Водоросли внутри грибов: как появились первые наземные растения

Учёные считают, что зелёные водоросли были водными предками растений, но переход к наземным формам оставался неясным.

Новое исследование Университета штата Мичиган, опубликованное в журнале eLife, показывает, что водоросли могли «проехаться» на грибах, чтобы покинуть воду и колонизировать сушу более 500 миллионов лет назад.

Грибы образуют симбиотические отношения с большинством наземных растений, что указывает на их ключевую роль в эволюции жизни на суше. Однако до сих пор не было доказательств, что грибы могут поглощать живые водоросли.

Исследователи выбрали штаммы из древних линий: почвенный гриб Mortierella elongata и морскую водоросль Nannochloropsis oceanica.

При совместном выращивании микроскопия показала, что клетки водорослей собираются вокруг грибных гиф и прикрепляются к ним. Клеточная стенка водорослей частично разрушается, а их фиброзные отростки, по-видимому, цепляются за поверхность гриба.

Через месяц совместного культивирования некоторые клетки водорослей проникали внутрь грибных клеток. Оба организма оставались активными и здоровыми в этом союзе. Это первый случай, когда грибы интериоризировали эукариотический фотосинтезирующий организм. Учёные назвали это фотосинтезирующим мицелием.

Это взаимовыгодные отношения с обменом питательными веществами: углерод, вероятно, движется от водоросли к грибу, а азот — в обратном направлении. Грибу для получения питательных веществ нужен физический контакт с живыми клетками водорослей, тогда как водорослям для пользы не требуется контакт с живым грибом — мёртвые или живые грибные клетки выделяют питательные вещества в окружающую среду.

При дефиците питательных веществ совместно выращенные клетки помогают друг другу избежать голодания и чувствуют себя лучше, чем по отдельности. Возможно, именно эта повышенная выносливость объясняет, как водоросли смогли выжить при переходе на сушу.

Оба организма — биотехнологически значимые штаммы, производящие большое количество масла. Их тестируют как платформу для производства высокоценных соединений: биотоплива или омега-3 жирных кислот. Повышенная устойчивость в симбиозе может помочь им лучше переносить стрессы биопроизводства и снизить затраты на сбор урожая водорослей.