Меры по охране лишайников

Обновлено: 08.07.2024

Все большее внимание уделяется охране природы, все активнее развивается сеть ООПТ. Но существует и еще один способ охранять живое - вносить отдельные таксоны растений и животных в Красные книги. Довольно давно определены и устоялись списки позвоночных животных и сосудистых растений, предлагаемых для охраны. Совсем другая ситуация среди низших растений и беспозвоночных животных. Особенно сложная ситуация сложилась в регионах России, удаленных от крупных научных центров, к таким регионам относится и юго-восток европейской части России - Волгоградская, Астраханская области и Республика Калмыкия. На данной территории не проводились систематичные исследования флоры низших растений (в том числе и лишайников), следовательно, было трудно судить о необходимости охраны тех или иных видов. Недостаточная изученность территории приводила к искаженному пониманию статусов видов. Например, в "Красной книге РСФСР. Растения" (1988) из всех обитающих на данной территории лишайников к охране рекомендовалась только Cetraria steppae (Savicz) Karnefelt (=Cornicularia steppae Savicz) - вид, который согласно нашим исследованиям обычен в регионе. Начиная с 1991 года автор изучал флору лишайников юго-востока и к настоящему времени подготовил ряд рекомендаций по охране лишайников на этой территории.

Все большее внимание уделяется охране природы, все активнее развивается сеть ООПТ.

Но существует и еще один способ охранять живое - вносить отдельные таксоны растений и животных в Красные книги.

Довольно давно определены и устоялись списки позвоночных животных и сосудистых растений, предлагаемых для охраны.

Совсем другая ситуация среди низших растений и беспозвоночных животных.

Особенно сложная ситуация сложилась в регионах России, удаленных от крупных научных центров, к таким регионам относится и юго - восток европейской части России - Волгоградская, Астраханская области и Республика Калмыкия.

На данной территории не проводились систематичные исследования флоры низших растений (в том числе и лишайников), следовательно, было трудно судить о необходимости охраны тех или иных видов.

Недостаточная изученность территории приводила к искаженному пониманию статусов видов.

Например, в "Красной книге РСФСР.

Растения" (1988) из всех обитающих на данной территории лишайников к охране рекомендовалась только Cetraria steppae (Savicz) Karnefelt ( = Cornicularia steppae Savicz) - вид, который согласно нашим исследованиям обычен в регионе.

Начиная с 1991 года автор изучал флору лишайников юго - востока и к настоящему времени подготовил ряд рекомендаций по охране лишайников на этой территории.

То, чем мы дышим, зависит от нас!

В настоящее время экологическая обстановка на нашей планете все больше и больше ухудшается. Все грязнее и хуже становится окружающий нас воздух, вода и почва, что сильно сказывается на здоровье и жизнедеятельности людей, животных и растений. Большая часть растений и животных не справляется с изменяющимися условиями и вымирает. Начиная с 1970 года из-за ухудшения экологии по вине человека исчезло около 60 % видов животных. Под угрозой находятся более 26 тысяч видов. Ухудшение экологии не может не сказываться на человечестве. Из-за плохой экологии ежегодно от болезней умирает более 12 миллионов людей. Поэтому нам очень важно знать об экологической обстановке в том регионе, где мы проживаем, чтобы вовремя принимать меры по исправлению ситуации.

К сожалению, защитить себя от воздействия наших машин, заводов, электростанций природа не может. А вот мы просто обязаны это делать, если, конечно, не хотим проснуться посреди безжизненной пустыни или просто-напросто исчезнуть.

Что же нам может помочь в столь нелегкой работе — биологическом мониторинге окружающей среды? Если присмотреться, то вокруг нас имеются природные датчики, тревожные сигнализаторы — лишайники. Так как если воздух становится загрязнен, они начинают болеть, плохо расти или вообще исчезают. Именно лишайники первыми пропадают, когда остальные растения продолжают жить.

За чистотой воздуха может следить каждый!

Первое, о чем мы говорим, когда обсуждаем экологию, является чистота воздуха, которая влияет естественным образом на воду и почву. Поэтому в ходе исследования для анализа чистоты окружающей среды следует определить показатели чистоты воздуха. Стоит только оглядеться вокруг и рассмотреть стволы деревьев. То, какими лишайниками и насколько густо и часто покрыт ствол, скажет нам о чистоте окружающей среды.

Поскольку большая часть людей на планете живет в городах или в их близости, то важно также проанализировать влияние размеров и промышленной развитости городов на степень чистоты воздуха.

В ходе исследования планировалось:

Изучить особенности жизнедеятельности лишайников;
Изучить метод оценки чистоты воздуха с помощью лихеноиндикации;
Провести оценку чистоты воздуха в различных населенных пунктах;
Проанализировать степень влияния развитости населенных пунктов на чистоту воздуха;
Дать предложения по улучшению чистоты воздуха в своем населенном пункте.

Для выполнения поставленных целей использовался метод биологического мониторинга — лихеноиндикации. Данный метод заключается в исследовании степени покрытия и встречаемости лишайников различных видов на выбранной группе стволов деревьев на тестовом участке местности. Тем самым определялся вид лишайников, их встречаемость, степень покрытия стволов деревьев. По данным параметрам впоследствии рассчитывался индекс относительной чистоты атмосферы (ОЧА), а также степень загрязнения и примерная концентрация диоксида серы SO ₂ .

Тревожная сигнализация

Лишайники — это первая тревожная сигнализация природы нам, людям. Что же делает их такими чувствительными? Наши биодатчики — это не один живой организм, а целых два. Тело лишайника образует гриб, а между его нитями грибницы живут одноклеточные водоросли, как показано на рис. 1 [1]. Водоросли кормят лишайник за счет фотосинтеза, а тот старается им создать комфортную среду. Гриб внедряется в клетку водоросли и высасывает ее. У лишайника нет корней и всю воду он получает с каплями дождя или тумана. Все минеральные питательные вещества гриб вынужден получать из окружающего воздуха, пыли, мелких частичек почвы, попавших на ствол дерева, дождевых капель. Так как у лишайника нет времени разбираться в химическом составе веществ, он впитывает все без остатка. Растения могут удалить часть вредных веществ, например, сбросив листву. У лишайников такого механизма просто нет. Для них это непозволительная роскошь. Они и так растут еле-еле. В загрязненном воздухе часть или весь лишайник просто напросто отмирает.

Поэтому чем грязнее воздух, тем меньше мы можем встретить в природе лишайников и тем менее густо они произрастают.

Рис. 1. Строение лишайника

Все лишайники можно разделить на 3 основные группы, которые представлены в табл. 1.

Лишайник - это не отдельный организм, а симбиоз гриба и водоросли. На этом факте вот уже полтора века настаивает наука, с этой догмой знаком любой, кто проходил биологию в школе. Но новые исследования показывают, что все может быть еще сложнее.

Дубовый мох (Evernia prunastri). Растет на дубах, но не брезгует и другими деревьями. Активно используется в парфюмерной промышленности. Особенно любят его французы. Фото: "Кот Шрёдингера"

Они везде

Каждый из нас сталкивался с лишайниками. Они растут повсюду, занимая до 8% поверхности планеты (это больше территории России). Некоторые живут в горах Антарктиды, стойко перенося зимние вьюги и 60-градусный мороз. Другие сплошным ковром покрывают пустыни, где выпадает меньше 100 мм осадков в год, а на камнях можно жарить яичницу.

Они есть в лесу, в тундре, на токсичных свалках и даже у нас дома. Все, что им нужно: свет, немножко воды и поверхность, на которой можно закрепиться. В арсенале лишайников широкий ассортимент кислот, позволяющий им с равным успехом разъедать камень, железо и резину. Они растут медленно, но верно: в среднем на 2-3 мм в год.

Особенно много лишайников в нашей стране.

- В России лишайники составляют огромную долю биоразнообразия, хотя люди зачастую не понимают этого, - говорит американский биолог Тоби Сприбилл. В 2016 году он опубликовал в Science статью, перевернувшую традиционные представления о лишайниках. - В более низких широтах, к примеру в тропиках, обитают тысячи видов птиц, насекомых, деревьев… Но в холодном климате эти группы малочисленны, поскольку лишь немногие виды переносят подобные температуры. Например, лишайники. Они составляют большую часть биоразнообразия тундры и тайги и могут многое рассказать как о состоянии окружающей среды, так и о грядущих глобальных изменениях.

Умбиликария съедобная (Umbilicaria esculenta). Этот лишайник растёт преимущественно на скалах. В Китае, Корее и Японии после соответствующей обработки его употребляют в пищу. Получившееся блюдо выглядит не очень аппетитно, но говорят, что оно вкусно и полезно. Один из представителей рода Кладония (Cladonia), включающего около трехсот видов лишайников. Фото: "Кот Шрёдингера"

Союз нерушимый

Если кому-то придет в голову поставить памятник дружбе и сотрудничеству, его стоит изваять в виде лишайника. Четыреста с лишним миллионов лет продолжается этот союз представителей разных царств живой природы.
Глядя на лишайник, растущий в лесу, можно подумать, что перед нами какой-то самостоятельный вид вроде мха. На самом же деле это несколько совершенно непохожих друг на друга организмов: гриб и водоросль; гриб и цианобактерия; в совсем уж запущенных случаях - все трое плюс пара бактерий по соседству.

Разумеется, пришли к такой модели не сразу. На лишайники обратили внимание еще в Античности. Первым был Теофраст, ученик Аристотеля. Он описал два вида и отметил, что один из них используется в качестве красителя. Теофраст полагал, что лишайники - растения, хотя и очень странные, что-то вроде наземных водорослей. Эта концепция продержалась две тысячи лет и была поставлена под сомнение только в середине XIX века, с развитием микроскопии и практики экспериментов.

В 1827 году немецкий ботаник Карл Валльрот заметил, что в лишайниках встречаются как клетки, напоминающие водорослевые, так и совершенно непохожие на те, что должны быть у представителя царства растений. А в 1852 году французский миколог Луи Рене Тюлан обнаружил у них половые органы, свойственные грибам. Спустя 14 лет немецкий микробиолог Антон де Бари выяснил, что некоторые лишайники содержат структуры, напоминающие водоросль Nostocae, пронизанную гифами - нитями, из которых состоят грибы. Он же ввел термин "симбиоз" для описания таких структур.

В 1867 году российские биологи Андрей Фаминцын и Осип Баранецкий установили, что зеленые клетки лишайников - это одноклеточные водоросли, способные жить самостоятельно. Наконец, в том же 1867-м швейцарский ботаник Симон Швенденер сделал предположение о двойственной природе всех лишайников.

Споры вокруг смелой гипотезы были жаркими. Появилось даже слово "альголихеноманы" (от лат. alga - водоросль; греч. λειχήν - лишайник; греч. μανία - страсть, безумие, влечение). В общем - маньяки, которые считают, что в лишайнике есть и водоросли, и грибы. Так лихенологи старой школы обзывали сторонников симбиотической теории.

Выяснить, кто прав, помог бы эксперимент: нужно было разделить лишайник на чистые культуры гриба и водоросли, а потом собрать обратно. Но сделать это никак не получалось: практически все опыты проваливались, а редкие успехи не удавалось воспроизвести. Спор тянулся долго и закончился лишь к началу ХХ века, когда лихенологи старой школы в большинстве своем умерли и сторонникам симбиотической теории была засчитана техническая победа.

Неравное сожительство

Полученная в итоге модель выглядит так. Большая часть тела лишайника - это гриб. Водоросли живут только в верхних слоях и синтезируют для всего организма пищу: спирты или сахара. Гриб взамен снабжает водоросль водой по специальным трубочкам, защищает и вообще создает "тепличные условия".

Выглядит идиллически, но не все так просто. Например, каждый компонент лишайника размножается и прорастает отдельно. Но вот гриб, как правило, без водоросли не выживет и в лаборатории. Водоросль же, за парой исключений, уцелеет даже в дикой природе. Не в том аду, где жил бы полноценный лишайник, конечно, но в почве, в лужах, на коре деревьев - вполне.

Кстати, сами по себе водоросли не стали бы производить вещества, которыми кормится гриб в лишайнике. Грибы химически заставляют их это делать. А при ухудшении условий и вовсе убивают и съедают клетки водорослей, высасывая их через те же трубочки, через которые поили водой. При этом пожирание водорослей можно оправдать: они быстро восстановят численность, а значит, лишайник в целом переживет трудный период. В общем, это сложные и неоднозначные отношения с легким рабовладельческим уклоном.

Иногда, впрочем, что в подчиненной роли выступают и сами грибы. Так, в недавней работе биологов из МГУ им. М.В. Ломоносова описаны растения, неспособные к фотосинтезу и получающие все необходимое от грибов, которые они содержат почти так же, как грибы в лишайниках - водоросли.

Но в нашем случае гриб - главный. Поэтому биологи выделяют две основные группы: асколишайники, образованные грибами-аскомицетами, и базидиолишайники, сформированные базидиомицетами. Казалось, что наука окончательно разобралась с устройством мира лишайников. Но не тут-то было!

В 2009 году группа исследователей из Хельсинского университета под руководством Саары Велмалы провела сравнительный анализ двух лишайников из рода Bryoria. Один из них, B. tortuosa, - яркий, желтоватый и содержит много ядовитой вульпиновой кислоты: с его помощью раньше травили волков и лисиц. Второй, B. fremontii, - коричневый, съедобный и кислоты содержит мало. Из него готовят целый ряд блюд в Северной Америке. К обоим лишайникам ученые применили молекулярные методы и сравнили ДНК грибного компонента. Оказалось, что они идентичны, а значит, никаких двух видов нет. В 2014 году та же группа проверила водоросли, содержащиеся в обоих лишайниках. И снова обнаружила полное совпадение. Ситуация, когда один и тот же вид съедобен и смертельно ядовит, явно противоречит здравому смыслу. Что-то здесь не так.

Исландский мох (Cetraria islandica). Растет и в Европе, и в Азии, и даже в Африке. Издавна использовался как лекарство от инфекций. Фото: "Кот Шрёдингера"

Сообразим на троих?

В июле 2016 года в журнале Science вышла статья американского биолога Тоби Сприбилла. Он вырос в Монтане (США) в бедной семье, которая жила в трейлерном парке. Вокруг были леса, а школы не было. Тоби сам читал книги, гулял по лесу и мечтал стать ученым-естествоиспытателем. В 19 лет он устроился на работу в лесничество. Через несколько лет накопил денег и уехал учиться в Геттингенский университет (Германия), руководство которого согласилось закрыть глаза на отсутствие сертификата о школьном образовании. Потом была аспирантура Грацского университета и возвращение домой (в 2011 году), но уже не в трейлерный парк, конечно, а в Университет Монтаны. Сприбилл наконец получил возможность изучать природу, которая вдохновила его.

В 2015-м Тоби заинтересовался лишайниками Briorya и решил установить, чем вызваны различия в концентрации кислоты. Вместе с коллегами он принялся искать гены, ответственные за ее производство. По идее, они должны были быть активны у B. tortuosa и выключены у B. fremontii. Однако анализ ничего не дал. Это было очень странно. Кислота есть, но ее никто не производит - как такое может быть? Ученые раскинули сети шире и стали искать источник ядовитой кислоты по всему царству грибов. И тут же нашли четкие сигналы. Их источником оказались грибы-базидиомицеты - группа, родственная Briorya примерно настолько же, насколько мы родственны медузам.

Сначала все решили, что это случайность - нечто, занесенное в ходе эксперимента. Такое в молекулярной биологии случается нередко. Нашли исследователи, к примеру, в утконосе гены герани, кашалота или человека, тихо выругались - и начали все заново. Однако сигналы обнаруживались в каждом опыте. Более того, они оказались четко связаны не только с общим количеством кислоты, но и с ее распределением по разным частям лишайника. Оставалось предположить, что кислоту и правда синтезирует дополнительный гриб. Сприбилл понял, что напал на след. Группа проанализировала всю коллекцию лишайников, набранную им за годы научной карьеры: около 45 тысяч образцов со всего мира. Чужеродные базидиомицетные гены снова нашлись! Причем сразу в 52 разных родах с шести континентов. Получалось, что множество видов лишайников из хорошо изученных семейств содержат дополнительный компонент, которой не могли найти с XIX века. На протяжении 150 лет поколения исследователей смотрели на гриб и не видели его!

Тоби с коллегами приготовили препараты лишайников, в которых гарантированно присутствовали базидиомицеты, засели за микроскопы и… Ничего не нашли. Совсем. Ни в одной из серий наблюдений. В переплетениях гиф аскомицетов зеленели водоросли и не было ничего больше. Лишь после того как исследователи придумали метод сортировки клеток по РНК, стало ясно, в чем дело. Оказалось, что базидиомицеты в этих лишайниках одноклеточные. При этом располагаются они в верхнем слое тела лишайника, почти на поверхности. И тот, кто смотрит на препарат, видит множество одинаковых кружочков - поперечных срезов гиф аскомицета. Их нельзя отличить друг от друга на глаз, их нельзя адресно окрасить классическими методами. Это тот самый случай, когда дьявол кроется в деталях.

Работа, проделанная группой Сприбилла, вызывает восхищение у специалистов по всему миру. Некоторые уже окрестили ее важнейшей вехой в лихенологии со времен открытия двойственной природы лишайников. Удастся ли в ближайшее время закрыть спор XIX века, воспроизведя полноценный лишайник в лаборатории? Достаточно ли для этого добавить третий компонент? Ожидает ли нас рождение новой ветви биохимической промышленности, использующей лишайники, ранее нерентабельные из-за медленного роста?

Совершенно точно можно сказать, что мы стали лучше понимать лишайники, и так же точно - что нам придется переписать их систематику. Об экономическом значении открытия сейчас сложно сказать что-то конкретное - новые эксперименты по ресинтезу еще не поставлены. Но мы определенно стали ближе и к лишайниковым лекарствам, и к лишайниковой еде.

Еда для человека - употребление лишайников в пищу не ограничено B. fremontii. В Исландии принято печь хлеб с добавлением Cetraria islandica, а в Японии с удовольствием едят Umbilicaria esculenta.

Корм для животных - пожалуй, самые известные лишайники - ягель (Cladonia) и исландский мох (Cetraria islandica) - широко распространены в тундре. Это основная пища северных оленей. Без них разведение этих животных было бы невозможно.

Лекарство - лишайники используются в медицине с древнейших времен. Изначально их применяли, исходя из принципа подобия: похожий на легкие лишайник должен лечить от легочных болезней. Позже люди заметили, что лишайники обладают антимикробным действием. Начиная с середины XX века выделенные из лишайников вещества стали активно применять в фармакологии для лечения заболеваний кожи, легких, сердца. Некоторые из них интересны для исследований в области онкологии.

Парфюмерия - широко известен резиноид - продукт переработки дубового мха (Mousse de chene), который можно применять и как ароматизатор, и как фиксатор запаха.

Читайте также: