[Прелесть биологии] Секреты микоризы

[Прелесть биологии] Секреты микоризы
Все статьи из цикла "В чем прелесть предмета" ‌‌
Другие статьи из цикла "В чем прелесть биологии":‌‌
Биологические часы и их часовщики‌‌
Биология эгоизма‌‌
Наркотики в нашей жизни
Метаболический путь глюкозы
Ось "кишечник-мозг"

Что приходит первым в голову при упоминании слова “растение”? Густая зеленая крона, стройные стебельки трав или душистые цветки с яркими лепестками — это самые очевидные составляющие растений, о которых помнят все и всегда. А как же корни? Вряд ли подземная часть наших зеленых друзей стала бы вашей первой ассоциацией. Однако можно с уверенностью сказать, что именно корни, неприметные, скрытые от глаз, являются одним из самых важных органов среди всего живого на планете, став своеобразной площадкой для землесотрясающего сотрудничества. Познакомьтесь с микоризой!

Что такое микориза и зачем она нужна?

С греческого микориза переводится как грибокорень\(^{[1]}\), чем в самом прямом восприятии она и является. Микориза представляет собой взаимовыгодные отношения между грибом и растением, в частности его корневой системой. Интересно, что микоризы могут различаться по “интимности” отношений. В самом целомудренном случае мицелий грибка\(^{[2]}\) лишь тесно переплетается с корнями. Подобные микоризы называются эктомикоризами, и свойственны они многим грибам: от ярких мухоморов до трюфелей.

Веселое сочетание! Наложенные друг на друга изображения мухомора и трюфеля. Источник: Pxhere и Wikimedia Commons

Чаще всего эктомикоризные грибки формируют симбиотические отношения с лесными деревьями, так как почвы, характерные для этой среды, недостаточно питательны для нормального роста деревьев без какой-либо помощи\(^{[3]}\).

Некоторые же отношения растений и грибов выходят на новый уровень: в других случаях волокна грибка проникают внутрь растительных клеток, что является примером эндомикоризы. Она формируется грибками из группы Гломеромицетов и присутствует в корнях от \(70\)% до \(90\)% наземных растений. Эндомикориза также называется арбускулярной, потому что части гифов внутри корневых клеток по форме напоминают маленькие деревца (арбускулы) — это увеличивает доступную для обмена веществ площадь.\(^{[4]}\)

О свойствах и особенностях микоризы можно говорить бесконечно долго, но возможно у вас уже назревает вполне логичный вопрос — а какое нам собственно дело? Пусть сотрудничает гриб с растением так же, как и в лишайнике идет обмен минералами и сахаром между грибом и водорослей, ничего интересного. Иногда такие взаимоотношения могут быть и паразитическими, что, впрочем, неудивительно. А как обычный симбиоз, пусть и довольно распространенный среди большинства растений, вездесущая микориза не становится интереснее.

Однако в этой обыкновенности и повсеместности и кроется первый секрет микоризы.

Долгая история

Эндомикориза в корнях растений Девонского периода. Возраст окаменелых останков составляет примерно 400 миллионов лет. Источник: (1994) National Academy of Sciences

Этот простой формат сожительства вероятно присутствовал с растениями с незапамятных времен. Первые наземные растения, найденные в окаменелостях \(400\) миллионов лет назад, содержат остатки ассоциации с эндомикоризными грибками(^{[5]}\). Фотоавтотрофные и многоклеточные наземные эукариоты в большинстве своем зависимы от своих дальних и одетых в хитин грибковых родственников. Они адаптировали свою корневую систему настолько хорошо, что сейчас существуют целые сигнальные пути только ради успешного формирования симбиоза. Большинству сосудистых растений необходимо иметь микоризу для нормального развития, а современные растения, которые не образуют микоризы, скорее всего потеряли ее вторично. Экто- или эндомикориза почти без исключений необходима для полноценного существования и особенно питания растений, не говоря уже о её роли в экосистеме и циклах элементов. Кроме того, микоризные грибки образуют густые запутанные сети из своего мицелия, которые могут достигать несколько метров в длину и выполняют свою функцию так хорошо, что у растений часто исчезают корневые волоски за ненадобность — настолько обширна подземная сеть внекорневых гифов!

Незаменимость

Второй секрет микоризы кроется в ее незаменимости. Микориза просто необходима для полноценного формирования почвы. Здоровая почва характеризуется не только правильным балансом минералов и органических веществ, но также богатой флорой микоризных грибков. Без микоризы одних корней растений было бы недостаточно для поддержки частиц глины, песка и щебня, из-за чего грунт бы уносился эрозией в океан и не накапливался бы в толстые слои плодородной почвы. Реки бы не имели четкого курса, и огромные просторы суши были бы бесплодной пустыней, где слаборазвитая поверхность не могла бы удерживать достаточно влаги для существования жизни.

Как могла бы выглядеть Земля, если бы микориза не появилась. Источник: Kenny Verbeke

Таким образом, появление микоризы – спасение для всего живого на Земле! Плотная сеть мицелия микоризных грибков помогает корням растений удержать мелкие частицы горных пород, при этом даже способствуя другим природным силам в разрушении этих самых горных пород. Гифы грибков прорастают в самые мелкие щели в скалах, выделяя вещества, растворяющие и ослабляющие камень. Эти вещества настолько сильны, что за миллионы лет совместно с ветром, водой и перепадами температуры могут стереть в песок даже Гималаи. Именно благодаря своей грубой силе грибки могут извлекать минеральные вещества для растений оттуда, откуда сами корни бы никогда не смогли. Даже когда солнце перестало быть “убийственным лазером” благодаря формированию защитного озонового слоя, жизнь на суше во многом обязана именно микоризе. Сложно представить, какой была бы флора и фауна Земли, если бы не появление микоризы и последующее развитие почвы в том виде, в котором мы привыкли ее видеть. Воистину наше время благословенно вездесущем грибокорнем!

Наконец, последний секрет микоризы нам откроют стремительно редеющие леса.

Лесная сеть

Зрелый лес. Источник: Nicholas A. Tonelli‌‌

Наш жизненно важный симбиоз, помимо обмена минеральных веществ и структурной поддержки почвы, вероятно выполняет роль “сигнальных огней” для деревьев. Хоть сигнальные возможности микоризы являются довольно новым направлением исследований, уже сейчас в мире науки звучат интересные гипотезы. Так, например, было предположено, что растения используют обширную сеть почвенных микориз для передачи предупреждений о новых инфекциях или наступающих травоядных животных. В масштабе экосистемы грибки формируют настоящее коммуникационное поле, которое объединяет целые сообщества растений, предоставляя им “площадку” для общения.

Механизм действия таков, что один и тот же организм может образовать микоризу сразу с несколькими деревьями. Таким образом создается связь между растениями, через которую в будущем они смогут предупреждать друг друга через выделение и перенос сигнальных молекул. Телеграфные кабеля из живых грибков — что может быть лучше?

Заключение

Можно смело утверждать, что микориза кардинально изменила как и физическую поверхность нашей планеты, так и ход жизни на ней. Более того, она продолжает оказывать влияние на нас по сей день. Попытки ученых заглянуть в закулисье удивительного и тесно переплетенного мира микориз лишь еще раз доказывают, насколько уникальна микориза, насколько она важна для всей природы и насколько же велик ее потенциал для применения человеком: от сельского хозяйства до восстановления деградированных почв. Микориза есть не что иное, как запрятанный прямо под нашими ногами невоспетый герой. Да здравствует микориза, самый коренной гриб и самый грибной корень!

\(^{[1]}\)μύκης(микос) — гриб и ρίζα(риза) — корень

\(^{[2]}\)основное тело гриба, состоящее из волокон названных гифами

\(^{[3]}\)https://doi.org/10.1016/B978-012373944-5.00327-8

\(^{[4]}\)https://doi.org/10.1038/nrmicro1987

\(^{[5]}\)https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC45331/

Фонд «Beyond Curriculum» публикует цикл материалов «В чем прелесть предмета» в партнерстве с проектом «Караван знаний» при поддержке компании «Шеврон». Караван знаний – инициатива по исследованию и обсуждению передовых образовательных практик с участием ведущих казахстанских и международных экспертов.

Редактор статьи: Дарина Мухамеджанова