Грибы как источник пищи для растений

Количество видов растений, которые получают органические питательные вещества из грибов, может быть значительно выше, чем предполагалось ранее. Это обнаружили исследователи из Университета Байройта и Копенгагенского университета с помощью изотопных исследований растения Paris quadrifolia (Вороний глаз четырёхлистный). Это широко распространённое в Европе лесное растение считается в ботанике прототипом для растений, имеющих специфические обменные отношения с грибами, что характерно примерно для 40% всех видов растений. Учёные сообщают о своих неожиданных результатах в журнале New Phytologist.

Исследование показывает, что экологическая роль грибов всё ещё значительно недооценена. Если подтвердится, что гораздо больше видов растений, чем считалось, получают часть органических питательных веществ от грибов, это докажет их серьёзное влияние на биоразнообразие и функционирование экосистем. Программы и меры в области охраны природы и окружающей среды должны, следовательно, также в большей степени учитывать грибы.

Подземные сети

Более 90% всех видов растений связаны с грибами через свои подземные корневые системы. Такой симбиоз растений и грибов называется «микоризой». Часто он выгоден обоим партнёрам: грибы снабжают растение минералами и водой, а растение снабжает грибы углеродными питательными веществами, произведёнными в процессе фотосинтеза.

Однако бывает, что растения «нечестно» эксплуатируют связанные с ними грибы. Они извлекают органические питательные вещества из своих грибных партнёров вместо того, чтобы производить их самостоятельно с помощью фотосинтеза. Такие растения называются «микогетеротрофами». Самый известный пример — орхидеи: поскольку они могут частично или полностью получать питание от грибов через подземные сети, они не зависят исключительно от фотосинтеза и могут расти даже в самых тёмных лесах.

Однако для 80% всех зелёных растений, использующих одну из форм микоризы, исследователи до сих пор предполагали, что это всегда «честные» отношения обмена. Считалось, что в этой «арбускулярной микоризе» зелёные растения всегда являются полностью автотрофными партнёрами, производящими жизненно важные органические питательные вещества сами и частично передающими их грибным партнёрам. Но исследования Paris quadrifolia опровергают это общее предположение. Исследователям из Байройта удалось неопровержимо доказать, что это растение получает часть своих богатых углеродом питательных веществ от грибных партнёров.

Вороний глаз как прототип

Это открытие может иметь далеко идущие последствия для ботаники. Эксперты различают две формы арбускулярной микоризы, каждая из которых используется примерно 40% всех видов растений. В некотором смысле, Paris quadrifolia считается моделью для одной из этих двух форм симбиоза растений с грибами. В этом отношении он является прототипом для более чем трети всех видов растений. Это поднимает вопрос: возможно ли, что количество видов растений, живущих за счёт грибов, намного выше, чем считалось? Уже обнаружено, что другое растение, использующее арбускулярную микоризу, — ветреница дубравная (Anemone nemorosa) — также ведёт микогетеротрофный образ жизни.

Параллельно исследователи провели аналогичные исследования на Arum maculatum (Аронник пятнистый). Это растение считается прототипом для второй формы арбускулярной микоризы, которую предпочитают многочисленные сельскохозяйственные культуры. Оно ведёт себя явно автотрофно и снабжает себя с помощью фотосинтеза всеми необходимыми углеродными питательными веществами.

Результаты исследований о микогетеротрофном образе жизни Paris quadrifolia основаны на изотопных исследованиях. Давно известно, что растения, снабжаемые углеродом и азотом грибами, имеют сравнительно высокую долю тяжёлых изотопов углерода, водорода и азота. У автотрофных растений доля этих изотопов ниже. Лаборатория изотопной биогеохимии Центра экологических и экологических исследований Байройта (BayCEER) специализируется на определении потоков питательных веществ в экосистемах с использованием изотопов.