Как лишайники защищаются от токсичных металлов и высокой кислотности

Химический состав лишайников зависит от субстрата, на котором они растут. Таким образом лишайники адаптируются к неблагоприятным условиям — например, к высокому уровню кислотности (низкому pH) или наличию токсичных металлов. Новое свойство этих организмов обнаружили биологи Уральского федерального университета (УрФУ), изучившие более 740 видов лишайников. Образцы собирали с горных пород и деревьев (ели, сосны, березы, ольхи, осины, тополя). Результаты исследования опубликованы в журнале Frontiers in Forest and Global Change.

Как объясняют биологи УрФУ, лишайники, растущие на субстратах с разными химическими свойствами, имеют разный спектр вторичных метаболитов. Вторичные метаболиты — это своего рода «биохимический инструмент», с помощью которого лишайник защищается и выживает в стрессовых условиях. И у животных, и у растений есть первичные метаболиты, а вторичные — только у растений. Чтобы найти защиту, животные убегают, а растения производят определенный набор вторичных метаболитов, которые наделяют их защитными свойствами (вкус, запах, цвет) и позволяют пережить засуху, высокие температуры, распространение инфекций и т.д.

У лишайников вторичные метаболиты накапливаются в больших количествах. Они не участвуют в метаболических процессах, поэтому роль многих метаболитов в жизни лишайников не ясна. Ученые по всему миру только начинают изучать закономерности их образования.

«Лишайники содержат 800–1050 вторичных метаболитов, или «лишайниковых кислот», включая фенольные соединения, стероиды, терпеноиды и т.д. Так, одни вторичные метаболиты придают лишайникам более высокую устойчивость к кислотности. Другие наделяют лишайники устойчивостью к высоким концентрациям тяжелых металлов в субстрате. При этом некоторые обладают противомикробными свойствами, что также помогает в выживании, особенно медленнорастущим лишайникам. Лишайниковые кислоты также являются потенциальными лекарствами для человека, обладая противоопухолевыми, противовоспалительными и многими другими свойствами», — поясняет соавтор работы, доцент кафедры биоразнообразия и биоэкологии УрФУ Александр Пауков.

В результате исследования выяснилось, что лишайники адаптируются к высокой концентрации токсичных металлов. У лишайников на иве относительно бедная вторичная химия, так как кора ивы содержит много салициловой кислоты (дерево использует эту кислоту для защиты от бактерий).

Всего изученные виды содержали 76 метаболитов, сообщили биологи УрФУ. Самым распространенным среди всех метаболитов оказался атранорин. Для человека это вещество обладает противовоспалительными, антибактериальными, противогрибковыми, цитотоксическими, антиоксидантными, противовирусными и иммуномодулирующими свойствами. Лишайник же использует атранорин в качестве светофильтра, защищаясь от избытка солнечной радиации.

«Мы также нашли экземпляры, которые «ленивые» и не производят вторичные метаболиты. Например, лишайники на осине производят мало вторичных метаболитов, потому что кора осины обеспечивает им нормальные жизненные функции. Мы также обнаружили интересный факт — у лишайников есть вещества, которые они никак не используют. Нам еще предстоит выяснить, для чего они вырабатываются», — говорит Александр Пауков.

Следующий этап исследований — проверить результаты в лаборатории. Планируется «очистить» лишайники от вторичных метаболитов, поместить их в соответствующие условия и посмотреть, будут ли они снова наращивать свои защитные свойства.