Грибы оказались способны предупреждать друг друга о загрязнении почвы

Учёные обнаружили, что эктомикоризные грибы способны передавать сигналы на большие расстояния через собственную грибницу, предупреждая разные её участки о воздействии тяжёлых металлов. Новое исследование также показало, что различные загрязнители по-разному влияют на симбиоз грибов с деревьями, что оказалось неожиданностью для исследователей.

Работа посвящена взаимодействию между тополями и грибом Laccaria bicolor, который образует с корнями деревьев так называемую эктомикоризу — один из наиболее распространённых и важных типов симбиоза в лесах Северного полушария. Именно такие подземные грибные сети помогают деревьям получать воду и минеральные вещества, а взамен получают органические соединения, образующиеся в процессе фотосинтеза.

Эта взаимовыгодная связь существует миллионы лет и играет важную роль в поддержании здоровья лесных экосистем. Однако в последние десятилетия на неё всё сильнее влияет деятельность человека, прежде всего загрязнение почв тяжёлыми металлами.

Исследование стало частью докторской диссертации Маартена Оттавэя из Свободного университета Брюсселя. Учёный решил выяснить, каким образом загрязнение почвы влияет на взаимодействие между грибами и деревьями, а также какие молекулярные механизмы помогают грибам справляться со стрессом.

В качестве модели исследователи использовали симбиоз тополя и гриба Laccaria bicolor, позволяющий подробно наблюдать происходящие изменения. Во время экспериментов система подвергалась воздействию двух распространённых загрязнителей — цинка и кадмия, которые часто встречаются в деградировавших почвах.

Главной задачей было выяснить, каким образом эти тяжёлые металлы влияют на сотрудничество между грибом и деревом. Полученные результаты оказались значительно сложнее, чем предполагалось.

Выяснилось, что цинк заметно ослабляет взаимодействие между грибом и тополем. При этом кадмий, который также относится к токсичным тяжёлым металлам, напротив, стимулировал развитие симбиотических отношений.

По словам Маартена Оттавэя, загрязнение тяжёлыми металлами вызывает стресс как у растений, так и у грибов. Однако проведённые эксперименты показали, что разные металлы воздействуют на симбиоз совершенно по-разному.

Исследователь отметил, что нельзя рассматривать все тяжёлые металлы как единую группу загрязнителей. Каждый из них оказывает собственное влияние на физиологию грибов и растений, поэтому изучать их необходимо отдельно.

Однако наиболее важным результатом исследования стало открытие механизма внутренней связи внутри самой грибницы. Учёные обнаружили, что гриб способен передавать сигнал о возникшем стрессе далеко за пределы участка, который непосредственно подвергся воздействию токсичного вещества.

Эксперименты показали, что при контакте с кадмием грибница распространяет своеобразный сигнал тревоги через сеть мицелия. В результате предупреждение получают даже те участки гриба, которые никогда не соприкасались с загрязнённой почвой.

По словам Оттавэя, это свидетельствует о существовании внутренней системы коммуникации внутри грибного организма. Исследование показывает, что грибы способны передавать сигналы о стрессе на значительно большие расстояния, чем удавалось доказать ранее.

Чтобы выяснить молекулярную основу такого механизма, исследователь изучил белки, участвующие в передаче сигналов. В результате была обнаружена особая белковая молекула, которая, вероятно, играет ключевую роль в распространении информации о стрессовом воздействии внутри грибницы.

Предварительный анализ показал, что поведение этого белка заметно отличается от аналогичных белков, ранее известных у дрожжей и патогенных грибов. Это может говорить о существовании уникальных механизмов регуляции именно у эктомикоризных грибов.

Авторы подчёркивают, что открытие является лишь первым шагом. Теперь учёным предстоит подробно изучить работу обнаруженного белка и понять, каким образом он участвует в передаче сигналов внутри грибной сети.

Полученные результаты имеют значение не только для фундаментальной биологии, но и для сохранения лесных экосистем. Леса являются важнейшими природными системами, поддерживающими биоразнообразие, регулирующими климат и поглощающими значительные объёмы углекислого газа из атмосферы.

По мнению исследователей, эффективная защита лесов невозможна без понимания того, как деревья и связанные с ними грибы совместно реагируют на загрязнение окружающей среды и другие стрессовые факторы.

Новая работа показывает, что реакция симбиотической системы далеко не одинакова при разных типах загрязнения. Кроме того, грибы обладают собственными механизмами коммуникации и адаптации, которые только начинают раскрываться учёными.

Авторы считают, что дальнейшее изучение этих процессов поможет точнее прогнозировать состояние лесов в условиях продолжающегося промышленного загрязнения почв и изменения окружающей среды.