Лишайники: организмы, которые не боятся весенних заморозков
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
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
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
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
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
