Лишайники связывают атмосферный азот

Обновлено: 04.10.2024

Лишайники — своеобразная группа живых организмов, произрастающих на всех континентах, в том числе и в Антарктиде. В природе их насчитывают более 26 000 видов.

Долгое время лишайники были загадкой для исследователей. Однако до сих пор не пришли к единому мнению относительно их положению в систематике живой природы: одни относят их к царству растений, другие — к царству грибов.

Тело лишайника представлено слоевищем. Оно очень разнообразно по окраске, размерам, форме и строению. Слоевище может иметь форму тела в виде корочки, листовидной пластинки, трубочек, кустика и небольшого округлого комочка. Некоторые лишайники достигают в длину более метра, но большинство имеют слоевище размером 3-7 см. Они медленно растут — за год увеличиваются на считанные миллиметры, а некоторые — на доли миллиметра. Возраст их слоевища нередко насчитывает несколько сотен и тысяч лет.

Лишайники не имеют типичной зелёной окраски. Окраска лишайников сероватая, зеленовато-серая, светло- или тёмно-бурая, реже жёлтая, оранжевая, белая, чёрная. Окраска обусловлена пигментами, которые находятся в оболочках гиф гриба. Различают пять групп пигментов: зелёные, синие, фиолетовые, красные, коричневые. Цвет лишайников может зависеть также от окраски лишайниковых кислот, которые откладываются в виде кристаллов или зёрен на поверхности гиф.

Живые и отмершие лишайники, скопившаяся на них пыль и песчинки создают не обнажённом грунте тонкий слой почвы, в котором могут закрепиться мхи и другие наземные растения. Разрастаясь, мхи и травы затеняют наземные лишайники, засыпают их отмершими частями своих тел, и лишайники со временем исчезают с этого места. Лишайникам вертикальных поверхностей засыпание не грозит — они разрастаются и разрастаются, впитывая влагу дождей, рос и туманов.

В зависимости от внешнего облика слоевища лишайники делят на три типа: накипные, листоватые и кустистые.

Типы лишайников. Морфологические особенности

Лишайники — первые поселенцы на обнажённом грунте. На голых камнях, палимых солнцем, на песке, на брёвнах и стволах деревьев.

(около 80% всех лишайников)

Вид корочки, тонкой плёнки, разных цветов тесно сросшихся с субстратом

В зависимости от субстрата, на котором произрастают накипные лишайники, различают:

эпилитные
эпифлеоидные
эпигейные
эпиксильные

на поверхности горных пород;
на коре деревьев и кустарников;
на поверхности почвы;
на гниющей древесине

Слоевище лишайника может развиваться внутри субстрата (камня, коры, дерева). Есть накипные лишайники с шаровидной формой слоевища (кочующие лишайники)

Таллом имеет вид чешуек или достаточно больших пластинок.

Монофильное — вид одной крупной округлой листовидной пластинки (в диаметре 10—20 см).

Полифильное — слоевище из нескольких листовидных пластинок

Прикрепляются к субстрату в нескольких местах с помощью пучков грибных гиф

На камнях, почве, песке, коре деревьев. К субстрату прочно прикрепляются толстой короткой ножкой.

Встречаются неприкреплённые, кочующие формы

Характерной особенностью листовидных лишайников является то, что его верхняя поверхность отличается по строению и окраске от нижней

Кустистые.
Высота маленьких — несколько миллиметров, крупных — 30—50 см

Слоевища бывают с плоскими и округлыми лопастями. Иногда у крупных кустистых лишайников в условиях тундр и высокогорий развиваются добавочные прикрепительные органы (гаптеры), с помощью которых они прирастают к листьям осок, злаков, кустарников. Таким образом, лишайники предохраняют себя от отрыва сильными ветрами и бурями

Эпифиты — на ветвях деревьев или скалах. К субстрату прикрепляются небольшими участками слоевища.

Напочвенные — нитевидными ризоидами

Уснея длинная — 7—8 метров, свисающая в виде бороды с ветвей лиственниц и кедров в таёжных лесах

Это высший этап развития слоевища

В чрезвычайно суровых условиях произрастают лишайники на камнях и скалах в Антарктиде. Живым организмам приходится жить здесь при очень низких температурах, особенно зимой, и практически без воды. Из-за низкой температуры осадки там выпадают всегда в виде снега. Лишайник не может поглощать воду в такой форме. Но его выручает чёрная окраска слоевище. Благодаря высокой солнечной радиации тёмная поверхность тела лишайника быстро нагревается даже при низких температурах. Снег, попавший на нагретое слоевище, тает. Появившуюся влагу лишайник сразу впитывает, обеспечивая себя водой, необходимой ему для дыхания и фотосинтеза.

Строение

Слоевище состоит из двух разных организмов — гриба и водоросли. Они так тесно взаимодействуют между собой, что их симбиоз представляется единым организмом.

Слоевище представляет собой множество переплетённых грибных нитей (гиф).

Между ними группами или одиночно расположены клетки зелёных водорослей, а у некоторых — цианобактерий. Интересно, что виды грибов, составляющих лишайник, в природе вообще не существуют без водорослей, тогда как большинство водорослей, входящих в слоевище лишайника, встречается в свободноживущем состоянии, отдельно от гриба.

Питание

Питание лишайника осуществляется обоими симбионтами. Гифы гриба поглощают воду и растворённые в ней минеральные вещества, а водоросль (или цианобактерия), в которой имеется хлорофилл, образует органические вещества (благодаря фотосинтезу).

Гифы играют роль корней: они впитывают воду и растворённые в ней минеральные соли. Клетки водорослей образуют органические вещества, выполняют функцию листьев. Воду лишайники впитывают всей поверхностью тела (используют дождевую воду, влагу туманов). Важным компонентом в питании лишайников является азот. Те лишайники, которые в качестве фикобионта имеют зелёные водоросли, получают соединения азота из водных растворов, когда их слоевище пропитывается водой, частично прямо из субстрата. Лишайники, имеющие в качестве фикобионта сине-зелёные водоросли (особенно ностоки), способны фиксировать атмосферный азот.

Внутреннее строение

Это своеобразная группа низших растений, которые состоят из двух разных организмов — гриба (представители аскомицетов, базидиомицетов, фикомицетов) и водоросли (зелёные — цистококк, хлорококк, хлорелла, встречается кладофора, пальмелла; сине-зелёные — носток, глеокапса, хроококк), образующих симбиотическое сожительство, отличающееся особыми морфологическими типами и особыми физиолого-биохимическими процессами.

По анатомическому строению различают лишайники двух типов. У одного из них водоросли разбросаны по всей толще слоевища и погружены в слизь, которую выделяет водоросль (гомеомерный тип). Это наиболее примитивный тип. Такое строение характерно для тех лишайников, фикобионтом которых являются сине-зелёные водоросли. Они образуют группу слизистых лишайников. У других (гетеромерный тип) на поперечном срезе можно под микроскопом различать несколько слоёв.

Сверху находится верхняя кора, имеющая вид переплетённых, тесно сомкнутых грибных гиф. Под ней гифы лежат более рыхло, между ними расположены водоросли — это гонидиальный слой. Ниже грибные гифы расположены ещё более рыхло, большие промежутки между ними заполнены воздухом — это сердцевина. За сердцевиной следует нижняя кора, которая по строению подобна верхней. Через нижнюю кору из сердцевина проходят пучки гиф, которые прикрепляют лишайник к субстрату. У корковых лишайников нижней коры нет и грибные гифы сердцевины срастаются непосредственно с субстратом.

У кустистых радиально построенных лишайников на периферии поперечного разреза находится кора, под ней гонидиальный слой, а внутри — сердцевина. Кора выполняет защитную и укрепляющую функции. На нижнем коровом слое лишайников обычно образуются органы прикрепления. Иногда они имеют вид тонких нитей, состоящих из одного ряда клеток. Их называют ризоидами. Ризоиды могут соединяться, образуя ризоидальные тяжи.

У некоторых листовых лишайников слоевище прикрепляется с помощью короткой ножки (гомфа) расположенной в центральной части слоевища.

Зона водорослей выполняет функцию фотосинтеза и накопления органических веществ. Основная функция сердцевина — проведение воздуха к клеткам водорослей, содержащим хлорофилл. У некоторых кустистых лишайников сердцевина выполняет и укрепляющую функцию.

Органами газообмена служат псевдоцифеллы (разрывы коры, заметные невооружённым глазом как белые пятнышки неправильной формы). На нижней поверхности листовых лишайников есть круглые правильной формы белые углубления — это цифеллы, также органы газообмена. Газообмен осуществляется и через перфорации (отмершие участки корового слоя), трещины и разрывы в коровом слое.

Размножение

Размножаются лишайники главным образом кусочками слоевища, а также особыми группами клеток гриба и водоросли, во множестве образующимися внутри его тела. Под давлением их разросшейся массы тело лишайника разрывается, группы клеток разносятся ветром и дождевыми потоками. Кроме того, грибы и водоросли сохранили и свои собственные способы размножения. Грибы образуют споры, водоросли размножаются вегетативным путём.

Лишайники размножаются либо спорами, которые образуют микобионт половым или бесполым путём, либо вегетативно — фрагментами слоевища, соредиями и изидиями.

При половом размножении на слоевищах лишайников формируются половые спороношения в виде плодовых тел. Среди плодовых тел у лишайников различают апотеции (открытые плодовые тела в виде дисковидных образований); перитеции (закрытые плодовые тела, имеющие вид маленького кувшина с отверстием наверху); гастеротеции (узкие плодовые тела удлинённой формы). Большинство лишайников (свыше 250 родов) формируют апотеции. В этих плодовых телах споры развиваются внутри сумок (мешковидных образований) или экзогенно, на вершине удлинённо-булавовидных гиф — базидий. Развитие и созревание плодового тела длится 4-10 лет, а затем в течение ряда лет плодовое тело способно продуцировать споры. Спор образуется очень много: так, один апотеций может продуцировать 124 000 спор. Прорастают они не все. Для прорастания нужны условия, прежде всего определённые температура и влажность.

Бесполое спороношение лишайников — конидии, пикноконидии и стилоспоры, возникающие экзогенно на поверхности конидиеносцев. Конидии образуются на конидиеносцах, развивающихся непосредственно на поверхности слоевища, а пикноконидии и стилоспоры — в особых вместилищах пикнидиях.

Вегетативное размножение осуществляется кустиками слоевища, а также особыми вегетативными образованиями — соредиями (пылинки — микроскопические клубочки, состоящие из одной или нескольких клеток водорослей, окружённых гифами гриба, образуют мелкозернистую или порошкообразную беловатую, желтоватую массу) и изидиями (маленькие разнообразной формы выросты верхней поверхности слоевища, одного с ней цвета, имеют вид бородавочек, зёрнышек, булавовидных выростов, иногда маленьких листочков).

Лишайники — пионеры растительности. Поселяясь на местах, где другие растения произрастать не могут (например, на скалах), они через некоторое время, частично отмирая, образуют небольшое количество гумуса, на котором могут поселиться другие растения. Лишайники разрушают горные породы, выделяя лишайниковую кислоту. Это разрушительное действие заканчивают вода и ветер. Лишайники способны накапливать радиоактивные вещества.

Мореплаватель — имя существительное, употребляется в мужском роде. К нему может быть несколько синонимов.
1. Моряк. Старый моряк смотрел вдаль, думая о предстоящем опасном путешествии;
2. Аргонавт. На аргонавте были старые потертые штаны, а его рубашка пропиталась запахом моря и соли;
3. Мореход. Опытный мореход знал, что на этом месте погибло уже много кораблей, ведь под водой скрывались острые скалы;
4. Морской волк. Старый морской волк был рад, ведь ему предстояло отчалить в долгое плавание.

Поскольку лишайниковый таллом на 90-97% состоит из грибного компонента, а грибы, как известно, богаты белками, естественно было бы ожидать, что лишайники содержат много азотистых соединений. Однако анализ показывает, что тело этих растений построено в основном из углеводов, а содержание азота в них, как правило, не превышает 0,5% на массу сухого вещества. Исключение составляют виды лишайников, содержащих синезеленые водоросли, потому что последние способны поглощать азот из атмосферы. В таких растениях накапливается 3-4% азота на массу сухого вещества.

Впервые азотфиксация у лишайников была обнаружена в 1955 году. Активность этого процесса изучают двумя способами: непосредственно - с применением метода изотопной метки (15N) или косвенно - по восстановлению ацетилена.

Скорость азотфиксации у лишайников, так же как фотосинтез и дыхание, сильно зависит от влияния внешних условий. Лишайник начинает поглощать азот только тогда, когда влажность слоевища достигает почти 100% массы сухого вещества. Самая интенсивная азотфиксация у лишайников происходит при достижении 500-600%-ной влажности слоевища.

Подобно фотосинтезу и дыханию, азотфиксация может идти при низких положительных температурах (1-10 °С), но активнее всего происходит в диапазоне 20-30 °С. При температуре выше 40 °С азотфиксация, как правило, прекращается.

Для поглощения растением азота требуется световая энергия, но в природе оно часто продолжается и при наступлении темноты: лишайник экономно расходует энергию, накопленную в светлые часы. В полярной тундре в период белых ночей азотфиксация, по существу, не прекращается круглые сутки.

При выходе из неблагоприятных, стрессовых условий - лишайники восстанавливают наряду с другими физиологическими функциями и способность поглощать атмосферный азот. Чем дольше продолжается воздействие неблагоприятных факторов (высушивания,.темноты, высоких и низких температур), тем больше времени требуется на восстановление азотфиксации.

Поглощение молекулярного азота из атмосферы и превращение его в аммоний в клетках синезеленых фотобионтов осуществляет сложный ферментный комплекс под названием "нитрогеназа". Установлено, что нитрогеназа находится только в бесхлорофильных клетках синезеленых водорослей, в так называемых гетероцистах. По данным английского ученого Дж. Милбанка и его коллег, процент гетероцист в общей массе фотобионта у разных лишайников неодинаков. Так, если синезеленые водоросли располагаются в слоевище, как у пельтигеры собачьей, в них содержится не более 4% гетероцист, если же лишайник трехкомпонентный, как пельтигера пупырчатая, и зеленые водоросли находятся в слоевище, а синезеленые концентрируются в цефалодиях, то процентное содержание гетероцист возрастает в десять раз. В последнем случае зеленые водоросли почти полностью берут на себя фотосинтетическую функцию, а синезеленые "сосредоточивают" усилия на азотфиксации.

На фиксацию азота, как и на другие физиологические процессы у лишайников, сильно влияет загрязнение окружающей среды. Финские ученые провели эксперимент, переместив несколько лишайников с биологической станции, находящейся в Кево, в город Турку. При перемещении лишайников стереокаулон голый и нефрома арктическая их нитрогеназная активность понизилась на 80-90%. Нитрогеназа у пельтигеры пупырчатой подавлялась сернистым газом слабее, чем у пельтигеры собачьей. Наверное, это связано с тем, что, как уже упоминалось, у первого, трехкомпонентного лишайника фермент "работает" интенсивнее, чем у второго. Азотфиксация у пельтигеры пупырчатой и пельтигеры многопалой при опрыскивании их водой с растворенным в ней сернистым газом снижалась на 50-80%. Чем "кислее" был дождь, тем больший вред он наносил азотфиксации. Снижение азотфиксации отмечалось также у коллемы цепкой и одного из видов лецидеи при их обработке фтором, свинцом и бисульфитом натрия.

Если атмосферный азот доступен только лишайникам с синезеленым фотобионтом, то минеральный азот, растворенный в почве в виде аммонийных и нитратных солей, по-видимому, должен использоваться "гораздо шире. Способность лишайников поглощать аммонийные и нитратные соли впервые была обнаружена английским физиологом Д. Смитом. Недавно у ряда лишайников нашли фермент, катализирующий восстановление нитратов. Он широко распространен в растительном мире и называется нитрат-редуктазой. У большинства исследованных видов лишайников этот фермент появлялся только после того, как слоевище растения помещали в раствор нитрата. Активность фермента зависела от степени доступности нитрата, для слоевища. Так, лишайник стереокаулон везувианский, образующий плотные, плохо смачиваемые подушки, показал наименьшую активность нитратредуктазы, а нефрома арктическая и лобария легочница с широколопастными слоевищами, распластанными у первого вида по земле, а у второго - по стволу дерева, продемонстрировали наивысшую активность.

В результате фиксации атмосферного азота, восстановления нитратов и поглощения аммонийных солей из окружающих растворов в слоевище лишайника появляются ионы аммония. При воздействии ряда ферментов они превращаются в аминокислоты и амиды, которых в лишайниках обнаружено более двадцати. Чаще всего и в наибольших количествах в лишайниках присутствует глютаминовая кислота, видимо, занимающая ключевую позицию в азотном обмене этих растений.

Одновременно с синтезом азотистых соединений в слоевище лишайника постоянно происходит их разрушение. Об этом говорят такие факты. У нескольких лишайников найдены протеазы - ферменты, разлагающие белки на пептиды и аминокислоты. Распад аминокислот подробно изучается на лишайнике эверния сливовая испанскими лихенологами во главе с К. Висенте. Учеными обнаружена цепь химических реакций, в результате которых аминокислота аргинин постепенно разрушается и образуются конечные продукты - углекислый газ и аммоний. Однако из лишайника они не выводятся, а видимо, используются им повторно: углекислый газ при фотосинтезе, а аммоний при образовании аминокислот.

Часть азотистых продуктов распада вымывается в почву. Это доказано экспериментально, например недавно проведенными исследованиями Дж. Милбанка, который вводил метку азота 15N в азотфиксирующие лишайники и постоянно опрыскивал их слоевища водой. Вскоре после введения метки ее обнаруживали в вымытых из лишайников азотистых соединениях. Очевидно, вновь, поглощаемый азот создает в этих растениях запас растворимых соединений, которые во время внезапных летних ливней вытекают из слоевища и тем самым предохраняют структурные белки лишайников от вымывания.

Креацион изм - Согласно этой концепции, жизнь и все населяющие Землю виды живых существ являются результатом творческого акта высшего существа в какое-то определенное время. Основные положения креац ионизма изложены в Библии.
Самопроизвольное (спонтанное) зарождение - это гипотеза зарождение жизни из неживой материи.
Гипотеза панспермии - согласно этой гипотезе, жизнь могла бы ть занесена на Землю из космоса. Наиболее вероятно попадание живых организмов внеземного происхождения с метеоритами и космической пылью.
Гипотеза биохимической эволюции - жизнь могла зародится из неживой материи, в условиях, имевших место на планете много миллиардов лет назад. В настоящее время в процессе становления жизни условно выделяют три этапа:
1. Синтез низкомолекулярных органических соединении (биологических мономеров) из газов первичной атмосферы.
2. Образование биологических полимеров.
3. Формирование фазообособленных систем органических веществ.

1 за, 0 против Аутбридинг – это способ неродственного скрещивания; гибридизация организмов, между которыми нет непосредственного родства. Используется, чтобы предотвратить вырождение, поскольку негативные рецессивные мутации оказываются в гетерозиготном состоянии. Его результат – объединение в потомке лучших качеств родительских особей. Пример: Аутбридинг – форма искусственного отбора. (

Ноосфера (от греч. nóos — разум исфера), сфера взаимодействия природы и общества, в пределах которой разумная человеческая деятельность становится главным, определяющим фактором развития (для обозначения этой сферы употребляют также сходные термины: техносфера, антропосфера, социосфера).

Голодный юный натуралист нашел в лесу яйцо. Да не простое, а - …. Что это!? фрукт, овощ, гриб, особый сорт сыра, болезнь тыквы,

Установите соответствие между характеристиками жизненных циклов и группами растений: к каждой позиции, данной в первом столбце,

одним из самых молодых зимних олимпийских видов спорта керлинг имеет долгую историю благодаря какой физической силе возникло его

Какие ароморфозы привели к появлению млекопитающих? В какие периоды? Какие ароморфозы привели к появлению птиц? В какой период?

Настоящая дружба в природе — это когда два организма взаимодействуют так выгодно друг для друга, что становятся практически одним целым.

По строению лишайники — это симбиоз грибов и водорослей (как зеленых, так и сине-зеленых.

Симбиоз — это тесное и продолжительное сосуществование представителей разных биологических видов.

Строение лишайников — гриб образует слоевище (таллом). Клетки водоросли располагаются внутри этого слоевища.

Строение лишайников

автотрофная часть организма

грибная составляющая тела лишайников

Интересное получается взаимодействие. Водоросли — автотрофные организмы, а грибы — гетеротрофы.

Формы лишайников

накипные — таллом представлен коркой на субстрате. Т.е. как такового, тела у слоевища практически нет. Крепление к субстрату осуществляют тоненькие нити гифов и отодрать их без повреждения организма не легко…

Питание лишайников

Гифы играют роль корней: они впитывают воду и растворенные в ней минеральные соли. Клетки водорослей образуют органические вещества, выполняют функцию листьев. Воду лишайники впитывают всей поверхностью тела (используют дождевую воду, влагу туманов). Важным компонентом в питании лишайников является азот.

Те лишайники, которые в качестве фитобионта имеют зелёные водоросли, получают соединения азота из водных растворов, когда их слоевище пропитывается водой, частично прямо из субстрата.

Лишайники, имеющие в качестве фитобионта сине-зелёные водоросли (особенно ностоки), способны фиксировать атмосферный азот.

Гриб защищает водоросль от пересыхания, поставляет воду и минеральные соли, за счет грибов водоросль может находиться на суше и т.д.

Интересно, что лишайники очень разнообразно окрашены — от серо-зеленых до сиреневых или багрово-красных.

Размножение лишайников

Бесполое — гриб образует специальные бесполые споры, которые вызревают в мешочках, а затем высеиваются, и таким образом могут распространяться на очень большое расстояние.
Половое — образуются половые споры (аско- и базидиоспоры), которые потом образуют плодовые тела.

Лишайники — индикаторы экологической обстановки. Они растут только в местах, в которых нет химических загрязнений.

Взаимодействие с другими организмами:

— лишайники — корм для оленей и лосей, т.е. они являются консументами первого порядка по отношению к автотрофной части организма;

— лишайники очень легко осваивают даже скалистые поверхности — они появляются там, где еще и растений-то нет; причем, не важно, поверхность естественная или искусственная — лишайники одинаково легко приживаются и там и там;

— лишайники очень широко используются человеком в медицине для получения антибиотиков — как в официальной, так и в народной.

Читайте также: