Настойка цветков одуванчика применение

Эксперименты над лишайниками

Многочисленные попытки создать новый вид лишайников, основанный на не встречающемся в природе сочетании грибного и водорослевого компонента, до сих пор не увенчались полным успехом, хотя начальные стадии формирования симбиотической системы во многих случаях удалось наблюдать. При этом отмечается высокая избирательность: одни комбинации гриба и водоросли довольно далеко заходят по пути создания лишайникового таллома, другие не хотят даже начинать этот процесс. Но кончается все обычно тем, что гриб убивает водоросль. По-видимому, водросли, приспособившиеся к жизни в качестве компонентов лишайника, выработали эффективные средства защиты от «своего» лишайникового гриба.

Лишайники – симбиотические орагнизмы, состоящие из грибного и водрослевого компонентов. Существует два направления экспериментального изучения лишайников: 1) разделение на компоненты и последующая сборка (ресинтез) компонентов в старых или новых комбинациях, 2) выращивание «культур тканей». Оба метода могут оказаться полезными для развития биотехнологий и поиска новых антибиотиков.

В 60-е годы XIX века русский ботаник Андрей Сергеевич Фаминцын и его немецкий коллега Симон Швенденер обнаружили, что лишайники представляют собой содружество двух разных организмов – гриба и одноклеточной водоросли. Это открытие не только произвело переворот в науке о лишайниках – лихенологии – но и впервые заставило ученый мир всерьез задуматься о роли кооперации и симбиоза в живой природе (сам термин «симбиоз» был введен А. де Бари в 1879 г). С тех пор открыто огромное количество самых разнообразных симбиотических систем – от червей, которым симбиотические бактерии заменили органы пищеварения и выделения (см.: Бактерии-симбионты заменили морскому червю органы пищеварения и выделения, «Элементы», 19.09.06), до термостойких трав, получивших способность расти вблизи горячих источников благодаря присутствию в их тканях симбиотического гриба, в котором, в свою очередь, живет симбиотический вирус (см.: Растение, гриб и вирус объединились, чтобы втроем противостоять высоким температурам, «Элементы», 29.01.07). Тем не менее лишайники и по сей день остаются классическим объектом для изучения симбиотических систем.

В обзорной статье Е.С.Лобаковой и И.А.Смирнова с кафедры физиологии микроорганизмов биологического факультета МГУ рассказывается об экспериментальных методах изучения лишайников. Эти методы делятся на две группы – синтетические и культуральные. В первом случае лишайник расчленяют на компоненты, то есть на гриб и водоросль, а потом пытаются «собрать» новые лишайники из тех же самых или других видов грибов и водорослей. Во втором случае из фрагментов талломов («тел») лишайников получают «культуру ткани», которую можно выращивать в питательной среде наподобие культур тканей растений или животных.

Синтетические методы. Ученые начали пытаться «разбирать» и «собирать» лишайники сразу после открытия их симбиотической природы. Уже в 1867 г. А.С.Фаминцын и О.В.Баранецкий смогли заставить фотобионт (водорослевый компонент) лишайника расти отдельно от грибного компонента. Однако обратная сборка – ресинтез лишайника из компонентов оказался более сложной задачей. Впервые это удалось лишь в 1939 году, да и то, по-видимому, случайно, потому что повторить удачный эксперимент тогда не удалось несмотря на все усилия. Только в 50-е – 60-е годы XX века ученые научились собирать обратно разобранные лишайники. Важнейший вклад в эти исследования внес американский лихенолог В. Ахмаджан. Тем не менее даже сейчас исследователи умеют ресинтезировать лишь небольшое число видов лишайников, в основном двухкомпонентных (то есть состоящих из гриба и одного вида водорослей, в отличие от трехкомпонентных лишайников, в состав которых входит гриб и два вида фотосинтезирующих организмов – эукариотическая водороль и цианобактерия). Выяснилось, что для успешного реконструирования таллома лишайника из выращенных по отдельности гриба и водоросли экспериментальные условия должны имитировать природные: среда должна быть бедной (иначе компоненты лишайника достаточно хорошо чувствуют себя и по отдельности); кроме того, нужно время от времени подсушивать смешанную культуру, а потом снова увлажнять.

Многочисленные попытки создать новый вид лишайников, основанный на не встречающемся в природе сочетании грибного и водорослевого компонента, до сих пор не увенчались полным успехом, хотя начальные стадии формирования симбиотической системы во многих случаях удалось наблюдать. При этом отмечается высокая избирательность: одни комбинации гриба и водоросли довольно далеко заходят по пути создания лишайникового таллома, другие не хотят даже начинать этот процесс. Но кончается все обычно тем, что гриб убивает водоросль. По-видимому, водросли, приспособившиеся к жизни в качестве компонентов лишайника, выработали эффективные средства защиты от «своего» лишайникового гриба.

Культуральные методы. В 80-е годы XX века сформировалось второе направление экспериментальной лихенологии – культивирование на искусственных питательных средах измельченных фрагментов талломов («тел») лишайников. Научились выращивать лабораторные «культуры тканей», содержащие оба компонента – грибной и водорослевый. Такие культуры обладают рядом свойств, характерных для нормального лишайника, а в определенных условиях из них формируется полноценный таллом. В настоящее время так культивируют лишайники 52 родов из 22 семейств. Все они – двухкомпонентные. Трехкомпонентные лишайники обычно в таких условиях распадаются на компоненты. Одна из главных трудностей состоит в том, что в лишайниках, кроме гриба и водоросли, живет еще множество сопутствующих микробов, которые в лабораторных культурах начинают бурно размножаться и мешать росту культуры. Авторы отмечают, что перспективным направлением является выращивание лишайниковых культур в жидких средах («суспензионные культуры клеток» лишайников). Такой подход более удобен для биотехнологических задач (лишайники производят множество уникальных химических веществ, которые могут найти применение в медицине, химической промышленности и т.д.).

Интересные результаты были получены при выращивании культуры трехкомпонентного лишайника Peltigera aphthosa – обычного обитателя наших северных лесов (см. фото). У него два фотосинтезирующих симбионта: одноклеточная зеленая водоросль в большей части таллома и цианобактерии – в особых образованиях, называемых цефалодиями. Оказалось, что в культуре часто происходит вытеснение зеленой водоросли из симбиотической системы. В результате образуется двухкомпонентный цианолишайник. Однако если его подсушить, зеленая водоросль снова начинает проникать в таллом. Это показывает, что один и тот же микобионт (грибной компонент) в разных условиях может образовывать разные симбиотические комплексы (разные лишайниковые морфотипы). Возможно, двухкомпонентные представители рода Peltigera, имеющие только один фотосинтезирующий компонент – цианобактерию, в действительности являются одним из морфотипов трехкомпонентных лишайников.

Многие лишайники выделяют вещества с антибактериальным и антивирусным действием. Обычно этих веществ гораздо больше в природных лишайниках, чем в лабораторных культурах, но бывают и исключения. Интересно, что «культуры тканей» некоторых лишайников (Cetraria, Evernia, Cladonia) обладают высокой противовирусной активностью, но не действуют на рост бактерий. Культуры других лишайников (Usnea, Umbilicaria, Ramalina) эффективно подавляют рост грамположительных бактерий, но не действуют на вирусы. Между прочим, целебные свойства некоторых лишайников давно известны и широко используются в народной медицине. Я сам всегда лечусь от простуды настойкой лишайника Usnea – и, по-моему, хорошо помогает.

Авторы отмечают, что эксперименты по созданию искусственных лишайниковых ассоциаций с не встречающейся в природе комбинацией симбионтов могут оказаться перспективным источником новых антибиотиков. Более того, даже при ресинтезе старых комбинаций (Usnea strigosa) в восстановленном лишайнике иногда обнаруживаются новые химические вещества, не характерные для данного вида в природе.