Невозможно представить нашу жизнь без грибов. Они сами по себе подлинное царство, притаившееся, впрочем, едва ли не на задворках науки. Их роль в природе — особенно в такой экосистеме, как лес, — совершенно недооценивается, хотя деревья порой даже не могут расти без их помощи. К слову, если бы не грибы, в лесу лежали бы метровые кучи палой листвы, ведь без их участия она перегнивает довольно медленно. Грибы встречаются всюду. В истории эволюции они сыграли выдающуюся роль — помогли растениям завоевать сушу. Однако изучать их прошлое достаточно сложно, ведь, в отличие от диплодоков и птерозавров, от них не осталось и косточек.
Исследованиями грибов во многом пренебрегают. Ученые предпочитают заниматься либо растениями, либо животными, а целое царство живого вещества брошено абы кому. Грибы считаются маргиналами, они ни то ни се — ни травинка в лесу, ни зверушка под кустиком. Они так же неподвижны, как и деревья, среди которых растут, и в то же время, подобно человеку, питаются органическими веществами. У грибов — по сравнению с растениями — есть важное преимущество. Они не нуждаются в солнечном свете. Они усваивают то, что переработали другие живые организмы. Практически нет той стратегии питания, которую не использовали бы эти вездесущие создания. Они потребляют отмершие части растений и питаются еще живыми, образуют симбиотические сообщества с микроводорослями (для позабывших школьную биологию: это и есть лишайники!), паразитируют в организме животных, в том числе поселяются в теле человека, вызывая опасные грибковые заболевания. Они, кажется, доберутся всюду, где только можно встретить органические вещества. Любая хозяйка вспомнит, как трудно уберечь продукты от плесени — иными словами, от плесневых грибов. Никто не берется даже сказать, сколько видов грибов существует на планете. По самым приближенным оценкам, их — около полутора миллионов, но учеными описано пока лишь немногим более 100 тысяч видов. Большинство грибов еще ждет своего открытия. Вызывает немало проблем и их систематизация — разделение на отдельные роды и порядки. Биологи относят к царству грибов весьма разношерстную публику. Одни напоминают амебы, другие похожи на водоросли, третьи — наши любимцы, боровики, подосиновики, лисички, — с научной точки зрения, находятся ближе к животным, чем к растениям. Грибы поразительно живучи. Некоторые выдерживают даже смертельные дозы радиации, и это идет им только на пользу. Другим больше по нраву лесные пожары. Но эти рекордсмены — лишь малая толика того многообразия грибов, что встретишь на нашей планете. И в то время, пока одни исследователи разгадывают секреты этих странных обитателей суши, другие продолжают задавать все новые загадки — точнее, возглашать о новых тайнах грибов. Так что же мы о них знаем? Что узнаём год за годом?
Что они, например, «живее всех живых»!
После аварии на Чернобыльской АЭС природа не позволила долго пустовать руинам. В 2002 году робот, обследовавший четвертый реакторный блок станции, обнаружил там грибы. Эта новость прозвучала, словно сбывшийся наяву сюжет фантастического романа. При таком уровне радиации любой организм наверняка бы погиб, а эта плесень процветала. Примечательно, что странные плесневые грибы, покрывавшие стены здания, содержали в избытке пигмент меланин, присутствующий, кстати, в человеческой коже. Пытаясь понять его назначение здесь, исследователи из Медицинского колледжа имени Альберта Эйнштейна (Нью-Йорк) провели серию опытов с грибами Wangiella dermatitidis и Cryptococcus neoformans (именно эти виды плесневых грибов обнаружены в Чернобыле). В одном случае, скажем, их подвергли облучению, уровень которого в 500 раз превышал естественный радиоактивный фон. Однако грибы не только выжили, но даже разрослись быстрее обычного (справедливости ради надо признать, что подобные эксперименты делались и раньше; писал о серии опытов, проведенных учеными из Института ядерных исследований Украинской АН, которые наблюдали за влиянием радиации на плесень). Было известно, что меланин защищает растения и животных от ультрафиолетового излучения, вызывающего рак. В больших количествах он присутствует в грибах, растущих в экстремальных условиях, например, высоко в горах. Однако в данном случае меланин не в состоянии абсорбировать мощное гамма-излучение, и все же грибы не гибнут. Почему?
Потому что радиация им жизненно важна! Анализ показал, что в тканях этой плесени энергия излучения благодаря меланину превращалась в химическую. Если растениям необходим солнечный свет, то некоторым грибам, чтобы нормально развиваться, нужна радиация. Для них источником энергии — своего рода пищей — является радиоактивное излучение. Чем выше дозы, получаемые ими, тем лучше они растут. Ученые надеются использовать это открытие и в практических целях: космонавты во время межпланетных экспедиций могли бы выращивать съедобные грибы, содержащие меланин, ведь чего-чего, а радиации в космосе хватает. Живучесть грибов, повторюсь, поразительна. Когда 65 миллионов лет назад, — возможно, вследствие падения метеорита на Юкатан (подробнее о новых версиях этой катастрофы читайте «З-С», 6/07) — вымерли динозавры и погибло немало других видов растений и животных, были и счастливцы, которым все шло тогда на пользу. Как полагают многие ученые, на рубеже мезозойской и кайнозойской эры именно грибы некоторое время доминировали на нашей планете. Все годилось им в пищу: трупы животных, стволы упавших деревьев, листья и трава. Этот триумф грибов засвидетельствовали геологи. По их признанию, «после падения метеорита на Земле какое-то время правили грибы». Впрочем, их господство длилось очень недолго. Уже через несколько месяцев «метеоритная ночь» рассеялась, и растения постепенно вернули себе «законное место под Солнцем». Однако этот эпизод наглядно показывает, что грибы могут выжить там, где любые другие организмы погибнут. Вот и в наши дни после лесных пожаров именно грибы семейства пиронемовых быстро заселяют свежие пепелища. Вся эта территория постепенно покрывается крохотными — в миллиметры в поперечнике — шляпками, окрашенными в розовый или оранжевый цвет. Росту грибов мало что мешает: после пожара гибнет большая часть конкурентов. Огонь расчищает путь к процветанию. Грибы же были и среди первых обитателей суши. Когда пионеры флоры начали завоевывать пустынные просторы планеты, за ними по пятам шли их верные спутники — грибы. Даже в наше время лишь немногие растения могут жить самостийно, не прибегая к тайной помощи своих вековечных партнеров. Симбиотические сообщества характерны почти для 95 процентов наземных растений. Исследование подобных союзов имеет не только теоретическое, но и прикладное значение. Только поняв механизм данных отношений, подчеркивают биологи, мы научимся выращивать лесные грибы, например, лисички или боровики. Ведь, что любопытно, те сами выбирают себе партнера, в то время как дереву, в общем-то, без разницы, кто поселился рядом с ним. Итак, грибы живут в своеобразном союзе с совершенно иначе устроенными организмами — растениями. Это нам, царям природы, с высоты нашего положения кажется, что в сближении гриба и дерева нет ничего неестественного. На деле же разница между ними так велика, что в мире людей ничуть не страннее смотрелся бы фиктивный брак менеджера О* и розы (цветка, конечно), скрепленный штампом в паспорте. Между тем грибы и деревья еще и ведут совместное хозяйство (семейное!). Грибы снабжают своих партнеров питательными веществами, растворенными в воде, — прежде всего фосфатами. Дар прибирается с радостью, ведь тем тяжко самим выискивать подобную пищу. Расплачиваются же они с грибами углеводами — растения в большом количестве производят их путем фотосинтеза. Идеальные взаимовыгодные отношения для обоих членов этого семейного клана! Прочнее их союза, по биологическим меркам, мало что и упомнишь, если не заглядывать в мир микробов. Этот симбиоз длится уже 460 миллионов лет, как показали недавние исследования, проведенные в тропических лесах на юге Эквадора. Там, в расселинах древних пород (их возраст как раз и указан выше), были обнаружены споры печеночных мхов и грибов, образующих с ними союз. Эти мхи состоят в близком родстве с некоторыми видами пресноводных водорослей, которые произрастают неподалеку от берега. Очевидно, растения спорами переправились на примыкавшую к рекам и озерам твердь, а там их уже дожидались новые сообщники — грибы. В «антанте» с ними растения и взялись осаждать неприступную пустыню, которая звалась «сушей». Находка, сделанная в Эквадоре, подкрепила эту гипотезу. В последующие миллионы лет союз грибов и растений стал доминировать. Триумфальное шествие последних по планете сопровождалось таким же победным продвижением грибов.
Оплетая корни деревьев, буквально срастаясь с ними, нити грибницы (гифы) образуют, говоря научным языком, микоризу (дословно «грибокорень»). Чем плотнее свили грибы свою подземную сеть, тем проще растениям. Как мы не можем жить без злаков, овощей и плодов, так деревья или кусты зачахнут, вздумай мы разгрести клубок волоконцев, опутавший их корневища! Эти нити, между прочим, так миниатюрны, что их даже не увидеть невооруженным глазом. Но будьте уверены: копнув пласт у комля и взяв в руки горсть рыхлой земли, вы держите целую пригоршню гифов. В одном же кубическом метре почвы их наберется столько, что, если вытянуть эти тончайшие волоски диаметром от 2 до 30 микрометров в одну-единственную нить, ее длина достигнет 20 тысяч километров. Подземная грибница, словно невидимый крот, перекапывает весь грунт вдоль и поперек, проникая в каждый комочек земли, разламывая его, — все в поисках веществ, до которых она жадна. Кроме того, она растворяет фосфор и азот, содержащийся в органике, например, в опавшей листве, помогая дереву усваивать их. Поверхность земли — словно грань зеркала. Внизу — буйство жизни, целым лесом переплелись нити, выпущенные грибами, и вверху — над этим «зеркалом» — тоже жизнь распустилась пышным цветом, образовав настоящие заросли. Как отозвался один из журналистов, «микориза — это подземная сверхдержава!». Или можно прибегнуть к другому сравнению: это — протяженная подземная система трубопроводов, по которой постоянно перекачиваются питательные вещества. Растения, в том числе деревья, буквально присасываются к этим «трубам» — и тем сыты! Между отдельными растениями, обступившими «трубы», устанавливаются те же доверительные отношения, что и между членами какой-нибудь задруги или общины: сильные помогают слабым, подкармливают их. В этом мире установилась, скорее, не система капитализма, а социал-демократия. Например, всходы растений могли бы даже не выбраться на свет Божий, если бы не подпитывались от этих «труб», по которым циркулирует пища. Только когда всходы проклюнутся, их ткани начнут сами вырабатывать углеводы. «Лесной биоценоз благодаря связям через микоризу можно сравнить с единым организмом», — отмечает на страницах журнала «Природа» российский биолог Юрий Дьяков. На территориях, зараженных тяжелыми металлами, — промышленных пустошах (в наши дни их становится все больше) — деревья вообще могут нормально развиваться только в симбиозе с некоторыми видами грибов. Без них они просто чахнут, задыхаются. Микроскопические ветвящиеся нити грибницы буквально выцеживают из почвы ядовитые вещества. Эти нити становятся фильтрами, не давая своим «питомцам» пропитаться кадмием или цинком, ртутью или свинцом. Итак, картина распределения питательных веществ в почве выглядит сложнее, чем полагали прежде. В принципе любой гриб, образующий микоризу, может заключить выгодный для обоих союз практически со всяким растением. Однако за миллионы лет эволюции возникли некоторые особенно успешные симбиотические пары. Канадский биолог Джон Клайрономос в своей теплице пробовал принудительно сводить вместе грибы и растения, которые в естественных условиях не ладят друг с другом. Их «холодная война» продолжалась даже, когда им некуда было деваться — когда их оставили наедине. Грибы прекращали подкармливать не полюбившиеся им растения минеральными веществами. А вот углеводы они исправно забирали из растительной ткани. Когда же ученый выращивал вместе грибы и растения, издавна дружившие между собой, это был настоящий «брак по любви»: грибы буквально осыпали своих избранников фосфором и азотом. Вероятно, любовью и ненавистью в мире растений и грибов правят определенные биохимические сигналы. Ряд исследовательских групп в разных странах мира пытается «подслушать» молекулярные разговоры этих партнеров. Ведь с помощью особых сигнальных молекул можно обеспечить растениям внимание со стороны грибов. И это позволит повысить урожайность важнейших полевых культур. Подобные планы диктуют людям меняющиеся условия их обитания. Почти четверть пахотных земель на планете находится под угрозой. Знаки беды: эрозия, засоление почвы, опустынивание. Уже через несколько десятилетий, прогнозируют эксперты, сельскохозяйственное производство достигнет такого размаха, что растениям не будет хватать питательных веществ, будь то добываемых ими в земле, будь то содержащихся в минеральных удобрениях. Рис, кукуруза и пр. и пр. станут бороться за каждый миллиграмм фосфатов или нитратов. В выигрыше окажутся те, кто научится манипулировать ростом зерновых, используя естественных помощников — грибы. Разветвленная грибница, снабжающая растения нужными им питательными веществами, позволит злакам, например, выдержать время засухи. Лабораторные эксперименты показывают, что в этот период растения без помощи грибов почти не получают фосфор, даже если почва пропитана им. Кроме того, в засуху именно грибы выискивают для своих напарников воду. Они — настоящие друзья. «Корневая система» одних — корневая система других. Или лаконично: их «корни» — их корни. Грибы не только помогают растениям, но и меняют структуру почвы. Они вырабатывают в громадных количествах вещество, которое называется гломалин. Это — гликопротеин, сложный белок, содержащий углеводы. Именно этот белок заставляет рыхлую землю склеиваться в комочки. Без него верхний слой почвы просто смывался бы при каждом ливне. Его содержание зависит от того, как ведется обработка земли. Количество гломалина повышается, если поле лежит под паром, если после сбора урожая его не перепахивают, если, наконец, его засевают только теми растениями, которые ладят с подземной грибницей. Не стоит забывать, что грибы содержат целый ряд неизвестных науке веществ. Их можно было бы, например, применить в разработке новых лекарств. В медицине Китая и Японии давно используют целительную силу грибов, причем микотерапия — лечение грибами — основывается на строго научных принципах. Но если лекарственные растения широко вошли в наш обиход, то приготовлению целебных средств на основе грибов пока уделяют мало внимания. А ведь еще наши далекие предки справлялись с болезнями с их помощью. Так, связку грибов нес с собой знаменитый «снежный человек» древности — Этци (см. «З-С», 4/07). Березовый гриб (чага) помогал ему, например, справиться с расстройством желудка. Но дело не ограничивается одной лишь грибной аптекой. В настоящее время химическая промышленность использует всего 10 процентов возобновляемых ресурсов. По-прежнему важнейшим ее сырьем остается нефть, запасы которой постепенно иссякают, хотя геологи время от времени и находят новые месторождения. Когда-нибудь нефть станет стоить слишком дорого — как и бензин. Вот почему ученые ищут ей альтернативу, пытаясь подготовиться к одному из тяжелейших кризисов XXI века — новому нефтяному кризису. На чем будут ездить автомобили наших внуков? На электричестве? Водороде? Спирте? Биотопливе? Наш журнал уже не раз писал о технологиях, которые помогли бы обойтись без традиционного бензина (смотрите, например, «З-С», 5/03, 5/06). Особое внимание исследователей привлекают растительные отходы — все эти стебли, листья, ветки, которые сплошь и рядом попросту гниют или сжигаются. Вот из них надо вырабатывать новые разновидности топлива, а не из зерна, которым можно было бы накормить миллионы голодающих в странах «третьего мира». В одних лабораториях для переработки этих отходов используют дрожжевые грибы, в других — некоторые виды бактерий. Однако в обоих случаях получать углеводородное топливо приходится по сложной технологии, вначале разлагая основной растительный полимер — целлюлозу — на отдельные углеводы, которые и перерабатывают те же бактерии или дрожжи. Эта лишняя операция повышает стоимость топлива. Если бы в распоряжении ученых появились чудо-организмы, которых можно было бы поместить в какой-нибудь чан, бросить туда охапку травы, а некоторое время спустя перелить то, что получилось, в бензобак вашей машины! Как здорово было бы «выращивать» бензин на дачном участке, как капусту! Синтезировать его в своем же гараже! Пока до этого далеко. И все же исследователи из разных стран идут именно в этом направлении. Любопытное — по своим выводам — открытие было сделано осенью прошлого года, сообщает журнал Microbiology. Американские микробиологи, отец и сын Гэри и Скотт Стробелы, обнаружили гриб, который может превращать… «солому в золото» или — говоря конкретнее — вырабатывать дизельное топливо именно из растительных отходов. Он выделяет смесь углеводородов, напоминающую по своему составу данное топливо. Речь идет о грибе Gliocladium roseum — эндофите, который паразитирует внутри растения (найден он в тканях дерева эукрифия сердцелистная, произрастающего в Южной Америке). В лабораторных условиях Гэри Стробел культивировал этот гриб в различных питательных средах. Так он выяснил, какие материалы тот мог бы перерабатывать в топливо. Среди них оказалась и целлюлоза. К слову, из 30 миллиардов тонн углерода, которые высшие растения ежегодно превращают в органические соединения, около трети приходится на целлюлозу. Из нее в основном состоят клеточные стенки, то есть она присутствует во всех частях растений. Люди же, как правило, используют лишь отдельные их части — те, что идут в пищу. По словам Гэри Стробела, в топливе, которое вырабатывает этот гриб, на одну молекулу приходится гораздо больше энергии, чем, например, в этаноле. «Впрочем, вряд ли когда-нибудь топливо будут производить с помощью этих грибов, — отметил в интервью журналу Spiegel немецкий исследователь Экхард Болес. — Разводить их очень сложно; большинство экспериментов проводилось в специальных лабораторных сосудах». «Да, сам по себе гриб не слишком продуктивен. Нельзя просто взять его, поместить на поленницу дров и через пару дней получить то, что можно залить в бак», — иронично замечает Скотт Стробел. Однако эффективность выработки можно повысить, встроив некоторые гены гриба в геномы других организмов, которым это лучше удается, например, дрожжевых грибов или бактерии Escherichia coli. С этим согласны и скептики. Методы генной инженерии позволят сделать подобное — тем более что в ближайшие десятилетия нас ожидает бурное развитие этой отрасли науки и промышленности. Процитируем лишь небольшой фрагмент из недавней лекции, которую прочитал в Москве выдающийся американский ученый Фримен Дайсон (она была организована Фондом Дмитрия Зимина «Династия»): «Мы думаем, что генная инженерия — это удел крупных предприятий. Но в будущем ее развитие пойдет по тому же пути, что и эволюция персональных компьютеров. Биотехнология должна войти в каждый дом. Появятся наборы «Сделай сам» для садовников и любителей домашних животных: новые сорта роз, орхидей, новые виды голубей, кошек, собак, ящериц и змей. Произойдет взрыв в развитии разнообразия живых существ. Дизайн геномов станет личным делом, новым стилем искусства, таким же творческим, как рисование или скульптура. Получат распространение биотехнологические игры: дети будут выводить самые колючие кактусы, самых красивых ящериц и т.п. Лишь малое число из созданных существ будет шедеврами, но все вместе они принесут радость их создателям и большое разнообразие новых форм фауны и флоры». И почему бы не синтезировать топливо у себя в гараже? Надо лишь поколдовать над каким-нибудь геномом! Но обратимся от этой фантастичной картины, которая пока еще кажется «ересью», к сегодняшним проблемам. Итак, гриб, обнаруженный в Южной Америке, мог бы несколько снизить потребность человечества в нефти. Но не только! Может быть, изучая, как он вырабатывает углеводородную смесь, мы лучше поймем, каким образом образуется нефть, полагает Гэри Стробел. Принято считать, что та синтезируется из биологических материалов. Процесс этот протекает миллионы лет при громадных давлениях и высокой температуре. «Однако мы обнаружили микроорганизм, который может делать то же самое. И тут нельзя не задаться вопросом, не участвуют ли в образовании нефти микроорганизмы. Возможно, было бы не лишним порассуждать о том, что углеводороды могут образовываться в недрах Земли путем ферментации растительных отходов при участии грибов, — пишет в своей статье Стробел. — Ведь если эти грибы вырабатывают в лесу аналог дизельного топлива, то, может быть, они причастны и к возникновению ископаемых энергоносителей». Данное открытие подкрепляет аргументы тех «еретиков от науки», которые, вопреки общепринятому мнению, полагают, что нефть является продуктом химических реакций, протекающих в недрах Земли (к этим «еретикам» принадлежал и Д.И. Менделеев). Вот как популярно сформулировал суть этих сугубо научных споров российский геолог Вадим Скарятин в интервью газете «Аргументы и факты»: «Если нефть произошла из биоостанков, значит, на это ушли миллионы лет. А если в результате химических реакций — то в течение нескольких веков, а то и десятилетий. Стало быть, ее запасы возобновля
