Сложнее всего лишайникам пережить что
Обновлено: 04.07.2024
Сфинксы в древнегреческой мифологии мифическое чудовище, существо с головой женщины, лапами и телом льва и крыльями орла.
Слайд 4 [Вставить анимацию: изображение сфинкса.]
Почему лишайники сравнивают со сфинксами, нам предстоит узнать сегодня на уроке.
И для достижения этого сегодня мы совершим наше путешествие на экспрессе фантазии и узнаем много нового и интересного об этих организмах.
Слайд 5 [Вставить анимацию: название станции, можно добавить соответствующее изображение .]
Русское название лишайники получили за внешнее сходство с проявлениями некоторых кожных заболеваний, получивших общее название лишаи. Латинское название происходит от греческого слова и переводится как бородавка, что связано с характерной формой плодовых тел некоторых представителей.
Лихенология - наука, которая изучает лишайники.
Слайд 6 [Вставить анимацию: определение термина лихенология.]
Началом ее возникновения принято считать1803год. Ученые долго не могли понять загадочности лишайников и только в 1866 году ученый де’ Бари предположил, что лишайники – составные организмы, а 1867 году русские ботаники А. С. Фаминицин и И. В. Баранецкий полностью раскрыли тайну лишайников. Они вымочили в воде лишайник и разделили его на два организма: гриб, а точнее, его грибницу и водоросль. Шведский ученый Эрик Ахариус выделил лишайники в самостоятельную группу и впервые систематизировал 906 видов лишайников известных в то время науке.
Слайд 7 [Вставить анимацию: изоюражения де Бари, А.С. Фаминицин, И. В. Баранецкий, Эрик Ахариус.]
Слайд 8 [Вставить анимацию: название станции.]
Слайд 9 [Вставить анимацию: изображения лишайников.]
Лишайники есть везде. Они встречаются на голых скалах, деревьях, в воде, на железе, стекле, коже и т.д. Много их в тропиках, но больше - в умеренных и холодных областях. Вместе со мхом лишайники образуют покров на болотах в тундре, тайге, на песках, лесах.
К лишайникам относится 25 тыс. видов. В Антарктиде есть более 350 видов лишайников, а некоторые встречаются у самого южного полюса Земли.
Слайд 11 [Вставить анимацию: название станции.]
Давайте рассмотрим с вами строение лишайников.
Тело лишайника называется слоевище.
Слайд 12 [Вставить анимацию: появление вопроса.]
Цвет слоевища лишайников может быть крайне разнообразным. От серовато- белого, почти бесцветного, до ярко окрашенного: красного, зеленого, желтого, черного.
Слайд 13 [Вставить анимацию: изображения различных слоевищ.]
Само слоевище состоит из двух различных организмов — гриба и водоросли.
Слайд 14 [Вставить анимацию: строение слоевища.]
Взаимосвязь этих организмов настолько тесная, что они являются самостоятельными организмами. Водоросли могут располагаться одиночно или группами. Иногда гифы гриба проникают внутрь водорослей. В состав лишайников могут входить разнообразные зеленые и синезелёные водоросли.
Слайд 15 [Вставить анимацию: появление вопроса.]
Это фотосинтезирующие бактерии (цианобактерии). Чаще всего водоросли, входящие в состав лишайников, одноклеточные, но встречаются и многоклеточные.
Слайд 16 [Вставить анимацию: появление вопроса.]
Нити гриба поглощают воду и растворенные в ней минеральные вещества, а клетки водоросли синтезируют органические вещества. Таким образом, водоросль обеспечивает гриб органическими веществами, а гриб водоросль минеральными веществами и водой.
Слайд 17 [Вставить анимацию: схему поглощения грибом воды и минеральных веществ, образование водорослями органических веществ .]
Интересно то, что некоторые водоросли, входящие в состав лишайников, иногда встречаются в природе самостоятельно (являются свободноживущими). Грибы, входящие в состав лишайников, отдельно не встречаются. И если их лишить водорослей—симбионтов — погибают.
Некоторые ученые считают, что эти взаимовыгодные отношения выросли из паразитических. Считается, что в начале гриб паразитировал на водоросли, лишь поддерживая подходящие жизненные условия для водоросли. Многие ученые до сих пор не пришли к единому мнению относительно характера этих сложных взаимоотношений. Но большинство из них сходятся в том, что эти отношения выгодны обоим организмам, хотя гриб в них заинтересован больше, чем водоросль
Слоевище может иметь форму листа, кустика и т.д. По форме слоевища лишайники подразделяют на накипные, листоватые и кустистые.
Слайд 18 [Вставить анимацию: схему классификации слоевищ накипные, листовые и кустистые.]
Накипные лишайники выглядят, как тонкая плёнка, которая формируется на поверхности деревьев, камней и других поверхностей. Это самые простые и нетребовательные виды. Они выживают там, где другим не выжить. Именно их называют пионерами жизни.
Слайд 19 [Вставить анимацию: изображение накипных лишайников.]
Пластинчатое слоевище листоватых лишайников немного поднято над поверхностью, прикреплено и похоже на листок.
Слайд 20 [Вставить анимацию: изображение лишайников с пластинчатым слоевищем.]
Слоевище кустистых лишайников и правда напоминает кустики, которые растут на поверхности грунта, особенно в тундре.
Слайд 21 [Вставить анимацию: изображение слоевища кустистых лишайников .]
Как целостный организм, лишайник размножается вегетативно, т.е. кусочками слоевища или особыми шаровидными образованиями, в которых среди нитей гриба размещены клетки водорослей.
Слайд 22 [Вставить анимацию: название станции.]
1).Требования лишайников к условиям произрастания.
Лишайники очень неприхотливые организмы. Для нормальной жизнедеятельности им необходимы свет и влага, которую они впитывают всем телом. Получать влагу они могут во время дождей или поглощать пары влаги из воздуха (роса, туман и т.д.) В сильную жару они высыхают и кажутся безжизненными, легко ломаются и крошатся. Но с появлением воды они снова оживают. Продолжительность жизни большинства лишайников составляет 50-100 лет, но отдельные виды живут дольше. Отличительная черта лишайников – медленный рост. За год средний прирост составляет 1-5 мм. Единственный фактор среды, к которому чувствительны лишайники - чистота воздуха.
2). Значение лишайников в природе.
Лишайники являются организмами-пионерами. Они разрушают горные породы, выделяя лишайниковую кислоту. Их разрушительное действие завершает воздух и вода. Поселяясь в местах где растения жить не могут, через некоторое время, частично отмирая, образуют небольшое количество гумуса, на котором могут поселиться другие растения, например мхи. Со временем, на месте произрастания лишайников образуется грунт.
Лишайники - индикаторы состояния окружающей среды. Они очень чувствительны к загрязнению воздуха, поэтому не могут расти у дорог. Особенно вредными для лишайника являются соединения серы (оксида серы SO2), угарный газ (оксид углерода СО), соединения азота (оксид азота NO). Если концентрация оксида серы SO2 составляет 0,3 мг/м3, там лишайники не растут вообще.
Хотя, если посмотреть на деревья, растущие вдоль дорог, вы можете увидеть и там лишайники. Это говорит о том, что даже эти организмы способны вырабатывать приспособления к условиям внешней среды.
3). Значение лишайников в жизни и хозяйственной деятельности человека.
Являются кормом для одомашненных копытных на севере (северный олень).
Некоторые виды используются в пищу человеком.
Являются сырьем для химической промышленности (производство лакмуса).
Служат для получения различных природных красителей.
Используют в медицине.
Используют в парфюмерной промышленности.
Некоторые виды служат для определения возраста горных пород (лихенометрия).
Являются индикаторами загрязнения воздуха (лихеноиндикация).
Многие лишайники занесены в Красную Книгу.
Слайд 23[Вставить анимацию: значение лишайников в жизни человека.]
Одним из важнейших факторов их выживания является, по-видимому, именно способность очень быстро высыхать. Лишайники часто пребывают в почти обезвоженном состоянии, когда их влажность составляет от 2 до 10% сухой массы. При высыхании фотосинтез прекращается. Погрузившись в такой "анабиоз", некоторые виды могут выдерживать сильное солнечное облучение, сильное нагревание и жестокие холода. Прекращение фотосинтеза в значительной степени обусловлено тем, что верхняя кора лишайника, высыхая, становится толще и непрозрачнее, преграждая путь солнечной энергии. Влажный лишайник разрушается ярким светом и экстремальными температурами, не влияющими на него в сухом виде.
Смачиваясь дождем, лишайники очень быстро поглощают воду (в 3-35 раз больше собственной массы) . Если сухой хрупкий лишайник погрузить в воду, он станет через несколько минут мягким и гибким. Так действует простой физический процесс впитывания жидкости, аналогичный наблюдаемому в случае промокательной бумаги.
Максимально жизнеспособен лишайник, если судить по фотосинтезу, после того как, пропитавшись водой, начинает подсыхать. Фотосинтез идет наиболее интенсивно при влажности 65-90 % предельной влагоемкости. Ниже этого уровня, если потеря воды продолжается, скорость фотосинтеза падает. Во многих местообитаниях влажность лишайников сильно колеблется в течение суток. И у многих из них фотосинтез возможен в течение лишь нескольких часов, обычно рано утром после смачивания туманом или росой. Следствие этого — очень низкая скорость роста лишайников. Их радиус увеличивается на 0,1-10 мм в год. Если, исходя из размеров, рассчитать возраст некоторых зрелых лишайников, то получится 4500 и более лет. Наиболее активно растут и развиваются эти организмы на морских побережьях или в горах с обильными туманами.
Лишайники – это интереснейший живой организм. Хотя с первого взгляда о нем так не скажешь. Лишайник – это симбиоз гриба и водоросли. Гриб с водорослью вступили в симбиоз, то есть стали жить вместе и помогать друг другу. Давайте разберемся, как это происходит.
Как устроены лишайники
Грибы – гетеротрофы, то есть они не умеют самостоятельно создавать органические вещества. Им нужна органика в готовом виде. А водоросль (как и большинство растений) – автотроф, то есть она на свету образует органические вещества из неорганических.
Гриб и водоросль поделили свои обязанности таким образом. Гриб добывает воду и минеральные вещества и дает их водоросли. А водоросль производит из них органику – и для себя, чтобы не умереть с голоду, и для гриба.
Обычные грибы типа подосиновиков и подберезовиков живут примерно так же. Они растут рядом с деревьями, с помощью своей разветвленной грибницы добывают много минеральных солей для дерева, а деревья взамен делятся с грибами органическими веществами.
В лишайнике вместо водоросли может быть цианобактерия. Бывает так, что в одном слоевище живут и водоросль, и бактерия. Но две водоросли или две бактерии там никогда не живут.
Какие бывают лишайники
Их очень сложно классифицировать, однако сегодня выделяется целых 26 000 видов лишайников. Они все для удобства распределены на три группы:
Опасны ли лишайники для человека
Опасны ли лишайники для плодовых деревьев
Единой точки зрения нет. Некоторые садоводы считают, что лишайники лучше соскабливать с деревьев, потому что они не дают влаге испаряться с коры, а это может привести к появлению плесени или другим неблагоприятным последствиям.
Еще один момент – в сильно разросшихся лишайниках могут укрываться паразиты плодовых деревьев и их личинки.
Однако какой-то очень серьезной угрозы лишайники для вашего сада не представляют.
Зачем нужны лишайники
В глобальном плане с них начинается зарождение биогеоценозов, создание экосистем. Смотрите, как это происходит.
Поэтому, если появляется какая-то малопригодная для большинства организмов территория, лишайники первыми начинают ее осваивать. Они там селятся, размножаются, умирают и перегнивают, потом снова растут, размножаются, опять перегнивают. Через много-много лет образуется небольшой слой перегноя. А перегной – это уже неплохая среда для растений.
В итоге получится полноценная экосистема: продуценты (лишайники и растения) – консументы (животные) – редуценты (бактерии и грибы, которые разлагают животных и растения).
Заключение
Подписывайтесь на обновления нашего сайта. Вам на почту каждую неделю будут приходить лучшие статьи из рубрики Образование.
Я хочу, чтобы все статьи в этой рубрике были понятны каждому читателю. Чтобы можно было зайти, любой текст открыть, прочитать и все понять.
Справился ли я этой задачей в данной статье? Сумел ли я вам объяснить, что такое лишайники?
Под статьей есть форма для комментариев. Покритикуйте там статью, если он вам не нравится. Ваше мнение поможет мне сделать рубрику лучше и полезнее.
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: