Запутанная жизнь: секреты микоризной сети

Вы читаете отрывок из книги британского миколога Мерлина Шелдрейка «Запутанная жизнь» (Entangled Life) в своевольном переводе «Батрахоспермума». Ниже есть видео, в котором автор съел грибы, которые предварительно вырастил в своей книге.

В историях о микоризных сетях растения обычно выступают протагонистами. Грибы же лишь соединяют растения, словно какие-нибудь водопроводы, используемые для перекачки веществ от одного растения к другому. Фитоцентризм как он есть. И он вполне объясним, ведь присутствие растений вокруг более очевидно. Мы можем коснуться их, попробовать на вкус. Микоризные грибы не так заметны. Метафора «вселесной сети» (wood wide web) также затягивает нас в фитоцентризм, подразумевая, что растения – это эквиваленты интернет-страниц, а грибы – это гиперссылки, связывающие страницы друг с другом. Или растения – роутеры, а грибы – провода.

На самом деле грибы вовсе не пассивные кабели. Мицелиальные сети способны решать сложные пространственные и транспортные задачи. Транспорт веществ редко происходит за счет одной лишь диффузии – это слишком медленно. Потоки клеточной жидкости в грибных гифах обеспечивают быструю доставку, и, хоть они и управляются градиентами концентраций, грибы вполне могут их направлять путем роста, утолщения, отсечения части собственной сети или срастания с другой. Без способности регулировать потоки внутри своих сетей большая часть грибной жизни (в том числе согласованное появление плодовых тел) была бы невозможна.

Грибы способны управлять микоризным транспортом и иначе. Как предполагают результаты исследований Тоби Кирс из Амстердамского свободного университета, у грибов есть определенный контроль над ресурсами*, которые они раздают особо щедрым на углерод растениям, накапливают в своих тканях или распределяют по мицелию, чтобы оптимизировать скорость товарообмена. В ее экспериментах фосфор перемещался из участков, где он в избытке, в участки с дефицитом намного быстрее, чем при пассивной диффузии, – вероятно, с помощью «моторов» из микротрубочек. Эти системы активного транспорта позволяют грибам распространять вещества по сетям в любом направлении – даже одновременно в разные стороны – независимо от градиента концентрации.

*Эксперименты Тоби Кирс показывают, что ни растение, ни гриб не контролируют полностью микоризу. Они могут идти на уступки друг другу, достигать компромиссов, прибегать к замысловатым торговым стратегиям. В одной серии опытов Кирс обнаружила, что корни растений могут избирательно снабжать большим количеством углерода те грибные штаммы, которые отдают им больше фосфора (одни грибы более склонны к сотрудничеству, другие прижимисты и предпочитают не разбазаривать фосфор). Обмен в каком-то смысле согласован между ними и обусловлен доступностью ресурсов. Кирс предположила, что такие «взаимные вознаграждения» помогали стабилизировать отношения растения и гриба на протяжении их совместной эволюции. Так как оба партнера контролируют обмен, ни один из них не может использовать его для своей исключительной выгоды.

Другая проблема метафоры «вселесной сети» заключается в том, что нет какого-то одного варианта такой системы. Грибы образуют запутанные сети независимо от того, связывают они растения между собой или не связывают. Микориза – это лишь частный случай: грибная сеть с впутавшимися в нее растениями. Экосистемы полны сетей, в которых отношения между организмами устанавливаются посредством немикоризного мицелия. К примеру, грибы-редуценты распространяются в экосистемах на значительные расстояния и связывают опавшие листья с упавшими веточками, а преющие пни с гниющими корнями, как это делают гигантские опята. Эти грибы формируют «вселесные сети» иного рода – сети, которые пожирают растения, а не поддерживают.

Микоризные сети, однако, тоже не всегда благотворны. В некоторых случаях впутаться туда себе дороже. Добытыми из почвы минеральными соединениями грибы предпочитают торговать с наиболее крупными растительными партнерами – богатейшими поставщиками углерода и одновременно мощнейшими выкачивателями почвенных веществ. Такая асимметрия усиливает конкурентное преимущество крупных игроков перед мелкими растениями, вовлеченными в сеть. В подобных ситуациях последние начинают что-либо получать лишь тогда, когда их связи с сетью разорвутся или когда их коллег-качков кто-нибудь вырубит.

Кроме того, многие виды растений производят химические вещества, которые тормозят рост соседей или даже убивают их. В обычных условиях распространение таких веществ в почве происходит крайне медленно, а их концентрации не всегда достигают токсичных значений. Однако микоризные сети помогают эти ограничения преодолеть, предоставляя ядовитым растениям «скоростные фунгистрали» или «грибострады», по которым токсины распространяются намного быстрее. В одном эксперименте токсичное соединение из опавших листьев грецкого ореха совершило путешествие по мицелиальной сети и скопилось вокруг корней помидоров, затормозив рост побегов.

Одно из самых неожиданных свойств «вселесной сети» – присутствие в ней организмов, не являющихся растениями. По грибным магистралям сквозь почву путешествуют бактерии, а некоторые хищницы даже преследуют добычу во время охоты. Иные бактерии и вовсе живут в гифах, способствуя их росту, стимулируя метаболизм, производя витаминки и влияя на отношения грибов с растительными партнерами. Сморчок Morchella crassipes даже разводит бактерии в своей мицелиальной сети, чтобы затем употребить их в пищу: одни части гриба отвечают за выращивание, другие за поедание – такое вот разделение труда.

Есть и более экстравагантные возможности. Растения производят разнообразные химические вещества: например, при нападении тли садовый боб испускает летучие соединения, которые вылетают из ранки и привлекают наездников, паразитирующих на тлях. Могут ли такие «инфовещества» – соединения, сообщающие информацию о состоянии растения, – передаваться другим растениям под землей, через микоризную сеть? Этим вопросом озадачились Люси Гилберт и Дэвид Джонсон из Абердинского университета. В их хитром эксперименте бобы были либо соединены с общей микоризой, либо ограждены от нее нейлоновой сеткой, через которую вода и вещества проникали, а грибные гифы – нет. Когда растения выросли, на одно из них натравили тлю, предварительно накрыв все бобы целлофаном, чтобы предотвратить передачу инфовеществ по воздуху.

Гипотеза Гилберт и Джонсона полностью подтвердилась: растения, соединенные грибной сетью с терзаемым тлей собратом, усилили производство летучих соединений, хотя сами от тли не страдали. Выделений было достаточно, чтобы привлечь наездников, – то есть информация, передаваемая по грибным каналам, может работать и в естественной среде. Таким образом, у микоризных сетей выявлена прежде неизвестная функция, в процессе осуществления которой они влияют не только на отношения между двумя растениями, но и затрагивают их вредителей и врагов этих вредителей.

Сегодня все очевиднее становится, что открытие Гилберт и Джонсона не было аномалией. Аналогичные эффекты наблюдались у томатов, пораженными грибком или гусеницами совок, и у саженцев сосны с псевдотсугой, атакованной листовертками. Многие исследователи согласны в том, что общение растений через грибные сети – это один из наиболее убедительных аспектов микоризного поведения. Однако хорошие эксперименты ставят больше вопросов, чем дают ответов. «На что в действительности реагируют растения и что в действительности делает гриб?» – призадумался Джонсон.

По одной из гипотез, между растениями через общие мицелиальные сети происходит передача инфовеществ. Это кажется наиболее вероятным, поскольку растения, как известно, используют инфовещества для коммуникации над землей. Еще одна интригующая возможность – электрические импульсы, проходящие по гифам грибов. Как оказалось, мицелии некоторых грибов, включая микоризные, могут осуществлять передачу всплесков электрической активности при стимуляции. Растения также используют электрические сигналы для сообщения между различными своими частями. Никто не исследовал, могут ли электрические сигналы передаваться между растениями через гриб, хотя это не такое уж и невероятное предположение. Однако Гилберт непреклонна: «Мы не знаем. То, что эти сигналы вообще существуют, – само по себе новое открытие. Мы лишь начинаем исследовать эту новую область. Не зная, на что реагируют растения, мы не можем ответить на вопросы о том, как контролируется сигнал или как он на самом деле посылается».

Предстоит еще многое узнать. Если информация может передаваться через грибные сети, соединяющие тепличные бобы в горшках, то что происходит в природных экосистемах? Насколько велика роль грибной коммуникации по сравнению с воздушными химическими сигналами? Как далеко информация может распространяться через подземные сети мицелиев? Джонсон и Гилберт проводят эксперименты, в ходе которых соединяют несколько растений в «гирлянды», чтобы посмотреть, может ли информация передаваться от одного растения к другому, третьему и далее по цепочке. Экологические последствия могут быть серьезными, но Джонсон осторожен. «Расширить масштаб исследования до целых лесов с общающимися между собой деревьями – это чересчур, – полагает он. – Люди очень быстро переходят с одного горшка на целую экосистему».

Что именно передается между растениями через грибные сети – вопрос на засыпку для всех исследователей, изучающих «вселесные сети». Отсутствие знаний ведет к концептуальным тупикам. Например, не зная, как информация передается, невозможно понять, рассылают ли растения предупреждения активно или соседи просто «подслушивают» их стрессовые сигналы. Если на дерево нападет насекомое, оно, конечно, будет кричать на своем языке: оно произведет некое химическое вещество, чтобы подготовиться к атаке, и это вещество может легко переместиться к другому растению по сети. Но если мы слышим крик, это не значит, что нас хотят о чем-то предупредить. Конечно, крик может побудить нас изменить поведение, но он не подразумевает каких-либо намерений со стороны кричащего. Мы просто случайно услышали его реакцию на конкретную ситуацию. «То, что растения, как мы выяснили, могут реагировать на соседа, не означает, что работает какая-то альтруистическая сеть», – говорит Джонсон. Идея о том, что растения общаются, предупреждают друг друга о неизбежной атаке, – это антропоморфное заблуждение. «Очень привлекательно думать так», признает ученый, но вообще-то это «полная чушь».

Лучше задаться другим вопросом: кому такое поведение выгодно? Бобу-соседу, несомненно, есть польза от предупреждения: к приходу тли у него уже выработается защита. Но какая выгода предупреждать его бобу-страдальцу? Мы опять утыкаемся в проблему альтруизма. Кратчайший путь из тупика – сменить ракурс. В чем выгода гриба от распространения предупреждающего сигнала между растениями? Если гриб связан с несколькими растениями и одно из них атаковано тлей, то он страдает не меньше. Если сразу много растений приведены в состояние повышенной готовности, то они производят больше призывающего наездников вещества, чем одно растение. Любой гриб, способный усилить химический сигнал, оказывается в выигрыше. Точно так же и при передаче стрессовых молекул от больного растения к здоровому – грибу еще как выгодно сохранить здоровому растению жизнь. «Представьте, что в лесу есть деревья, которые делятся ресурсами с другими деревьями, – объясняет Гилберт. – Мне кажется вероятным, что гриб замечает недомогание дерева A и перенаправляет на него немного ресурсов со здорового дерева Б». Если придерживаться микоцентрической точки зрения, все обретает смысл.


Вас также могут заинтересовать статьи:
Гифы как места для свиданий и катализатор бактериальной эволюции
Растения зациклились на ризофагии
Гигантские опята и их темные генетические тайны

Комментарии:

Высказать свое мудрое мнение