Особенности симбиоза гриба и водорослей

Совместная жизнь

Характерным примером тесного симбиоза является сожительство гриба и водоросли, в результате которого образуется единый организм – лишайник. Гифы грибов оплетают клетки и нити водорослей, получая органические питательные компоненты, ассимилированные партнером. В свою очередь грибы поставляют водорослям воду и минеральные вещества, смягчают действие неблагоприятных факторов (защищают от пересыхания, экранируют УФ-излучение). Считается, что такой тип связей эволюционно возник как следствие паразитизма грибов на водорослях. Тем не менее взаимоотношения «сожителей» тонко сбалансированны и согласованны и в результате приносят взаимную пользу, что говорит об успехе такого способа сосуществования.

Эпифитные лишайники

Широко известен симбиоз между грибным мицелием и корнями высших растений – микориза. При взаимодействии гиф гриба и клеток корня всасывающая поверхность корневой системы многократно увеличивается, что способствует более интенсивному поступлению питательных веществ и воды из почвы и (как следствие) лучшему развитию растения-хозяина. В ответ гриб получает от растительного организма углеводы, витамины, фитогормоны и т. п. Кроме того, сами микоризообразующие грибы синтезируют многие биологически активные вещества, используемые растениями, переводят в растворимую форму трудноусвояемые почвенные соединения фосфора, защищают корни от заражения потенциальными патогенами, участвуют в обмене метаболитами между растениями.

В настоящее время микоризообразование выявлено практически для всех голосеменных и большинства покрытосеменных. Многие растения (орхидные, грушанковые, некоторые вересковые и древесные) без микоризы развиваются очень плохо либо не развиваются вообще, особенно на бедных почвах. У черники и брусники грибы-микоризообразователи находят даже в зародышах семян. В целом микориза не только помогает стратегии выживания отдельных растительных организмов, но и объединяет их в единое целостное сообщество.

Еще один классический пример тесных мутуалистических отношений в фитоценозе – симбиоз растений (например, бобовых и мимозовых – около 90 % изученных видов) с азотфиксирующими бактериями, способными усваивать атмосферный азот и переводить его в доступную для высших растений форму. Колонии бактерий поселяются на корневых волосках растения-хозяина, вызывая разрастание тканей корня с образованием утолщений – клубеньков. В результате такого «сожительства» бактериям достаются растительные ассимиляты, а к растениям поступает фиксированный азот (чаще всего в виде аспарагина).

Аналогичные симбиотические связи с корнями различных деревьев и кустарников образуют актиномицеты. Симбиоз с азотфиксирующими микроорганизмами дает возможность растениям-партнерам успешно расти в условиях азотного дефицита (например, на торфяниках или песчаных участках).

Срастание корней дает деревьям возможность обмениваться между собой влагой, минеральными и органическими веществами

Часто у близко растущих деревьев (одного вида или близкородственных) наблюдают срастание корней, что дает им возможность обмениваться между собой влагой, минеральными и органическими веществами. Такой своеобразный симбиоз делает их более устойчивыми к засухе, морозу, повреждению насекомыми и т. д.

При отмирании надземных частей у отдельных деревьев их сохранившаяся корневая система используется соседними, что улучшает рост и устойчивость всей группы в целом. После вырубок в таких случаях могут образовываться «живые» пни, у которых длительное время сохраняется камбиальный прирост.

Существенный минус корневого срастания – возможность более легкого распространения токсинов и возбудителей вирусных и грибных заболеваний. Однако для сближенных деревьев такое взаимоинфицирование в любом случае может происходить достаточно быстро.

Срастание корневых систем выявлено у деревьев разных возрастов, причем у представителей как голосеменных, так и покрытосеменных. Наиболее часто это явление отмечают для березы повислой, ясеня зеленого, дуба черешчатого, вяза обыкновенного, клена остролистного, различных хвойных – сосны, ели, лиственницы, пихты. Корневое срастание характерно также для плодовых (груши, яблони, сливы, рябины). Садоводы создают искусственные системы «многокорневых» деревьев за счет прививок корней для улучшения роста и повышения урожайности.

Связь с растениями

Симбиоз грибов с растениями, например, у лишайников, приводит к постоянному развитию, у организмов появляются новые функции. В середине XIX века было установлено, что эти группы тел являются единением водорослей и грибов, а не отдельных организмов, как было принято думать раньше. В этом союзе оба симбионта получают наибольшую выгоду.

Используя хлорофилл, водоросли образуют органическое вещество – сахар, которым питается грибница, что одинаково защищает от высыхания, и дает биологически значимые элементы. Эти и другие минеральные вещества она получает из субстрата.

Таким образом, благодаря симбиотическим связям лишайник может проживать как в жарких пустынях, так и в высоких горах или северных регионах. Их находят на самых разных поверхностях. Эти загадочные творения природы состоят из 300 соединений, включают в себя не менее 80 уникальных элементов. Симбиоз гриба и корня растения повышает продолжительность жизни лишайника. Предполагают, что существуют виды, возраст которых более 10 тысяч лет. Обычные лишайники, встречаемые везде, живут около 60-100 лет.

Какие бывают лишайники

Их очень сложно классифицировать, однако сегодня выделяется целых 26 000 видов лишайников. Они все для удобства распределены на три группы:

1. Корковые (другое название – накипные) – они выглядят как накипь и их почти невозможно «отодрать». Отдираются они только с тем материалом, к которому «прикипели». Накипные лишайники могут расти со всех сторон какого-либо предмета (куска камня или дерева) и даже внутри него.
2. Листоватые – выглядят, как много-много листков.
3. Кустистые – напоминают «куст» – то есть видны как будто «ветви» и «листья».

Помните, что никаких ветвей и листьев, а тем более корей, у лишайников нет. Их «тело» еще называют «талломом»– это такое тело, в котором нельзя выделить части, как у растений. В общем, лишайник – это только гриб + водоросль. И всё тут.

Многообразие грибов-симбионтов

Многие известные человеку съедобные и ядовитые организмы относятся к симбионтам:

• белый (боровик);
• подберезовик;
• лисичка;
• масленок;
• рыжик;
• подосиновик.

В числе ядовитых организмов симбионтами являются следующие:

• поганки (белая, бледная, весенняя);
• мухоморы (красный, поганковидный, пантерный);

Особенности организма симбионта

Мухоморы встречаются в любых лесах

Особенностью таких организмов является своего рода избирательность. Примером этого может стать хорошо известный боровик, который не способен расти в ольховых или осиновых лесах. Обыкновенный мухомор формирует грибницу, которой не требуется определенный хозяин, поэтому его встречают в любых лесах. А вот рыжики и маслята привязаны только к хвойным деревьям.

Идеальный симбионт

Ценококкум – один из самых распространенных и в тоже время мало изученных грибов, образующих микоризу. Он есть как в Арктике, так и в тропических широтах. Наиболее часто он встречается в корнях растений, которые умеют выживать в экстремальных условиях. Формирует он эктомикоризу с огромным количеством голосеменных и покрытосеменных растений, а также частью папоротников.

Исследования выявили, что этот представитель грибного царства образует мало ферментов, разрушающих растительные ткани. Эти ферменты распространены в основном у обычных грибов, которые разлагают органику для определенных целей. Ценококкум активно формирует белки, которые встраиваются в клетки растения-хозяина и перекачивают туда воду. Поскольку такой тип белка активизируется во время засухи, то нет ничего удивительного в том, что деревья формируют симбиоз именно с этим организмом – он помогает им добывать воду в то время, когда ее крайне мало.

Роль в жизни природы

Лишайники выполняют множество функций и являются незаменимой частью разных экосистем:

• В каменистых районах они медленно растворяют субстрат, воздействуя на разрушение горных пород. Отмирая, они влияют на состав почвы.
• Определенные лишайники служат пищей для животных. Например, ягель – основная еда северных оленей. Также их часто едят лоси. Для некоторых бабочек, насекомых, улиток, беспозвоночных, клещей они являются зачастую единственным способом пропитания.
• Некоторые животные используют лишайники для маскировки и укрытия от опасности.
• Птицы часто вьют в них свои гнезда.
• Некоторые виды может есть и человек. Также определенные лишайники имеют противомикробное действие, что позволяет использовать их в медицине.

Еще их используют для мониторинга условий окружающей среды – этот метод называется лихеноиндикацией. Такой мониторинг проводят разными методами:

• сравнение лишайников одного типа на одинаковой основе в одном положении;
• составление “карты чистоты” по тому, как часто встречаются и насколько распространены они на определенной территории с учетом инструментальных проб воздуха;
• выделение зон на территории по видовому разнообразию.

С помощью лишайников определяют возраст пород – этот метод называется лихенометрией. Он не может быть назван абсолютно точным, но часто бывает полезным в строительстве и археологииЛишайники представляют собой уникальные организмы, строение и форма которых позволяют им существовать практически в любых условиях на протяжении столетий. Они приносят много пользы и широко используются человеком в разных целях. Чтобы лучше представить себе внешний вид и особенности лишайников смотрите познавательное видео про них.

Особенности жизнедеятельности и значение лишайников

Совместное существование двух организмов в одном теле лишайника оказалось для него очень выгодным, особенно для питания.

Каковы же особенности питания лишайников? Грибница гриба впитывает воду и минеральные соли из окружающей среды. Органических веществ он находит очень мало в своей среде обитания. Вот здесь и становится выгодным симбиоз – водоросль способна из углекислого газа и воды создавать органические вещества.

Здесь просматриваются два способа питания лишайника: гетеротрофный и автотрофный. Для гриба характерно гетеротрофное питание – использование готовых органических веществ. Водоросль как растение способно создавать органические вещества, поэтому ее питание будет автотрофным.

Помимо этого особенностью питания лишайника является поглощение всей поверхностью тела питательных веществ и воды. Причем поглощать он их способен не только из почвы и воздуха, но и из оседающей на нем пыли.

Размножение лишайника осуществляется главным образом двумя способами: частями тела или спорами.

Сам лишайник как организм способен размножаться только частями своего тела – слоевища. Оторвавшийся кусочек, попав в подходящие условия, начинает жить самостоятельной жизнью.

Однако в лишайнике существуют совместно два организма, которые способны размножаться самостоятельно. Они могут создавать споры, поэтому лишайник размножается еще и таким способом.

Рассмотрим значение лишайников в природе. Данные организмы, живущие на камнях и скалах, рано или поздно отмирают и перегнивают. Так со временем здесь накапливается слой перегноя. На нем поселяются сначала мхи, а затем и менее требовательные цветковые растения. Как видно, лишайники являются первыми поселенцами, подготавливающими почву другим существам. Поэтому они получили название пионеров растительности. Таково главное значение лишайников в природе.

Наибольшее хозяйственное значение в жизни человека лишайники имеют в тундре. Здесь они занимают огромные пространства и служат кормовой базой для оленей.

Размножение и питание

Существует множество видов различных лишайников. Но все они размножаются только тремя способами:

1. С помощью спор. Формирование происходит на поверхности конидиеносцев, развивающихся на слоевище.
2. Половым путём. Среди сформированных плодов клеток апотеции и перитеции. Процесс их созревания может длиться до 10 лет. После этого они начинают продуцировать огромное количество спор, которые распространяются на десятки метров вокруг лишайника.
3. Вегетативное размножение. Происходит при помощи отделённых частей слоевища, которые состоят из клеток водоросли. Распространяются с помощью животных или ветра.

Особенности питания этих организмов обусловлены довольно сложным строением. Они состоят из гетеротрофов (грибов) и автотрофов (водорослей).

Последние осуществляют фотосинтез, благодаря чему происходит снабжение гриба высокоэнергетическими продуктами. Среди них НАДВ и АТФ.

Грибы выполняют функцию корней. Так водоросли могут получать воду и минералы из земли.

Слоевище лишайников может впитывать влагу из окружающей среды при осадках и туманах. Для поддержания жизнедеятельности этим организмам необходимы азотистые соединения.

Нормальное существование может быть обеспечено только в местах, где есть достаточная освещённость. Солнечный свет требуется для осуществления процесса фотосинтеза. В ином случае лишайник не будет получать питательные вещества. Самым подходящим местом обитания являются светлые и влажные сосновые леса.

Лишайники: в чем проявляется симбиоз грибов и водорослей

На фото Лишайник

Другим примером симбиоза низших грибов с организмами других видов являются лишайники, которые представляют собой союз грибов (в основном аскомицетов) с микроскопическими водорослями. В чем же проявляется симбиоз грибов и водорослей, и как происходит такое «сотрудничество»?

До середины XIX века считалось, что лишайники являются отдельными организмами, но в 1867 году русские ученые-ботаники А. С. Фаминцын и О. В. Баранецкий установили, что лишайники — не отдельные организмы, а содружество грибов и водорослей. От этого союза выигрывают оба симбионта. Водоросли с помощью хлорофилла синтезируют органические вещества (сахара), которыми питается и грибница, а грибница снабжает водоросли водой и минеральными веществами, которые она высасывает из субстрата, а также защищает их от высыхания.

Благодаря симбиозу гриба и водоросли лишайники живут в таких местах, где не могут отдельно существовать ни грибы, ни водоросли. Они заселяют знойные пустыни, высокогорные районы и суровые северные регионы.

Лишайники являются еще более загадочными созданиями природы, чем грибы. В них меняются все функции, которые присущи отдельно живущим грибам и водорослям. Все процессы жизнедеятельности в них протекают очень медленно, они медленно растут (от 0,0004 до нескольких мм в год), и так же медленно старятся. Эти необычные создания отличаются очень большой продолжительностью жизни — ученые предполагают, это возраст одного из лишайников в Антарктиде превышает 10 тысяч лет, а возраст самых обычных лишайников, которые встречаются везде, не менее 50-100 лет.

Лишайники до сих пор продолжают удивлять ученых. В них обнаружены вещества, которых больше нет в природе и которые стали известны людям только благодаря лишайникам (некоторые органические кислоты и спирты, углеводы, антибиотики и др.). В состав лишайников, образованных симбиозом грибов и водорослей, также входят дубильные вещества, пектины, аминокислоты, ферменты, витамины и многие другие соединения. Они накапливают различные металлы. Из более 300 соединений, содержащихся в лишайниках, не менее 80 из них нигде больше в живом мире Земли не встречаются. Каждый год ученые находят в них все новые вещества, не встречающиеся больше ни в каких других живых организмах. В настоящее время уже известно более 20 тысяч видов лишайников, и ежегодно ученые открывают еще по несколько десятков новых видов этих организмов.

Из этого примера видно, что симбиоз не всегда является простым сожительством, а иногда рождает новые свойства, которых не было ни у одного из симбионтов в отдельности.

В природе таких симбиозов великое множество. При таком содружестве выигрывают оба симбионта.

Установлено, что стремление к объединению больше всего развито у грибов.

Съедобные виды грибов-симбионтов

Белый гриб имеет тонкий аромат т деликатесный вкус. Его шляпка имеет диаметр 7 – 30 см. Окрас шляпки варьируется от светло-коричневого до темно-коричневого. Чем моложе гриб, тем более выпуклой является его шляпка. Ножка белого гриба достигает 12 см в высоту, ее диаметр составляет 7 см. Форма ноки бочковидная или булавовидная.

Рисунок 1. Белый гриб. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Подберезовик образует микоризу с березой. Он имеет характерный внешний вид: выпуклые, матовые, сухие шляпки. Диаметр шляпки достигает 15 см. Молодые подберезовики имеют беловатый окрас шляпки, а с возрастом она темнеет. Польза подберезовика обусловлена содержанием в нем большого количества витаминов, клетчатки, легко усваиваемых белков и углеводов, которые он получает из-за взаимодействия с корнями дерева. Подберезовики иногда включаются в систему диетического питания, поскольку несмотря на обилие белка, они проще усваиваются, чем любой другой тип белковой пищи (например, чем мясо).

Гриб обладает очень яркими вкусовыми качествами и может заменять собой мясо для тех людей, кому оно противопоказано.

Что касается грибов – лисичек, они растут в хвойных и смешанных лесах. Они востребованы в народной медицине и широко используются в пищу. В лесах невозможно найти испорченные паразитами грибы: в лисичках содержится хитинманноза – вещество, парализующее глистов и растворяющее их яйца.

У лисичек отсутствует ярко выраженная шляпка, поэтому внешне они напоминают вывернутый наружу зонт. Цвет грибов также может достигать оранжевого. Шляпка лисичек гладкая и имеет волнистые края. Лисички считаются одними из самых вкусных грибов, которые применяются в оригинальных рецептах.

Рисунок 2. Лисички. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Маслята отличаются от основных грибов тем, что у них очень слизистые шляпки, поры расположены радиально или в случайном порядке. Между шляпкой и ножкой имеется частичное покрывало, а также железистые пятнышки. Маслята чаще всего произрастают в хвойных лесах. Маслята достаточно тяжело перевариваются, но при этом широко используются в пищу. Маслята активно участвуют в круговороте веществ в природе, насыщая почву минералами.

Рисунок 3. Маслята. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Рыжики чаще всего произрастают в борах и смешанных лесах, выгодно отличаясь цветом собственного плодового тела и коренастым видом грибов. На ощупь шляпка рыжиков имеет клейкую структуру. Пластинки рыжиков частые, узкие, желтоватые. Высота ножки рыжика до 9 см, она имеет полую структуру. Рыжики используются в пищу человеком и животными, они относительно нетребовательны к увлажнению почвы.

Рисунок 4. Рыжики. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Подосиновики – еще один всем известный вид грибов.

Рисунок 5. Подосиновики. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Свое необычное название они из-за мест прорастания. Цвет яркой шляпки этого гриба очень схож с окраской багряной осенней листвы. Когда она опадает, то подосиновик сливается в один цвет с опавшей листвой. Есть много разновидностей этих грибов. Все они имеют неповторимый вкус и очень полезны для человека. Подосиновики вступают в симбиоз с осинами, они используются в пищу человеком и животными, достаточно сильно ценятся в качестве источника белка при вегетарианском питании.

Подводя итог всему вышесказанному, можно сделать вывод о том, что симбиотические грибы выбирают для себя такой способ существования, чтобы максимально эффективно приспособиться к достаточно резкой динамике изменения окружающей среды.

Способы размножения и жизненный цикл

Лишайники устойчивы к отсутствию воды

В лишайнике способностью размножаться наделены оба компонента. Грибной воспроизводится вегетативно – частями таллома или с помощью спор. Отростки тела отрываются от слоевища и перемещаются животными, людьми или ветром. Так же распространяются споры.

Второй компонент делится вегетативно. Симбиотический комплекс улучшает способность к размножению. А некоторые виды практически не существуют вне пределов лишайника.

Ирина Селютина (Биолог):

Лишайники размножаются либо спорами, которые образует микобионт половым или бесполым способом, либо вегетативно.

При половом размножении на слоевищах лишайников в результате полового процесса образуются половые спороношения в виде плодовых тел (апотеции, у лишайников известныперитеции, гастеротеции).

Помимо спор, образующихся во время полового процесса, для лишайников присущи и бесполые спороношения – конидии, пикноконидии и стилоспоры, возникающие экзогенно на поверхности конидиеносцев.

При вегетативном размножении обычно идет отделение кусочков слоевища, которые могут быть оторваны порывами ветра или соредиями (микроскопически мелкими клубочками, состоящими из одной или нескольких клеток водоросли, окруженных гифами гриба) или изидиями (маленькими выростами на верхней поверхности слоевища).

Растут организмы медленно. Образует прирост за год от 0,25 до 10 мм. Зато они нетребовательны к условиям среды:

• растут на скалах, земле, стволах и ветках деревьев, на неорганике: стекле, металле;
• выдерживают обезвоживание.

Устойчивые к температурам от -47 до 80℃, 200 видов обитает в Антарктике. Около двух недель смогли прожить вне земной атмосферы. Лишайники являются индикаторами чистоты окружающей среды – в местах с сильным загрязнением они не встречаются.

Описание

Лишайники — широко распространенные организмы с достаточно высокой выносливостью и чувствительностью к загрязнителям окружающей среды. Они способны долгое время пребывать в сухом, почти обезвоженном состоянии, когда их влажность составляет от 2 до 10% сухой массы. При этом они не погибают а лишь приостанавливают все жизненные процессы до первого увлажнения. Погрузившись в такой «анабиоз», лишайники могут выдерживать сильное солнечное облучение, сильное нагревание и охлаждение.

Особое строение и структура лишайников не позволяет однозначно отнести их к определенному царству животного мира. Часть характеристик схожа с растениями, а часть — с грибами. Можно сказать, что грибы играют роль корневой системы, добывая влагу, а водоросли выполняют функцию листьев. Так как по большей части лишайники поселяются на безжизненных субстратах, то впитывают влагу они всей своей поверхностью.

В связи с тем, что лишайники поглощают воду в основном всей поверхностью тела из атмосферных осадков и отчасти из водяных паров, влажность таллома непостоянна и зависит от влажности окружающей среды. Слоевище лишайников лишено корней, проводящих сосудов, устьиц и других «хитроумных» приспособлений, с помощью которых растения регулируют содержание воды в своих тканях. Таким образом, поступление воды в лишайники происходит по физическим, а не по физиологическим законам, как это характерно для высших растений. Недаром слоевище лишайников часто сравнивают с фильтровальной бумагой. Сухие лишайники очень быстро впитывают влагу. Способность быстро насыщаться влагой лишайникам очень необходима: для отправления важнейших физиологических функций нужно успеть воспользоваться любым ее видом, будь то кратковременный дождь, роса, туман либо тающий снег. Если период увлажнения затягивается, например при непрекращающихся дождях, лишайник продолжает впитывать воду и наступает так называемое перенасыщение.

Водоросли как главные симбионты

Биологи давно выяснили, что без участия водорослей не обходится ни одна симбиотическая пара организмов. Причем речь идет не только о водных, но и о сугубо сухопутных организмах. Они умудряются вступать во взаимовыгодные отношения как друг с другом, так и с бактериями, грибами, многоклеточными организмами. Следует знать, что перечень водорослей, которые способны к симбиозу, довольно ограничен.

Так, взаимовыгодные отношения с грибами способны устанавливать представители максимум пяти-семи родов, причем исторически сложилось так, что к симбионтам относятся следующие: носток (Nostoc), глеокапса (Gloeocapsa), сцитонема (Scytonema) и стигонема (Stigonema).

Питание

Особенности питания лишайников связаны со сложным строением этих организмов, состоящих из двух компонентов, которые получают питательные вещества разными способами. Гриб – гетеротроф, а водоросль – автотроф.

Водоросль в составе лишайника обеспечивает его органическими веществами, полученными путем фотосинтеза. Гриб лишайника получает от водоросли высокоэнергетические продукты: АТФ и НАДФ. Гриб, в свою очередь, с помощью нитевидных отростков (гифа) выполняет роль корневой системы. Так лишайник получает воду и минеральные соединения, которые адсорбируются из почвы.

Также лишайники способны всем телом впитывать воду из окружающей среды, во время туманов и дождей. Для выживания им нужны азотистые соединения. Если водорослевый компонент таллома представлен зелеными водорослями, то азот поступает из водных растворов. Когда же фикобионтом выступают сине-зеленые водоросли, возможна фиксация азота из атмосферного воздуха.

Для нормального существования лишайников необходимы в достаточном количестве свет и влага. Недостаточная освещенность препятствует их развитию, так как замедляются фотосинтезирующие процессы и лишайники недополучают питательных веществ.

Светлые сосновые леса стали оптимальным местом для их жизни. Хотя лишайники и относят к наиболее устойчивым к засухе видам, все же вода им необходима. Только во влажной среде осуществляются дыхательные и обменные процессы.