Подробности о грибах, как специализированной земной цивиллизации.

Из телевизионных бесед, Гордона, в 2003 году.

Грибы

23.09.03

(хр. 00:50:30)

 

Участники:

Юрий Таричанович Дьяков – доктор биологических наук

Елена Петровна Феофилова – доктор биологических наук

 

Александр Гордон: …которые кажутся тебе неизмеримо далекими. Когда я читаю о каких-нибудь «черных дырах» – это не так поражает воображение, как то, что, оказывается, систематиками сегодня описано не более пяти процентов всех существующих грибов на планете. В начале ХХI века при таком пристальном внимании человека к этим грибам как так получается, что огромная часть, большая часть, подавляющая часть их не описана до сих пор?

Юрий Дьяков: Прежде всего, надо очертить то место, которое грибы занимают в огромном пространстве, называемом биотой. Потому что для большинства людей грибы – это то, что собирают в лесу или то, что вызывает плесень на продуктах, а в худшем случае – это так называемые неприятные «грибки», которые вызывают поражение ногтей, кожи и так далее.

На самом деле грибы – это гигантская группа организмов, которая по численности, как вы только что сказали, среди растительно-подобных организмов занимает примерно то же место, как насекомые, членистоногие среди животно-подобных организмов.

Елена Феофилова: То есть второе место в мире.

 

Ю.Д. Да. И, пожалуй, наиболее четкое определение, которое позволяет отделить грибы от не грибов, вот какое. Грибы – это эукориотные организмы, то есть организмы, имеющие ядра, но которые, во-первых, гетеротрофы, то есть не способны самостоятельно синтезировать органические вещества из неорганических, и которые, во-вторых, питаются осмотрофно, то есть питаются исключительно всасыванием из окружающей среды. То есть, грибы – это всасывальщики.

Так вот, такой тип питания наложил совершенно определенные особенности на строение и поведение грибов, в отличие от всех других организмов. Прежде всего, для того чтобы всасывать всем телом, надо чтобы это тело было максимально погружено в субстрат. Поэтому жизненная форма грибов, то есть тот морфологический тип их тела, который присущ большинству грибов, – это сильно разветвленные нити. Это грибницы, или мицелии, которые максимально оккупируют субстрат. Причем этим субстратом может быть почва, пораженное растение или даже какое-то пораженное животное, но главное – максимально оккупировать субстрат.

Во-вторых, очень интересно еще вот что. Поскольку грибы питаются готовыми органическими веществами, а они, скажем, в растениях или других субстратах представлены полимерными формами, то есть очень высокомолекулярными формами, которые через мембраны, конечно, не проходят, то необходимо их предварительно расщепить. Поэтому грибы выделяют в окружающую среду очень мощные гидролитические ферменты, ферменты диаполимеразы, разрушающие полимеры. И тем самым происходит расщепление белков.

 

А.Г. Получается внешнее пищеварение.

 

Ю.Д. Да, это наружное пищеварение. Если в кишке, скажем, пищеварительные ферменты выделяются в просвет кишечника, то в грибной гифе они выделяются наружно. То есть, гифу можно представить как вывернутую наизнанку кишку. Здесь на картинке, кстати, показано, что по этому признаку организмы разделяются на три больших группы или царства. Сейчас этих царств уже значительно больше.

 

Е.Ф. Шесть.

 

Ю.Д. Ой, и не шесть, а даже больше. Фототрофы, организмы, которые фотосинтезируют органику, растительно-подобные организмы; зоотрофы, которые заглатывают – это животно-подобные; и осмотрофы, всасывальщики – это грибы.

Кстати сказать, чрезвычайно интересное свойство грибов – выделение мощных ферментов наружу, оно очень широко используется сейчас в биотехнологиях. Скажем, единственные организмы, которые разрушают лигноцеллюлозный комплекс, то есть то, из чего построены клеточные стенки растений, это фактически древесина, – это грибы. Если б не было грибов, то лес бы до макушек был покрыт сломанными ветками, которые бы не разлагались. И сейчас очень широко применяются биотехнологии, при которых грибы используются в целлюлозно-бумажной промышленности для разрушения лигнина. Это самый стойкий природный полимер, другие организмы его разрушить не могут. Есть предположение, кстати, что использование грибов в бумажной промышленности в ближайшие 10 лет вырастет во много раз.

И, наконец, еще одно свойство, которое тоже связано с особенностями питания грибов. Для того чтобы поглощать вещества внутрь, нужно иметь очень высокое тургорное давление в клетке, чтобы шло…

 

А.Г. Чтобы насос работал.

 

Ю.Д. Да, чтобы насос работал. Многие слышали или видели, как шампиньоны при росте плодового тела взрывают асфальт, то есть у них – мощное давление, которое это позволяет.

Второй момент: что это за организмы, которые питаются осмотрофно и сколько их? Вы сказали, что сейчас описана где-то одна двадцатая часть грибов. Так предполагается, это, естественно, неточные цифры. Но дело в том, что, во-первых, имеется масса субстратов, на которых грибы практически только начали описываться. Например, морские грибы. Их чрезвычайно трудно выделять, их выделяют на приманочки, то есть кидают субстрат, который может обрасти грибом, и предполагается, что число морских грибов во много раз больше того, что сейчас известно. Грибы тропических лесов. Это огромные территории, которые недостаточно исследованы биологами, особенно микологами. Грибы все-таки это не деревья или трава – это чрезвычайно мелкие организмы, которые требуют микроскопических исследований и тому подобного. И соотношение числа грибов в развитых странах умеренного климата и развивающихся тропических странах показывает, что там просто неисчерпаемое еще количество неописанных видов.

Кроме того, сейчас показано очень много видов-близнецов, то есть грибов, которые морфологически не отличаются друг от друга, но которые имеют генетические барьеры, не позволяющие обмен генов между этими популяциями, то есть они репродуктивно изолированы друг от друга и являются отдельными биологическими видами. Например, всем известный осенний опенок, который собирают осенью. Мы все знаем, что это очень полиморфный вид, есть сосновый, березовый опенок. С помощью скрещивания мы, у нас в лаборатории, описали четыре вида этого опенка. Во всем мире описано уже больше десяти видов. А раньше они описывались как один вид. И сейчас есть огромная масса грибов, которые образуют на самом деле не один морфологический вид, а много биологических видов. На этом, собственно говоря, основаны утверждения, что полное описание грибной биоты еще ждет своего часа. Это тот момент, который связан с особенностями грибов и с их численностью.

Второй момент, который очень важен, заключается в том, что грибы исторически были очень тесно связаны с растениями. То есть, считают, что грибы вышли на сушу под покровом растительной ткани, как симбионты и паразиты растений, скажем, водорослей. С другой стороны, сейчас это уже однозначно установлено, что важнейшим приобретением, которое позволило водорослям, живущим в мелководных озерах, выйти на сушу, иррадиировать и дать такой гигантский эволюционный всплеск, приведший к гигантскому разнообразию высших растений, был симбиоз с грибами.

Грибы-симбионты (прежде всего микроизобразующие грибы, которые живут частично в корнях растения, а частично их мицелий выходит наружу) обеспечивают, во-первых, большее пространство освоения питательных веществ в почве. Поэтому в более бедных почвах они позволяют добывать питательные вещества. Во-вторых, они превращают труднодоступные питательные вещества, которые находятся в почве в нерастворимых или плохо растворимых соединениях, в такую форму, которая легче усваивается растениям. В-третьих, они защищают растения, есть целая масса механизмов этой защиты, от потенциальных патогенов, от патогенных почвенных микроорганизмов. То есть, то, что, скажем, на каких-нибудь каменистых или горных почвах живут вересковые растения, происходит только благодаря вересковой микоризе. И это чрезвычайно важная связь.

Вторая связь грибов с растениями – это эндофиты. Это вообще новая группа организмов, которая сказочно интересна, потому что это грибы, которые живут внутри растений и никак не сказываются на их внешнем виде. Больше того, они выделяют фитогормоны и активизируют вегетативный рост этой наземной массы. Они, оказывается, повышают устойчивость к стрессам, скажем, к засухе. Мы в позапрошлом году не находили их, а в прошлом сухом году мы их нашли массу внутри злаков. И главное, что они родственники спорыньевых грибов, которые вызывают отравление людей и скота, они выделяют алкалоиды чрезвычайно токсичные для животных. Поэтому растения, в которых живут эти эндофиты, устойчивы к насекомым, насекомые просто уходят от них. С другой стороны, они вызывают массовое отравление скота пастбищными травами. Поэтому возникла серьезная проблема с этими самыми кормами. И это тоже стимулировало их изучение. А с еще одной стороны, скажем, для газонного травосеяния – это просто находка, потому что они очень сильно кустятся, устойчивы к болезням, к вредителям, снижается их цветение, то есть получается прекрасный газончик. Сейчас есть фирмы за рубежом, которые специально заражают ими растения. То есть, эндофиты как какие-то рэкетиры дают «крышу» растениям. Они, конечно, питаются продуктами фотосинтеза растений, но в то же время защищают их от каких-то других возможных организмов-нахлебников.

Ну, и наконец, болезни растений. Самые страшные болезни растений – это грибные болезни растений. В истории были страшные эпидемии таких болезней. Скажем, эпидемия фитофторы, которая была в Ирландии и вообще во всей Западной Европе 150 лет назад. Эту эпидемию привезли из Америки с зараженными клубнями и другим материалом. Два неурожайных года привели к тому, что из четырех миллионов населения Ирландии миллион погиб, а полтора миллиона эмигрировало в Америку, то есть практически населения почти не осталось. Страшная вещь. А 2 миллиона человек погибло во время второй мировой войны в Бенгалии, это нынешняя Восточная Индия и Бангладеш, где было очень густое население, которое питалось исключительно рисом. Там одно из заболеваний риса вызвало страшное падение урожая, а во время войны англичане помочь не могли – они были заняты другими проблемами, и поэтому за один год погибло 2 миллиона, умерло от этой страшной болезни. Таких страшных примеров не много, но они есть.

Кроме того, грибы, которые заселяют растение, выделяют много биологически активных веществ, которые могут быть токсичными и для человека и для домашних животных. Здесь на картинке показан колос ржи с рожками спорыньи. Эти рожки спорыньи, если колос обмолотить, попадают в зерно, оттуда в муку при растирании, и алкалоиды, которые при печении хлеба не разрушаются, могут вызывать страшное заболевание. Заболевание, вызываемое этими алкалоидами, в средние века было второй по числу смертей болезнью после чумы. Это страшное заболевание.

Вот рядом второй колос. Это поражен грибом, который называется Fusarium. Это фузариоз колоса. Этот гриб тоже образует очень неприятные токсины, которые подавляют биосинтез белка у эукариот, то есть и у нас тоже. Кроме того, это антиметаболиты половых гормонов, они, кроме того, что могут вызывать отравление и гибель, вызывают также и различные эмбриональные уродства у беременных – выкидыши и тому подобное, страшные токсические заболевания. И грибов, которые в этом отношении очень страшны, – масса.

С другой стороны, есть некоторые грибы, которые поражают и многих животных, беспозвоночных животных, вызывают эпидемии у насекомых, поражают нематод. Они образуют из мицелия ловчие кольца, и когда нематода попадает в это кольцо, то кольцо сжимается и начинают выделяться ферменты, которые нематоду просто растворяют.

 

А.Г. Хищные грибы.

 

Ю.Д. Да, они так и называются – «хищные грибы».

Кстати, вешенка, которая здесь представлена, она же питается древесиной. Там что? Сахаров много, а азота-то мало. То есть, если там будет нематода, она ее тоже цапнет и съест с удовольствием. Описано очень хорошо, как вешенки тоже поражают нематод.

И наконец, позвоночные – человек. Существуют поверхностные микозы, то есть грибы, разрушающие белок, кератины, из которого построены эти поверхностные ткани. Это неприятная вещь, которой поражено огромное количество населения. Часто есть обмены с животными, это для скота очень тяжелое заболевание, очень мучительно и лечение.

Но это ладно, от этого не умирают, а есть еще глубокие микозы. Вот это страшная вещь, когда гриб, попадая внутрь организма, прорастает там. Мицелий, скажем, из ротовой полости может прорасти в мозг и вызвать гибель. Эти грибы называют «оппортунистическими грибами», это обычные, широко распространенные, всюду имеющиеся плесневые грибы. Они есть и внутри нас всех. Но иммунная система, пока она работает, она им не дает развиваться. Среди них какие опасны? Те, которые могут расти при температуре 37 градусов, то есть при температуре человеческого тела.

Вот, скажем, самые распространенные в почве грибы – пенициллы и аспергиллы. Пенициллу все-таки требуются оптимальные и пониженные температуры, а аспергиллу – высокие температуры. Поэтому существует не только пенициллез у лимона, но и аспергиллезы бывает часто у людей. То есть, как только иммунная система дает сбой, болезнь эта и начинается. Тут сразу могут сказаться разные типы иммунодефицита – вирусный иммунодефицит, связанный со СПИДом, с гепатитом, с герпесом, или иммунодефицит, связанный с каким-то стрессовым состоянием организма, с неблагоприятными экологическими условиями. Поэтому есть очень много так называемых глубоких микозов, которые сопровождают СПИД и являются причиной смерти ВИЧ-инфицированных больных.

Гигантское разнообразие субстратов, в которых живут грибы, их видов, мест обитания – ото льдов до тропиков – конечно, обусловлено многими биохимическими особенностями, которые характерны для грибов. Елена Петровна, как профессиональный биохимик, об этом скажет.

Е.Ф. Я еще хочу сказать насчет отличительных свойств грибной клетки. У грибной клетки есть клеточная стенка. Это наружная структура мицелия. Она состоит из очень интересного вещества, которое называется хитином. Хитин представляет собой очень длинную молекулу. Это биополимер, он состоит из отдельных небольших участков, состоящих из N-ацетил-Д-глюкозамина.