Кто такие лишайники и почему они везде

Как устроен союз гриба и водоросли

Тело лишайника биологи называют слоевищем или талломом. Под микроскопом видно, что это не сплошная масса, а сложная слоистая конструкция. Основу каркаса составляют грибные нити — гифы. В верхнем слое они переплетены очень плотно, образуя защитную кору. Под этой корой прячется слой зелёных водорослей или синезелёных цианобактерий, к которым гифы прикрепляются особыми присосками.

В таком союзе каждый участник отвечает за свою задачу. Гриб в этой паре называют микобионтом, а фотосинтезирующего партнёра — фотобионтом. Гриб не умеет самостоятельно создавать органические вещества из углекислого газа и воды, зато он великолепно впитывает влагу буквально из воздуха, тумана или росы. Своими гифами он удерживает воду внутри слоевища, прикрывает водоросль от ультрафиолета и снабжает её растворёнными минеральными солями.

Водоросль работает как крошечная солнечная электростанция. Под лучами света она запускает фотосинтез и вырабатывает углеводы, которыми делится с грибом. Если партнёром выступает цианобактерия, она дополнительно умеет усваивать азот прямо из воздуха. Гриб получает стабильное питание, которого в дикой природе на голом камне взять просто неоткуда.

Секрет выживания в экстремальных условиях

Обычным растениям для жизни нужны развитая почва, тепло и регулярный полив. У лишайников нет настоящих корней, листьев и стеблей, поэтому почва им вообще не требуется. К поверхностям они прикрепляются тонкими выростами грибницы — ризинами, которые удерживают слоевище на коре деревьев, кирпичах, бетоне, стекле и на гладком граните.

Лишайники обладают уникальной способностью впадать в глубокий анабиоз при наступлении засухи или морозов. Слоевище высыхает настолько, что вода в нём составляет всего несколько процентов от сухой массы. В этот момент жизненные процессы замирают, дыхание и фотосинтез останавливаются, а само тело лишайника становится ломким и хрупким. В таком спящем состоянии организм без вреда переносит нагрев до семидесяти градусов или космический холод до минус двухсот градусов Цельсия.

Как только выпадает капля дождя или опускается влажный туман, сухой лишайник жадно впитывает влагу всей поверхностью слоевища. За считанные минуты ткани набухают, клетки водорослей оживают, и фотосинтез возобновляется на полную мощность. Именно этот механизм позволяет лишайникам комфортно существовать в суровых арктических тундрах и на раскалённых скалах высокогорий.

Три главные формы слоевища

В природе известно более двадцати тысяч видов лишайников. В зависимости от внешнего вида и способа крепления к субстрату учёные делят их на три основные жизненные формы.

• Накипные или корковые лишайники выглядят как тонкая порошкообразная корочка, плотно приросшая к камню или коре дерева. Отодрать такое слоевище без повреждения самого камня практически невозможно. Яркий представитель этой группы — настенная лецидея.
• Листоватые лишайники напоминают округлые пластинки или резные чешуйки с волнистыми краями. Они прикрепляются к опоре тонкой ножкой или пучками гиф, поэтому их края легко приподнимаются над поверхностью. Типичный пример — золотисто-жёлтая ксантория настенная, которую часто можно увидеть на заборах и стволах осин.
• Кустистые лишайники образуют ветвистые кустики, столбики или свисающие бородатые пряди. Слоевища состоят из тонких полых трубочек или уплощённых лент. К ним относится знаменитый ягель, известный как олений мох, а также уснея, свисающая длинными космами с ветвей елей в таёжных лесах.

Как лишайники разрушают камни и создают почву

В дикой природе лишайники выполняют роль первопроходцев, или пионеров растительного покрова. Они первыми поселяются на свежих лавовых полях, осыпях скал и песчаных дюнах, где нет ни грамма плодородной земли. Закрепляясь на твердом камне, гифы гриба выделяют особые химические соединения — лишайниковые кислоты.

Эти органические кислоты медленно разъедают минералы, растворяя химические связи в горных породах. В микроскопические трещины проникает вода, замерзает зимой и расширяется, ещё сильнее раскалывая породу. Постепенно монолитный гранит или базальт превращается в мелкую крошку и пыль.

Со временем старые части слоевища отмирают. Перемешиваясь с разрушенной минеральной пылью, эти остатки формируют тончайший первоначальный слой перегноя. В эту едва заметную почву уже могут пустить корни мхи, а за ними следом приходят неприхотливые травы и кустарники. Лишайники буквально прокладывают дорогу будущим лесам.

История открытия симбиоза

До середины девятнадцатого века естествоиспытатели считали лишайники самостоятельными растениями низшего порядка и помещали их в классификациях рядом со мхами и водорослями. Их странное строение и способность расти на стекле ставили биологов в тупик.

В 1867 году швейцарский ботаник Симон Швенденер сделал революционное открытие. Рассматривая срезы талломов под микроскопом с сильным увеличением, он обнаружил, что зелёные шарики внутри слоевища идентичны свободноживущим одноклеточным водорослям, а окружающие их нити принадлежат грибам. Швенденер предположил, что лишайник представляет собой двойственный организм.

Поначалу научный мир воспринял эту идею враждебно. Ведущие микологи того времени считали водоросли внутри лишайника просто болезнью гриба или его паразитами. Позже русские биологи Андрей Фаминцын и Осип Баранецкий подтвердили теорию экспериментально: они выделили зелёные клетки из слоевища ксантории, вырастили их отдельно в чашке Петри и доказали, что водоросль способна жить автономно.

Симон Швенденер первоначально описал этот союз довольно сурово. Он сравнил гриб с рабовладельцем, который держит водоросль в плену и заставляет её работать на себя. Современные исследования показали, что отношения сложнее: гриб действительно контролирует размножение водоросли, но взамен даёт ей надёжное убежище, позволяющее выживать в открытом космосе и безводных скалах.

Индикаторы чистоты воздуха

При всей своей фантастической стойкости к холоду и жаре лишайники оказываются абсолютно беспомощными перед химическим загрязнением атмосферы. Они не имеют кутикулы или воскового налёта, которые защищают листья растений, поэтому впитывают газы и аэрозоли всей поверхностью без фильтрации.

Особенно губителен для них диоксид серы, выбрасываемый металлургическими заводами, котельными и автомобильным транспортом. Газ растворяется во влаге слоевища и превращается в сернистую кислоту, которая необратимо разрушает хлорофилл в клетках водорослей. В результате фотосинтез прекращается, и организм погибает от истощения.

Эту особенность учёные используют в методе лихеноиндикации — определении чистоты воздуха по составу лишайников на деревьях. Первыми в загазованных городах вымирают чувствительные кустистые формы, следом исчезают листоватые. Если на стволах деревьев в парке исчезли даже серые накипные корочки, воздух в этом районе сильно загрязнён промышленными выбросами.