Нет, конечно, нужно кое-что еще – аминокислоты, минеральные вещества, солнечный свет и тепло, наконец. Но едва ли сложная жизнь на Земле была бы возможна без грибов – уж мы-то с вами точно жили бы по-другому. О том, какую роль выполняют для всех нас эти скромные помощники, как они живут, питаются, и почему нужно всегда выбрасывать заплесневелое варенье, нам рассказал миколог Александр Кураков.
– Александр Васильевич, грибы представляют отдельное царство между животными и растениями, но к какому они все-таки ближе?
– Еще со времен Карла Линнея, жившего в XVIII веке, до последней четверти ХХ считалось, что грибы относятся к низшим растениям со скрытыми половыми структурами. То есть к таким организмам, у которых нет цветов, как у высших растений, – они лишь формируют небольшие клетки, которые называются спорами, и таким образом размножаются. Примерно через сто лет после Линнея шведский миколог Элиас Фрис уже понимал, что грибы – отдельное царство, не животные и не растения. Тем не менее, в начале XX века в нашем университете была создана кафедра низших растений, а не микологии и альгологии, как она называется сегодня. И только в последней четверти ХХ века ученые, наконец, признали грибы отдельным царством, наряду с животными, растениями, протистами и прокариотами. Сейчас система органического мира много сложнее, но царство грибов в нем только упрочило свои позиции, и оказалось, что оно ближе к животным… Любопытно, что в русском языке при образовании названий грибов звучит их большая близость к животным: сравните опята, маслята с телятами, жеребятами.
Но давайте по порядку.
У грибов действительно есть сходство с растениями: в большинстве своем они неподвижны, их мицелий удлиняется путем верхушечного, линейного роста. Но по физиолого-биохимическим признакам они, конечно, ближе к животным. Как и животные, грибы в своем организме накапливают гликоген (сложный углевод, источник запаса глюкозы. – Авт.), мочевину, серотонин, в клеточной стенке имеют хитин, а не целлюлозу, синтезируют лизин (одна из незаменимых аминокислот. – Авт.) через альфа-аминоадипиновую кислоту, а не через диаминопимелиновую, как растения. Как у животных половых клеток, у грибов есть зооспора с одним гладким задним жгутиком. Как и животные, грибы – гетеротрофы, то есть питаются готовыми органическими соединениями, а не создают их, подобно автотрофам. При этом желудок грибов как бы вывернут наизнанку: они выделяют во внешнюю среду ферменты, с их помощью разрушают сложные полимерные соединения до моносахаров, аминокислот и транспортируют внутрь своих клеток за счет пассивной диффузии или при помощи белков-транспортеров. Минеральные соединения также поступают в мицелий гриба за счет диффузии, а микроэлементы, находящиеся в малой концентрации, добываются с использованием специальных соединений – сидерофоров, которые помогают с их доставкой в клетки. И в этом смысле грибы уже не похожи на животных, так как те питаются иначе – они захватывают крупные частицы органического вещества, переваривают их с помощью ферментов в желудке и впитывают клетками пищеварительного тракта.
Александр Васильевич Кураков – заведующий кафедрой микологии и альгологии биологического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова, доктор биологических наук, автор 255 статей и 16 книг, имеет 16 патентов. Область научных интересов: экология и физиология микроскопических грибов, функции грибов в природных экосистемах, грибные и экологические биотехнологии.
Дело в том, что когда-то – вероятно, около 1,5 млрд лет назад – у грибов был предок, стоящий ближе к животным, чем к растениям. Затем эти организмы разошлись на две большие ветви. Произошло это примерно 1,2 млрд лет назад, и тогда, скорее всего, уже существовали самые простейшие грибы. Представители таких организмов – криптомицеты – обнаружены недавно. Это подвижные одноклеточные с одним гладким жгутиком, образующие споры с хитином в клеточной стенке, как и грибы.
Мы привыкли к тому, что в янтаре обычно находят насекомых, но есть такие же находки янтаря с грибами внутри. Они обнаружены не так давно, лет 20–30 назад. Так вот, возраст высших грибов (шляпочных, которые мы видим в лесу), заключенных в янтаре, обычно не превышает 100 млн лет, а часто и меньше – 5–50 млн. Более просто организованные мицелиальные грибы – те, что образуют эндомикоризу (грибокорень. – Авт.) на травянистых растениях, датируются возрастом почти 500 млн лет. В это время и еще ранее сушу колонизировали грибы в тесной ассоциации с зелеными водорослями и цианобактериями, это были лихенизированные грибы (лишайники).
Сейчас, в начале XXI века, когда стали широко доступны молекулярно-генетические и филогенетические методы исследования, никто не сомневается, что грибы – отдельное царство. У грибов есть уникальные особенности в строении генома, ультраструктуре клеток, способах роста, размножения, переживания экстремальных условий, химическом составе и биохимических способностях. Взять хотя бы те же стерины – органические вещества, которые укрепляют цитоплазматическую мембрану: они у грибов, растений и животных различны. Поэтому механизм действия ряда антигрибных антибиотиков основан на блокировании активности ферментов, ответственных за синтез эргостеринов у грибов.
– Не так давно ученые из Университета Родса в ЮАР обнаружили самую древнюю окаменелость многоклеточного организма возрастом 2,4 млрд лет. Организм жил в первичном океане, и исследователи предполагают, что это мог быть гриб. Что вы думаете по этому поводу?
– Считается, что жизнь зародилась 3–3,5 млрд лет назад. И 2,4 млрд лет – период, в который, как предполагают, уже были какие-то предки эукариот, то есть организмов, в клетках которых есть ядро. Так что, с одной стороны, найденный образец, конечно, мог быть организмом, но с другой – установить точно, что это организм такой древности, очень непросто. Далеко не всегда можно сказать, что перед нами – нечто живое или какая-то геологическая структура. А если все же это организм – еще сложнее определить, к какому царству он относился. Поэтому находка, конечно, может оказаться грибом, но скорее – нет, если она многоклеточная. Первые грибные организмы были одноклеточные или с неклеточным (без перегородок) многоядерным мицелием.
Эктомикориза, сохранившаяся в янтаре. Фото: Alexander Schmidt www.livescience.com
– Какова роль грибов в экосистеме, что было бы с нашей планетой без них?
– Грибы – ведущие редуценты органического вещества на Земле. Биомассу, которую создают автотрофные организмы (например, растения) и потребляющие их животные, перерабатывают грибы. Им, конечно, помогают и бактерии, но их роль куда скромнее в наземных экосистемах. Вся биомасса превращается снова в минеральные соединения азота, фосфора, другие макро- и микроэлементы, углекислый газ и воду. В результате растения могут использовать их снова. А теперь представьте ситуацию, когда растения заберут из почвы все полезные элементы, вберут их в свою биомассу, через определенное время завершат свою жизнь и после смерти никто не будет их разрушать. Лес превратится в свалку стоящих и поваленных деревьев. Полезные субстанции так и останутся в связанном состоянии, и новые растения попросту не смогут вырасти. То есть грибы – ключевой блок редуцентов органического вещества на нашей планете.
Помимо прочего, только они и никакие другие организмы, за редким исключением, способны эффективно разрушать такие сложные соединения, как, например, лигнин, лигноцеллюлоза (комплекс веществ, составляющий структурный каркас клеточной стенки растений. – Авт.) или кератин. Грибы синтезируют разнообразный комплекс ферментов, что позволяет им разлагать эти труднодоступные для разложения природные вещества, а также играть важную роль в детоксикации техногенных поллютантов – загрязнителей среды: пестицидов, синтетических полимеров, пластмасс. Так что сейчас используются грибы (а также ведутся их активные поиски), которые могли бы помочь нам в очистке почв от нефтяных загрязнений, промышленных стоков и водоемов от тяжелых металлов и т. д.
Грибы, вступающие в симбиоз с растениями (микоризообразователи), помогают им получить питательные вещества и воду непосредственно из почвы. Есть те, что осуществляют транспорт веществ между растениями. То есть если в лесу какому-то дереву не хватает, скажем, азота – оно может получить его через мицеальную сеть гриба из другого места леса или от другого растения. Микоризообразователи улучшают устойчивость растений к патогенам, синтезируют фитогормоны.
Грибы регулируют численность популяции других живых существ – растений, микроорганизмов, животных (в первую очередь, речь о патогенных грибах).
Существуют эндотрофные грибы, которые могут придать растению такие свойства, что его не смогут съесть животные и насекомые, таким образом, они повышают устойчивость растений к внешним факторам.
Еще одна функция грибов – источник пищи как для человека, так и для животных. Не только крупных, но и крошечных, обитающих в почве (например, коллембол, клещей или нематод). Грибы используются в создании стероидных препаратов, в пищевой промышленности – в хлебопечении, получении алкогольных напитков, пивоварении, в производстве различных кислот (например, лимонной, которая делается вовсе не из лимонов, а при участии микроскопического гриба Aspergillus niger), сыров и т. д.
Разумеется, нельзя не упомянуть и огромную роль грибов в медицине – в лечении инфекционных болезней, в использовании грибных статинов для подавления синтеза холестерина, что важно при сердечно-сосудистых заболеваниях. Надеемся, что грибы внесут еще больший вклад и в лечение онкологических заболеваний. Многие ксилотрофные грибы выделяют иммуномодулирующие соединения – внеклеточные полисахариды, которые позволяют повысить иммунный статус человека и успешнее проходить химиотерапию, что и сейчас широко практикуется в Японии.
– Частично о питании грибов вы уже рассказали, а как происходит обмен между ними и растениями?
– Микоризные грибы поглощают из почвы минеральные соединения фосфора, азота, других элементов, отдают часть из них растению (до 50–80 %), а от него получают, в первую очередь, углеводы, витамины. Есть типы микоризы (эктомикориза, вересковая микориза), которые снабжают растения органическими соединениями азота (аминокислотами), добывая их из сложных органических веществ почв. Это особенно важно для растений альпийской и бореальной зон (тундры, тайги), где короткий вегетационный сезон и почвы бедны минеральным азотом. Другой пример успешного симбиоза–лихенизированные грибы (лишайники). В результате него возник новый таллом, в котором грибы органично сосуществуют с одноклеточными водорослями, а часто еще и с цианобактериями. Эти грибы не похожи на другие – внутри них находятся фотосинтезирующие клетки, которые снабжают гриб углеводами, а при наличии цианобактерий – и азотом. Гриб же обеспечивает этим клеткам более благоприятные условия для жизнедеятельности, чем если бы они были одни. Одновременно он имеет специальные гифы, которые двигают фотосинтезирующие клетки ближе или дальше от поверхности своего таллома – в зависимости от интенсивности света.
– Что можно сказать о росте грибов?
– Они могут расти как быстро, так и очень медленно. Быстрорастущими считаются те, что имеют скорость 1 мм в час, то есть за сутки такой гриб вырастет на 2–2,5 см. Это многие микроскопические грибы, портящие продукты, фитопатогены, ряд шляпочных грибов, которые мы собираем в лесах. А лишайники, напротив, растут медленно: до 1–2 см в год. Продолжительность жизни у разных грибов также существенно варьируется. Может быть очень короткой – всего несколько дней, а есть грибы, которые живут до нескольких тысяч лет. Самому старому, известному на сегодняшний день, 2400 лет. Такого возраста известны виды армиллярии – по-простому, опенок, вызывающий поражения древесных растений, и лишайники.
– Профессор университета Хоккайдо Тосиюки Накагаки в 2000 году опубликовал в журнале Nature результаты эксперимента, которые свидетельствуют о том, что грибной мицелий умеет собирать и систематизировать информацию об окружающей среде, понимает свое местоположение в пространстве и передает эту информацию потомкам – частям грибницы, которые были отделены от материнской.
– Ничего удивительного в этом нет. Любое соединение, легко растворимое, скажем, в воде, распространяет свои молекулы во внешней среде. И организм, живущий в этой среде, улавливает такие молекулы – для этого у него есть рецепторы. Соответственно, если из некой точки в пространстве поступают молекулы, которые нужны грибу, он будет направлять свой рост именно в этом направлении, понимая, куда именно ему нужно «двигаться».
То же самое в отношении полового процесса. Женская клетка выделяет соединения гормонального характера, которые улавливает мужская клетка, и она вытягивается или плывет, если это зооспора (подвижная гамета), в нужном направлении. Конечно, таких молекул мизерное число, но клетка, имеющая рецепторы на эти молекулы, все равно способна их уловить. Самый простой пример – зверь, который чувствует запах еды или партнера противоположного пола за несколько километров. Так же и гриб «чувствует» подобные вещества. Это универсальный биологический механизм.
– Раз уж вы упомянули размножение, то какое оно бывает у грибов?
– Самое разное. Грибы в свое время послужили неким полигоном отработки всевозможных способов размножения. У одних грибов есть гаметы – подвижные половые клетки со жгутиком, которые могут даже не различаться. Они сливаются, образуют диплоидную клетку (содержащую полный набор хромосом. – Авт.) и в итоге, после мейотического деления (с рекомбинацией генов), дают начало новым поколениям. Бывают ситуации, когда мейоз происходит не сразу, и мы имеем диплоидные особи. У других грибов одна половая клетка подвижна, а другая – нет, у третьих подвижны обе, но различаются по размеру. А бывает половое размножение без подвижных гамет. При слиянии ядер в клетке на одном мицелии или слиянии ядер из клеток мицелиев разного полового знака образуется зигота (диплоидная клетка), затем происходит редукционное деление и появляются споры, дающие начало новому поколению.
Грибы могут образовывать самые разнообразные спороносные структуры, непохожие друг на друга, как половые, так и бесполые, их мицелий может просто фрагментироваться, отдельные клетки могут почковаться и распространяться в окружающей среде.
По морфологии половых и бесполых спороносных структур, кстати, до недавнего времени только и идентифицировали грибы и описывали новые виды, особенно микроскопические. Потом выяснилось, что один и тот же организм на разных стадиях развития может иметь различные спороносные структуры, и несколько описанных видов представляют собой один. Сейчас такие виды пересматривают с использованием молекулярно-генетических подходов, которые позволяют установить сходство их геномов.
– Какой вид грибов вам кажется наиболее интересным?
– Трудно сказать, у каждого миколога он будет свой. Я, например, занимался микроскопическими грибами – аспергиллами, пенициллами и другими, поэтому они мне кажутся интересными: их не видишь, а роль их в экосистеме и в медицине, в промышленности и растениеводстве очень большая. Они не так заметны, как те, что мы находим в лесу, хотя их разнообразие на порядок выше. Общее число известных видов грибов – около 100 тыс., и примерно 90 % из них – это как раз виды микромицетов. И по прогнозам микологов при дальнейшем изучении необследованных, труднодоступных регионов, экстремальных местообитаний мы получим не менее 1,5 млн, а то и 10 млн видов. Грибы – это вторые организмы по видовому разнообразию на планете после насекомых.
Мне кажется, грибы принесут еще много пользы.
Хотя они наносят и вред, разрушая древесину, здания, штукатурку, книги, различные материалы, что активно происходит при повышенной влажности среды, поэтому с ними надо держать ухо востро. И не только с ядовитыми видами при сборе грибов в лесах и на лугах: не следует собирать неизвестные вам виды, старые грибы, вести грибную охоту у промышленных объектов и автотрасс. Болезни растений чаще всего вызваны фитопатогенными грибами. Есть патогенные для человека грибы. Правда, среди них нет тех, что вызывают особо опасные инфекции, но лечить их все равно очень трудно. Микроскопические грибы вырабатывают микотоксины, которые являются термостабильными и которые сложно удалить из пищи, а ведь они вызывают серьезные отравления.
– То есть, если варенье заплесневело – всю банку на выброс, еще раз варить бесполезно?
– Если вы видите хорошее развитие гриба на поверхности любого продукта – выбрасывайте безжалостно. Термообработка не поможет, микотоксины все равно останутся. Есть сведения, что даже небольшое количество некоторых из этих веществ в организме может привести в перспективе к онкологическим заболеваниям. Не говоря уже о прямом токсическом воздействии на печень, почки и другие органы. К примеру, Penicillium patulinum, довольно распространенный микроскопический гриб, который развивается на поврежденных яблоках и вырабатывает микотоксин патулин. Этот токсин сохранится даже в стерилизованном яблочном соке, произведенном из таких фруктов. Токсины гриба Aspergillus ochraceus, который поражает виноград, попадут в вино. Aspergillus flavus может развиваться на арахисе, и его афлатоксин попадет в арахисовую муку. В начале 1960-х годов в Великобритании был массовый падеж индюшат, которые отравились кормом, содержащим арахисовую муку с афлатоксином…
Может, конечно, оказаться, что тот или иной вид плесени не опасен, но что если это не так? Вы же не понесете в лабораторию на исследования образец, тем более что такой анализ обойдется дороже, чем сам продукт. Так что, если видите заплесневевший продукт – выбрасывайте.
Окружающая нас природа сложилась и меняется при непосредственном участии грибов. И нам надо учиться жить с ними в дружбе и сотрудничестве, решать с их помощью проблемы в медицине, промышленности и сельском хозяйстве. А для этого – изучать и даже охранять те природные местообитания, в которых можно заниматься сбором грибов. По питательной ценности и пользе они уникальны. Это продукт диетический, содержащий значительное количество макро- и микроэлементов, витаминов группы В, клетчатки, позволяющей выводить токсичные вещества из организма и не дающей располнеть, а также существенное количество белка и ненасыщенных жирных кислот.
Это новость от журнала ММ «Машины и механизмы». Не знаете такого? Приглашаем прямо сейчас познакомиться с этим удивительным журналом.
