Гъбни агрономи как гъбите отглеждат реколта за себе си
Фиг. 1. Тъмни стегасти (Stegastes nigricans) в своя парцел: рибата засажда спори или фрагменти от водорасли на подходяща почва, прогонва тези, които искат да вечерят от културите, плевете плевелите, в противен случай културите бързо ще обраснат с макрофити - защо не растениевъдството? Това е единственият досега известен пример за отглеждане на видове в естествена морска среда. Сега учените настояват за съществуването на земеделски практики дори при гъбите. Снимка от www.sciencedaily.com
До тези заключения са стигнали изследователи от университета в Лозана и университета в Нюшател (Швейцария), както и от Центъра за изследване на околната среда Хелмхолц в Лайпциг (Германия). Те си зададоха съвсем тривиален въпрос: какво получават гъбите от почвените бактерии? От една страна, изглежда има ясен отговор на този въпрос: бактериите фиксират азота, някои фотосинтезират и по този начин доставят органичен въглерод на своите съжители; бактериите от своя страна използват гъбичните хифи като удобни транспортни маршрути, „магистрали“, които могат бързо да стигнат до влажни места. Учените обаче решиха експериментално да оценят ползите, които гъбите получават от бактериите (такива оценки все още не съществуват). И така, в хода на тези доста прости и на пръв поглед необещаващи експерименти, беше открита цяла селскостопанска система, която, както се оказа, беше организирана от гъби.
Фиг. 2. Клетки на бактерии Pseudomonas putida (зелени точки) върху гъбични хифи. Снимка от въпросната статия в Proceedings of the Royal Society B
И така бактериите бяха добавени към културите от смръчкули, само една капка. Бактериите не се настаниха върху агар, а се настаниха заеднохифи на гъби.
Бактериите използваха гъбични транспортни пътища, запълвайки пространството 6 пъти по-активно от чистите култури без гъбички. Но удобството и скоростта на уреждане не е всичко. Бактериите, както се оказа, растат върху секретите на гъбичните хифи, обработвайки ги за тяхното хранене. С други думи, гъбите заселват бактериалната монокултура в непосредствена близост и я снабдяват с хранителни вещества. Учените сравняват този процес с етапа на засаждане и покълване на семената в познатата ни аграрна терминология.
След 5-7 дни гъбите започват да образуват склероции - специални тела с плътни черупки, спори и концентрат от хранителни вещества. Така че гъбите подготвиха хранителните си запаси за дъждовен ден, подготвяйки се да издържат на неблагоприятни времена. И в тези резерви имаше органичен синтезиран от бактерии!
Това е доказано по два начина. Първо, определихме броя на бактериалните клетки около склероциите и на разстояние от тях. По време на образуването на склероции първоначално еднаквата плътност на бактериалните клетки рязко намалява в зоната, отдалечена от склероциите (виж графиката на фиг. 3). Както показват допълнителни експерименти, това се дължи на транспортирането на бактериална органична материя от отдалечени зони до зоната на склероциите. Второ, учените, използващи радиоактивни етикети в бактерии, показаха рязко, един път и половина, увеличение на количеството бактериална органична материя вътре в склероциите. Оказва се, че по време на образуването на склероциите гъбичките събират органична материя, произведена от бактерии, и я изпращат в почиващите си тела за съхранение. Учените сравняват този етап с прибирането на реколтата и организирането на съоръжения за съхранение.
Фиг. 3. В петриевото блюдо склероциите са ясно видими под формата на натрупване на жълти зърна в зона b. Лентата i е мястото на оригиналабактериално семе в гъбични култури. Графиката вдясно отразява броя на бактериалните клетки в три зони на петриевото блюдо: в зоната на склероциите (b), в зоната на първоначалното семе (i) и близо до него (a). Чертеж от въпросната статия в Proceedings of the Royal Society B
В тези хранилища имаше не само органични вещества и спори на гъбичките. Там се съхраняват и спори на бактерии. Ако склероциумът се трансплантира в нова стерилна среда, тогава същите бактерии ще се установят върху хифите. И цикълът на растеж и събиране на реколтата в склероциите ще започне отново.
Гъбите могат да култивират не само този конкретен бактериален вид, Pseudomonas putida, но и друг, Pseudomonas knackmusii. Освен това се разпространява през хифите, увеличава броя си и в крайна сметка натрупаните от него органични вещества и спори се прехвърлят в гъбата. Но друг вид, тестван от учените, Cupriavidus necator, се възползва напълно от съжителството с гъбата, бързо се разпространява по хифите, но гъбата от своя страна не може да използва бактериите в своя полза. Е, човек също не култивира всички видове растения, които среща, въпреки че много растения се установяват по един или друг начин с човек.
Така, ако се вгледаме по-внимателно в този случай на взаимноизгодно сътрудничество между два вида - гъба и бактерия, тогава неизбежно възникват аналогии със земеделието. В крайна сметка беше странно дори да се мисли, че интензивният метод за получаване на храна, който човекът смята за едно от основните си културни постижения, е тестван много преди появата на човека, бозайниците, гръбначните и дори животните като цяло. Този пример ни кара да погледнем по нов начин същността на земеделието от биологична и еволюционна гледна точка. Напълно възможно е в близко бъдещеВ бъдеще ще има и други примери за „селско стопанство“ сред най-разнообразните групи живи същества и понятието „земеделие“ ще бъде значително разширено. Важно е да се определи точно на какви критерии трябва да отговаря.
Вижте Вижте също: Хироки Хата, Макото Като. Ново задължително култивиране на мутуализъм между водорасли Damselfish и Polysiphonia // Biol. Lett. 22 декември 2006 г. Т. 2. № 4. С. 593–596. (За това как рибите отглеждат собствена реколта от водорасли, т.е. преминават от лов и събиране към интензивно растениевъдство.)
Европейски учени са изследвали симбиотичната връзка между гъбите и почвените бактерии. Те разрешиха този тривиален проблем, като оцениха потока на вещества от гъбички към бактерии и от бактерии към гъбички на различни етапи от жизнения цикъл на гъбичките, което доведе до напълно нетривиален резултат. Оказа се, че взаимодействието на гъби и бактерии много напомня на селскостопанската практика. Гъбите отглеждат определена бактериална монокултура до тях, хранят я, събират я, съхраняват я на специални места и дори се запасяват с "разсад" за следващите култури. Този подход към тълкуването на симбиотичните взаимоотношения между нисшите организми значително обогатява нашето разбиране както за нашите собствени селскостопански дейности, така и за еволюцията на симбиозата при гъбите и бактериите.