Некоторые лесные грибы разрушают себя, чтобы сохранить углерод

Фото из открытых источников

Когда грибы распространяются по упавшему бревну, они оставляют после себя сеть крошечных нитей, которые незаметно разлагают древесину и перерабатывают питательные вещества. Долгое время ученые предполагали, что большая часть этой сети просто остается на месте, поскольку гриб перемещается дальше.

Однако новые исследования показывают, что некоторые лесные грибы не просто растут вперед – они разрушают и повторно используют значительные участки своих собственных нитевидных сетей по мере расширения. Результаты исследования опубликованы в журнале New Phytologist.

Вместо того чтобы оставлять старые леса, они поглощают питательные вещества и повторно используют их. Эта недавно открытая стратегия переработки может изменить подход ученых к оценке запасов углерода в лесах.

Если некоторые грибы оставляют в почве меньше материала, чем ожидалось, это изменяет то, сколько углерода в конечном итоге связывают леса с течением времени.

Внутри прозрачных чипов, испещренных микроскопическими каналами, грибковые сети оставляли видимые следы, указывающие на то, какие нити остались живыми, а какие были разрушены. 

Отслеживая эти изменения в течение нескольких недель, Димитриос Флудас из Лундского университета задокументировал, как некоторые виды активно восстанавливали старые насаждения, продолжая при этом расширяться. 

В ряде случаев грибы, которые кажутся медлительными и устойчивыми на стволах деревьев, перерабатывали свои внутренние ресурсы быстрее, чем короткоживущие виды, колонизирующие ветки и побеги.

Такое разделение между теми, кто перерабатывает отходы, и теми, кто их оставляет, поднимает более широкий вопрос о том, как различные образы жизни грибов влияют на то, что в конечном итоге остается в лесных почвах.

В каждой колонии бережливые грибы перерабатывали ресурсы через мицелий — живую сеть грибковых нитей — прежде чем осваивать новые территории. Исследование показало, как быстро происходила эта переработка по мере расширения сетей.

«Результаты показывают, что изученные грибы можно разделить на группы на основе двух четких стратегий», — сказал Флудас. «Существует „расточительная“ группа, которая оставляет после себя большое количество неактивного мицелия, и „бережливая“ группа, которая быстро перерабатывает большую часть своего мицелия в процессе роста».

Эти обозначения описывают компромисс между сохранением пустых клеточных стенок и извлечением питательных веществ для следующего этапа развития – и этот компромисс проявляется по-разному в зависимости от древесины, в которой обитают грибы.

На опавших ветках и небольших сучках быстро размножающиеся грибы часто не успевают осваивать новые места обитания, прежде чем процесс переработки древесины им поможет. Кратковременные участки древесины заставляют эти грибы продолжать движение, даже если они оставляют за собой питательные вещества.

На больших брёвнах и стоящих стволах долгоживущие виды восстанавливали питательные вещества, расчищая старые побеги и уменьшая количество пищи для травоядных животных.

Эта связь между средой обитания и бережливостью позволяет предположить, что накопление углерода в лесу может зависеть от того, какие грибы появятся первыми и начнут доминировать.

При увеличении было видно, что медленно развивающиеся грибы, поражающие ствол дерева, перерабатывали питательные вещества быстрее всего, даже когда колония продолжала расти.

Используя микрофлюидные чипы — лабораторные устройства, которые направляют жидкость по крошечным каналам, — исследователи наблюдали, как сеть истончается, не разрушаясь при этом.

Небольшие скопления живых нитей оставались на месте, образуя уменьшенную сеть, готовую возобновить рост при улучшении условий обитания. Такая стойкость могла помочь грибу сохранить свою территорию на бревне даже после периода нехватки ресурсов.

Тип пищи, содержащейся в чипсах, влиял на поведение грибов – даже когда один и тот же вид рос в одном и том же месте.

Когда были доступны простые сахара, грибы продолжали расти в длину и им не нужно было разрушать большую часть своей сети для повторного использования питательных веществ.

Но когда единственным вариантом был более прочный, древесный материал, похожий на целлюлозу, грибы стали более активно перерабатывать свои старые побеги.

Для измельчения более твердой пищи требовалось больше усилий, поэтому им приходилось более тщательно распоряжаться своими ресурсами.

Это показывает, что один и тот же вид грибов может вести себя по-разному в зависимости от того, чем он питается: он может расти более свободно, когда ему легко добывать пищу, и становится более экономным, когда извлечь питательные вещества из древесины сложнее.

Вокруг грибковой сети крошечные животные и микробы используют свежие ростки в качестве пищи – и берут все, что могут. Благодаря внутренней переработке, бережливый гриб извлекает питательные вещества из старых волокон, оставляя меньше для ногохвосток и клещей.

Растительно истощающиеся виды оставляют после себя больше неактивного материала, предоставляя конкурентам больше мест для вторжения и больше места для выпаса.

Эти побочные эффекты могут влиять на скорость разложения, поскольку потребители и конкурирующие микробы часто определяют, как долго сохраняется присутствие грибов. Но история не заканчивается, когда грибы редеют или погибают.

Отмерший грибной материал не исчезает мгновенно. Его химический состав может влиять на секвестрацию углерода — долговременное хранение углерода в биомассе или почве.

В лесных почвах некромасса — остатки мертвых микроорганизмов, которые могут сохраняться годами, — составляет около 35 процентов почвенного углерода, и примерно две трети из них приходится на грибы.

В клеточных стенках некоторых грибов содержится меланин — темный пигмент, который укрепляет стенки, замедляет разложение и дольше удерживает углерод в почве.

Если расточительные грибы оставляют после себя больше материала, леса могут кратковременно накапливать углерод в почве, даже если эти грибы безвозмездно расходуют питательные вещества.

В климатических моделях небольшие допущения относительно грибов быстро приводят к значительным результатам, поскольку леса занимают огромные территории и хранят колоссальное количество углерода.

Для прогнозирования сроков хранения в долгосрочной перспективе разработчикам моделей необходимы такие характеристики, как скорость переработки мицелия, а не его оставление на месте. Данные, полученные с помощью лабораторных чипов, позволяют разделить виды на группы по типу поведения, но только если ученые протестируют гораздо большее количество грибов.

В настоящих лесах присутствует неравномерная древесина, засуха и конкуренция, поэтому полевые испытания покажут, насколько хорошо эти закономерности сохранятся.

На лесной подстилке множество грибов питаются одной и той же упавшей древесиной, и каждый из них по-своему перерабатывает остатки.

Когда преобладают организмы, экономно перерабатывающие питательные вещества, они поддерживают циркуляцию питательных веществ внутри живых растений, ограничивая то, что другие организмы могут забирать.

«Грибы играют решающую роль в поглощении углерода в наших лесах», — подчеркивает Флудас.

Поскольку лесные грибы не все управляют своими сетями одинаково, эти различия могут отразиться на том, сколько углерода в конечном итоге останется в запасе.

Сохранение разнообразия грибковых стратегий может стабилизировать углеродный баланс в лесу, поскольку каждая из них оставляет свой след в почве.

Дополнительные исследования на настоящей древесине — с участием животных и конкурирующих микроорганизмов — помогут уточнить, в каких случаях переработка древесины способствует накоплению углерода, а в каких нет.