Нужда делает изобретательным

Ученые пытаются понять, как вообще мог родиться такой удивительный и своеобразный симбиоз. Исследователи полагают, что причиной стал Восточно-Африканский разлом и связанные с ним геологические обрушения и изменения ландшафта. Условия засушливой саванны не слишком благоприятны для жизни. Потребовались новые стратегии, как миллионы лет спустя они потребовались людям, окультуренным ими растениям и прирученным животным. Ведение сельскохозяйственной деятельности увеличило для термитов, а также для их грибов число возможных стратегий. Однако, как это всегда бывает в природе, ничто не остается без последствий. В движение пришла непрерывная цепь дальнейшего экологического развития. Другие организмы воспользовались строениями термитов, микроклиматическими условиями внутри и вокруг них. В термитниках концентрировались питательные вещества и вода, так как грибы – настоящие мастера по извлечению их из почвы. Этот беспримерный симбиоз двух партнеров наложил неизгладимый отпечаток на дальнейшее развитие окружающей среды, изменив условия существования бесчисленных биологических видов.

Долгое время недоставало краеугольного камня теории, которая позволяла бы исчерпывающе объяснить эти феномены. Теперь появились все основания полагать, что он обнаружен, так, во всяком случае, считает эколог Микаэль Поулсен из Копенгагенского университета: «Мы искали гены специфических ферментов, важных для расщепления растительных веществ, таких, например, как целлюлоза. Оказалось, что термиты вырабатывают относительно мало подобных ферментов. Напротив, грибы обладают их обширным набором. Но у них нет генов, отвечающих за синтез ферментов, осуществляющих окончательное расщепление простых сахаров до глюкозы. Однако именно эти гены мы обнаружили в геноме бактерий, обитающих в кишечнике термитов».

Трое могут больше, чем двое

Все это означает следующее: в кишечнике термитов обитают симбиотические бактерии, и то, что мы наблюдаем у выращивающих грибы термитов, является не чем иным, как наметившимся уже у муравьев-листорезов тройным симбиозом: у термитов отсутствуют некоторые ферменты, необходимые для расщепления сложных полисахаридов, и даже вместе с грибами термиты окончательно справиться с этой проблемой не могут. Но это становится возможным при участии бактериального партнера. О существовании таких бактерий знали давно, но об их решающей роли в питании термитов не знал никто.

Влажные, прохладные углубления, наполненные отмершей растительной биомассой, в тропической саванне мало отличаются от ферм по разведению грибов, оборудованных людьми. Такова же и роль партнеров, выступающих в качестве специалистов по логистике: и там, и здесь надо лишь немного помочь, подправить, чтобы позаботиться о грибном саде или шампиньонной ферме. Рабочие особи-термиты неутомимо носят в термитник листья, траву, древесину и другие растительные субстраты, недоступные перевариванию в кишечнике термитов; далее, в недрах термитника другие собратья рабочих насекомых измельчают и поедают эти субстраты. Одновременно поедаются грибы рода Termitomyces и их споры, которые находятся в термитниках повсюду. Эта смесь не переваривается, так как слишком сложна. Она выделяется из кишечника не до конца расщепленной, но это не стихийное действо, а целенаправленная стратегия. Гриб становится переваривающим аппаратом термитов; он отвечает за основную долю расщепления. После первого прохождения через пищеварительный тракт термитов получается хорошо перемешанный субстрат, компост, на котором буйно растут грибы. После этого в игру снова включаются термиты. Они поедают культуру грибов вместе с субстратом, но при втором прохождении по кишечнику в дело вступают бактерии, для того чтобы расщепить сложные олигосахариды на простые сахара. Система эта настолько совершенна, что человеку, для того чтобы повысить эффективность работы биореакторов, следовало бы к ней присмотреться. Ученых в этой связи главным образом интересует, какие еще ферменты надо позаимствовать для этого у природы.

Почти лучшие друзья

Лучший друг выращивающих грибы термитов, в истинном смысле слова, – это уже упомянутый Termitomyces, термитный гриб, впервые научно описанный французским ботаником Роже Эймом в 1942 году. С микологической точки зрения это гриб порядка агариковых (Agaricales), в который входят также семейства шампиньоновые (Agaricaceae) и лиофилловые (Lyophyllaceae), то есть он принадлежит к совершенно иной группе грибов, нежели гриб муравьев-листорезов.

Гриб по праву называется именно так, поскольку все виды этого рода встречаются исключительно в термитниках или поблизости от них. Это облигатный для данных грибов симбиоз. Обитатели термитника яростно обороняют его от других грибов и паразитов. Различные виды термитов культивируют собственные виды рода термитного гриба. Это поразительный пример совместной эволюции двух абсолютно разных организмов: генеалогический ствол и его разветвления в обеих группах и скорость образования видов практически полностью соответствуют друг другу. Биологи в таких случаях говорят о совместном кладогенезе. Эволюция обоих партнеров идет рука об руку: если один партнер развивается, то второй не может от него отставать.

Termitomyces titanicus образует шляпку диаметром до одного метра, а его плодовое тело считается одним из самых крупных среди пластинчатых грибов. Большинство видов произрастают в странах Южной Африки, таких как Намибия, Замбия и Танзания, другие, однако, процветают в Юго-Восточной Азии и Колумбии. Эти грибы – мечта любого грибника. Плодовое тело не слишком большое, гриб по большей части вкусен и поэтому в некоторых районах Африки имеет важное экономическое значение. Огромные шляпки означают, что гриб производит невероятное количество спор, которые разносятся от термитников ветром во всех направлениях. «На материале, который термиты собирают за пределами термитника, присутствуют, естественно, и споры термитного гриба, – поясняет Кристина Бемельманс из Института исследования природных материалов и инфекционной биологии им. Ганса Кнёлля (Ассоциация исследовательских институтов им. Лейбница). – Затем вместе с пищей споры попадают в пищеварительный тракт термитов, но там не перевариваются. Так, после выделения экскрементов гриб окончательно попадает в термитник».

Мы познакомились с муравьями и термитами как с главными действующими лицами впечатляющего тройственного симбиоза. Теперь обратимся к другому преобразившему мир симбиозу в лице лишайников. Недавно представления о нем пережили настоящую революцию!