Изучение грибов, формирующих отношения с растениями
Около 20 лет назад Бала Чаудхари работала в сфере охраны природы и восстановления местообитаний в Калифорнии. Её задача — создавать планы по формированию новых местообитаний для исчезающих видов на деградированных землях. Постоянной проблемой было восстановление почвенных микробов, во многом из-за недостаточного понимания взаимодействия растений с микробами.
«Тогда я решила, что мне нужно пойти в аспирантуру и найти ответы самостоятельно», — говорит Чаудхари, ныне доцент наук об окружающей среде в Дартмуте. Как она выяснила позже, ответ был в воздухе.
Отношения растений и микробов, от взаимовыгодных до паразитических, сформировались сотни миллионов лет назад, когда растения вышли на сушу. Лаборатория Чаудхари изучает взаимодействия почва-растение-микроб с фокусом на грибах, образующих симбиоз с растениями — микоризу (от греческих слов «гриб» и «корень»).
Грибы, в отличие от растений, не могут производить себе пищу. Микоризные грибы добывают питательные вещества из почвы и обменивают их на сахара растений.
Микориза — важная часть микробиома растения. Подобно микробам, живущим в нас и влияющим на здоровье, микоризные грибы живут в корнях растений, влияя на их здоровье и, как следствие, на здоровье экосистем.
«Каждая экосистема на планете содержит растения, образующие микоризные ассоциации. Некоторые даже говорят, что это самый распространённый симбиоз на планете», — говорит Чаудхари. Чтобы понять, как функционируют растения, необходимо понимать микоризу. Эти ассоциации критически важны для сельского хозяйства, лесного хозяйства и природоохранных усилий.
Изучаемые Чаудхари микоризные грибы всю жизнь проводят под землёй — они не образуют грибов над землёй. Однако исследователи обнаружили их на крышах небоскрёбов с зелёными насаждениями в Чикаго. Как они стали воздушными, было загадкой.
Исследователи собирали пыль с крыш в течение года, используя специальные коллекторы, и применяли методы ДНК-штрихкодирования для идентификации спор, принесённых ветром в разное время года.
Они обнаружили, что споры из сельскохозяйственных почв были более обильны в сезон вспашки — свидетельство того, что споры высвобождаются в воздух при нарушении почвы человеком. В других ландшафтах мелкие млекопитающие, роющиеся в почве, также могут способствовать распространению спор по ветру.
Лаборатория Чаудхари теперь повторяет эти эксперименты в гораздо больших пространственных масштабах: «Сейчас у нас эксперимент распределён на 20 площадках по всей территории США, включая Аляску, Гавайи и Пуэрто-Рико».
Исследователи собирают пыль и отслеживают, какие грибы рассеиваются по воздуху. Изучая их признаки, можно определить, какие споры с большей вероятностью распространятся воздушным путём в разных местах.
«Признаки полезны, потому что мы можем группировать виды и сообщества со схожими признаками и предсказывать их поведение», — объясняет Чаудхари. Но определить признаки для микоризы непросто, так как это симбиоз двух разных организмов — растений и грибов.
Чаудхари и большая команда экологов взялись за эту сложную задачу, совместно разработав всеобъемлющую систему для всех типов микоризы, которая недавно была опубликована в Trends in Ecology and Evolution. Они считают, что единые определения и терминология продвинут науку вперёд. Команда была разнообразной — большинство женщин, много учёных на ранних этапах карьеры и из стран глобального Юга.
Признаки были разделены на три группы:
- Признаки растения — свойства растений, влияющие на симбиоз.
- Признаки гриба — характеристики, уникальные для грибов.
- Возникающие свойства — появляющиеся при взаимодействии растения и гриба.
Когда определённые грибы и растения соединяются, они образуют уникальные физические структуры на корнях, иллюстрирующие возникающие свойства. Пример — мантия, которая образуется, когда нити гриба оборачивают корни защитным чехлом яркого цвета.
«Это то, что гриб никогда не сделал бы сам. И то, чего у растения иначе бы не было», — говорит Чаудхари.
Учёные признают важность микоризных грибов, но всё ещё пытаются объяснить, как эти ассоциации влияют на функции и процессы экосистем, поскольку они часто идиосинкразичны. Результат симбиоза зависит от растения, гриба, экосистемы и множества других переменных. «Нам сложно справиться со всем этим разнообразием, — говорит Чаудхари, — но признаки могут быть способом понять эти идиосинкразии».