Putnu olu čaumalu mikrostruktūras izmantošanas iespējas sugu noteikšanā
Saturs
 Pielikumi

1. pielikums
2. pielikums
3. pielikums
4. pielikums
5. pielikums
6. pielikums

Kopsavilkums

Lai noskaidrotu esošo situāciju pasaulē par izvēlēto tēmu, tika ievākta un analizēta literatūra par olu čaumalu mikrostuktūru, tās veidošanos un par olas un čaumalas uzbūvi kā tādu. Netika atrasta plaši aprakstīta literatūra par putnu olu čaumalu mikrostruktūras izmantošanas iespējām sugu noteikšanā. Atrastās patvaļīgās klasifikācijas par dažādu putnu sugu olu čaumalām neparāda atšķirības sugu līmenī, bet norāda uz atšķirībām starp putnu grupām. Arī par metodēm, kuras varētu izmantot turpmākiem pētījumiem, pilnīgu ziņu nav. Tādēļ metodes jācenšas radīt un pilnveidot izmēģinājumu ceļā pašiem. Protams, ir jātupina meklējumi par iespējām šīs jomas pētījumiem.
Pēc iegūtajiem rezultātiem var spriest par acīmredzamajām atšķirībām olu čaumalu mikrostruktūrā, kas norāda uz to, ka šādi var atšķirt putnu sugas. Apskatot olu čaumalu mikrostruktūru ainas mikroskopā, bija iespējams noteikt atšķirības un identificēt sugas – ceru ķauķa Acrocephalus schoenobaenus un grīšļu ķauķa Acrocephalus paludicola olu čaumalu mikrostruktūras ainas atšķīrās. Tādējādi ir izveidots pamats turpmākajiem pētījumiem.

Ievads

Putnu noteicējos bieži vien ir parādīts un aprakstīts, kā atšķirt dažādu sugu putnu olas pēc olu izskata un lieluma. Taču bieži vien nepietiek ar olu atpazīšanu pēc izskata un izmēriem. Daudzu putnu olas ir plankumainas un raibas, šie “zīmējumi” var variēt pat vienas sugas robežās. Tajā pat laikā dažādu sugu olas var būt līdzīgas. Tāpēc bieži vien ir problemātiski atšķirt dažādu sugu olas pēc tās ārējā izskata. Arī olas izmēri var pārklāties dažādām sugām.
Muzejos (piemēram, LU Zooloģijas muzejā) esošo olu kolekciju eksemplāru noteikšana dažkārt ir apšaubāma vai pat vispār nav zināma sugas piederība. Arī pēc ārējā izskata un izmēriem bieži nevar noteikt sugas. Tāpēc “aizdomīgo” olas piederība šajās kolekcijās tiek atstātas tā kā to nosaukuši ievācēji. Vairums olu šajās kolekcijās ir ievāktas pirms 50 gadiem, tādēļ olas mēdz būt izbalējušas, kas vēl vairāk apgrūtina sugu noteikšanu. Šāda parādība arī varētu izmainīt čaumalas struktūru, taču tādā gadījumā varētu veikt pārbaudi zināmas izcelsmes čaumalām un tad tās salīdzināt ar šaubīgajām.
Šis pētījums ir veikts, lai risinātu iepriekšminētās problēmas. Līdzīgu pētījumu par to, kā izmantot olas čaumalas mikrostruktūru sugu noteikšanā, nav atrasti, tāpēc tas apgrūtina metožu izstrādi, kā arī neļauj prognozēt iznākumu. Ir zināms tikai par dažādām mikrostruktūras (tai skaitā poru) klasifikācijām starp dažādām putnu grupām, taču par sugu un vēl jo vairāk par līdzīgu un radniecīgu sugu atšķirībām ziņu nav.
Darba mērķis: noskaidrot vai un kā var noteikt putnu sugas pēc to olu čaumalu mikrostruktūras.
Darba uzdevumi:
1. apzināt un apkopot literatūru, kas varētu palīdzēt pētījuma tapšanā un rosinātu izpratni par pētāmo tēmu;
2. pārbaudīt zināmās metodes, lai noskaidrotu sugu noteikšanas iespējas;
3. atrast un izstrādāt metodes turpmākiem pētījumiem, kas ļautu visefektīvāk noteikt atšķirības starp dažādu putnu sugu olu čaumalu mikrostruktūrām.

1. Literatūras apskats

Rāpuļi bija pirmie, kas izmantoja olas čaumalas, lai pasargātu olu no izžūšanas un nelabvēlīgajām mehāniskajām iedarbībām. Evolucionāri primitīvāk attīstīto dzīvnieku “olām” (ikriem u. tml.) bija nepieciešama ūdens vide, kas neļāva izmantot sauszemi, pēcnācēju nākšanai pasaulē. Rāpuļu “pēcnācēji” – lidotspējīgie putni ieņēma jaunas ekoloģiskās nišas un varēja dēt olas vietās, kur rāpuļiem tas nav iespējams (Anonymous 2004).

1.1. Putnu olas čaumalas ārējā uzbūve

Olas veidošanās norit putna mātītes dzemdē. Pēc olšūnas apaugļošanās olnīcā, tā atstāj olnīcu un dodas lejup pa olvadu. Olvadā ap izveidojušos zigotu pārklājas vairāki olvada sienu dziedzeru izdalīti apvalki (Naumovs, Kartašovs 1990), tai skaitā veidojas olas baltuma slānis. Čaumalas veidošanās sākās, tai gandrīz sasniedzot dzemdi. Dzemdē veidojas pati čaumala, kā arī tās pigmentācija. Pigmentāciju veido olas kustību veids pa dzemdi (Anonymous 2004).
Pēc čaumalas mikrostruktūras pētījumiem ir izveidota patvaļīga klasifikācija (Board 1982), kas pierāda olu čaumalu dažādību (sk. “Olas čaumalas mikrostruktūra”).
Putnu olas čaumala ir veidota tā, lai tā pasargātu olas iekšējo saturu no nelabvēlīgās ārējās vides iedarbības un mehāniskajām iedarbībām ar lielu spēku, kā arī, lai cālis varētu no tās izkļūt vajadzīgajā brīdī (Rowat 2002). Olas čaumalas bioloģiskā funkcija ir telpa putna embrija attīstībai ar nolūku no tās izkļūt, kad embrijs ir attīstījies (Dobiašova et al. 2004).
Ir pierādīts, ka liektas struktūras ir daudz izturīgākas par plakaniem veidojumiem, kas veidoti no viena un tā paša sastāva materiāliem. Balstoties uz olas formu un struktūru, cilvēks ir veidojis daudzus arhitektūras veidojumus (griestu kupoli, piem., Panteons Romā (27. g.p.m.ē.) un Hāgu Sofijas baznīca Stambulā (537. g.m.ē.)). Olas čaumala ir trausla, tomēr tā var izturēt lielu spiediena spēku (Dzene 2005). Ir praktiski neiespējams saspiest olu savās rokās, to turot galos (Rowat 2002).
Apskatot olas plīšanu, kura ir tikusi iniciēta no olas galotnes, tiek novērotas tās plīšanas sākuma vietas (Rowat 2002). Pētot vistas olas, katra ola sāka plīst dažādās vietās, tomēr beigu rezultāts bija aptuveni vienāds. Apskatot olu čaumalu atlikumus, ir labi saskatāmi meridiāni un paralēles, kā arī kupola veidošanās pamatprincipi – loku sērijas (meridiāni), kas veidojas ap vertikālo asi un sānu atbalsts no gredzeniem (paralēlēm) (Salvadori 1990 cit. pēc Rowat 2002, 2.attēls). Tas, ka katra ola sāk plīst dažādās vietās varētu arī liecināt par olu dažādo strukturējumu, tā parādot atšķirības olu veidošanās procesā. Šāda struktūras izveidošanās norāda uz vienmērīgu spēka sadalījumu uz olu (Rowat 2002), kas pierāda olas čaumalas unikālo izturību.

1.2. Čaumalas veidošanās

Olas čaumalas veidošanās ir pasaulē straujākā dabiskā mineralizācija (Dobiašova et al. 2004). Vidēji mātīte dēj vienu olu dienā. Čaumalas veidošanos nodrošina dzemdē esošie čaumalu veidojošie dziedzeri. Novērojumi par magnija izplatību čaumalā apstiprina, ka varētu būt atšķirības dažādu putnu grupu čaumalu dziedzeru sekretorajos produktos (Board, Love 1980 cit. pēc Board 1982, 1. pielikums), tātad arī dažādu putnu grupu (sugu) olu čaumalām varētu būt atšķirības.
Divu čaumalas membrānu veidošanos olvada sašaurinājumā var uzskatīt par pirmo soli čaumalas veidošanā, jo mammilārie kodoli uz čaumalas ārējās membrānas virsmas ir vietas, kur tiek ierosināta īstās čaumalas mineralizācija (Board, Sparks 1991, 2. pielikums). Mājas vistām Gallus gallus, saišķu veidošanās un serdes (kodolu) kalcifikācija norisinās olvada distālajā (4 cm) sašaurinājumā (Wyburn et al. 1973 cit. pēc Board 1982). Sākoties kalcifikācijai, kalcīts apaug ap čaumalas membrānu, kā rezultātā šķiedrās tiek iepīti kristāli, kas savieno saišķus un čaumalas membrānu. Kalcifikācijai turpinoties, veidojas aptuvena konisku veidojumu struktūra, kā vārdā ir arī nosaukta čaumalas iekšējā virsma – koniskais slānis (Board 1982). Nukleācijas vietu attālums (attālums starp mammilārajiem kodoliem) var ietekmēt čaumalas porainību (pūšļainumu) un izturību (Tullet 1987, Solomon 1987 cit. pēc Board, Sparks 1991), tāpēc varētu tikt novērotas atšķirības starp olu čaumalām.
Par mammilāro kodolu veidošanos un to, kā tie piedalās kristālu nukleācijā daudz kas nav zināms (Board, Sparks 1991), taču ir zināms, ka tie satur augstu siālskābes (3. attēls) līmeni (Cooke, Balch 1970 cit. pēc Board, Sparks 1991), kas viegli veido kompleksus ar kalciju. Adatveida kristāli ir pirmie, kas veidojas izplatoties no kodola centra, lai veidotu primārās lodītes (Tyler 1969 cit. pēc Board, Sparks 1991). Pēc tam, turpinoties kristalizācijai, veidojas sekundārās lodītes, līdz mijiedarbības rezultātā veidojas koniskais vai mammilārais slānis (Board, Sparks 1991).
Lielākā daļa čaumalas mineralizācijas norisinās čaumalas dziedzera “somā” 4,5 – 24 stundu laikā pēc ovulācijas (Board, Sparks 1991). Kalcifikācijai sākoties no olas galiem (par ko liecina arī biezāka čaumala olas galos (Rowat 2002)), izveidojušies konusi turpina pieaugt līdz tie „satiekas” (Fujii 1974 cit. pēc Board 1982), veidojot pamatu, kas palielina (veicina) kalcifikāciju un čaumalas dziedzeri sāk veidot palisādes jeb kolonnu (Tyler 1969 cit. pēc Board, Sparks 1991) slāni (Board 1982). Nosaukums „kolonnu slānis” varētu būt arī veidots no tā, ka šajā slānī ir daudz poru un šie „gabaliņi” starp porām atgādina kolonnas. Palisādes slānis galvenokārt (98%) ir veidots no kalcīta (Board, Sparks1991). Ārējā palisādes slāņa virsma var būt caurlaidīga visās vietās vai arī tikai daļā, ko nodrošina mazu sfēru (1 – 10 mm) starpslānis, kas pārsvarā var sastāvēt gan no organiskiem, gan organiskiem savienojumiem (Board 1991).
Virs palisādes slāņa var veidoties virsmas kristāliskais slānis un, tā saucamie, čaumalas palīgmateriāli („aksesuāri”) – „pārklājs” (cover) un īstā kutikula (Board, Sparks 1991). Šie veidojumi attīstās no mazo sfēru starpslāņiem (Tyler 1969b cit. pēc Board 1982).
Bords un Skots (Board, Scott 1980 cit. pēc Board, Sparks 1991) nonāca pie secinājuma, ka terminu „čaumalas palīgmateriāli” būtu jāattiecina uz visām struktūrām, kas atrodas uz virsmas kristāliskā slāņa. Normāli čaumalas palīgmateriāli pārklāj tās virsmu tā, ka poru kanālu atveres ir nosegtas vai pat aizbāztas (Board, Sparks 1991). Taču poras var būt arī vaļējas.
Mineralizācijas stadijas beigās, pēkšņi var skaidri parādīties norobežojums starp īsto čaumalu un čaumalas palīgmateriāliem (Board, Sparks 1991). Šādos gadījumos, iespējams, jonu koncentrācijas izmaiņas veido amorfu kalcija fosfāta pārklāšanos pār īsto čaumalu (Board 1982) (pieskaitāms pie čaumalas palīgmateriāliem). Flamingo Phoenicopterus ruber roseus un sullas Sulla bassana olu čaumalās amorfais kalcija fosfāts ir pārklāts ar vaterītu (viens no CaCO3 veidiem) (Tullet et al. cit. pēc Board, Sparks 1991), savukārt cekuldūkura Podiceps cristatus – ar šī paša fosfāta riekstu formas globulām (Board et al. cit. pēc Board, Sparks 1991). Arī šeit ir vērojamas atšķirības starp dažādu sugu olu čaumalām. Visām čaumalām, kur vaterīts tika konstatēts, tas tika atrasts sfēru (diametrs 0,2 – 6,3 mm) veidā (Board, Sparks1991). Viens no iemesliem, kāpēc CaCO3 tiek izmantots vaterīta veidā, varētu būt tā stabilitāte pret termiskajām iedarbībām. 80oC temperatūrā vaterīta kristāli ir stabilāki par kalcītu, kas neļauj šiem kristāliem pārveidoties (Board, Sparks1991). Vaterītu no pārkristalizācijas pasargā fosfora vai organiskās fāzes uzturētais hidrofobiskais slānis (Board, Sparks1991).

1.3. Olas čaumalas mikrostruktūra

1.3.1. Čaumalas uzbūve

Olas čaumalas galvenā sastāvdaļa ir uz organiskās matricas nogulsnējies kalcija karbonāts (CaCO3) kalcīta formā (Erben 1970 cit. pēc Board 1982). Organiskās matricas dēļ arī varētu sagaidīt atšķirības starp sugām. 92 – 95% čaumalas veido minētie kalcija karbonāta kristāli, pavisam nedaudz magnija karbonāta, kalcija un magnija fosfāti; atlikušos 3 – 5% veido organiskās vielas (Naumovs, Kartašovs 1990). Visām olu čaumalām izplatīta īpatnība ir koniskais slānis (Tyler, Fowler 1978 cit. pēc Board 1982, 3. pielikums). Visas čaumalas satur poras (Dzene 2005), kas veicina gāzu apmaiņu un ūdens iztvaikošanu (Ar, Rahn 1980 cit. pēc Board 1982).
Olu čaumalas atšķiras gan pēc biezuma, gan formas un cietības. Vienkāršākās porainās čaumalas ir divslāņainas, kas sastāv no blīva kristalīna koniskā un porainā palisādes slāņiem, kuri ir saplūduši kopā (Board 1982, 3. pielikums). Citas porainās čaumalas ir trīsslāņainas, tāpēc ārējā palisādes slāņa virsma ir veidota no salīdzinoši blīva kristalīna materiāla. Šādās olu čaumalās var būt sastopami nedaudzas vezikulas vai tīklveidīgs slānis (Board 1982). Dažādām putnu sugām palisādes slānis variē atkarībā no vezikulu, sfēru un gāzu pildītu poru sastāva (Board, Sparks 1991).
Olas čaumalas lielāko daļu veido palisādes slānis un to apņem koniskais slānis un virsmas kristāliskais slānis vai retikulāts. Lielu olu čaumalām ir biezs palisādes slānis un otrādi (Board 1982). Par to, no kāda veida kristāliem ir veidots palisādes slānis, vienota viedokļa nav. Daži uzskata (Schmidt 1962, Terepka 1963 cit. pēc Board, Sparks1991), ka palisādes reģions ir veidots no vienkāršo kristālu sērijām no mammilārajiem kodoliem (mammillae), savukārt citi (Perrott et al. 1980, Silyn–Roberts, Sharp 1986 cit. pēc Board, Sparks1991) domā, ka „kolonnas” ir veidotas no saliktiem kristāliem. Arī kristālu asu orientācija attiecībā pret čaumalas membrānām pēc dažādu autoru domām atšķiras. Terepaka (1963 cit. pēc Board, Sparks1991) uzskatīja, ka kalcīta kristālu c-asis bija normālas attiecībā pret čaumalas virsmu. Savukārt Cains un Heins (Cain, Heyn 1964 cit. pēc Board, Sparks1991) publicēja, ka c-asis ir novietotas 12o – 44o slīpumā. Taču iespējams Silins–Roberts un Šarps (Sylin–Roberts, Sharp 1986 cit. pēc Board, Sparks 1991) ir atraduši kompromisu. Viņi apgalvoja, ka gadījumā, ja kristālu nogulsnēšanās ir iniciēta no vienas vietas – mammilārajiem kodoliem (mammillae), kristāli aug visos virzienos, taču attālumam no nukleācijas vietām palielinoties, novērojama orientācijas pieaugšana Šāda nenoteiktība iespējams norāda uz pētījumiem, kas veikti dažādām olām un līdz ar to atšķirībām starp olu čaumalām. Turklāt iepriekšminētie pētījumi ir tik pretrunīgi, ka nav šaubu par acīmredzamām atšķirībām. Pastāv arī iespēja, ka šīs struktūras ir skatītas inkubācijas perioda dažādās stadijās, kas arī varētu izskaidrot atšķirības, kā arī, iespējams, pierādīt nepārprotamo čaumalas struktūras maiņu inkubācijas perioda laikā.
Iekšējā čaumalas virsma ir klāta ar iekšējo un ārējo čaumalas membrānām (Board, Sparks 1991). Abas čaumalas membrānas ir veidotas no anastomosējošām (anastomosing) šķiedrām, kuras satur proteīnskābju kodolu un polisaharīdu apvalku (Tranter et al. 1983 cit. pēc Board, Sparks 1991). Nobriedušās čaumalu membrānās, kodols un apvalks ir atdalīti ar proteīnus saturošu spraugu (Candlish 1972 cit. pēc Board, Sparks 1991). Informācija par membrānām ir iegūta sekojot ovipozīcijas stāvoklim (Board & Sparks 1991). Arī čaumalas ārējo virsmu var klāt organiska kutikula. Piemēram, šāda kutikula vistas olām, iespējams, ir veidojusies čaumalas dziedzeros kā graudaina viela (MacCallion 1953, Cooke, Balch 1970 cit. pēc Board, Sparks 1991). Savukārt ovipozīcijā šī kutikula atrodas gluma, spīdīga slāņa veidā, kurš acumirklī sastingst saskaroties ar atmosfēras gaisu (Board, Sparks 1991). Iespējams, šī sastāvdaļa dod spīdumu gludām, glancētām olu čaumalu virsmām.
Neorganisko čaumalu „caurstrāvo” organisks tīkls, kuram ir plaša ietekme čaumalas morfoloģijā, kaut gan tā saturs ir tikai 2 – 4% no čaumalas masas (Board, Sparks1991). Ir vērojamas atšķirības starp šo organisko „mikrotīklu” palisādes un koniskajā slānī (Simons, Wiertz 1963 cit. pēc Board, Sparks1991). Čaumalām ar lielāku organisko saturu ir novērota palielināta izturība (Petersen, Tyler 1967 cit. pēc Board, Sparks 1991).
Balstoties uz 150 putnu sugu olu čaumalu palisādes slāņa mikrostruktūras pētījumiem, Bords (Board 1982) izveidoja patvaļīgu klasifikāciju. Tika izveidotas divas galvenās čaumalu kategorijas, no kurām viena iedalīta sīkāk divās apakškategorijās:
1. cietas, trauslas čaumalas. Palisādes slānis tiek raksturots pēc tā blīvās kristāliskās struktūras un relatīvi mazā dobumu sfēru (vezikulu) skaita:
1.1. ārējā palisādes slāņa virsma ir saistīta ar blīvo kristalīna materiālu, kurā ir vairāk daudz mazu vezikulu nekā pārējā palisādes slānī;
1.2. arējā palisādes slāņa virsma ar neregulāro kristālu saitēm veido starptelpu, kas veido kambaru labirintu ap čaumalu;
2. parastos apstākļos izturīgas un elastīgas čaumalas. Palisādes slānis satur lielu vezikulu skaitu.
Šāda klasifikācija neparāda iespējas putnu sugu identificēšanā, raksturojot tikai palisādes slāņu mikrostruktūras.

1.3.2. Poras

Olu čaumalas satur daudz poru, piemēram, vistas čaumalā ir 7000 – 17000 poru (Dzene 2005).
Ir noskaidrots, ka neregulārs mammilāro kodolu izvietojums ir poru veidošanās priekšnoteikums (Tullett 1975; Tullet, Board 1977 cit. pēc Board 1982). Čaumalas biezumu un poru blīvumu sākotnēji ietekmēs šķiedru veidojošo šūnu izvietojums olvadā, jo, iespējams, ka šķiedru kopums ir mamilāro kodolu izplatīšanās determinanti. Poru kanālu veidotāju palisādes slānī sauc arī par “trekno šķidrumu” (“plumpling fluid”) (Tyler, Simkiss 1959 cit. pēc Board 1982). Arī no „treknā šķidruma” absorbcijas olas baltumā būs atkarīgs patiesais šķiedru sakopojumu attālums (Tullet 1978 cit. pēc Board 1982). Šī absorbcija izstiepj membrānu. „Treknais šķidrums”, plūstot uz iekšu caur konusu spraugām nodrošina to, ka poras netiek nosprostotas ar kristālisko augšanu. Atvērtu kanālu stāvokli nodrošina arī difūzija caur porām vai kalcifikācijas inhibēšana ar joniem (ūdens statiskajā kolonnā). Šis mehānisms varētu tikt izmantots arī retikulāta slāņa veidošanai (Board 1982).
Lai arī kā iepriekšminētie mehānismi nodrošinātu kanālu veidošanos, vairumam čaumalu ir taisnas pasta taures caurulītes forma (Tyler 1964, 1965, 1966, 1969a cit. pēc Board 1982). Biezās olu čaumalās poru kanāls sadalās vai plaši zarojas, piemēram, nelidojošiem putniem (strausi, nandu u.c.) (Tyler, Simkiss 1959, Tyler, Fowler 1979 cit. pēc Board 1982). Retikulāta slāni saturošajās čaumalās poru kanāli beidzas šī starpslāņa apakšējā stūrī; kanālu atveres spīdums (lumen) novērš starpu veidošanos šajā slānī (Board 1982).
Poru kanālu ārējā atvere čaumalās, kurās šie kanāli šķērso esošā palisādes slāņa platumu, var būt: atvērta; aizbāzta ar organiskajiem materiāliem, piemēram, tinamiem (Tinamiidae), jakānām (Jacaniidae) (Board, Perrott 1979b cit. pēc Board 1982) un kivi Apteryx sp.; nosprostotas ar amorfiem materiāliem vai pārklātas ar sfēru starpslāņiem. Kā jau iepriekš tika minēts (sk. čaumalas veidošanās), čaumalas palīgmateriāli parasti pārklāj čaumalas ārējo virsmu (Board, Sparks 1991). Lielkājvistu (Megapodiidae) olu čaumalas satur čaumalas palīgmateriālus, kas aizpilda ārējo poru kanālu atveri, piemēram, lielkājvistas Leipoa ocellata gadījumā tās ir aizpildītas ar bagātīgu kalcija materiālu. Stārķu (Ciconiidae), kazuāru (Casuariidae), emu (Dromaiidae) (Board, Tullet 1975, Board et al. 1977, Mikhailov 1987 cit. pēc Board, Sparks 1991) un dažu piekūnveidīgo (Falconiformes) (Tyler 1966 cit. pēc Board, Sparks 1991) poru kanāli šķērso tikai daļu čaumalas. Poru spīdums (lumen) ieiet kambaru burbulī čaumalas ārējā daļā, kas iziet čaumalas ārpusē caur ar poru nesaistītu atveri (Board, Sparks 1991).
Plānu čaumalu raksturīga iezīme ir poras, kas veidojušās vienkāršajās spraugās koniskajā slānī un paliek kā vienkārša caurule. Tā tas notiek, kamēr notiek vēdināšana uz virsmas kristāliskā slāņa ārējās virsmas vai tīklveida sistēmā (sk. iepriekš) (Board, Sparks 1991). Biezākās čaumalās parasta parādība ir poru zarošanās (Tyler 1969 cit. pēc Board, Sparks 1991). Strausa olas čaumalai ir īpatnēja plaša poru kanālu zarošanās (Tyler, Simkiss 1959, Saucer 1972, Mikhailov 1986 cit. pēc Board, Sparks 1991) – kanālu loki, saturot kopīgu izcelsmi koniskajā slānī, iziet apaļas apakštasītes formas ieplakās čaumalas ārējā virsmā. Tāpēc ir arī ļoti viegli redzēt poru atveres ar neapbruņotu aci.
Pēc poru uzbūves var izveidot vairākas klasifikācijas – pēc poru radiālās struktūras, poru ārējās atveres stāvokļa un poru sistēmas pēc to monofilētiskās piederības (zarošanās). Par to, kādas mēdz būt poru ārējās atveres ir aprakstīts iepriekš. Šai patvaļīgajai klasifikācijai (Board 1980, Board et al. 1977 cit. pēc Board 1982) par pamatu ir ņemti 150 putnu sugu olu čaumalu paraugi, kas tomēr neizlīdzina filoģenētiskās analīzes. Cita (jaunāka) pieņemtā klasifikācija, kas balstīta uz poru radiālo konfigurāciju ir veidota no novērojumiem ar skanējošo mikroskopu gandrīz 200 putnu sugu olu čaumalām (Board, et al. 1977 cit. pēc Board, Sparks 1991; Board 1982). Šī ir līdzīga iepriekšējai, taču nedaudz vienkāršota, tādēļ nav problēmu, izmantojot iepriekšējo klasifikāciju, pāriet uz šo. Pēc šīs klasifikācijas olu čaumalu poras, kas iziet pasta taures formā, var būt atvērtas, bet tikpat labi arī aiztaisītas, pārklātas, aiztaisītas un pārklātas, kā arī klātas ar retikulātu (Board et al. 1977 cit. pēc Board, Sparks 1991, 4. pielikums). Izperētās olās poras ir klātas ar sanesu iežiem, kas iespējams radušies no ligzdas materiāla (Silyn – Roberts 1983 cit. pēc Board, Sparks 1991). Tādēļ segto poru klasifikācijas ticamība ir apšaubāma (Board, Sparks 1991). Tomēr augstais dzelzs (protoporphyrin-IX) saturs (Board, Perrott 1979b cit. pēc Board, Sparks 1991) pierāda, ka tam drīzāk ir olvada nevis ligzdas materiāla izcelšanās, neskatoties uz to, ka “aizbāžņi” tinami olās ir amorfi.
Klasifikācija pēc monofilētiskās piederības veidojās kompleksi no poru zarošanās un to pārklājuma. Apskatot kādas čaumalu poras ir satopamas dažādos kontinentos dzīvojošiem putniem, kā arī ievērojot kontinentu nodalīšanās laikus (Board 1982, 6.pielikums) varam izdarīt secinājumus par to, ka var izdalīt primāri taisnas un zarotas formas poras, kā arī sekundāri taisnas un zarotas poras. Piemēram, no primāri taisnas olas porām (Dienvidamerikā) ir netieši attīstījušās strausa sekundāri plaši zarotās poras (Āfrika) (kā jau iepriekš tika minēts, šāda parādība ir novērojama pateicoties tā olas čaumalas salīdzinoši lielajam biezumam). Taču no nandu Rhea sp. primāri divzaraini zarotajām porām (Dienvidamerika) redzama attīstība uz kazuāru un emu primāri divzaroti zarotajām olu porām, kuras ir pārklātas vai segtas ar retikulātu, un kivi sekundāri taisnām, nezarotām porām, kuras nav segtas.

Perēšanas laikā olas čaumalas struktūra var izmainīties. Šādas izmaiņas virsmas ārējā struktūrā var ietekmēt ligzdas fiziskā uzbūve, kā arī vecāku perēšanas dzīves veids. Līdz ar cālēna izšķilšanās laika tuvošanos, olas čaumala varētu palikt mīkstāka un trauslāka, lai cālēnam būtu vieglāk izkļūt no tās. Šāds stāvoklis veidojas arī tāpēc, ka daļa no čaumalas kalcija tiek izmantota cālēna skeleta veidošanā (Naumovs, Kartašovs 1990).
Tā kā visi embriji ir atkarīgi no čaumalas ar kalcija un magnija joniem, šo elementu uzsūkšanās maina olu čaumalu iekšējās virsmas morfoloģiju. Īpaši tas ir novērojams inkubācijas pēdējās stadijās (Doskocil et al. 1985 cit. pēc Board, Sparks 1991). Putnu čaumalu smalko struktūru novērojumi inkubācijas laikā parādīja, ka mājas vistas un Japānas paipalas Coturnix c. japonica olām pirmās izmaiņas tika konstatētas inkubācijas perioda otrās trešdaļas beigās. Inkubācijas laika pēdējās piektdaļas sakumā konusā tika atklāti lieli centrāli dobumi (ieplakas) (Bond, et al. 1988a cit. pēc Board, Sparks 1991). Ligzdguļu putnu sugu olu čaumalās veidojošās izmaiņas bija mazāk pamanāmas nekā ligzdbēgļu, kuriem vajadzētu būt ierobežotām Ca2+ un Mg2+ koncentrācijām (Board, Sparks 1991). Šo divu elementu uzsūkšanās konusu galos ir ierobežota. Taču šī iemesla dēļ, inkubācijas laikā, čaumalas porainība nepieaug. Turklāt tas neietekmē čaumalas izturību (Bond et al. 1988a cit. pēc Board, Sparks 1991).

2. Materiāli un metodes

Kaut gan V. Roze (Lipsbergs, Roze 2001) ir aprakstījis, ka ir iespējams atšķirt zivju gārņa Ardea cinerea un lielā baltā gārņa Egretta alba olu čaumalas pēc to olu čaumalu struktūras, informācijas par to kā tas tika veikts nav. „Zivju gārņa olas čaumalai raksturīga rupja čaumalas struktūra, bet lielajam baltajam gārnim tā ir ļoti atšķirīga – izteikti smalka (Lipsbergs, Roze 2001: 51.lpp).”

2.1.  Izmantotā metode

Datu iegūšanai tika izmantotas olu čaumalas no divām savstarpēji radniecīgām sugām – ceru ķauķis Acrocephalus schoenobaenus un grīšļu ķauķis Acrocephalus paludicola. Svarīgi ir tas, ka grīšļu ķauķis ir pasaulē apdraudēta suga. Šis putns ir ierakstīts arī Latvijas Sarkanajā grāmatā. Šī putna ola atrodas LU Zooloģijas muzejā, kuru ievācis J. Zaikovs 1923. gadā Rīgas apriņķī. Grīšļu ķauķis ir ierakstīta starptautiski aizsargājama sugu sarakstā – gan Eiropā, gan pasaulē tā ir atzīmēta kā īpaši ievainojama (vulnerable) – kategorija SPEC 1 (BirdLife International 2004). Tā ir iekļauta arī Latvijas Sarkanajā grāmatā 1. kategorijā. Vienīgā pašreizējā zināmā atradne Latvijā atrodas pie Papes ezera (Autoru kolektīvs 2000). Taču daudzi neatzīst šīs olas piederību. Tāpēc tika izmantota metode, kas varētu pierādīt olas piederību kādai no sugām.
Tika izmantotas trīs olas, no kurām viena bija ceru ķauķa ola no V.Rozes kolekcijas (ola ievākta Latvijā). Otra ola – skaidri zināma grīšļu ķauķa ola, kas nākusi no aviārija Vācijā, kuru uztur Karls Šulcehāgens (Karl Schulce-Hagen). Trešā ola bija abšaubāmā grīšļu ķauķa ola no LU Zooloģijas muzejā. No visu olu čaumalām tika pagatavoti preparāti ūdens pilienā mikroskopiskai apskatei. Preparāti tika gatavoti paņemot no katras olas čaumalas pa gabaliņam ar adatas galu un pēc tam sadrupināti uz priekšmetstikliņa, uzliekot segstikliņu. Šie preparāti tika apskatīti mikroskopā 10x40 lielā palielinājumā. Vispirms tika apskatītas divu skaidri zināmo olu preparāti, un pēc tam trešais preparāts ar neskaidro izcelsmi.

2.2.  Metodes turpmākajiem pētījumiem

2.2.1. Pamatmetode

Lai iegūtu salīdzinoši ticamus rezultātus, nepieciešams pietiekošs skaits paraugu, kas neļautu radušajām kļūdām būtiski ietekmēt pētījuma rezultātus. Ar šīs metodes palīdzību varētu pārbaudīt iespējamās sugu noteikšanas iespējas 10 putnu sugām – piecām zīlīšu Parus sugām un piecām citām putnu sugām (mušķērāju Ficedula, ķauķu Acrocephalus). No katras sugas tiktu ņemti 10 paraugi, salīdzināšanai ar citām sugām. Tātad būtu jāapskata 100 paraugi. Būtu jāņem olas dažādās attīstības stadijās, jo inkubācijas perioda laikā čaumalas struktūra var mainīties. Iegūtie rezultāti attēlu veidā, tiktu sakārtoti tabulā, kur katrā kolonnā vai rindā būtu pa vienai sugai. Šādi sakārtotus rezultātus būtu salīdzinoši viegli salīdzināt un noteikt pazīmes, pēc kurām ir noteiktas atšķirības. Preparātu apskatīšana notiktu līdzīgi iepriekš aprakstītajai metodei – ar mikroskopa palīdzību. Ja iegūto attēlu foto uzņēmumos būtu iespējams saskatīt skaidras struktūras un atšķirības, tad tos droši varētu izmantot datu apstrādē. Ja tas nebūtu iespējams, varētu izmantot zīmējumus, kas attēlotu iegūtās ainas mikroskopā.

2.2.2. Citas metodes

Lai iegūtu labākus rezultātus un skaidrākus attēlus, kā arī, lai varētu smalkāk izpētīt čaumalu un tās slāņus, varētu izmantot elektronu mikroskopu. Taču pieeja pie šāda mikroskopa ir ierobežota, kā arī, lai strādātu ar šādu iekārtu jābūt iemaņām. Taču turpmākos perspektīvos pētījumos to varētu izmantot.
Tā kā olas čaumalas ķīmiskais sastāvs dažādām čaumalām ir mainīgs, ir iespējams arī vienkārši noteikt dažādu ķīmisko elementu daudzumu olu čaumalās. Šādas metodes pielietojums varētu būt ne visai efektīvs, jo lielu kļūdu varētu dot ķīmiskā sastāva maiņa čaumalai mainoties inkubācijas perioda laikā.
Pastāv varbūtība, ka ir tādi līdzekļi (skābes vai citas vielas), kas varētu izmainīt čaumalas ārējo izskatu tā, ka atklātos skaidri saredzami kristāli (kalcīta u. tml.) vai citi veidojumi, tos apskatot mikroskopā.

3. Rezultāti un diskusija

Novērotājs, kuram nebija zināma preparātu izcelsme, apšaubāmās olas preparātu pēc tā mikroskopiskās ainas noteica identisku zināmajam grīšļu ķauķa olas preparātam. Ceru ķauķa preparāts tika atzīts par pavisam citādu.

a)                b)  
Autora zīmējumi.
4. attēls. Aptuvenā aina pēc preparātu apskates mikroskopā. a) Usnea sp. ķērpjiem līdzīga aina; b) krevu ķērpjiem līdzīgā aina.
Figure 4. Approximate scene after examination of preparation in microscope. a) a scene similar to the lichen of Usnea sp.; b) scene similar to lichen of crest (krevu).

Iespējams krevu ķērpjiem līdzīgā aina ir izskaidrojama ar lielo vezikulu skaitu palisādes slānī. Tātad šiem pūslīšiem ir jābūt pietiekami lieliem, lai tos skaidri varētu saskatīt. Savukārt Usnea sp. ķērpjiem līdzīgā aina varētu norādīt uz ne īpaši lielu noteiktību čaumalas veidošanā un daudzām smalkām struktūrām. Šīs smalkās struktūras varētu arī būt organiskās šķiedras, kas kā smalks tīkls caurvij čaumalas neorganisko daļu.
Par attēlos vērojamo struktūru izcelsmi ir grūti spriest, jo netika veikta plašāka izpēte, kas ļautu spriest par to piederību. Arī šie paši novērojumi nav uzskatāmi par objektīviem, jo tika salīdzinātas atšķirības tikai starp trim paraugiem. Lai varētu iegūt daudzmaz ticamus rezultātus, vajadzētu apskatīt vismaz desmit paraugus no katras sugas. Šāda nepieciešamība rodas, jo arī dažādām vienas sugas mātītes izdētajām olām varētu būt atšķirības.
Iespējams, ka čaumalas veidošanos nosaka arī putnu barošanas apstākļi nebrīvē – aviārijā, no kurienes nāca grīšļu ķauķa ola. Taču šīm izmaiņām nevajadzētu tik krasi ietekmēt čaumalu, jo brīvā dabā šo putnu barības bāzes ļoti krasi neatšķiras.
Šādi rezultāti ļauj spriest par izmantojamās metodes efektivitāti, taču, lai novērotu šādas atšķirības, cilvēkam jābūt pieredzei, strādājot ar šādām lietām. Cilvēkam bez iemaņām ir ļoti sarežģīti vai pat neiespējami saskatīt atšķirības starp ļoti smalkām struktūrām mikroskopā.
Apskatot dažādu putnu sugu (mušķērāja un zīlītes) olu čaumalas virsmas binokulārā, varēja saskatīt atšķirības, taču nebija iespējams konkrēti aprakstīt šo atšķirību cēloņus un tos klasificēt. Iespējams, šādu efektu deva arī olu krāsu atšķirības, tomēr skaidri varēja saskatīt virsmas nelīdzenumu atšķirības.

4. Secinājumi

1. Pasaulē ir izveidotas vairākas patvaļīgas olu čaumalu struktūru klasifikācijas, kas norāda uz atšķirībām olu čaumalās dažādām putnu grupām. Taču neviena no klasifikācijām neparāda pilnībā atšķirības sugu līmenī (sugas ir minētas tikai kā piemēri).
2. Esošā literatūra nesniedz pilnīgu priekšstatu par metodēm, kuras varētu izmantot turpmākos pētījumos.
3. Metodes izmēģinājumu ceļā jācenšas radīt pašiem, kā arī turpināt meklējumus.
4. Pēc iegūtajiem rezultātiem var spriest par acīmredzamajām atšķirībām olu čaumalu mikrostruktūrā, kas norādu uz to, ka šādi var atšķirt putnu sugas.
5. Ir izveidots pamats turpmākajiem pētījumiem šajā jomā.

5. Pateicības

Izsaku pateicību savam kursa darba vadītājam Oskaram Keišam.
Valdim Rozem par ideju un materiālu pirmajam ieskatam rezultātu tapšanā.
Dainai Rozei par preparātu apskati.
Aivaram Petriņam par atļauju izmantot LU Zooloģijas muzeja olu kolekciju eksperimentu veikšanā.
Karlam Šulce-Hāgenam par grīšļa ķauķa olu no Vācijas aviārija.
Uldim Kondratovičam par tehnisko palīdzību LU Augu fizioloģijas katedrā.
Madarai Briedei par morālo atbalstu.
Ģirtam Zīlem par atļauju izmantot datoru.
Kristapam Vilkam un Dagmārai Čakstiņai par padomiem un tehnisko atbalstu (tai skaitā pārnēsājamo diskešu iekārtu ar USB ieeju).

6. Literatūras saraksts