Лишайники: организмы, которые не боятся весенних заморозков

Как они выживают в холода и «кормят» растения.

Весной природа любит играть с температурой: днем солнце припекает почти по-летнему, но стоит ему сесть, как температура стремительно падает. Для большинства растений подобные перепады являются смертельными: побеги и первые цветы, набравшие сок, промерзают насквозь. Но есть на нашей планете организмы, которые чувствуют себя хорошо в подобных условиях. Это лишайники. 

Как лишайники выживают в холода

лишайник
Фото: Natalia Davidovich/Shutterstock/FOTODOM
Лишайники — пойкилогидридные организмы, чья влажность полностью зависит от среды

Лишайники относятся к так называемым пойкилогидридным организмам. Это сложное слово означает простую вещь: они не умеют удерживать воду внутри себя, как это делают обычные растения с их корнями и проводящими тканями. Содержание влаги в теле лишайника полностью зависит от окружающей среды. Высыхает воздух — высыхает и лишайник, превращаясь в хрупкую, почти мертвую корочку. Выпадает влажный туман или иней — лишайник мгновенно напитывается водой и оживает.

Такая уязвимость кажется недостатком. Но на самом деле это гениальное эволюционное решение. Обычные растения при замерзании воды в своих клетках получают смертельные травмы — кристаллы льда разрывают тонкие клеточные стенки. Лишайники же в сухом состоянии содержат так мало воды, что замерзать в них практически нечему. Когда они влажные, а температура падает ниже нуля, в дело вступают их внутренние химические механизмы защиты.

В начале 2000-х годов исследователи из Великобритании и Антарктики изучили экстракты десятков видов растений и лишайников, зимующих в умеренном климате и в суровых условиях Антарктиды. Оказалось, что примерно четверть всех зимующих растений из Великобритании проявляют антифризную активность — то есть их клетки вырабатывают вещества, которые мешают образованию крупных кристаллов льда. А среди обитателей Антарктиды такую способность продемонстрировали вообще все без исключения исследованные виды. [1]

Почему лишайники не замерзают

лишайник
Фото: SAY09ARA/Shutterstock/FOTODOM 
Криопротекторы (сахара, полиолы и антифризные белки) защищают лишайники от образования льда, позволяя им входить в состояние криобиоза и «оживать» при потеплении

Вещества, которые помогают лишайникам выжить, называют криопротекторами — они действуют как природный антифриз. Они не дают молекулам воды выстраиваться в упорядоченные кристаллические решетки, мешают росту ледяных игл, которые способны разорвать клетку изнутри. В организме лишайников эту роль выполняют сахара, спирты (полиолы) и особые антифризные белки — химические соединения, которые некоторые бактерии и растения используют для защиты от замерзания.

Лишайники не просто умеют защищать себя от образования льда, но и способны к криобиозу — особому состоянию, при котором обмен веществ практически останавливается, а все биологические процессы замирают до лучших времен. Внешне это выглядит как смерть: сухой, ломкий, серый нарост на камне. Но стоит температуре подняться выше нуля, а воздуху стать влажным — и лишайник буквально воскресает за несколько часов. Его клетки мгновенно восстанавливают свою структуру, и он снова начинает дышать, расти и питаться.

Ученые, работающие в Антарктиде, зафиксировали удивительный факт: некоторые виды лишайников начинают фотосинтезировать уже при -20°C. При таком холоде большинство растений из умеренного пояса давно погибли бы. [2]

Как лишайники кормят экосистемы

лишайник
Фото: Veeraparaske/Shutterstock/FOTODOM
Лишайники берут азот из воздуха и превращают его в удобрение, которым потом пользуются другие растения

Внутри лишайника живут цианобактерии — микроскопические существа, умеющие фиксировать атмосферный азот. Именно они способны «разрывать» прочную тройную связь в молекуле атмосферного азота, делая его доступным для живых клеток в виде аммония. Лишайник предоставляет цианобактериям кров и защиту, а взамен получает азотистые соединения, необходимые для построения белков. Когда лишайник отмирает или когда кусочки его тела отрываются ветром и дождем, азот попадает в почву и становится пищей для мхов, трав и даже деревьев. 

И холод здесь не помеха, а помощник. Исследования показывают, что циклы замерзания и оттаивания стимулируют азотфиксирующую активность цианобактерий в теле лишайника. Мороз словно встряхивает химическую фабрику, заставляя ее работать активнее. При этом сухие лишайники гораздо легче переносят низкие температуры, чем влажные, — их азотфиксирующая система становится менее чувствительной к холоду. Так эволюция научила эти организмы использовать даже экстремальные условия себе во благо.

Почему для лишайников лучше стабильный холод

 лишайник
Фото: scubaluna/Shutterstock/FOTODOM
Несмотря на то, что лишайники приспособлены к перепадам температур, стабильный холод они переносят лучше

Несмотря на то, что лишайники приспособлены к перепадам температур, стабильный холод они переносят лучше. Причина проста. Когда мороз держится долго, организм лишайника остается в стабильном замороженном состоянии. Но когда температура скачет, защитная система не успевает перестраиваться. Накопление микроскопических повреждений со временем приводит к гибели организма.

Таким образом, устойчивость лишайников к низким температурам — это результат сложных эволюционных адаптаций. Они могут переносить перепады температур, но тоже предпочитают стабильность.

Ягель: скромный властелин тундры

Смешанные леса: почему вместе деревья растут лучше, чем по отдельности

Изогнутые стволы и тропические джунгли: 10 самых необычных лесов России

Читайте «Мою Планету» в MAX