Лишайники (введение)

Вы идете по сухому сосновому бору. Под ногами хрустят сероватые кустики. Их часто называют оленьим мхом, или ягелем, и даже лес, в котором обитают такие растения, известен как бор-беломошник. Но на самом деле это не мох, а лишайники. Вот аккуратные округлые башенки кладины звездчатой. Рядом лохматая кладина лесная, а дальше - крупные, сильно изрезанные лопасти цетрарии исландской. Трухлявый пень весь зарос разнообразными кладониями, а поверхность стволов деревьев покрыта гипогимнией вздутой и псеудэвернией шелушистой. В темном еловом лесу с ветвей свисают бороды уснеи длиннейшей. После дождя все эти жесткие и хрупкие растеньица преображаются, становятся мягкими и бархатистыми на ощупь, многие приобретают яркую зеленую окраску. Удивительно меняется во влажном состоянии лишайник пельтигера пупырчатая. В сухую погоду его серые лопасти скручены, и их трудно заметить среди травы и мха. Но вот брызнул дождь - и лопасти развернулись, их изумрудная гладкая верхняя поверхность резко контрастирует с белой нижней. Однако лишайники можно встретить не только в лесу. Присмотритесь внимательно, и на деревянном заборе либо старой крыше сарая вы увидите плотно прилегающие к поверхности желтые диски ксантории настенной. Настоящее царство лишайников радует глаз в полярной тундре. В некоторых районах тундра почти сплошь покрыта "ягелем", т.е. разными видами кладоний, которые, играют важную роль в рационе северных оленей. В горах же преобладают так называемые накипные лишайники, которые так плотно прикрепляются к поверхности камней, что ботаники-коллекторы вынуждены скалывать их вместе с кусками горных пород. Всего на планете насчитывается более 20000 видов лишайников, и лихенологи (ученые, изучающие эти растения) постоянно вновь открывают ранее неизвестные виды.

До конца 60-х годов XIX века лишайники рассматривали как обычные целостные растения, а видимые под микроскопом зеленые клеточки внутри их тела считали хлорофиллоносной тканью (теория Вальрота). Однако в 1867 году российские ботаники А.С. Фаминцын и И.В. Баранецкий определили, что зеленые клетки в лишайнике - нечто иное, как одноклеточные водоросли, которые после изоляции из лишайника могут делиться, образуя настоящие зооспоры. В том же 1867 году швейцарский ученый С. Швенденер доказал, что лишайник есть сочетание гриба с водорослью. Через два года немецкий ботаник А. де Бари для обозначения сущности взаимоотношений этих растений ввел термин "симбиоз", т.е. сожительство двух организмов.

Замечательный российский ученый К.А. Тимирязев в 1885 году посвятил лишайникам одну из своих блестящих публичных лекций, которую назвал "Растение-сфинкс". Характеризуя открытие двойственной природы лишайников, он сказал: "...Не может ли реальная действительность порой оправдать фантазию поэтов и художников, не найдется ли в каком-нибудь забытом уголке природы чудовищных, сложных существ, представляющих такое сочетание или агломерат двух совершенно разнородных организмов, каковы эти мифологические полугады, полуптицы, полулюди, полузвери? Натуралисту, на первый взгляд, такой вопрос должен показаться чем-то невозможным, просто абсурдом. И потому понятно было изумление ботаников, когда несколько лет тому назад такое загадочное существо, подобно сфинксу, представляющее полное слияние совершенно разнородных и самостоятельных организмов, относящихся к двум различным классам, нашлось в природе,- когда оказалось, что мы все его давно знаем, что оно встречается решительно на каждом шагу".

Каких только теорий, ставивших целью объяснить сущность взаимоотношений между грибом и водорослью в лишайнике, с тех пор не появлялось! Так, например, И. Рейнке считал, что гриб и водоросль в лишайнике составляют неделимое целое, "консорций", который и по строению и по функциям соответствует любому зеленому растению. Другой ученый, А. де Бари, развил теорию "мутуалистического симбиоза", из которой следовало, что оба компонента симбиотического агрегата полезны друг другу. Эта идея гармонии и "сотрудничества" казалась очень привлекательной. В частности, К.А. Тимирязев утверждал в уже упомянутой лекции, что "симбиоз является прямой противоположностью паразитизма. Паразитизм - это борьба на смерть, симбиоз - мирная ассоциация, основанная на взаимной пользе. Нам так прожужжали уши словом "борьба", к тому же понимаемым совершенно превратно, в самом грубом, узком смысле, что как-то особенно отрадно остановиться мыслью на этом мирном уголке природы, где два бессознательных существа подают пример разумного союза, направленного к обоюдной пользе". Однако последующие наблюдения показали, что сожительство компонентов лишайника - отнюдь не идиллия. Крупный ботаник А.А. Еленкин в начале XX века рассматривал лишайники как "воздушные грибы", которые паразитируют на водорослях. Наблюдая совместно с А.Н. Даниловым за примитивными слизистыми лишайниками, Еленкин определил, что взаимоотношения гриба и водоросли часто становятся враждебными. Под влиянием внешних условий, благоприятствующих то грибу, то водоросли, партнеры попеременно угнетают один другого. Чаще всего гриб является одновременно и сапрофитом, и паразитом, т.е. питается как продуктами жизнедеятельности водоросли, так и самим её телом. Поэтому А.А. Еленкин назвал взаимоотношения двух этих организмов эндопаразитосапрофитизмом, а английский лихенолог Дж. Кромби определил их как "противоестественный союз пленной девицы - водоросли и тирана-хозяина гриба".

Но какие бы термины ни вводились для обозначения лишайников, главные вопросы - что заставляет водоросль и гриб существовать совместно, как зарождается их сожительство и какую пользу извлекает в этих условиях каждая сторона - оставались тогда без ответа. Недаром в 1921 году А.Н. Данилов был вынужден признать: "В наблюдении над лишайниками нет недостатка, немало имеется ставших общеизвестными теорий о взаимоотношении гриба и водоросли в лишайниковом симбиозе, но экспериментально добытыми фактами литература о лишайниках крайне бедна". Безусловно, лишайники - трудный объект для изучения. Их медленный рост, трудность содержания в лабораторных условиях, особенности физиологии долго пугали исследователей.

В отличие от растений, тело лишайника, которое называется слоевищем, либо талломом, на корень, стебель и листья не расчленено. По внешнему строению лишайники разделяются на три группы. Если слоевища плотно прилегают к субстрату в виде зернистого либо пылистого налета или в виде чешуек и корочек разной формы, то такие лишайники называются накипными. Если слоевища лишайников имеют вид более или менее расчлененных пластинок (лопастей), они называются листоватыми. Наконец, лишайники, которые имеют кустистое слоевище, состоящее из прямостоячих в разной степени разветвленных столбиков (подециев), называются кустистыми. Не имея корней, лишайники довольно крепко прикрепляются к субстрату особыми выростами, расположенными на нижней стороне таллома.

Изучение срезов лишайников под микроскопом показывает, что внутреннее строение этих организмов неодинаково. Наиболее примитивно устроены некоторые накипные лишайники, у которых клетки водорослей равномерно распределены среди нитей гриба (гифами) по всему слоевищу, как показано на рисунке. Эти лишайники называются гомеомерными.

    Талломы более высокоорганизованных лишайников имеют несколько различных слоев клеток, каждый из которых осуществляет определенную функцию. Такие лишайники называют гетеромерными. Снаружи находится защитный коровой слой, состоящий из плотного сплетения грибных гиф и часто окрашенный в серый, коричневый, бурый, желтый, оранжевый и другие цвета. Под верхним коровым слоем размещается слой водорослей. Здесь размещены водорослевые клетки, окруженные тонкими грибными гифами. Чаще всего зона водорослей очень тонка, и поэтому все водоросли равномерно освещаются солнцем через коровой слой. Ниже слоя водорослей лежит сердцевина. Это наиболее толстый слой, определяющий толщину всего лишайникового таллома. Бесцветные грибные тифы сердцевины лежат рыхло, так что между ними остается воздушное пространство. Это обеспечивает свободный доступ внутрь слоевища углекислого газа и кислорода, которые нужны лишайнику для фотосинтеза и дыхания. Снизу таллом, обычно, защищен нижним коровым слоем.

Некоторые ученые проводили аналогию между слоевищем листоватых лишайников и листовой пластинкой высших растений. Тесно прилегающие друг к другу грибные гифы корового слоя лишайника напоминают кожицу листа, также выполняющую защитную функцию. Зону водорослей можно сравнить с той тканью листа, где располагаются хлорофиллоносные зеленые клетки и где совершается фотосинтез. Наконец, рыхлая сердцевина слоевища листоватых лишайников сходна с губчатой тканью листа, имеющей воздушные полости. Однако это сходство лишь внешнее, и его причины связаны с аналогичностью функций, которые выполняют части слоевища и лист.

У некоторых лишайников на слоевище либо внутри него располагаются особые образования - цефалодии, представляющие собой ассоциацию гриба и синезеленой водоросли. Само слоевище таких лишайников как правило содержит зеленую водоросль. Таким образом, эти лишайники - уже не двух-, а трехкомпонентные организмы: в их состав входят зеленая и синезеленая водоросли, а также гриб. Водорослевый компонент лишайника называется фотобионтом, грибной - микобионтом. Следует предупредить, что термин "фотобионт" появился в литературе о лишайниках сравнительно недавно. Раньше водоросли лишайникового слоевища называли фикобионтом, что в переводе с латинского означает "водорослевый житель", но после того как ученые стали относить синезеленые водоросли к цианобактериям, лихенологи сочли, что более точным будет название "фотобионт", т.е. фотосинтезирующий участник симбиоза.

Лишайники, растущие вблизи источников атмосферного загрязнения, если не исчезают совсем, то чаще всего утрачивают свой нарядный, привлекательный вид. На краях лопастей появляется беловатый налет, уменьшается размер слоевищ. На грибных грифах в изобилии появляются бактерии, клетки водорослей уменьшаются в размере, а иногда совсем погибают; бывает, что разрушается весь водорослевый слой таллома. Одним словом, лишайники выглядят больными.

Лишайники могут оказать ученым неоценимую услугу как индикаторы загрязнения среды. Еще в 1866 году известный лихенолог В. Нюландер заметил, что в Люксембургском саду Парижа вследствие появления дыма и газов исчезают некоторые виды лишайников. Этим наблюдениям не придавали большого значения, пока развитие промышленности не стало катастрофически сказываться на состоянии лишайников в индустриальных районах. В 1926 году шведский ученый Р. Сернандер опубликовал данные своих лихенологических исследований в Стокгольме. По наличию лишайников он разделил город на три зоны. Центр города с железнодорожными станциями, фабриками и заводами получил название "лишайниковая пустыня" из-за абсолютного отсутствия этих организмов. Вокруг бесплодной зоны лишайниковая флора была бедной, на стволах деревьев и камнях встречались лишь единичные экземпляры. Эта часть города получила название "зона борьбы". Еще дальше, на окраинах, располагалась "нормальная зона" с обычным "набором" лишайников. Лихенологи Н.С. Голубкова и Н.В. Малышева проследили изменение лишайниковой флоры города Казани почти за 100 лет - с 1883 по 1976 год. Сравнив данные за 1976 год с данными за 1913 год, они обнаружили, что по мере развития городского транспорта, промышленности и других видов антропогенного воздействия исчезло 49 видов лишайников. Многочисленные наблюдения в районах промышленных объектов в разных странах показали прямую зависимость между загрязнением атмосферы и уменьшением количества определенных видов лишайников. Были составлены специальные шкалы, отражающие эту зависимость. Пользуясь одной из таких шкал, 15000 английских школьников всего за один 1971 год исследовали распространение лишайников на всей территории Великобритании и сделали карту загрязненности атмосферы.

Литература