Царство грибов: природные суперкомпьютеры, хитрые паразиты и создатели зомби

7 декабря 2024 г.

1901

8 минут на чтение

Их тонкие сети простираются на десятки и сотни километров, они живут на слизистых млекопитающих, манипулируют сознанием насекомых, превращая их в зомби, помогают водорослям синтезировать больше углеводов и насыщают нас в чудесных супах-пюре. Они — это грибы, и сегодня мы попробуем приоткрыть завесу в самое загадочное царство живых существ.

Что есть гриб?

seabamirum / [CC BY 2.0]

Если в августе или сентябре вы решите сходить в соседний лесопарк, вы наверняка их найдёте — милые шапочки на ножках, которые у многих ассоциируются с чем-то уютным и домашним: сразу представляется ёжик с сыроежками на иголках или связка подберёзовиков над камином. Мы называем эти шапочки грибами, и только учёные грибники хорошо понимают, что настоящий гриб — это тонкие, похожие на плесень пушистые нити, остающиеся в земле. Вот почему гриб рекомендуют не срывать, а «откручивать», чтобы эти нити не повредить.

Но что же получается, эти шапочки — не грибы?

Для начала стоит сразу определиться с понятиями. Сыроежки, шампиньоны, рыжики и другие съедобные грибы на самом деле не грибы как таковые. Это плодовое тело гриба, предназначенное для распространения спор. Споры способны выживать в суровых условиях, а главное — преодолевать большие расстояния, что обеспечивает грибу захват всё больших и больших территорий. Вспомните популярную игру Plague Inc.: именно спорам грибов легче всего проникнуть в страны, отдалённые от центра эпидемии.

То, что мы называем грибом, на самом деле плодовое тело, ответственное за распространение спор. Однако, помимо бесполого, грибы также размножаются половым и вегетативным способами

montillon.a / [CC BY 2.0]

Что же такое сам гриб? Это всё то, что скрыто от посторонних глаз в земле: длинные тонкие нити, называемые мицелием. Представьте себе паучью сеть, но не структурированную, а хаотичную, где нити то пересекаются друг с другом, то распадаются надвое, то снова сливаются воедино. Нити мицелия называются гифами, а сами гифы состоят из клеток. Иногда эти клетки отделены друг от друга перегородками-септами, а иногда этих септ нет — тогда образуется единая большая клетка с множеством ядер. Именно гифы формируют все «органы» гриба, включая те самые шапочки на ножках.

Особняком стоят одноклеточные грибы, самый известный представитель которых — дрожжи. Дрожжи — это нетаксономическое название; нет отдельного вида или рода «дрожжевые грибы». Это скорее способ жизни: как и многие другие одноклеточные грибы, дрожжи перешли к жизни на жидких субстратах, из-за чего потеряли многоклеточность.

Грибы во многом похожи на животных — как и животные, грибы запасают гликоген, а не крахмал, как растения. Как и животные, грибы потребляют органические вещества извне, а не синтезируют самостоятельно. Но грибы похожи и на растения — их клетки окружены клеточной стенкой, которой у животных нет (причём и тут грибы решили отличиться: их клеточные стенки состоят из хитина, а не из целлюлозы, как у растений). Хотя ряд учёных объединяет грибы и животных в одно царство Opisthokonta (главным образом потому, что у некоторых клеток и тех, и других есть жгутики), вы с грибом в соседнем лесу если и родственники, то очень дальние.

Высшее существо

Прототакситы, судя по всему, были симбиотическими организмами, состоящими из грибов, водорослей и, возможно, растений. Но фото — окаменелость, выставленная в Королевском Тиррелловском палеонтологическом музее (Канада)

Sabrina Setaro / [CC BY 2.0]

Грибы — настоящие суперорганизмы. Они живут глубоко в земле, высоко в горах, в воде, под давлением. Им в целом даже не сильно страшно радиационное облучение! Именно такая устойчивость позволила им пережить множество других видов, хотя появились они ещё около 800 миллионов лет назад (а некоторые учёные считают, что даже раньше!). Грибам плевать на всемирные катаклизмы, изменение климата, падения метеоритов и выбросы углекислого газа — внешний мир их практически не интересует.

Как же так получилось? Дело в том, что грибы не зря выделяют в особое царство: несмотря на то что у их клеток есть ядра и ряд других свойств, роднящих их с растениями и животными, они не пошли по пути индивидуализации. Как бы упорно вы ни искали, вы не сможете найти одиноко стоящий гриб, так же как не сможете найти животное, чьи части тела спокойно жили бы в километрах друг от друга. Так гриб формирует децентрализованную сеть — единый организм без центрального мозга или какого-либо другого органа для принятия решений.

В игре Morrowind из серии The Elder Scrolls из грибов делали целые дома

Bethesda

И если на пути гриба встаёт, например, камень — что ж, тем хуже для камня. Грибы синтезируют множество кислот и других соединений, которые постепенно разрушают твёрдые породы. Они также разлагают органику, создают комфортные условия для жизни микроорганизмов, делают субстрат вязким. Грибы выделяют различные вещества, привлекающие насекомых, насекомые, в свою очередь, откладывают личинки, те привлекают птиц, а птицы приносят семена… И через какое-то время — целую вечность для нас и мгновение для гриба — каменистую местность сменяет плодородная почва, луга, лес. И грибам неважно, что разрушать — гранит или асфальт: они, как и вода, точат камень.

Конечно, грибы не бессмертны — периодически и они вымирают. Так, например, вымерли гигантские грибоподобные прототакситы. Они достигали восьми метров в высоту (как тут не вспомнить грибы из серии игр The Elder Scrolls, которые использовались как дома) и вымерли около 360 миллионов лет назад.

Всемирная сеть и взаимопомощь

Грибнице опёнка тёмного в Орегоне, по средней оценке, около двух с лишним тысяч лет

Andrey Gaverdovsky / [CC BY 2.0]

Вы наверняка слышали фразу «растут как грибы после дождя». Она родилась неслучайно. Дело в том, что гифы гриба растут невероятно быстро: например, мицелий шампиньона разрастается на 6–8 миллиметров в сутки, то есть на 24 сантиметра в месяц.

Звучит не так уж и впечатляюще, но грибы живут очень, очень долго и всё это время продолжают расти и захватывать новые и новые территории. Грибница тёмного опёнка Armillaria ostoyae, найденного в США, в штате Орегон, занимает 800 гектаров и врастает в землю более чем на метр, что официально делает его самым большим организмом на Земле.

В создании разветвлённых сетей грибам нет равных — они безошибочно определяют, куда именно следует расти. Причём их умения, по всей видимости, можно использовать в практических целях. Так, лауреаты Шнобелевской премии (она отмечает проекты, которые «заставляют сначала улыбнуться, а потом задуматься») обнаружили, что слизевики могут виртуозно решать задачи о кратчайшем пути.

Слизевики — странный организм. Это не совсем простейшие животные, но и не совсем грибы — чаще всего они выглядят как гигантская многоядерная клетка. Но в случае необходимости слизевик перестраивает тело и формирует грибоподобные выросты, похожие на обычные шапочки на ножках, — в них, так же как и в классических плодовых телах, формируются споры.

Сложно поверить, что эта жёлтая субстанция обладает своеобразным разумом

Сначала учёные помещали слизевик внутри специально построенного лабиринта, заполненного питательной средой, — и он сразу разрастался, занимая всё свободное пространство. На второй стадии эксперимента питательную среду оставили только в двух ответвлениях лабиринта, и слизевик мгновенно отсекал лишнее, то есть оставлял только те свои части, которые соприкасались с пищей, причём между собой эти две точки соединялись самым выгодным и коротким способом.

Японские учёные пошли ещё дальше — сделали модель Японии и светом выделили на ней географические преграды: моря, реки, озёра, горы и так далее. Города на этой модели отмечались питательной средой. А затем, поместив слизевик там, где находится Токио, учёные стали наблюдать за его ростом — и получившаяся конструкция почти совпала с реальной железнодорожной сетью Японии. И грибу при этом не понадобились ни точные расчёты, ни компьютеры, ни инженеры!

Те же учёные смогли продемонстрировать и аналитические способности слизевиков. Когда грибы поместили между двумя неравными лужицами питательной среды, слизевик сначала разрастался в обе стороны, но в какой-то момент неизменно выбирал ту, где еды суммарно было больше.

Слизевик создал относительно точную карту железных дорог Японии чуть больше, чем за сутки

Но грибы, научившись эффективно распространяться на сотни километров, на этом не останавливаются. Дело в том, что они обожают дружить — особенно с пользой для себя. Простой пример такой дружбы — лишайник, общий дом для водоросли и гриба. Водоросль содержит пластиды, то есть умеет фотосинтезировать, используя углекислый газ, воду и солнечный свет. При совместном проживании с грибом часть синтезированных углеводов передаётся ему, а тот обеспечивает для водоросли жилищный комфорт — создаёт подходящий микроклимат и защищает от неблагоприятных условий окружающей среды. Водоросли вполне могут жить самостоятельно, и грибы им не сильно нужны — но зачем отказываться от полезного сотрудничества?

Деревья, как и водоросли, тоже умеют фотосинтезировать. Однако кроме углеводов им нужны ещё и неорганические вещества, которые они получают, всасывая воду с растворёнными в ней ионами и другими соединениями. Чем обширнее корневая сеть, тем больше питательных веществ получает дерево. А ещё корни образуют связь с гифами гриба. Гриб, прорастая в корни или оплетая их, становится как бы дополнительными корнями и увеличивает эту сеть во много раз — такое образование называется микоризой.

«Зарплату» гриб получает в виде углеводов, аминокислот и некоторых других интересных для него веществ. Если собрать все деревья, связанные общей микоризой, которая сформирована одним грибом, то получится гигантская сеть, объединяющая тысячи организмов. Почти как глобальная сеть из фильма «Аватар»!

Гифы, мицелий и зомби

Споры кордицепса однобокого прорастают прямо сквозь тело заражённого муравья-древоточца

David P. Hughes, Maj-Britt Pontoppidan / [CC BY 2.5]

В видеоигре и сериале The Last of Us гриб-кордицепс устроил апокалипсис, сделав из людей зомби. Звучит абсолютно фантастично, однако это более чем реальная история, но только не для людей, а для насекомых. Дело в том, что грибы способны не только формировать огромные сети и налаживать взаимовыгодные отношения с водорослями и растениями. Они ещё и умеют напрямую манипулировать другими организмами.

Тот самый кордицепс влияет на нервную систему муравьёв, что нарушает их циркадные ритмы. У них сбивается внутренний цикл дня и ночи, муравьи выбираются из своих домов и заползают высоко на листья, да так и сидят там до самой смерти. Для гриба это способ распространения спор, а что будет с муравьём — кордицепс не волнует. Такую стратегию распространения выбирают многие грибы, превращая в зомби то клопов, то жуков.

Представители рода Conidiobolus могут манипулировать поведением насекомых, в частности цикад, выделяя вещества, похожие на наркотические. Гриб, разрастаясь в теле цикады, выделяет молекулы катинона — родственника амфетаминов, — которые делают цикаду более активной. Не зная ни сна, ни отдыха, она старается спариться с как можно большим числом партнёров и заражает каждого из них. В некоторых случаях в поражённых цикадах обнаруживается ещё и псилоцибин — психоактивное вещество, выделяемое многими грибами.

У ряда фантастов грибы даже играют роль антагонистов. Например, многие исследователи считают Старцев (слева) и Ми-Го (справа) из рассказов Лавкрафта «улучшенными» сверхгрибами

Tom Ardans / [CC BY-SA 3.0]

Khannea SunTzu / [CC BY-SA 3.0]

Большое счастье, что грибы не очень любят селиться внутри человека, поэтому микоз у людей, особенно микоз центральной нервной системы, — редкость. Хотя и он встречается — чего стоит грибковая лихорадка Рифт-Валли, вызывающая симптомы, похожие на те, что бывают при менингите. Чаще всего микоз возникает на коже и слизистых, но, если представить, что манипулирующие сознанием грибы смогут адаптироваться и поражать внутренние органы и нервную систему, становится не по себе. И такой сценарий в целом вполне реален: из-за потепления грибам приходится приспосабливаться к более высоким температурам, и когда — пусть и очень, очень нескоро — их оптимум дойдёт до температуры человеческого тела… Впрочем, лучше об этом не думать.

Итак, грибы быстро растут, не сильно зависят от окружающей среды, умеют крайне эффективно использовать пространство, да ещё и здорово манипулировать другими существами. Все эти свойства у многих создают ощущение разумности, а если вспомнить также об огромной скорости роста грибов и об их гигантских размерах — неудивительно, что у некоторых возникает микофобия, то есть боязнь грибов или отвращение к ним.

Грибы — уникальное царство живых организмов. Несмотря на то что у них есть общие черты и с растениями, и с животными, складывается впечатление, что они решили «пойти другим путём». И мы не можем даже представить, куда этот эволюционный путь их заведёт.