Пустынный мох может скрывать одно из древнейших партнерств на Земле

Фото из открытых источников

Кажется, мох почти ничего не добывает. Он заселяет голые скалы, выживает в условиях почти полного высыхания и восстанавливается через несколько минут после дождя. Подавляющее большинство наземных растений образуют подземные партнерства с грибами, обменивая сахара на питательные вещества, до которых они не могут добраться самостоятельно. Мхи всегда считались исключением.

Новые исследования, проведенные в пустынных ландшафтах Калифорнии, показывают, что это предположение было неверным. Результаты исследования опубликованы в журнале New Phytologist.

Ученые обнаружили свидетельства ранее не описанной взаимосвязи, формирующейся внутри тканей пустынного мха. То, что они наблюдали под микроскопом, указывает на связь, которая может быть старше почти всего, что нам известно о наземной растительной жизни.

Киан Келли из Калифорнийского университета в Риверсайде собрал образцы пустынного мха с вулканических пород и гранитных почв в пустынях Мохаве и Сонора, где летняя температура регулярно превышает 37 градусов Цельсия.

В центре его внимания были биокорки — тонкие живые сообщества на поверхности почвы, где мхи, водоросли, бактерии и грибы образуют корку, стабилизирующую рельеф.

Келли также собрала образцы из менее засушливых прибрежных районов, создав намеренно широкий диапазон климатических условий для сравнения. Его соавтор, Джейсон Стайич, профессор микробиологии и фитопатологии в Калифорнийском университете в Риверсайде, давно придерживался научного консенсуса.

«Такова была модель», — сказал Стаич. Считалось, что мхи просто не взаимодействуют с грибами.

Для проверки этой модели исследователи провели поверхностную стерилизацию каждого образца мха, удалив внешние микроорганизмы, а затем измельчили ткань и провели поиск ДНК грибов. Цель заключалась в том, чтобы изолировать то, что находилось внутри растения, а не просто прикреплялось к нему.

Среди них были микоризные грибы – а именно, группа, называемая арбускулярными микоризными грибами, или АМФ. Материал, обнаруженный внутри стерилизованного мха, отличался от того, что было найдено в голой земле, собранной всего в нескольких сантиметрах от него. В отличие от разлагающих организмов, свободно перемещающихся в почве, АМФ не могут выжить без живого растения-хозяина.

В ходе исследования этого симбиоза было установлено, что подавляющее большинство наземных растений зависят от арбускулярных микоризных грибов (АМФ), которые извлекают фосфор и азот из почвы в обмен на углерод.

Предыдущие исследования неизменно показывали, что мхи не соответствуют этому расположению. Эти организмы не могут выжить без живого растения-партнера, поэтому их присутствие в стерилизованной ткани мха сложнее списать на случайное загрязнение. Что бы ни находилось внутри мха, именно это и поддерживало их жизнь.

Одних только данных ДНК было недостаточно для подтверждения живой колонизации. Келли использовала химический краситель, который связывается с грибковой тканью, и исследовала образцы под микроскопом. Внутри клеток мха Trichostomopsis australaceae – распространенного пустынного мха – в отдельных клетках листьев были обнаружены разветвленные грибковые структуры.

«Как только я это увидела, я поняла, что у нас есть что-то действительно интересное», — сказал Келли.

У растений, образующих настоящий симбиоз с грибами, АМФ (антимолобированные микоризные грибы) строят внутри корневых клеток небольшие, многократно разветвляющиеся структуры для обмена питательными веществами. У мхов нет корней. Однако то, что Келли наблюдала в листьях, имело структурное сходство – настолько близкое, что исследователи называют их «арбускулоподобными».

Ни одно из предыдущих исследований не задокументировало подобное внутриклеточное ветвление внутри здоровых клеток мха. В образцах мха того же вида, собранных на прибрежных участках недалеко от Сан-Диего, штат Калифорния, концентрация АМФ была значительно выше, чем в образцах из крайне засушливых районов пустыни Мохаве.

Внутриклеточные структуры, наблюдаемые на побережье, отсутствовали в наиболее сухом материале.

«Мы предполагаем, что некоторые виды грибов более приспособлены к выживанию в жарком и засушливом климате», — сказал Келли.

Обширные исследования задокументировали, как физические нарушения и потепление разрушают сообщества биокорки, что приводит к эрозии, потере углерода и образованию пыли в засушливых регионах. Биологические слои пустынь уже испытывают значительное давление из-за повышения температуры и деятельности человека.

Это напрямую влияет на то, как эти сообщества выживут в условиях глобального потепления. По мере того как американский Запад становится все более засушливым, состав грибов внутри пустынных мхов может меняться таким образом, что это снизит способность мхов противостоять жаре и засухе.

Мхи тесно связаны с одними из самых древних наземных растений на Земле. Считается, что грибы помогли этим древним первопроходцам переселиться из воды на сушу около 470 миллионов лет назад, обеспечив растения питательными веществами, которые они не могли достать самостоятельно.

Исследование эволюционной истории взаимоотношений наземных растений и грибов подтверждает идею о том, что некое партнерство между грибами существовало с самого начала возникновения растительной жизни на суше. Мхи были исключены из этой истории. Эта находка возвращает их в сюжет.

Если эта взаимосвязь подтвердится в ходе дальнейших исследований, это также изменит наши представления о том, когда подобные партнерства впервые появились в генеалогическом древе, приведшей к появлению современных наземных растений.

Прежде чем эти взаимоотношения можно будет официально назвать симбиозом, исследователям необходимо доказать, что питательные вещества действительно перемещаются между мхом и грибами. Структурные данные согласуются с таким типом обмена, но одних наблюдений недостаточно.

Последствия этого выходят за рамки эволюционной биологии. Если определенные грибы помогают мхам переносить засуху и жару, то эти организмы в конечном итоге могут быть использованы для восстановления поврежденной биокорки в условиях потепления пустынных ландшафтов.

Практически все из более чем 10 000 известных видов мхов никогда не исследовались на наличие грибов, обитающих внутри их тканей. Это открытие позволяет предположить, что может существовать еще множество скрытых партнерских отношений, которые еще предстоит обнаружить.