Подпольные стратегии
Близкое сообщество процветало и процветало сотни миллионов лет. Участники: растения и грибы. Они обмениваются питательными веществами на справедливой основе через корни и гифы, обеспечивая таким образом преимущества для обеих сторон. Новые результаты теперь показывают, кто их объединяет и как они упаковывают свои товары.
Растениям, безусловно, было бы труднее прыгать на сушу, если бы не было грибков. Потому что поглощение питательных веществ твердой почвой под зелеными ножками принесло совершенно новые проблемы - очень помогли гифы клеточных нитей спутников жизни грибов. Сообщество существовало так долго и хорошо, что четыре пятых наземных растений до сих пор зависят от него.
Взаимодействие между грибами и растениями имеет решающее значение для всей зеленой жизни на нашей планете и поэтому хорошо изучено. И все же вокруг подземной коммунальной квартиры по-прежнему много загадок: как партнеры находят друг друга? Что запускает тесную связь между гифой и корнем? Наконец, как работает торговля питательными веществами?
Манджула Говиндараджулу из Университета Нью-Мексико и ее коллеги подняли последний вопрос, то есть экономические отношения между двумя партнерами: в то время как гриб поглощает и поставляет почвенные питательные вещества, такие как азот и фосфор, в неорганической форме, он получает органические питательные вещества взамен Питательные вещества в основном в виде углеводов. Для того чтобы обеспечить обмен как можно более узким путем, гифы прорастают во внешние зоны коры корня, где затем происходит перенос.
Исследователи использовали субстраты с изотопной маркировкой, например нитрат, содержащий изотоп азота N-15, для отслеживания коммерческого продукта. Показано, что азот встраивается в аминокислоты на первой стадии. Здесь особенно выделяется аргинин, так как он поглощает четыре атома азота на молекулу. В этом варианте транспортировки драгоценный товар транспортируется в те области гиф, которые заканчиваются на пограничном переходе. Но тогда, как показали опыты исследователей, углеродсодержащая часть белкового строительного блока остается, и в растительный мир поступает только азот в виде аммония [1].
Таким образом, грибок, вероятно, избегает слишком больших потерь углерода, в то время как растение получает желанное питательное вещество в легкоусвояемой форме. И ей не хватает: около трети азота, раскрытого судьбой изотопов, мигрирует из гиф в корни. Кроме того, аргинин имеет то преимущество, что он может связывать полифосфаты, которые также считаются потенциальными коммерческими товарами. Таким образом, аминокислота будет служить только такси, доставляя двух ценных пассажиров - азота и фосфора - к месту назначения.
Но перед тесным сотрудничеством есть решительный шаг: гриб должен сначала найти своего растительного партнера на темных просторах земли - и наоборот. Для этого растения посылают химический сигнал, который вызывает у нужного субарендатора желание разветвляться и формировать характерные гифальные пальцы, с помощью которых он затем проникает в корни. Однако до сих пор остается загадкой, какое именно вещество стоит за этим: концентрации слишком малы, из-за чего исследователям до сих пор не удалось выделить передатчик сигнала.
Но команда под руководством Кохки Акиямы из префектурного университета Осаки уже достигла этого подвига. Ученые неоднократно пропускали экстракт, содержащий стимулятор ветвления, через фильтры с активированным углем и обогащали им искомого кандидата. Затем они все дальше и дальше разделяли полученные остатки с помощью различных методов хроматографии. Постоянно проверяя влияние сигнала параллельно, они смогли сузить выборку и сосредоточиться на тех, которые вообще имели какой-либо эффект.
Наконец, они отправили своего наиболее вероятного кандидата на тщательный спектроскопический анализ - и получили сюрприз: они обнаружили стриголактон [2]. Обнаруженный исследователями вариант еще не был обнаружен в дикой природе, но уже был разработан как искусственный продукт. А в чашке Петри быстро стало очевидно, что другие стриголактоны, даже в очень малых количествах, могут вызывать желание разветвляться, хотя и с разной степенью успеха. Едва ли имело значение, из какого уголка растительного царства они происходили - указание на то, что они, вероятно, взяли на себя эту задачу в самые ранние времена существования сообщества.
Но удивление не ограничилось обнаружением вещества, которое уже было известно синтетически. Исследователей, скорее, удивило то, что они обнаружили член группы сесквитерпенов, наиболее известных среди ботаников тем, что вызывают прорастание семян у таких паразитов, как заразиха (Orobanche spp.). Исследователи предполагают, что древний сигнал явно перехватывается: по крайней мере, это могло бы быть разумным объяснением его стимулирующего прорастание эффекта на паразитов. Это также безошибочно показывает им, что здесь должен быть проложен трубопровод для питательных веществ. В отличие от грибов, которые действуют по принципу справедливой торговли, от заразихи и других видов не взимается плата. Пылесборники повсюду.