23 мая 2019
На нашей планете живет 7 миллиардов человек и 3 триллиона деревьев. Под каждым из деревьев растут грибы, и все они теперь внесены в составленную экологами базу данных
Фото: Steidinger et al./Nature
Фото: Vice/Unsplash
В раннем детстве автор этих строк неоднократно пытался составить карту дачного леса, на которой были бы указаны абсолютно все имеющиеся там грибные места.
Время шло, интересы автора менялись, хотя не слишком: почти все его научные статьи тоже были про грибы, пусть и не такие аппетитные, как те дачные рыжики и подосиновики. Сегодня нам радостно сознавать, что кое-кому удалось реализовать детские мечты куда более прямолинейно: в буквальном смысле составить карту всех грибов, причем не в масштабах одного перелеска, а глобально. Этим отличились авторы работы, опубликованной недавно в Nature. Какую именно информацию о грибах мы получим из их статьи? Чтобы объяснить это, надо кратко рассказать предысторию.
Гриб как владыка суши
С нашей точки зрения жизнь на земле состоит в основном из растений и животных, но это грубый антропоцентризм: с точки зрения неангажированного наблюдателя (к примеру, инопланетянина) животные — крохотная горстка существ, построенных по очень похожему плану и занимающих в биосфере не самое центральное место, о них и упоминать не стоит. По большому счету на древе жизни есть два главных ствола, способных поразить инопланетного натуралиста богатством и разнообразием форм: растения и грибы.
Именно от грибов отходит и та крохотная веточка, на которой сидим мы. Сейчас эта конфигурация не слишком очевидна, но вот полмиллиарда лет назад, в позднем кембрии, все выглядело по-другому. Тогда жизнь как раз пыталась завоевать сушу. Это было нелегким делом: животным на суше делать было нечего, потому что там не было никакой еды. Едой могли бы стать растения, но и им пока нечего было делать на суше: там не было почвы, потому что почва образуется, когда что-то живое разрушает минералы, а потом умирает и смешивается с ними. Нужен был какой-то хитрый трюк, чтобы перепрыгнуть через этот парадокс. Этот трюк как раз и придумали грибы. Трюк был так хорош, что грибы так и остались единственным из ответвлений древа жизни, процветающим именно на суше и осваивающим мировой океан довольно неохотно.
Фокус в том, что грибы стали жить в симбиозе с растениями — сперва с водорослями (в результате получились лишайники), а потом и всеми остальными, кто рисковал вылезти из воды на твердый грунт. Грибы помогали растениям зацепиться за сухопутный субстрат: производили кислоты, ускорявшие растворение пород. Заодно они подгоняли растению нужные им элементы: к примеру, почти весь необходимый калий и до 80 процентов фосфора.
И еще, конечно, грибы помогают растению обеспечить себя водой. Сеть грибных гиф, оплетающая субстратную часть растения, собирает воду со значительно большего объема грунта, чем могло бы собрать растение само по себе. Взамен гриб получает синтезированную растением органику, утоляя за его счет до ¼ своих пищевых потребностей. Этот союз растения и гриба называется «микоризой».
Смутное представление о ней содержится в бытовых названиях грибов: «подберезовик» — это гриб, образующий микоризу с березой. А если рассуждать с точки зрения большой экологии, грибы и растения вместе делают вот что:
CO2 + H2O <—> CH2O + O2 (Ca, Mg)SiO3 + CO2 <—> (Ca, Mg)CO3 + O2
Первая строчка — это фотосинтез, вторая — выветривание почвы, и грибы вместе с растениями смещают обе реакции вправо. Если вы плохо учились в школе, специально для вас объясним, что это значит. Грибы в союзе с растениями фиксируют углерод из атмосферы, причем сразу двумя способами. Друг без друга они вряд ли с этим справились бы. Про глобальное потепление слышали? Вот то-то и оно. Этот аспект как раз больше всего и интересовал авторов статьи в Nature.
Три составные части
Все началось с того, что один из соавторов работы, эколог Томас Краутер из Цюриха, составил в 2015 году базу данных всех деревьев мира — всех трех триллионов, каковое число следовало из его работы. Он использовал данные о видовом составе и размере растений в некоторых странах и затем обобщил эти данные по климатическим зонам. Прочитав его статью, другой соавтор, Кабир Пеай из Стэнфорда, предложил Краутеру дополнить его базу, включив в него грибы (точнее, все микроорганизмы, живущие в симбиозе с каждым из 28 000 вошедших в базу видов деревьев).
Каждое дерево из базы Краутера сотрудничает с теми или иными видами микробов. Сотрудничество бывает трех типов. Эктомикоризные грибы образуют широкую сеть вокруг корней растения — к примеру, сосны или дуба. Арбускулярная микориза — это сетка значительно меньшего масштаба, зато грибные клетки прорастают прямо внутрь ткани корня (например, клена). Наконец, в ту же компанию надо записать азот-фиксирующие бактерии, хоть они и не грибы: эти твари образуют клубеньки у корней бобовых.
Придуманный экологами алгоритм искал корреляции между растениями всех трех типов из базы Краутера и местными природными факторами: температурой, влажностью, составом почв и т. п. С помощью этого алгоритма была составлена глобальная карта, покрывающая даже такие места, где пока никому не пришло в голову исследовать состав микоризных грибов, потому что у людей там и без того забот хватает. Картина сложилась такая: в умеренном климате, где почвы богаты органической материей, эктомикоризные грибы преобладают (белые, рыжики и большая часть того, что мы едим под водку, — как раз и есть эктомикоризные грибы). 80 процентов деревьев в лесу просто не могут без них жить.
С другой стороны, в тропиках все наоборот: почвы бедны органикой, а 90 процентов деревьев образуют арбускулярную микоризу. В сухом и жарком климате преобладают азот-фиксаторы. Понимаем, это все звучит незатейливо, но на самом деле то, что мы тут с вами пытаемся кратко пересказать своими неуклюжими словами, представляет собой первую в мире глобальную карту лесных микробных сообществ. Следующий вопрос: зачем она вообще нужна.
Сбережем наши грибы
Не зря мы упомянули про то, что грибы помогают фиксировать углекислый газ. Если так, то модели глобального потепления, которыми пугают нас климатологи, должны учитывать и эту сыроежкину сверхспособность: иначе все сценарии апокалипсиса будут писаны вилами по воде, а нам хочется наверняка знать, скоро ли конец.
Есть и более практичная надобность: способность местных лесов поглощать углерод хитрые бюрократы от климата якобы используют для расчета квот углеродных выбросов для той или иной страны, и всем приятно будет знать, что эта цифра берется не с потолка. Так вот. По утверждению авторов, арбускулярная микориза очень эффективно освобождает углерод (в виде углекислого газа) из почвы в атмосферу, то есть наши страшные химические реакции не так хорошо смещены вправо, как в случае работы эктомикоризных грибов. Что же будет с нашими грибочками по мере потепления?
На картинке можно видеть, что, если верить расчетам авторов работы, при прогнозируемом повышении средних температур эктомикоризные грибы ждет значительный упадок (красно-желтые оттенки) в большинстве регионов, включая наши русские просторы. Арбускулярная микориза, напротив, двинется на север, а азот-фиксаторам заживется лучше (зеленый цвет на карте) практически по всей земле. Но именно два последних класса в деле спасения цивилизации не слишком-то полезны: большую надежду возлагали на эктомикоризу, а она придет в упадок.
Накопление углекислого газа в атмосфере ускорится, все пойдет вразнос, и человечество погибнет. Или нет: по мнению специалистов, прокомментировавших эту научную работу для Science, вот эта вот климатическая часть рассуждений слегка высосана из пальца. О том, как микориза участвует в круговороте углерода, известно слишком мало даже для теоретических построений, не говоря уж о том, чтобы пугать этим нервную публику.
Если уж хотите заставить научное знание служить охране окружающей среды, продумайте лучше вот о чем: какая это потрясающая круглая штука в космосе, заросшая лесами и грибами, покрытая земной корой, окруженная атмосферой, и все это друг на друга влияет и друг без друга жить не может, и тут еще сверху примостились мы, вот как нам повезло. Эта мысль, хоть совершенно ненаучная, а чисто эмоциональная, призвана усилить экологическую сознательность читателя.
В Талдомском районе, кстати, пока еще полно сморчков. Настоящих, эктомикоризных.
Алексей Алексеенко
