Алексей Целлариус - Нескучная биология
Лишайники
Строение лишайников: 1 – водоросли; 2 – слой коры; 3 – слой водорос-лей; 4 – сердцевина
Грибы проявляют прямо-таки страсть к сожительству с представителями других царств. Кроме микоризы, о которой мы уже говорили, есть еще один плод этой страсти – лишайники. Лишайник – это плотное переплетение гиф гриба аскомицета, в котором заключены клетки цианобактерий или одноклеточных зеленых водорослей. Кончики гиф проникают в клетки сожителя, который обеспечивает их продуктами фотосинтеза. Что касается водоросли, то она, похоже, ничего полезного для себя из гриба не извлекает.
Обычно лишайники приводятся как пример симбиоза – взаимовыгодного союза двух организмов. На самом деле, это скорее не симбиоз, а паразитирование гриба на водоросли. Водоросли, входящие в состав лишайников, встречаются в природе и сами по себе, причем растут и размножаются на свободе они гораздо лучше. А вот те виды грибов, которые образуют лишайники, сами по себе расти не могут и в «чистом виде» не встречаются. Некоторые лишайники размножаются так называемыми соредиями – это маленькие комочки гиф, опутывающие клетку водоросли, которые отпочковываются от тела лишайника. Но чаще гриб размножается привычным для себя способом и молоденький мицелий опутывает гифами встреченную клетку водорос-ли. А если подходящей водоросли не подвернулось – гибнет.
Соредии: А – при сильном увеличении (1 – водоросли; 2 – гриб); Б – выход соредиев через разрыв стенки лишайника
Растут лишайники везде, от раскаленных пустынь до скал, выступающих из-под ледникового щита в центре Антарктиды. Живучесть лишайников объясняется, как ни странно, их способностью стремительно терять воду. Высыхает лишайник за пару часов. При этом верхняя корка становится плотной и непрозрачной, фотосинтез прекращается, лишайник впадает в своего рода анабиоз. В таком состоянии некоторые лишайники способны находиться годами, выдерживая температуры от плюс восьмидесяти (до такой температуры раскаляется поверхность скал в пустыне) до минус 80 (зимние температуры в центральных районах Антарктиды). Но стоит появиться росе или пролиться дождичку, лишайник оживает буквально за две, три минуты. А как только влажность начинает падать – снова впадает в спячку.
Жизненные формы лишайников: А – накипной; Б – листоватый; В – кустистый
Лишайник ориентируется на наличие воды, и при жизни в Антарктиде или в центре Австралии в этом есть глубокий смысл. Появление воды – это, одновременно, означает снижение (в пустыне) или повышение температуры. В иных пустынях дожди (или роса) случаются раз в несколько лет, причем через несколько дней все высыхает до исходного состояния. «Жаркие» дни в центре Антарктиды или в высокогорье, когда солнце нагревает поверхность скалы до такой степени, что она «отпотевает» – тоже очень большая редкость, и длится эта благодать недолго. Даже и не в столь запредельных условиях, скажем, на скалах Таймыра или Ставрополья, лишайник большую часть жизни проводит в спячке. Поскольку растут лишайники «урывками», то обычно рост идет очень медленно. Известны лишайники, которым, по приблизительным расчетам, должно быть более пяти тысяч лет.
Растения
Выход на сушу
Растения в целом – сухопутные существа. То, что мы называем водными растениями, это, в большинстве своем, вполне сухопутные создания, просто стоящие «по колено», «по пояс» или «по горло» в воде. Некоторые водные растения не стоят, а плавают, что дела не меняет. Но практически все они черпают углекислый газ и кислород из воздуха, а прочие минеральные вещества из грунта, со дна водоема, а не из воды, в отличие от водорослей. И даже те очень немногие, которые полностью погружены под воду, вроде элодеи, органы размножения обычно выносят на поверхность. Среди растений по-настоящему водных на свете – раз-два и обчелся. Собственно, все главные признаки и свойства растений – это приспособления, приобретенные их предками водорослями при выходе на сушу.
Море – колыбель жизни, большинство из нас усвоило это еще в школе. Однако возможно, первые формы жизни возникли не в море, а на суше, в почвенных растворах, и только потом проникла в море. Соответственно, на сушу из воды вышла не жизнь вообще, а жизнь многоклеточная. При этом, практически все сухопутные группы многоклеточных организмов вышли на берег не из моря, а из пресной лужи. Растения не исключение – их предками были пресноводные зеленые водоросли, по-видимому очень похожие на современные харовые водоросли. Обитали эти предки, вероятно, не в озерах и реках, а именно в мелководных лужах. Лужам свойственно периодически высыхать, и это служит очень мощным стимулом к выработке приспособлений для сухопутной жизни.
Посидония – водное цветковое растение
Завоевание суши зелеными водорослями началось очень давно, около полумиллиарда лет назад, в начале ордовикского периода. А уже из середины ордовика известны споры, очень напоминающие споры растений. А совершенно несомненные остатки растений появляются в силуре, в отложениях, имеющих возраст около 430 миллионов лет. В девонском периоде, около 400 миллионов лет назад, когда сушу начали осваивать наши предки амфибии, растения были уже многочисленны и разнообразны. Очень вероятно, что за покорение безжизненных берегов водоросли взялись не в одиночку, а в союзе с грибами. Тесный союз гриба и корня – микориза – ныне известен для огромного большинства (более 80 %) «высших» растений. Гриб снабжает растение минеральными веществами, а растение расплачивается за это углеводами. Похоже, что этот союз возник на заре времен и был одним из условий успеха завоевания суши.
Без чего на суше не обойтись
Жизнь водоросли, надо сказать, довольно проста, избыток проблем водоросль не обременяет. Особые органы питания не нужны, питательная среда – вода с растворенными в ней разно-образными веществами – окружает водоросль со всех сторон, и она «впитывает» необходимое, так сказать, всем телом. Хотя у некоторых, в основном крупных, водорослей и в воде возникают сложности. У многометровой ламинарии, например, верхняя часть освещена лучше, чем прикрепленная ко дну, и появляется необходимость транспортировки продуктов фотосинтеза из одной части слоевища в другую. При жизни на суше эта проблема встает в полный рост.
Из весьма приличного набора веществ, потребных живому организму, в воздухе в доступной для растения форме содержатся только углерод (в составе углекислого газа) и кислород. Прочие нужные вещества есть в почве, и растению на суше необходимо часть тела погрузить под землю, к источнику питания, а часть оставить на поверхности, под лучами солнца, иначе невозможен фотосинтез. Хочешь не хочешь, а нужно наладить транспортировку минеральных веществ из подземной части наверх.
Проблема номер два – жесткость тела. Под водой, какой бы ни свирепствовал на поверхности шторм, он ощущается лишь как мягкие движения воды. На суше ветра и ливни быстро растреплют мягкое слоевище многоклеточного в лохмотья. Вдобавок, свое тело фотосинтетику вообще лучше поддерживать в более или менее вертикальном положении, так можно расположить фотосинтезирующие части в несколько ярусов и более эффективно использовать солнечный свет. Требуются особые структуры, придающие телу жесткость. Ну и, наконец, на суше необходимы особые покровы, предохраняющие тело от высыхания. Все это ведет к возникновению групп специализированных клеток, которые отвечают за транспорт, за жесткость и прочность, за защиту. Возникают ткани. А именно ткани – это то самое, что отличает растения от водорослей и других протист.
Вечная жажда
Вода – штука любому организму совершенно необходимая. Живая клетка состоит более чем наполовину из воды, все биохимические реакции, как впрочем и большинство химических реакций вообще, не идут «посуху», взаимодействия молекул происходят в водном растворе. У растений и животных вода, вдобавок ко всему, – главное транспортное средство. Различные вещества переносятся от одной части тела к другой при помощи воды. В одной части тела вещество поступает в раствор, в другой – извлекается из раствора соответствующими тканями. И вот тут у растений возникают проблемы. Растение потребляет почти в двадцать раз больше воды, чем животное аналогичного веса. В чем дело? Дело в том, что у растения нет мышц, которые, тем или иным способом, «гоняют» воду в теле животного. Движение соков у растения устроено совершенно иначе, и именно перенос веществ от корневой системы к листьям требует от растения ненасытно сосать воду из почвы.
