Содержание
Лишайник: жизнь, смерть, рабство, еда
Они везде
Каждый из нас сталкивался с лишайниками. Они растут повсюду, занимая до 8% поверхности планеты (это больше территории России). Некоторые живут в горах Антарктиды, стойко перенося зимние вьюги и 60-градусный мороз. Другие сплошным ковром покрывают пустыни, где выпадает меньше 100 мм осадков в год, а на камнях можно жарить яичницу.
Они есть в лесу, в тундре, на токсичных свалках и даже у нас дома. Все, что им нужно: свет, немножко воды и поверхность, на которой можно закрепиться. В арсенале лишайников широкий ассортимент кислот, позволяющий им с равным успехом разъедать камень, железо и резину. Они растут медленно, но верно: в среднем на 2-3 мм в год.
Особенно много лишайников в нашей стране.
— В России лишайники составляют огромную долю биоразнообразия, хотя люди зачастую не понимают этого, — говорит американский биолог Тоби Сприбилл. В 2016 году он опубликовал в Science статью, перевернувшую традиционные представления о лишайниках.
— В более низких широтах, к примеру в тропиках, обитают тысячи видов птиц, насекомых, деревьев… Но в холодном климате эти группы малочисленны, поскольку лишь немногие виды переносят подобные температуры. Например, лишайники. Они составляют большую часть биоразнообразия тундры и тайги и могут многое рассказать как о состоянии окружающей среды, так и о грядущих глобальных изменениях.
Союз нерушимый
Если кому-то придет в голову поставить памятник дружбе и сотрудничеству, его стоит изваять в виде лишайника. Четыреста с лишним миллионов лет продолжается этот союз представителей разных царств живой природы.
Глядя на лишайник, растущий в лесу, можно подумать, что перед нами какой-то самостоятельный вид вроде мха. На самом же деле это несколько совершенно непохожих друг на друга организмов: гриб и водоросль; гриб и цианобактерия; в совсем уж запущенных случаях — все трое плюс пара бактерий по соседству.
Разумеется, пришли к такой модели не сразу. На лишайники обратили внимание еще в Античности.
Первым был Теофраст, ученик Аристотеля. Он описал два вида и отметил, что один из них используется в качестве красителя. Теофраст полагал, что лишайники — растения, хотя и очень странные, что-то вроде наземных водорослей. Эта концепция продержалась две тысячи лет и была поставлена под сомнение только в середине XIX века, с развитием микроскопии и практики экспериментов.
В 1827 году немецкий ботаник Карл Валльрот заметил, что в лишайниках встречаются как клетки, напоминающие водорослевые, так и совершенно непохожие на те, что должны быть у представителя царства растений. А в 1852 году французский миколог Луи Рене Тюлан обнаружил у них половые органы, свойственные грибам. Спустя 14 лет немецкий микробиолог Антон де Бари выяснил, что некоторые лишайники содержат структуры, напоминающие водоросль Nostocae, пронизанную гифами — нитями, из которых состоят грибы. Он же ввел термин «симбиоз» для описания таких структур.
В 1867 году российские биологи Андрей Фаминцын и Осип Баранецкий установили, что зеленые клетки лишайников — это одноклеточные водоросли, способные жить самостоятельно.
Наконец, в том же 1867-м швейцарский ботаник Симон Швенденер сделал предположение о двойственной природе всех лишайников.
Споры вокруг смелой гипотезы были жаркими. Появилось даже слово «альголихеноманы» (от лат. alga — водоросль; греч. λειχήν — лишайник; греч. μανία — страсть, безумие, влечение). В общем — маньяки, которые считают, что в лишайнике есть и водоросли, и грибы. Так лихенологи старой школы обзывали сторонников симбиотической теории.
Выяснить, кто прав, помог бы эксперимент: нужно было разделить лишайник на чистые культуры гриба и водоросли, а потом собрать обратно. Но сделать это никак не получалось: практически все опыты проваливались, а редкие успехи не удавалось воспроизвести. Спор тянулся долго и закончился лишь к началу ХХ века, когда лихенологи старой школы в большинстве своем умерли и сторонникам симбиотической теории была засчитана техническая победа.
Неравное сожительство
Полученная в итоге модель выглядит так. Большая часть тела лишайника — это гриб.
Водоросли живут только в верхних слоях и синтезируют для всего организма пищу: спирты или сахара. Гриб взамен снабжает водоросль водой по специальным трубочкам, защищает и вообще создает «тепличные условия».
Выглядит идиллически, но не все так просто. Например, каждый компонент лишайника размножается и прорастает отдельно. Но вот гриб, как правило, без водоросли не выживет и в лаборатории. Водоросль же, за парой исключений, уцелеет даже в дикой природе. Не в том аду, где жил бы полноценный лишайник, конечно, но в почве, в лужах, на коре деревьев — вполне.
Кстати, сами по себе водоросли не стали бы производить вещества, которыми кормится гриб в лишайнике. Грибы химически заставляют их это делать. А при ухудшении условий и вовсе убивают и съедают клетки водорослей, высасывая их через те же трубочки, через которые поили водой. При этом пожирание водорослей можно оправдать: они быстро восстановят численность, а значит, лишайник в целом переживет трудный период. В общем, это сложные и неоднозначные отношения с легким рабовладельческим уклоном.
Иногда, впрочем, что в подчиненной роли выступают и сами грибы. Так, в недавней работе биологов из МГУ им. М.В. Ломоносова описаны растения, неспособные к фотосинтезу и получающие все необходимое от грибов, которые они содержат почти так же, как грибы в лишайниках — водоросли.
Но в нашем случае гриб — главный. Поэтому биологи выделяют две основные группы: асколишайники, образованные грибами-аскомицетами, и базидиолишайники, сформированные базидиомицетами. Казалось, что наука окончательно разобралась с устройством мира лишайников. Но не тут-то было!
В 2009 году группа исследователей из Хельсинского университета под руководством Саары Велмалы провела сравнительный анализ двух лишайников из рода Bryoria. Один из них, B. tortuosa, — яркий, желтоватый и содержит много ядовитой вульпиновой кислоты: с его помощью раньше травили волков и лисиц. Второй, B. fremontii, — коричневый, съедобный и кислоты содержит мало. Из него готовят целый ряд блюд в Северной Америке. К обоим лишайникам ученые применили молекулярные методы и сравнили ДНК грибного компонента.
Оказалось, что они идентичны, а значит, никаких двух видов нет. В 2014 году та же группа проверила водоросли, содержащиеся в обоих лишайниках. И снова обнаружила полное совпадение. Ситуация, когда один и тот же вид съедобен и смертельно ядовит, явно противоречит здравому смыслу. Что-то здесь не так.
Сообразим на троих?
В июле 2016 года в журнале Science вышла статья американского биолога Тоби Сприбилла. Он вырос в Монтане (США) в бедной семье, которая жила в трейлерном парке. Вокруг были леса, а школы не было. Тоби сам читал книги, гулял по лесу и мечтал стать ученым-естествоиспытателем. В 19 лет он устроился на работу в лесничество. Через несколько лет накопил денег и уехал учиться в Геттингенский университет (Германия), руководство которого согласилось закрыть глаза на отсутствие сертификата о школьном образовании. Потом была аспирантура Грацского университета и возвращение домой (в 2011 году), но уже не в трейлерный парк, конечно, а в Университет Монтаны. Сприбилл наконец получил возможность изучать природу, которая вдохновила его.
В 2015-м Тоби заинтересовался лишайниками Briorya и решил установить, чем вызваны различия в концентрации кислоты. Вместе с коллегами он принялся искать гены, ответственные за ее производство. По идее, они должны были быть активны у B. tortuosa и выключены у B. fremontii. Однако анализ ничего не дал. Это было очень странно. Кислота есть, но ее никто не производит — как такое может быть? Ученые раскинули сети шире и стали искать источник ядовитой кислоты по всему царству грибов. И тут же нашли четкие сигналы. Их источником оказались грибы-базидиомицеты — группа, родственная Briorya примерно настолько же, насколько мы родственны медузам.
Сначала все решили, что это случайность — нечто, занесенное в ходе эксперимента. Такое в молекулярной биологии случается нередко. Нашли исследователи, к примеру, в утконосе гены герани, кашалота или человека, тихо выругались — и начали все заново. Однако сигналы обнаруживались в каждом опыте. Более того, они оказались четко связаны не только с общим количеством кислоты, но и с ее распределением по разным частям лишайника.
Оставалось предположить, что кислоту и правда синтезирует дополнительный гриб. Сприбилл понял, что напал на след. Группа проанализировала всю коллекцию лишайников, набранную им за годы научной карьеры: около 45 тысяч образцов со всего мира. Чужеродные базидиомицетные гены снова нашлись! Причем сразу в 52 разных родах с шести континентов. Получалось, что множество видов лишайников из хорошо изученных семейств содержат дополнительный компонент, которой не могли найти с XIX века. На протяжении 150 лет поколения исследователей смотрели на гриб и не видели его!
Тоби с коллегами приготовили препараты лишайников, в которых гарантированно присутствовали базидиомицеты, засели за микроскопы и… Ничего не нашли. Совсем. Ни в одной из серий наблюдений. В переплетениях гиф аскомицетов зеленели водоросли и не было ничего больше. Лишь после того как исследователи придумали метод сортировки клеток по РНК, стало ясно, в чем дело. Оказалось, что базидиомицеты в этих лишайниках одноклеточные. При этом располагаются они в верхнем слое тела лишайника, почти на поверхности.
И тот, кто смотрит на препарат, видит множество одинаковых кружочков — поперечных срезов гиф аскомицета. Их нельзя отличить друг от друга на глаз, их нельзя адресно окрасить классическими методами. Это тот самый случай, когда дьявол кроется в деталях.
Работа, проделанная группой Сприбилла, вызывает восхищение у специалистов по всему миру. Некоторые уже окрестили ее важнейшей вехой в лихенологии со времен открытия двойственной природы лишайников. Удастся ли в ближайшее время закрыть спор XIX века, воспроизведя полноценный лишайник в лаборатории? Достаточно ли для этого добавить третий компонент? Ожидает ли нас рождение новой ветви биохимической промышленности, использующей лишайники, ранее нерентабельные из-за медленного роста?
Совершенно точно можно сказать, что мы стали лучше понимать лишайники, и так же точно — что нам придется переписать их систематику. Об экономическом значении открытия сейчас сложно сказать что-то конкретное — новые эксперименты по ресинтезу еще не поставлены.
Но мы определенно стали ближе и к лишайниковым лекарствам, и к лишайниковой еде.
Для чего нужны лишайники
Еда для человека — употребление лишайников в пищу не ограничено B. fremontii. В Исландии принято печь хлеб с добавлением Cetraria islandica, а в Японии с удовольствием едят Umbilicaria esculenta.
Корм для животных — пожалуй, самые известные лишайники — ягель (Cladonia) и исландский мох (Cetraria islandica) — широко распространены в тундре. Это основная пища северных оленей. Без них разведение этих животных было бы невозможно.
Лекарство — лишайники используются в медицине с древнейших времен. Изначально их применяли, исходя из принципа подобия: похожий на легкие лишайник должен лечить от легочных болезней. Позже люди заметили, что лишайники обладают антимикробным действием. Начиная с середины XX века выделенные из лишайников вещества стали активно применять в фармакологии для лечения заболеваний кожи, легких, сердца. Некоторые из них интересны для исследований в области онкологии.
Парфюмерия — широко известен резиноид — продукт переработки дубового мха (Mousse de chene), который можно применять и как ароматизатор, и как фиксатор запаха.
Лишайники — природная сигнализация | Газета «День»
Они способны выжить там, где не сможет существовать никакое другое живое растение
Людмила Ступчук
11 октября, 2018 — 17:48
Многие из нас, увидев лишайники, часто путают их с мхом. Они кажутся такими похожими. Но с точки зрения науки — лишайники не принадлежат к этому виду. Правда, и сами ученые раньше относили лишайники к низшим примитивным растениям, но после того как открыли принцип устройства их организма, отношение к лишайникам изменилось. Их выделили в отдельный вид, хотя до сих пор считают, что у них еще достаточно много тайн. «Лишайники — это симбиоз гриба и водоросли, — рассказывает биолог Мария САВЧУК. — Гриб образует основу тела лишайника, а клетки водоросли содержатся внутри.
Вообще подвидов лишайников насчитывают свыше двадцати тысяч. На стволах и ветвях деревьев, камнях и скалах, иногда и на почве можно увидеть желтые, серые, коричневые, белые и черные образования. Одни напоминают корки и наросты, другие — ломкие листочки или кусты».
МАННА НЕБЕСНАЯ — СЪЕДОБНЫЙ ЛИШАЙНИК
Кстати, известный библейский рассказ о манне небесной — это как раз о съедобных лишайниках, считают исследователи. Вы же помните историю о людях, путешествующих в пустыни и замученных голодом? Они увидели на земле множество крупинок и начали их есть. Это позволило путникам возобновить силы и продолжить путь. В наше время ученые делают предположение о том, что этими крупинками были именно съедобные лишайники. Лишайниковую манну до сих пор употребляют в пищу жители пустынных районов Среднего Востока, а в Японии считают деликатесом лишайник умбиликария съедобная, — сообщают зарубежные информационные источники.
Интересно, что лишайники могут размножаться разными способами.
Оторвавшись от целого, кусочки лишайника разносятся по миру, с помощью животных или ветра. И там, куда частица растения попадет, вырастает еще один лишайник. Кроме того, что лишайников насчитывают больше всего подвидов, они еще и являются самыми выносливыми растениями на планете. Долговечность — уникальность лишайника. Они могут существовать несколько десятков лет, а то и сотен, медленно растут себе, приблизительно семь миллиметров в год — это уже быстрее всего.
— А еще лишайники — природная сигнализация загрязнения воздуха, говорит Мария Савчук. — Если в лесу их мало или не растут совсем, значит экологическая обстановка здесь неблагоприятная. Зато когда во время прогулки по лесу вы увидели лишайники, то не можете не заинтересоваться ими — так привлекательно они выглядят. К слову, виды лишайников, которые живут на деревьях, не наносят им непосредственный вред, поскольку не являются паразитами, правда, могут быть неплохим укрытием и местом размножения насекомых-вредителей.
Лишайники способны выжить там, где не сможет существовать никакое другое живое растение.
Они могут расти и на скалах, и на стволах деревьев, и на крышах домов. Не мешают их росту даже самые суровые климатические условия. Их можно встретить и в пустыне, и в зеленом лесу, на заиленных болотах и в холодной тундре. Настолько непритязательные, что полностью удовлетворяются влагой после дождя. В пустынях лишайники закрепляют пески, замедляя или совсем прекращая движение дюн на плодородные земли. Например, в наибольшей пустыне умеренного пояса — Олешковских песках, расположенной на юге Украины, — именно лишайниковый покров стабилизирует песчаные дюны там, где нет леса.
А еще лишайники играют существенную роль в растительном покрове тундровых и лесных экосистем, принимают участие в химическом выветривании горных пород, часто являются пионерами в освоении новых территорий, ценным кормом для северных оленей благодаря высокому содержанию углеводов.
ИХ ИСПОЛЬЗУЮТ ДЛЯ БИОИНДИКАЦИИ СОСТОЯНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Этому способствует неодинаковая чувствительность разных видов к загрязнению атмосферы — объясняют экологи.
Использование лишайников как биоиндикаторов загрязнения воздуха основано на эффектах изменений в окружающей среде под действием загрязнения воздуха на живые организмы.
Интересно, но лишайники по-разному реагируют на загрязнение воздуха: некоторые из них не выдерживают даже наименьшего загрязнения и погибают, другие, напротив, живут лишь в населенных пунктах с соответствующими антропогенными условиями. В связи из этим появилось перспективное направление индикационной экологии — лихеноиндикация.
«Индикация состояния окружающей среды с помощью лишайников — лихеноиндикация — возможна лишь при условии использования определенных методик, — отмечает Надежда КАПЕЦ, ведущий инженер отдела Фикологии, лихенологии и бриологии Института ботаники им. Н. Г. Холодного НАН Украины. — Только таким образом можно получить очень точные и достоверные данные. На сегодня такая оценка состояния атмосферного воздуха проведена научными работниками Института ботаники для ряда городов Украины (Киев, Ивано-Франковск, Тернополь, Львов, Ровно, Калуш).
»
Исследователи установили: чем больше индустрии в городе, тем более загрязненный воздух, и тем меньше встречается лишайников, они редко покрывают стволы деревьев и имеют низкую жизнеспособность. А еще известно, что при повышении степени загрязнения воздуха первыми исчезают кустистые лишайники, за ними — листовые, а уже потом накипные. Встречаются даже так называемые лишайниковые пустыни, где воздух настолько загрязнен, что лишайников почти нет.
По возрасту лишайников (может достигать нескольких сотен или даже тысяч лет) в геологии устанавливают возраст ледников и обнажения горных пород. Эти растения используют для получения антибиотиков (цетрария, кладония, пармелия, уснея), ароматических веществ и фиксаторов запахов (лобария, эверния).
К сожалению, промышленное производство, сопровождаемое вредными выбросами в атмосферу, приводит к сокращению численности лишайников, особенно в городах. Лишайники страдают прежде всего от загрязнения территорий при освоении нефтяных и газовых месторождений.
Даже обычный след от колес транспортного средства, которое прошлось по территории, наносит лишайниковому покрову раны, которые будут зарастать долгие десятилетия. Из-за очень малой скорости роста и высокой чувствительности к загрязнению немало лишайников нуждаются в охране. В список лишайников Красной книги Украины входит 52 вида, из них 26 видов имеют природоохранный статус «уязвимые», а 21 — «редкие». Большинство таких лишайников встречаются на степных почвах и коре старых деревьев в Карпатах и Крыму.
Поэтому лишайники, по мнению ученых, нуждаются в долгосрочной международной программе относительно их защиты, как и другие представители окружающей среды, неотъемлемой частью которой они являются.
Людмила СТУПЧУК, Ровно. Фото предоставлено автором
Газета:
№185-186, (2018)
Рубрика:
Тайм-аут
Головні новини
Помер перший президент України Леонід Кравчук
Антисемитские выпады лаврова в сторону президента Украины и евреев абсолютно неприемлемы, — МИД
Северодонецк может попасть в осаду по мариупольскому сценарию, – глава ОВА
НОВОСТИ ПАРТНЕРОВ
Проекты/Инициативы
Десять вещей, которые вы могли не знать о лишайниках, но хотели бы знать
Главная страница
/
Десять фактов о лишайниках, которые вы, возможно, не знали, но хотели бы знать
Автор Уолтер Фертиг, Гербарий лишайников ASU
Лишайники встречаются во всем мире, но их легко не заметить из-за их небольшого роста.
Эти миниатюрные растительные организмы выполняют множество важных экологических функций. Следующая подборка фактов о лишайниках поможет вам произвести впечатление на ваших друзей и может изменить ситуацию, если вы когда-нибудь появитсяе в викторине, и категория лихенология (изучение лишайников).
#1. Лишайники не являются ни грибами, ни растениями — они и то, и другое! Внешняя оболочка и внутренняя структура лишайника состоят из нитей грибковых гиф. Среди нитей внутри лишайника вкраплены отдельные клетки водорослей. Такой вид взаимодействия между двумя разными организмами называется симбиозом или мутуализмом.
#2. Грибок может получить лучший конец сделки. Грибной партнер в лишайниковом симбиозе предоставляет своим водорослям дом для жизни, который относительно защищен от хищников и в некоторой степени контролирует климат (водоросли подвергаются воздействию солнечного света, но защищены от высыхания). Будучи фотосинтезирующими, водоросли обеспечивают питанием себя и гриб.
Партнер-водоросль обычно может жить за пределами лишайника в ручьях, прудах или влажной почве. Однако гриб-партнер стал зависеть от водорослей в качестве пищи и не может жить за счет разлагающихся организмов, как другие грибы. Некоторые ученые считают, что отношения между лихенизированными грибами и водорослями на самом деле являются контролируемой формой паразитизма.
3. Лишайники обычно состоят из одного вида грибов и 1–2 видов водорослей. Водоросль-партнер может быть одним из видов зеленых водорослей (Chlorophyta) или цианобактерией (Cyanophyta, ранее называвшихся сине-зелеными водорослями). Лишайники названы в честь видов грибов, а не типа водорослей в партнерстве, поскольку гриб является более заметным членом. Некоторые лишайники содержат дополнительные микробы, и всю структуру лучше рассматривать как отдельную маленькую экосистему.
4. Существует не менее 18 000 видов лишайников… но, возможно, намного больше!. По оценкам систематиков, от 17 до 30% всех видов грибов способны превращаться в лишайники.
Учитывая, что количество видов грибов превышает 1,5 миллиона, может существовать не менее 250 000 видов лишайников. Поскольку многие грибы внешне похожи, систематики прибегают к генетическому анализу, чтобы различать виды. В исследовании 2014 года то, что считалось одним видом лишайника (Dictyonema glabratum), оказалось 126 генетически различными «видами». Согласно записям с веб-сайта Консорциума североамериканских гербариев лишайников (www.lichenportal.org), лишайниковая флора Аризоны состоит из 969 видов, или около 19% всех таксонов лишайников, известных в Северной Америке.
5. Лишайники бывают не только серыми, тусклыми, корками. На самом деле лишайники бывают самых разных цветов: от ярко-желтого, красного и оранжевого до зеленого, черного, коричневого, серебристого и серого. Многие лишайники плоские и листовидные («листовые»). Лишайники, растущие на коре или на земле, иногда имеют центральный стебель с небольшими ответвлениями, что придает им вид карликового кустарника («кустарникового»).
Некоторые лишайники внедряются в верхнюю поверхность скалы или утеса, и их нельзя удалить, не оторвав кусок субстрата. Эти «корковые» лишайники особенно устойчивы к травоядным. Множество цветов лишайников помогают защитить их от слишком большого количества солнечного света или низких температур. Цвета являются побочным продуктом сложной химии тканей лишайника. Из лишайников выделено более 700 органических химических соединений (90% не известны нигде в природе). Эти соединения помогают защитить лишайник от поедания. Химия является важным фактором в идентификации различных видов лишайников, которые в остальном морфологически похожи.
6. Лишайники встречаются почти во всех местах обитания, от Арктики до пустынь, лугов, умеренных и тропических лесов. Во всем мире средой с наибольшим разнообразием лишайников являются прибрежные районы, полог влажных лесов умеренного пояса и горные тропические облачные леса. Лишайники могут быть важными компонентами мест, которые слишком экстремальны для роста других зеленых растений, таких как обдуваемые ветром горные утесы, холодные поля арктических валунов или обжигающие пустыни.
Единственными местами, где лишайники плохо представлены, являются водные или морские районы, но некоторые лишайники встречаются на ракушках! Лишайники часто растут на камнях, но их также можно найти на коре, листьях, почве и даже на других лишайниках. Крошечные фрагменты лишайника были обнаружены на личинках златоглазок, чтобы помочь им замаскироваться, а взамен насекомые распространяют бесполые соредии лишайников (спороподобные кусочки лишайников и водорослей).
7. Некоторые лишайники могут жить десятилетиями или веками, но растут очень медленно. Точный возраст лишайника определить трудно, но те, которые растут на зданиях или надгробиях, часто можно датировать на основании исторических фотографий или архивов. Использование лишайников для определения возраста структур называется лихенометрией. В природе наличие здоровых, зрелых лишайников свидетельствует о том, что место относительно нетронуто.
8. Лишайники получают большую часть своего питания из микроэлементов в атмосфере.
Лишайники не имеют корней или сосудистой ткани для поглощения или транспортировки питательных веществ из почвы. Большая часть их воды и химических питательных веществ поглощается из воздуха. Это делает лишайники очень чувствительными к токсичным химическим веществам и загрязнениям. Неоценимое значение для отслеживания изменения ареала лишайников в окрестностях загрязненных территорий имеют гербарные образцы. Исследователи также могут взять образцы ткани лишайника, чтобы химически реконструировать уровни загрязнения атмосферы в разное время в прошлом.
9. Что хорошего в лишайниках? Помимо того, что лишайники являются ценными биоиндикаторами загрязнения, они обеспечивают важные экосистемные услуги, такие как связывание и строительство почвы и фиксация атмосферного азота. Лишайники являются основным источником зимней пищи для карибу (оленьий мох на самом деле является лишайником), и их едят белки-летяги, рыжие полевки и различные беспозвоночные. Многие птицы используют лишайники в качестве материала для гнезд.
Люди тоже используют лишайники во многих отношениях. Различные культуры Северной Европы, Азии и Северной Америки потребляют лишайники в пищу (хлебный мох — съедобный лишайник, популярный в Скандинавии). Лишайники также использовались для ароматизации горького пива. Кустистые лишайники, такие как Bryoria и Alectoria, имеют прочные волокна, используемые для изготовления одежды. Многие красочные химические вещества, содержащиеся в лишайниках, используются для окрашивания тканей. Лишайники обладают многими антибиотическими свойствами и с доисторических времен использовались для перевязки ран, а также в качестве тонизирующих или слабительных средств. Было обнаружено, что один вид лишайника подавляет рост вируса ВИЧ, вызывающего СПИД.
10. Количество лишайников сокращается во многих районах из-за загрязнения и изменения среды обитания. Разрастание городов и загрязнение воздуха представляют собой наибольшую угрозу выживанию лишайников в городах и пригородах по всей территории Соединенных Штатов.
Уникальная лишайниковая флора Калифорнии особенно сильно пострадала от двойного удара смога и безудержной застройки. Почвенные лишайники Большого бассейна, плато Колорадо и других засушливых районов на западе пострадали от вытаптывания домашнего скота и отдыха на внедорожниках. Скалолазание, добыча полезных ископаемых и конкуренция со стороны инвазивных сорняков привели к сокращению численности лишайников в некоторых районах. К счастью, лишайники выносливы и восстанавливаются, если им дать хотя бы половину шанса.
Что такое лишайники? | Живая наука
Живая наука поддерживается своей аудиторией. Когда вы покупаете по ссылкам на нашем сайте, мы можем получать партнерскую комиссию. Вот почему вы можете доверять нам.
Смесь накипных лишайников с различной УФ-флюоресценцией.
(Изображение предоставлено Робертом Люкингом)
Лишайник, или лихенизированный гриб, на самом деле представляет собой два организма, функционирующих как единая стабильная единица. Лишайники представляют собой грибы, живущие в симбиотических отношениях с водорослями или цианобактериями (или с теми и другими в некоторых случаях).
В мире насчитывается около 17 000 видов лишайников.
Зачем образовывать двойной организм?
Грибы не способны к фотосинтезу, потому что им не хватает зеленого пигмента хлорофилла. Другими словами, грибы не могут собирать световую энергию солнца и генерировать собственное питание в виде углеводов. Вместо этого им нужно искать внешние источники пищи. Они поглощают питание из органических веществ, то есть углеродсодержащих соединений, таких как углеводы, жиры или белки.
С другой стороны, водоросли и цианобактерии могут проводить фотосинтез, подобно растениям. На самом деле хлоропласты, являющиеся местом фотосинтеза у наземных растений, являются адаптированными формами цианобактерий. (По данным Музея палеонтологии Калифорнийского университета, эти ранние цианобактерии были поглощены клетками примитивных растений где-то в конце протерозоя или в раннем кембрии.)
Таким образом, когда гриб, который является доминирующим партнером в этих отношениях, объединяется с водорослями (обычно из зеленых водорослей) или цианобактериями, образуя лишайник, он обеспечивает себе постоянный доступ к источнику питания.
По словам Роберта Люкинга, куратора Ботанического сада и Ботанического музея в Берлине, Германия, и научного сотрудника Центра интегративных исследований в Музее Филда в Чикаго, грибок контролирует ассоциацию таким образом, что его можно рассматривать как сельское хозяйство. Он описал это как контролируемый рост организма, производящего углерод, точно так же, как мы выращиваем пшеницу, рис или картофель. Он добавил, что цианобактерии также обеспечивают грибам дополнительное преимущество фиксации азота. Это биохимическая реакция, при которой атмосферный азот превращается в аммиак, более удобную форму элемента. В свою очередь, водоросли и цианобактерии защищают окружающую среду, особенно от вредных ультрафиолетовых лучей. По словам Люкинга, грибы часто образуют защитную кору [или оболочку] с пигментами, поглощающими ультрафиолетовый свет.
Наконец, поскольку лишайники, грибы, водоросли и цианобактерии могут жить в среде, в которой они не могли бы жить иначе. Люкинг отметил, что жаркие и холодные пустыни, а также открытые поверхности являются хорошими примерами такой среды.
[Галерея: Weird World of Lichen: Anything Not Ordinary]
Номенклатура
Грибной компонент лишайника известен как «микобионт», а водорослевой или цианобактериальный компонент известен как «фотобионт». Научное название лишайника такое же, как у микобионта, независимо от происхождения фотобионта. На своем веб-сайте, посвященном лишайникам, Алан Сильверсайд, ныне вышедший на пенсию из Университета Западной Шотландии, приводит в пример грибок 9.0061 Sticta canariensis . Этот гриб способен образовывать две разные ассоциации лишайников с водорослями и цианобактериями, однако оба лишайника обозначаются как Sticta canariensis . «Если вид гриба остается прежним, то и название лишайника остается прежним, даже если внешний вид лишайника меняется», — утверждает Сильверсайд.
Так могли выглядеть ранние лишайники 250-300 миллионов лет назад. (Изображение предоставлено Робертом Люкингом)
Структура
Согласно Люкингу, вегетативная часть лишайника, известная как слоевище, неизвестна у нелихенизированных грибов.
Именно таллом придает лишайникам характерный внешний вид. Талломы лишайников бывают разных форм. Примеры на страницах Silverside включают листоватый лишайник, который выглядит плоским и покрытым листвой; кустистый лишайник, имеющий вид проволокообразных пучков; чешуйчатый лишай с плоскими перекрывающимися чешуйками; и корковый лишайник, который, как следует из названия, образует плотно прилегающую корку на поверхности, на которой он обитает.
В общем, внутренняя часть слоевища лишайника выглядит многослойной, с клетками микобионта и фотобионта, расположенными слоями. По данным Лесной службы США, внешний слой или кора состоит из толстых, плотно упакованных грибковых клеток. Далее следует сегмент с фотобионтом (либо зелеными водорослями, либо цианобактериями). Если у лишайника есть как водоросли, так и цианобактерии, цианобактерии можно увидеть в небольших отсеках над верхней корой. Последний слой — мозговой слой с рыхло расположенными грибковыми клетками, похожими на нити.
Отростки под мозговым веществом, называемые базальными прикреплениями, позволяют лишайникам прикрепляться к различным поверхностям.
Типичные базальные прикрепления включают ризины, которые представляют собой грибковые нити, отходящие от мозгового вещества, и единую центральную структуру, называемую фиксатором, которая фиксируется на камнях. Лесная служба приводит в пример листоватый лишайник, называемый пуповинным лишаем, у которого крепление напоминает пуповину.
В отличие от общей структуры слоевища желейные лишайники не имеют слоистого или слоистого слоевища. Компоненты микобионта и фотобионта располагаются вместе в одном слое. В результате желейные лишайники выглядят как желе; например, Collema auriforme .
Внешний вид
При высыхании лишайники просто приобретают цвет самого микобионта (гриба) или могут быть тусклыми и серыми. Но при намокании они полностью преображаются. Это связано с тем, что грибковые клетки в верхней коре становятся прозрачными, и сквозь них могут просвечиваться цвета слоев водорослей или цианобактерий. По данным Лесной службы, зеленые водоросли придают лишайникам ярко-зеленый цвет, а цианобактерии — темно-зеленый, коричневый или черный.
Фотосимбиодема с зелеными [водорослевыми] долями, вырастающими из цианобактериальных. (Изображение предоставлено Робертом Люкингом)
Понимание динамики
Для микобионта ассоциация с фотобионтом является «обязательной» или зависимостью. «Насколько известно, микобионт не может существовать в природе без лихенизации», — сказал Люкинг LiveScience. «Микобионт существует сам по себе [в течение] лишь короткого периода времени, когда он рассеивается с помощью грибковых спор».
Чтобы создать и поддерживать стабильную ассоциацию, эволюция отобрала определенные характеристики в рамках партнерства лишайников. «Есть три важных фактора для создания лишайников: признание, принятие и пригодность ассоциации», — сказал Люкинг. «Предполагается, что все трое проходят эволюционный отбор и, следовательно, оптимизируются».
Люкинг подробно остановился на концепции распознавания, указав, что микобионт (гриб) не может просто ассоциироваться с какой-либо данной водорослью или цианобактерией.
Он активно ищет фотобионт путем химического распознавания. Принятие происходит, когда два партнера-лишайника взаимодействуют, не оказывая отрицательного влияния друг на друга. «Например, если водоросль сочтет грибок паразитом, она отреагирует защитными механизмами, которые могут помешать установлению стабильного симбиоза», — сказал он. «Таким образом, с точки зрения эволюции, два бионта «научились» взаимодействовать друг с другом, но таким образом, что грибок контролирует взаимодействие». Наконец, пригодность отношений определяется здоровым ростом и репродуктивным успехом. «Чем больше углеводов фотобионт может производить в единицу времени в данных условиях, тем быстрее будет расти лишайник и тем более он конкурентоспособен», — сказал Люкинг. Он отмечает, что приспособленность и то, как партнеры по лишайникам работают вместе, зависят от условий окружающей среды.
Обычно после установления лишайниковой ассоциации микобионт не меняет партнеров. Однако в виде исключения Люкинг приводит пример Sticta canariensis , фотосимбиодема (гриб, способный образовывать отдельные лишайники с разными фотобионтами).
В этом случае грибок связывается с цианобактериями в тенистых и влажных условиях, образуя небольшие кустообразные талломы. Однако в более сухих или открытых условиях гриб вместо этого связывается с зелеными водорослями, образуя большие плоские доли. «Когда условия меняются с течением времени или на небольшом расстоянии, вы видите, что некоторые особи начинаются как цианобактериальные лишайники, а затем внезапно формируют зеленые доли [путем ассоциации с зелеными водорослями]», — сказал он. «Таким образом, одна и та же грибковая особь может время от времени менять партнеров».
Что не является лишайником?
Важно помнить, что любая связь между грибком и водорослью или цианобактерией не считается автоматически лихенизацией. «В ассоциациях лишайников гриб способен образовывать структуры, неизвестные в нелихенизированных грибах — слоевище — и грибок также влияет на морфологию фотобионта и изменяет ее», — сказал Люкинг LiveScience. «Следовательно, грибково-водорослевые ассоциации, в которых это не так, не считаются лишайниками».
Он добавил, что есть также подозрения, что некоторые нефотосинтезирующие бактерии важны для лихенизации.
Мхи тоже не лишайники, по данным Лесной службы. Хотя на первый взгляд некоторые из них могут внешне напоминать лишайники, на самом деле мхи являются примитивными версиями растений и способны к независимому фотосинтезу.
Важность
Лишайники играют ключевую роль в различных процессах окружающей среды. Например, фотобионты цианобактерий участвуют в фиксации азота. Лишайники также способствуют явлению, известному как биологическое выветривание. Микобионты лишайников могут разрушать горные породы и высвобождать минералы, производя определенные химические вещества. Согласно статье 2000 года, опубликованной в журнале Catena, лишайники также могут разрушать поверхности скал, просто физически прикрепляясь к ним, а также расширяя и сжимая свои слоевища.
Согласно статье, выветривание может привести к разрушению горных пород. Хотя это является недостатком, особенно когда лишайники растут на строительных камнях, это также важный шаг для формирования примитивных почв.
Когда лишайники разлагаются, оставшееся органическое вещество вместе с частицами горных пород и пылью, захваченными слоевищами, дает материал для развития примитивных почв.
Виды лишайников Cladonia rangiferina , обычно называемые лишайниками северного оленя, являются важным источником зимнего корма для большинства популяций североамериканских карибу и ключевыми компонентами зимнего рациона (за исключением районов с неглубоким снежным покровом или районов с мягкой зимой) в соответствии с в Лесную службу.
Наконец, лишайники — отличный индикатор загрязнения. По данным Лесной службы, лишайники могут поглощать своими слоевищами загрязняющие вещества, такие как тяжелые металлы, углерод и сера. Извлечение этих загрязняющих веществ дает представление об их уровнях в атмосфере. Этот процесс известен как биомониторинг лишайников.
Апарна Видьясагар — независимый научный журналист, специализирующийся на здравоохранении и науках о жизни. Апарна написал для ряда изданий, в том числе New Scientist, Science, PBS SoCal, Mental Floss и некоторых других.