Гриби-агрономи як гриби вирощують для себе врожай
Мал. 1. Темний стегастес (Stegastes nigricans) на своїй ділянці: рибка висаджує суперечки або фрагменти водоростей на відповідний ґрунт, відганяє від посівів охочих пообідати, випалює бур'яни, інакше посіви швидко заростуть макрофітами, чим не рослинництво? Це поки єдиний відомий приклад культурування видів у природному морському середовищі. Тепер вчені наполягають на існуванні сільськогосподарської практики навіть у грибів. Фото із сайту www.sciencedaily.com
Таких висновків дійшли дослідники з Лозанського університету та Університету Невшателя (Швейцарія), а також з Центру досліджень навколишнього середовища Гельмгольця в Лейпцигу (Німеччина). Вони поставили цілком тривіальне питання: що отримують гриби від ґрунтових бактерій? З одного боку, на це питання начебто існує чітка відповідь: бактерії фіксують азот, деякі фотосинтезують і тим самим доставляють своїм співмешканцям органічний вуглець; Бактерії, у свою чергу, використовують грибні гіфи як зручні транспортні маги стрілів, «швидкісних шосе», якими можна швидко дістатися до вологих місць. Проте вчені вирішили все ж таки експериментально оцінити вигоду, яку отримують від бактерій гриби (таких оцінок досі не існувало). І ось, у ході цих досить простих і, на перший погляд, малообіцяючих експериментів відкрилася ціла сільськогосподарська система, яку, як з'ясувалося, організували гриби.
Мал. 2. Клітини бактерій Pseudomonas putida (зелені точки) на грибних гіфах. Фото з статті, що обговорюється в Proceedings of the Royal Society B
І ось у культур у сморчків додали бактерій, лише одну краплю. Бактерії розселилися не на агарі, а влаштувалися вздовжгрибних гіф.
Бактерії використовували грибні транспортні магістралі, заповнюючи простір у 6 разів активніше, ніж чисті культури без грибів. Але зручність і швидкість розселення це ще не все. Бактерії, як з'ясувалося, росли на виділеннях грибних гіфів, переробляючи їх для свого харчування. Іншими словами, гриби поселили бактеріальну монокультуру в безпосередній від себе близькості і забезпечили її поживними речовинами. Вчені порівняли цей процес зі стадією посадки та пророщування насіння у звичній для нас аграрній термінології.
Через 5–7 днів гриби почали утворювати склероції – особливі тіла із щільними оболонками, спорами та концентратом поживних речовин. Так гриби заготовили собі запаси їжі на чорний день, приготувавшись переживати несприятливі часи. І в цих запасах виявилася синтезована бактеріями органіка!
Це довели двома шляхами. По-перше, визначили кількість бактеріальних клітин навколо склероцій і на відстані від них. Під час формування склероцій спочатку рівна щільність бактеріальних клітин різко знизилася у віддаленій від склероцій зоні (див. графік на рис. 3). Як показали додаткові експерименти, це пояснювалося транспортуванням бактеріальної органіки із віддалених зон у зону склероцій. По-друге, вчені за допомогою радіоактивних міток у бактерій показали різке, у півтора рази, підвищення кількості бактеріальної органіки всередині склероцій. Виходить, що під час формування склероції гриби збирали вироблену бактеріями органіку і відправляли її на зберігання в свої тіла, що покоїться. Цю стадію вчені зіставляють із збиранням урожаю та організацією сховищ.
Мал. 3. У чашці Петрі добре видно склероції у вигляді скупчення жовтих зерен в області b. Смужка i — це місце початковебактеріальної затравки в грибну культуру. Графік праворуч відображає показник кількості бактеріальних клітин у трьох зонах чашки Петрі: у зоні склероцій (b), у зоні початкової затравки (i) та біля неї (a). Малюнок із статті, що обговорюється в Proceedings of the Royal Society B
У цих сховищах виявилися не лише органічні речовини та суперечки гриба. Там ще законсервувалися й суперечки бактерій. Якщо пересадити склероцій в нове стерильне середовище, то і тут на гіфах поселяться ті ж бактерії. І цикл вирощування та збирання врожаю в склероції почнеться знову.
Гриби можуть культивувати не тільки цей конкретний вид бактерій, Pseudomonas putida, але й інший Pseudomonas knackmusii. Він також поширюється по гіфам, збільшує свою чисельність, і зрештою напрацьовані ним органічні речовини та суперечки передаються грибу. А ось ще один випробуваний вченими вид, Cupriavidus necator, використовує всі переваги співжиття з грибом, швидко поширюючись уздовж гіф, але гриб, у свою чергу, не може експлуатувати бактерії собі на користь. Що ж, людина теж культивує не всі види рослин, які зустрічає, хоча багато рослин розселяються так чи інакше разом із людиною.
Таким чином, якщо придивитися уважніше до цієї нагоди взаємовигідної співпраці двох видів — гриба та бактерії, то неминуче виникають аналогії із сільським господарством. Адже було дивно навіть подумати про те, що інтенсивний спосіб видобутку харчування, який людина вважає одним із своїх головних культурних досягнень, був випробуваний задовго до появи людини, ссавців, хребетних і навіть взагалі тварин. Цей приклад змушує нас по-новому поглянути на сутність землеробства з біологічної та еволюційної точки зору. Цілком можливо, що в найближчомумайбутньому знайдуться й інші приклади «землеробства» серед різних груп живих істот і поняття «землеробство» буде істотно розширено. Важливо у своїй точно визначити, яким критеріям вона має задовольняти.
Див. також: Hiroki Hata, Makoto Kato. A novel obligate cultivation mutualism between damselfish and Polysiphonia algae // Biol. Lett. 22 December 2006. V. 2. № 4. P. 593-596. (Про те, як рибки вирощують собі врожай водоростей, тобто від полювання та збирання перемикаються на інтенсивне рослинництво.)
Європейські вчені досліджували симбіотичні відносини між грибами та ґрунтовими бактеріями. Цю тривіальну завдання вони вирішували за допомогою оцінки потоків речовин від грибів до бактерій та від бактерій до грибів на різних стадіях життєвого циклу грибів, отримавши в результаті зовсім нетривіальний результат. Виявилося, що взаємодія грибів та бактерій дуже нагадує сільськогосподарську практику. Гриби вирощують поруч із собою певну бактеріальну монокультуру, підгодовують її, збирають урожай, зберігаючи його в спеціальних місцях, та ще й запасаються «розсадою» для наступних посівів. Цей підхід до тлумачення симбіотичних відносин серед нижчих організмів суттєво збагачує наші уявлення і про власну землеробську діяльність, і про еволюцію симбіозу у грибів та бактерій.