Parazītiskie augi

Parazītiskie augi ir tādi augi, kas ir pielāgojušies baroties heterotrofi, t.i., tie kādu daļu vai pat visas dzīvības procesiem nepieciešamās vielas saņem no cita auga. Principā visi parazītiskie augi ir ziedaugi (Angiospermae); ir zināms tikai viens parazītisks kailsēklis (Gymnospermae) – Parasitaxus ustus. Parazītiskie augi piesaistās saimniekaugiem ar haustoriju palīdzību. Haustorijas (atvasināts no latīņu haurire – dzert) ir kopīga pazīme visiem parazītiskajiem augiem – tās ir modificētas saknes, kuras veido morfoloģisku un fizioloģisku saikni starp parazītu un saimnieku.

Skaits un izplatība

Eksistē apmēram 4000 augu sugu ar parazītisku dzīvesveidu, t.i., tikai nedaudz vairāk par 1% no visiem zināmajiem ziedaugiem. Parazītiskie augi meklējami apmēram 20 dažādās augu dzimtās, tomēr to sadalījums pa šīm dzimtām nav vienmērīgs. Gandrīz puse no visiem parazītiskajiem augiem atrodami Scrophulariaceae (cūknātru) dzimtā, savukārt šīs dzimtas ietvaros pārsvarā Castilleja ģintī (200 sugas), Euphrasia (žibulīšu) ģintī (170 sugas) un Pedicularis (jāņeglīšu) ģintī (350 sugas), kas ir vairāk nekā 700 sugas. Citas lielas parazītu ģintis (apmēram 100 vai vairāk sugu) ir Cuscuta (viju) ģints, Amyema ģints, Viscum (āmuļu) ģints, kā arī Phoradendron ģints.
Parazītiskie augi pasaulē ir atrodami gandrīz katrā biotopu tipā, tomēr tie nekad nav dominējošā dzīvības forma ekosistēmā. Interesanti, ka katram biotopu tipam ir raksturīgas samērā noteiktas parazītisko augu dzimtas. Piemēram, mitros tropu biotopos sastopamas pārsvarā šādas parazītisko augu dzimtas: Balanophoraceae, Rafflesiaceae (raflēziju dzimta), Mitrastemonaceae, Loranthaceae (lorantu dzimta) un Olacaceae. Savukārt biotopos, kuri saņem mazāk nokrišņu (kā, piemēram, pļavu un savannu ekosistēmas), raksturīga sevišķi liela Scrophulariaceae (cūknātru) dzimtas un arī Loranthaceae (lorantu) dzimtas parazītaugu daudzveidība. Ļoti sausos (kserofītiskos) biotopos (tādos kā tuksneši) var būt atrodami parazītiski augi no sekojošām dzimtām: Hydnoraceae, Cynomoriaceae, Lennoaceae (lennu dzimta) un Apodanthaceae.
Kopumā lielākā daļa parazītisko augu sugu sastopamas ekosistēmās, kuras nav cilvēka ietekmētas, un tikai neliela daļa parazītu ir pielāgojušies dzīvot antropogēni pārveidotos biotopos. Kā piemērs antropogēnu ainavu apdzīvotājām minamas ģintis Orobanche (brūnkātes) un Striga, kuras ir ļoti labi adaptējušās dzīvot lauksaimniecības zemēs. Šo augu reproduktīvais potenciāls ir augsts (tie saražo ļoti daudz sīku sēklu), turklāt milzīgās kultūraugu populācijas nodrošina šos parazītiskos augus ar lielu skaitu saimniekaugu.

Specializācija

Parazītiskie augi ļoti atšķiras pēc sava specializācijas veida – ir sastopami gan tādi parazīti, kas ir adaptējušies baroties uz ļoti daudzām augu sugām (tā saucamie ģenerālisti), gan arī tādi, kas ir specializējušies tikai uz kādām noteiktām augu sugām (tā saucamie speciālisti).
Lielākā daļa parazītisko augu ir ģenerālisti. Piemēram, mazais zvagulis Rhinanthus minor parazitē uz apmēram 50 dažādām augu sugām, kas pieder 18 dzimtām. Pie tam viens šīs sugas indivīds var parazitēt uz līdz pat 7 dažādām augu sugām vienlaicīgi. Savukārt Castilleja ģints parazītaugi parazitē uz vairāk nekā 100 dažādiem saimniekaugiem, kas pieder ļoti dažādām dzimtām. Vairāk nekā 100 saimniekaugu ir arī Cuscuta (viju) ģints un Cassytha ģints pārstāvjiem. Īpaši liels saimniekaugu diapazons ir dažiem Loranthaceae (lorantu) dzimtas pārstāvjiem – labs piemērs tam ir parazītaugs Dendrophthoe falcata, kurš ir konstatēts parazitējam uz vairāk nekā 350 dažādām augu sugām (pie tam šis skaitlis turpina augt). Vēl viena suga, kura ir pilnīgi neizvēlīga attiecībā pret saimniekaugu, ir tropos izplatītais Lauraceae (lauru) dzimtas pārstāvis Cassytha filiformis, kurš bieži parazitē pat uz desmitiem augu sugu vienlaicīgi, un piedevām šis parazīts tikpat bieži parazitē arī pats uz savas sugas pārstāvjiem.
Kā piemērs parazītisko augu taksonomiskajām grupām, kurās ir izplatīta specializācija uz konkrētiem saimniekiem, minamas, piemēram, visas trīs Rafflesiaceae (raflēziju) dzimtas ģintis (Rafflesia (raflēzijas), Rhizanthes un Sapria), par kurām ir zināms, ka tās parazitē tikai uz Vitaceae (vīnkoku) dzimtas Tetrastigma (tetrastigmu) ģints augiem. Vēl citi piemēri šauri specializētām parazītaugu ģintīm ir: Misodendrum ģints pārstāvji, kuri ir sastopami vienīgi uz Nothofagus (dienvidskābaržu) ģints augiem; Conopholis ģints, kas parazitē vienīgi uz Quercus (ozolu) ģints pārstāvjiem; Apodanthes ģints, kas specializējas tikai uz Flacourtiaceae dzimtas augiem; Pilostyles ģints (iekļaujot Berlinianche ģinti), kur parazitē tikai uz pākšaugiem; kā arī Mitrastema ģints parazīti, kuru saimnieki ir tikai Fagaceae (dižskābaržu) dzimtas augi. Ir arī tādi parazītiskie augu, kuriem ir vēl šaurāka specializācija – tie adaptējušies baroties tikai ar vienu augu sugu. Kā piemērs šādiem parazītaugiem minams Santalaceae (sandalkoku) dzimtas pārstāvis Arceuthobium minutissimum, kurš parazitē tikai uz vienas priežu sugas – Pinus griffithii, kā arī, piemēram, Orobanchaceae (brūnkāšu) dzimtai piederošais Epifagus virginiana, kurš parazitē tikai uz Amerikas dižskābarža Fagus grandifolia.
Dažreiz parazītisko augu specializācija var ļoti variēt pat vienas ģints ietvaros. Piemēram, starp 45 Arceuthobium ģints sugām, dažas sugas parazitē tikai uz vienas augu sugas (piemēram, Arceuthobium apachecum uz priedes Pinus strobiformis), kamēr citas (piemēram, Arceuthobium globosum ssp. grandicaule) inficē vismaz 12 dažādas augu sugas. Kopumā ir vērojama tendence, ka obligātie parazīti visbiežāk ir šauri specializējušies, bet fakultatīvajiem parazītiem ir plašs saimniekaugu spektrs.

Attiecības ar citiem parazītiskajiem augiem

Vienas no visievērojamākajām koevolucionārajām attiecībām, kas eksistē parazītisko augu pasaulē, ir viena parazītiskā ziedauga parazitēšana uz cita parazītiskā ziedauga (tā saucamie parazīta parazīti). Šai parādībai var izšķirt trīs formas: hiperparazītismu, epiparazītismu un autoparazītismu.
1. Hiperparazītisms – parazītisma veids, kad vērojama fakultatīva saistība starp dažādām parazītu sugām. Kā piemērus hiperparazītismam var minēt Cuscuta (viju) ģinti un Cassytha ģinti. Šīs ģintis parazitē uz dažādiem augiem, tai skaitā uz tādām hemiparazītiskām ģintīm kā Ximenia (ksimēnijas) un Santalum (sandalkoki). Cuscuta un Cassytha ģintis var parazitēt arī uz Phoradendron ģints un Struthanthus ģints augiem. Arī vairākas Phoradendron ģints un Viscum (āmuļu) ģints sugas ir hiperparazīti.
2. Epiparazītisms – parazītisma veids, kad vērojama obligāta saistība starp dažādām parazītu sugām. Kā piemēru šim parazītisma veidam var minēt Santalaceae (sandalkoku) dzimtai piederošo Phacellaria ģinti, kuras visi pārstāvji ir obligāti parazīti gan uz Loranthaceae (lorantu) dzimtas, gan arī paši uz savas – Santalaceae (sandalkoku) – dzimtas pārstāvjiem. Epiparazītiskas dzimtas ir arī, piemēram, Viscaceae (āmuļu) dzimta un Loranthaceae (lorantu) dzimta.
3. Autoparazītisms – parazītisma veids, kad kādas sugas indivīds parazitē pats uz savas sugas pārstāvjiem. Šo parazītisma veidu varētu pat uzskatīt par vienu no kanibālisma formām. Autoparazītisms bieži novērojams Loranthaceae (lorantu) dzimtas parazītiskajiem augiem, Viscaceae (āmuļu) dzimtas parazītiem (piemēram, Phoradendron juniperinum), kā arī dažiem Lauraceae (lauru) dzimtas pārstāvjiem (piemēram, Cassytha filiformis).

Attiecības ar citiem organismiem

Papildus parazītisko augu attiecībām ar saviem saimniekaugiem, tiem bieži vien evolucionārā ceļā var būt izveidojušās komplicētas attiecības arī ar citiem organismiem, ar kuriem tie saskaras sava dzīves cikla laikā.
Svarīgas attiecības parazītaugiem ir ar dzīvniekiem, kas tos apputeksnē. Par parazītaugu apputeksnētājiem var kalpot ļoti dažādi dzīvnieki: vaboles, bites, mušas, putni un sikspārņi. Vaboles apputeksnē, piemēram, Hydnoraceae dzimtas, kā arī Balanophoraceae dzimtas Lophophytum ģints augus; bites – Pedicularis (jāņeglīšu) ģints, Krameria (ratāniju) ģints, Balanophora ģintis, kā arī Mystropetalon ģints augus; mušas – Rafflesia (raflēziju) ģints, Rhizanthes ģints un Sarcophyte ģints pārstāvjus; putni – daudzus Loranthaceae (lorantu) dzimtas pārstāvjus, kā arī Arjona ģints, Quinchamalium ģints, Castilleja ģints un Mitrastema ģints augus; sikspārņi – Dactylanthus ģints pārstāvjus.
Tikpat svarīgi kā dzīvnieki, kas veic parazītisko augu apputeksnēšanu, ir arī tie, kas izplata parazītisko augu sēklas. Sevišķi svarīgi sēklu izplatītāji ir putni un zīdītāji. Putni izplata vairums Loranthaceae (lorantu) dzimtas un Viscaceae (āmuļu) dzimtas augu sēklas; interesanti, ka, piemēram, Dicaeidae (puķudzeņu) dzimtas putniem ir pat īpaši specializēts gremošanas trakts un uzvedība, kas sekmē Loranthaceae (lorantu) dzimtas sēklu izplatīšanos. Arī zīdītāji izplata dažu parazītaugu sēklas un augļus. Kā piemērus var minēt oposumus, kuri izplata Prosopanche ģints augus, un ciršļiem līdzīgās tupajas (Tupaia ģints) vai Āzijas vāveres (Callosciurus ģints), kas piedalās Rafflesia (raflēziju) ģints augu izplatīšanā.

Parazitēšanas mehānisms

Sevišķi izšķirošs brīdis parazītiskā auga dzīves ciklā ir tā sākumposms, kad notiek parazītauga sēklas dīgšana. Problēma ir tajā, ka daudziem parazītiem sēklas ir mazas, līdz ar to tajās ir ļoti maz barības vielu rezervju, kā arī daudzos gadījumos mēdz būt tā, ka parazīta dīgstam tā augšanas sākumposmā nevar notikt autotrofa barošanās. Tad vēl – lai gan vairums parazītisko augu sēklu sāk dīgt, sastopoties ar atbilstošiem vides faktoriem: ūdeni, skābekli, gaismu un attiecīgu temperatūru, tomēr dažiem parazītiem (piemēram, Striga ģintij, Alectra ģintij un Orobanche (brūnkāšu) ģintij) svarīgi ir arī saimniekauga izdalītie dīgšanas faktori. Līdz ar to obligāts priekšnosacījums sekmīgai parazītiskā auga attīstībai ir tā sēklas atrašanās tuvu saimniekaugam.
Ļoti svarīga parazītisko augu adaptācija ir to spēja sajust saimniekauga sakņu klātbūtni. Parazītiskais augs sava saimnieka saknes var sajust divējādi – vai nu nonākot tiešā kontaktā ar tām, vai uztverot saimniekauga izdalītos specifiskos savienojumus. Piemēram, Striga ģints sēklas ir spējīgas sajust saimniekauga izdalīto seskviterpēnu (sauktu par strigolu) un laktonus. Šīs vielas darbojas kā parazīta sēklas dīgšanas ierosinātājas. Parazītiskais augs spēj uztvert ļoti niecīgas šo savienojumu koncentrācijas augsnē (pat pikomolus), savukārt, sajūtot šo vielu koncentrācijas gradientu, parazīts spēj precīzi noteikt saimniekauga atrašanās vietu. Tālāk parazītiskā auga dīgstam nepieciešams ķīmiskais signāls, kas ierosinātu haustorijas veidošanos. Savienojumus, kas izraisa haustoriju veidošanos, sauc par haustoriju inducējošajiem faktoriem (HIF) un tos var iedalīt 4 grupās: flavonoīdi, p-hidroksiskābes, hinoni un citokinīni. Piemēram, sugas Striga asiatica haustorija tiek ierosināta pateicoties tikai vienam hinonam – 2,6 dimetoksi-1,4-benzohinons jeb DMBQ. DMBQ ir plaši izplatīts augu sekundārais metabolīts, kas rodas lignīna biosintēzes un noārdīšanās procesā. Parasti augs šo savienojumu neizdala augsnē, tā tur nokļūst tikai tad, ja auga sakne ir ievainota. Šajā gadījumā DMBQ nonāk augsnē pateicoties tam, ka parazīts izstrādā šūnapvalkus noārdošu enzīmu – laktāzi. Kopumā fenola savienojumi (it īpaši hinoni) ir vieni no svarīgākajiem faktoriem, kas ierosina haustoriju veidošanos . Izveidojušos haustoriju parazīts pielieto, lai iespiestos saimnieka audos. Haustorija var iespiesties saimniekaugā, pateicoties jau daļēji enzimātiski noārdītajiem šūnapvalkiem, kā arī spiediena spēkam. Visbiežāk haustorija iespiežas starp saimniekauga šūnām (retāk – pašās šūnās) un savienojas ar saimnieka vadaudiem.
Lai tiktu nodrošināta ūdens un barības vielu plūsma caur haustorijām, parazītiskajā augā jābūt zemākam ūdens potenciālam nekā saimniekaugā. Daudzi parazītiskie augi to panāk ar atvārsnīšu palīdzību – naktī to atvārsnītes nav pilnībā aizvērtas, līdz ar to arī šajā diennakts laikā parazītiskā auga transpirācijas intensitāte tiek saglabāta augsta un tādējādi tiek nodrošināta ūdens un barības vielu plūsma no saimniekauga, kam naktī atvārsnītes ir aizvērtas, uz parazītu. Ūdens potenciāls parazītiskajā augā var būt pat par 1000 kPa mazāks nekā saimniekaugā, uz kura tas parazitē.
Tas, kādas barības vielas parazīts iegūst, ir atkarīgas no tā, pie kādiem saimniekauga vadaudiem tas ir piesaistījies – pie ksilēmas vai floēmas. Saimniekauga ksilēmā galvenokārt pieejams ūdens, minerālvielu joni, organiskās skābes un aminoskābes, savukārt floēmā – minerālvielu joni, aminoskābes un ogļhidrāti. Fakultatīvie hemiparazīti un primitīvie obligātie hemiparazīti barojas tikai no ksilēmas, bet progresīvie obligātie hemiparazīti un holoparazīti – gan no ksilēmas, gan floēmas.