی برای سفرهای فضایی دارند. در یک آزمایش، مرکز هوافضای آلمان، گلسنگ‌ها را در شرایط آزمایشی شبیه‌سازی مریخ قرار داد. گلسنگ‌ها برای 34 روز در آن شبیه‌ساز زنده ماندند.

در آزمایشی دیگر، آژانس فضایی اروپا در 2005، دو گونه گلسنگ را با یک موشک روسی به فضا فرستاد (یک گونه‌ از گلسنگ‌های پرتاب شده، همان گلسنگ نقشه‌ای بود و دیگری گونهٔ Xanthoria elegans). هنگامی که موشک در مدار زمین قرار گرفت، کپسول حاوی گلسنگ‌ها باز شد و گلسنگ‌ها بدون هیچ محافظی در معرض خلأ، نوسانات زیاد دما و تابش‌های کیهانی قرار گرفتند. پس از 15 روز، گلسنگ‌ها به زمین بازگردانده شدند. نه تنها زنده ماندند، بلکه هیچ تغییری در توانایی فتوسنتز آن‌ها دیده نمی‌شد.

فضا نتوانست گلسنگ‌ها را بکشد اما...

معمولاً این گوزن‌ها هستند که از گلسنگ تغذیه می‌کنند اما انسان نیز در این عرصه بی‌بهره نمانده است. گلسنگ مثل بسیاری از موجودات دیگر، منبع تغذیه‌ای برای انسان هم به شمار می‌رود. با اینکه هضم آن آسان نیست و برخی انواع آن (معمولاً زرد رنگ‌ها) سمی هستند، اما گلسنگ غذایی شناخته‌شده در شمال اروپا، آمریکا، سیبری، کره و ژاپن محسوب می‌شود.

این مطلب توسط نویسنده مهمان، «شیدا مفرد»، نوشته شده است.