Растения обмениваются энергией через скрытые подземные сети

Фото из открытых источников

Возможно, небольшое цветущее растение совершает то, что ученые давно подозревали, но редко могли доказать. Оно незаметно поглощает углерод у своих соседей через подземную сеть грибов, одновременно производя достаточное количество собственного углерода посредством фотосинтеза.

Новые исследования предоставляют одни из самых убедительных на сегодняшний день доказательств того, что подобное тайное совместное использование ресурсов происходит у растений, о необходимости помощи в которых большинство людей даже не догадывались бы.

Исследование было проведено учеными из Университета Тиба и Университета Кобе в Японии. Результаты были опубликованы в журнале Mycorrhiza.

Исследователи сосредоточили внимание на Gentiana squarrosa, небольшом растении из семейства горечавковых, и показали, что оно поглощает углерод как из солнечного света, так и из сети грибов, зарытых в почву под ним.

Под лесами, лугами и болотами тянется сеть грибковых нитей, известных как микоризные сети, часто называемые «лесной сетью».  Они взаимодействуют с корнями растений, помогая им извлекать питательные вещества из почвы в обмен на углеродные соединения, которые растения производят в процессе фотосинтеза. 

Что особенно важно, эта же самая грибковая сеть может связывать под землей совершенно разные виды растений. Некоторые растения идут еще дальше, частично или полностью полагаясь на эти грибковые связи для получения углерода — стратегия, называемая микогетеротрофией. 

Полностью микогетеротрофные растения практически полностью пропускают фотосинтез и полагаются на грибы. Другие являются лишь частично микогетеротрофными, производя собственный углерод, а также получая его от грибковых партнеров — стратегия, которая может быть наиболее важна для растений, испытывающих трудности в тени лесной подстилки.

Ученые годами подозревали, что некоторые зеленые фотосинтезирующие растения незаметно получают углерод таким образом, но доказать это оказалось действительно сложно. Как правило, исследователи изучают обогащение углеродом-13, чтобы отследить подобный перенос в растениях из таких семейств, как Orchidaceae и Ericaceae, которые взаимодействуют с определенными грибами, где сигнал легче обнаружить. 

Арбускулярные микоризные грибы, наиболее распространенный тип микоризных грибов в мире, представляют собой гораздо более сложную проблему. Это объясняется тем, что изотопный состав углерода в них, как правило, очень близок к составу изотопов растений-хозяев, что делает любой перенос практически незаметным для стандартных методов анализа.

Именно этот пробел и призвано восполнить данное новое исследование, в качестве тестового примера использована Gentiana squarrosa Ledeb.

Чтобы обойти обычную проблему обнаружения, исследователи построили свой эксперимент на основе простой химической особенности.  Растения типа C4 от природы содержат больше углерода-13, чем растения типа C3. Используя Gentiana squarrosa в качестве растения-компаньона для обоих типов растений, команда смогла отследить, действительно ли углерод перемещается между ними через грибковую сеть.

«В частности, если перенос углерода происходит через связи с микоризными грибами, то соотношение изотопов углерода-13 должно быть выше у сеянцев G. squarrosa, выращенных с растением-компаньоном C4, чем у тех, которые выращены с растением-компаньоном C3», — пояснил ведущий автор исследования Масасидэ Ямато из Университета Тиба.

Для проверки этого предположения команда выращивала рассаду Gentiana squarrosa рядом с растениями-компаньонами с фотосинтезом C3 или C4 в специально сконструированной U-образной системе горшков. 

Корни двух растений были разделены мелкой нейлоновой сеткой, так что они не могли физически соприкасаться. Сетка, тем не менее, позволяла грибковому мицелию свободно перемещаться между ними, делая грибковый путь единственным возможным путем для обмена углеродом.

Результаты совпали с прогнозами исследователей. Уровень углерода-13 в побегах Gentiana squarrosa оказался значительно выше у сеянцев, выращенных в паре с растением типа C4, чем у тех, которые были выращены в паре с растением типа C3. Это явный признак того, что углерод перемещается через общую грибковую сеть, а не каким-либо другим путем.

Полученные результаты не ограничивались лишь подтверждением факта переноса углерода. У растений, выращенных в присутствии растения-компаньона с С4-фотосинтезом, рост побегов положительно коррелировал с уровнем углерода-13. Это позволяет предположить, что углерод, полученный через грибковую сеть, фактически способствовал росту растения в условиях проведенных исследований.

В совокупности полученные результаты подтверждают предположение о том, что Gentiana squarrosa является частично микогетеротрофным растением, использующим как фотосинтез , так и грибной симбиоз для удовлетворения своих потребностей в углероде, а не полагающимся исключительно на солнечный свет, как это принято считать в отношении большинства зеленых растений.

Помимо конкретных результатов, исследование также предлагает многоразовый метод. Ямато видит реальный потенциал в самой установке.

«Разработанная в этом исследовании экспериментальная система выращивания растений в U-образных горшках позволит нам проверить наличие или отсутствие переноса углерода между растениями посредством микоризных грибов у различных видов растений», — сказал он. «Если это подтвердится на различных растениях, сеть гиф может быть не просто путем поглощения питательных веществ, но и местом «распределения энергии», где углеродные соединения перемещаются между растениями».

Вместо того чтобы рассматривать микоризные сети исключительно как системы доставки питательных веществ для отдельных растений, в данной работе предполагается, что они могут функционировать скорее как подземная система совместного использования энергии.

По мере того, как все больше растений подвергаются исследованию с помощью подобных инструментов, картина подземной растительной жизни может становиться все более странной и взаимосвязанной, чем кажется на первый взгляд.