Грибы обмениваются информацией под землей в случаях загрязнения лесов металлами

Фото из открытых источников

Исследование показало, что кадмий и цинк оказывают противоположное воздействие на симбиоз между тополями и грибом Laccaria bicolor, и предоставило доказательства существования внутренней системы коммуникации в мицелии, передающей сигналы на большие расстояния.

Здоровье лесов северного полушария во многом зависит от древнего союза, скрытого под поверхностью почвы. Это симбиоз, который большинство деревьев устанавливает с так называемыми эктомикоризными грибами — грибковыми организмами, которые образуют обширную и сложную сеть вокруг и между корнями растений.

Это взаимодействие, необходимое для обмена питательными веществами и водой на углеводы, в настоящее время сталкивается с растущим давлением со стороны человеческой деятельности, особенно из-за накопления тяжелых металлов в почве. Именно на этом основании Маартен Оттауэй из Свободного университета Брюсселя (VUB) написал свою докторскую диссертацию, результаты которой проливают новый свет на устойчивость этого взаимодействия и молекулярные механизмы, управляющие им.

Работа Оттауэя была сосредоточена на изучении взаимодействия гриба Laccaria bicolor и тополей — биологической модели, позволяющей наглядно наблюдать последствия загрязнения. В своих экспериментах исследователь подверг эту симбиотическую систему воздействию двух металлов, обычно встречающихся в деградированных почвах: цинка и кадмия. Цель заключалась в том, чтобы выяснить, как эти токсичные вещества влияют на взаимодействие между двумя организмами и, как следствие, лучше понять угрозы для лесных экосистем.

Результаты исследования Оттауэя выявили дифференцированную и, в некоторых аспектах, противоречащую интуиции реакцию, которая ставит под сомнение первоначальные ожидания исследовательской группы. В то время как присутствие цинка в почве явно препятствовало взаимодействию между тополем и грибом, кадмий, напротив, по-видимому, стимулировал его.

Загрязнение металлами вызывает стресс как у растений, так и у грибов, пояснил Оттауэй, чтобы прояснить контекст полученных результатов. Однако, как мы видим, не все металлы оказывают одинаковое воздействие на симбиоз; реакция гораздо сложнее, чем мы предполагали , добавил исследователь, подчеркнув необходимость изучения этих загрязняющих веществ по отдельности, а не как однородной группы.

Исследование не ограничилось анализом общего взаимодействия между видами, а углубилось в молекулярные механизмы, которые гриб использует для преодоления стресса, вызванного этими внешними факторами, и для адаптации своего роста к меняющимся условиям окружающей среды. В этом аспекте Оттауэй сделал одно из наиболее значительных открытий своей диссертации: способность гриба генерировать и передавать сигналы стресса через собственную грибковую сеть.

В частности, исследование показало, что воздействие кадмия может посылать предупреждающий сигнал через мицелий, достигая даже тех участков гриба, которые не контактировали с металлом напрямую. Это говорит о существовании внутренней системы коммуникации внутри гриба, сказал Оттауэй, и о том, что эти организмы способны передавать сигналы стресса на большие расстояния, чем нам удавалось продемонстрировать до сих пор.

В своих попытках разгадать молекулярную основу этой системной реакции исследователь из VUB смог идентифицировать специфический белок, который, по-видимому, играет ключевую роль в этих процессах передачи сигналов стресса. Предварительная характеристика этой молекулы показала, что ее поведение заметно отличается от поведения других подобных белков, ранее описанных у дрожжей и патогенных грибов.

Это открытие, хотя и является предварительным, представляет собой важный первый шаг к открытию новых направлений исследований, которые помогут разгадать уникальную биологию эктомикоризных грибов и понять их физиологию в условиях усиливающегося антропогенного воздействия.

Результаты этого исследования выходят за рамки фундаментальных знаний и затрагивают управление и сохранение экосистем. Оттауэй подчеркнул, что леса — это не просто скопления деревьев, а играют важную роль в поддержании биоразнообразия, регулировании глобального климата и поглощении атмосферного углерода.

Для защиты этих экосистем, заключил исследователь, необходимо лучше понимать, как деревья и грибы совместно реагируют на загрязнение и другие формы стресса.

Таким образом, его работа представляет собой ключевой элемент этой головоломки, демонстрируя, что симбиотический ответ не является однородным и что грибы обладают молекулярными средствами коммуникации и механизмами адаптации, которые мы только начинаем понимать, но которые будут иметь решающее значение для прогнозирования будущего лесов на планете, почвы которой все больше изменяются в результате промышленной деятельности.