Организмы из грибов и водорослей. Лишайники

Кира Столетова

Самый загадочный симбиоз гриба и водоросли – отдел Лишайники. Организм, состоящий из двух компонентов, исследует наука, которая называется лихенология. До сих пор ученым не удалось установить природу их возникновения, а в лабораторных условиях их получают с большим трудом.

Состав организма

Ранее думали, что симбиоз грибов и водорослей в лишайнике представлен взаимовыгодным способом сосуществования двух организмов, при котором:

• грибы получают углеводы, производимые вторым компонентом в процессе фотосинтеза;
• водорослям необходимы минеральные вещества и покров, чтобы защититься от засухи.

Ирина Селютина (Биолог):

Сейчас союз представляют по-другому: споры гриба выбирают себе «кормилицу», но последняя может противостоять объединению. Главное правило в симбиозе – взаимовыгодное сосуществование. Лишайник получится, если оба компонента испытывают трудности существования поодиночке: им не хватает питания, света, температуры. Благоприятные факторы не вынуждают их объединяться.

Вступающие во взаимодействие грибы по-разному ведут себя с водорослями. Образует гифы со всеми доступными видами, но некоторых из них просто съедаются. Синтез проявляется только со схожими классами. В сосуществовании оба организма меняют свое строение и внешний вид.

Строение организма

Структурно в лишайнике представлено 2 компонента: гифы грибов с вплетенными в них водорослями.

Водорослевый компонент – фикобионт, может быть представлен цианобактериями (сине-зелеными водорослями), зелеными или желто-зелеными водорослями. Грибной компонент, или микобионт – сумчатыми или базидиальными грибами.

Если расположение водорослей равномерное по всему слоевищу, его называют гомеомерным, а если только в верхнем слое – гетеромерным. Это так называемое слоевище, или таллом, или тело лишайника.

Внутреннее строение таллома лишайника включает в себя следующие составляющие:

1. Верхняя корка (корковий слой): образована плотно переплетающимися гифами. Она окрашена в разные цвета, благодаря наличию пигментов. Эта корка более толстая и обеспечивает защиту и поглощение води из воздуха.
2. Сердцевинный слой: формируется внутренними гифами гриба и зелеными клетками водорослей, с которыми связан фотосинтез, превращение и запас веществ.
3. Нижняя кожица (корковый слой): тонкая, снабжена выростами-ризоидами, благодаря которым тело лишайника крепится к субстрату. Помимо этого гифы выделяют кислоты, способные растворять субстрат и осуществляют поглощение минеральных веществ.

По внешнему виду выделяют следующие типы таллома:

• накипные;
• листоватые;
• кустистые.

Первые выглядят как тонкая корка, крепко сросшаяся с поверхностью. Листоватые держатся на пучках гифов – ризоидах. Кустистые выглядят как свисающий куст или борода.

Цвет может быть серый, бурый, зеленоватый, желтый или черный. Концентрация регулируется специфическими красящими веществами, содержанием железа, кислотами в окружающей среде.

Способы размножения и жизненный цикл

В лишайнике способностью размножаться наделены оба компонента. Грибной воспроизводится вегетативно – частями таллома или с помощью спор. Отростки тела отрываются от слоевища и перемещаются животными, людьми или ветром. Так же распространяются споры.

Второй компонент делится вегетативно. Симбиотический комплекс улучшает способность к размножению. А некоторые виды практически не существуют вне пределов лишайника.

Ирина Селютина (Биолог):

Лишайники размножаются либо спорами, которые образует микобионт половым или бесполым способом, либо вегетативно.

При половом размножении на слоевищах лишайников в результате полового процесса образуются половые спороношения в виде плодовых тел (апотеции, у лишайников известныперитеции, гастеротеции).

Помимо спор, образующихся во время полового процесса, для лишайников присущи и бесполые спороношения – конидии, пикноконидии и стилоспоры, возникающие экзогенно на поверхности конидиеносцев.

При вегетативном размножении обычно идет отделение кусочков слоевища, которые могут быть оторваны порывами ветра или соредиями (микроскопически мелкими клубочками, состоящими из одной или нескольких клеток водоросли, окруженных гифами гриба) или изидиями (маленькими выростами на верхней поверхности слоевища).

Растут организмы медленно. Образует прирост за год от 0,25 до 10 мм. Зато они нетребовательны к условиям среды:

• растут на скалах, земле, стволах и ветках деревьев, на неорганике: стекле, металле;
• выдерживают обезвоживание.

Устойчивые к температурам от -47 до 80℃, 200 видов обитает в Антарктике. Около двух недель смогли прожить вне земной атмосферы. Лишайники являются индикаторами чистоты окружающей среды – в местах с сильным загрязнением они не встречаются.

Роль лишайников

Существует около 20 тыс. видов. Симбионт образует сетку распространения по всему миру. Особо значимы организмы в местностях тундры и лесов:

1. Служат пищей северным оленям.
2. Принимают участие в выветривании горных пород и почвообразовании.
3. Становятся местом для размножения и проживания ряда беспозвоночных животных.

Человек использует их:

1. Чтобы определить возраст скал, ведь сами лишайники живут до 4500 тыс. лет.
2. Для получения антибиотиков нужны виды цетрария, кладония, пармелия, уснея.

Симбиоз. Популярная наука с Анной Урманцевой.

Заключение

Симбиотический союз двух организмов исследуется до сих пор. Если ранее удавалось получать в лаборатории лишь 1 организм на 800 попыток, то сейчас благодаря открытиям изучение продвигается быстрее. В удачном варианте оба организма получают выгоду от сосуществования.

Лишайники, группа низших растений, тело которых состоит из гриба и водоросли. Их взаимоотношения основаны на паразитизме и отчасти сапрофитизме, главным образом со стороны гриба. Тело лишайника-слоевище- может быть корковым, листоватым и кустистым. Размножение бесполое. Около 26 тыс.видов (сыше 400 родов).

Наиболее разнообразны в тропиках и субтропиках, обильны в тундре и высокогорьях.Растут на почве, деревьях, гнилой древисине, горных породах.

Лишайники поглощают воду всей поверхностью тела, используя для этого атмосферные осадки и, отчасти, водяные пары. Углекислый газ усваивается ими непосредственно из атмосферы, а питатльные вещества поступают через покровы в виде растворов. Большинство лишайников спокойно переносят полное высыхание. На это время дыхание и фотосинтез у них прекращаются. Накопление органических веществ в теле происходит очень медленно, чем объясняется их незначительный ежегодный прирост. Характеной особенностью лишайников является образование особых органических соединений - лишайниковых кислот. Предполагается, что откладываясь на оболочках грибных гиф, они делают их не смачивающимися водой, в результате чего создается внутренняя атмосфера, необходимая для развития гриба. Лишайниковые кислоты видоспецифичны, что позволяет использовать их в качестве систематического признака. Установлено, что они обладают антибиотическим действием, из-за чего некоторые из них используются в медицине.
Лишайники способны размножаться вегетативно, а также бесполым и половым путем. Чаще всего наблюдается вегетативное размножение, основанное на способности слоевища лишайника к регенерации. В результате механической фрагментации от слоевища отделяются отдельные участки. Попав в благоприятные условия они дают начало новому слоевищу. Кроме этого, лишайники образуют особые органы вегетативного размножения: соредии, изидии и лобулы. Соредии представляют собой очень мелкие образования, содержащие одну или несколько клеток водоросли, оплетенных гифами гриба. Изидии - палочковидные выросты на верхней поверхности слоевища, состоящие из клеток водоросли и гриба. Лобулы имеют вид мелких, вертикальных чешуек, расположенных на поверхности слоевища и по его краям. Споровое размножение присуще только грибу. При этом образуются разнообразные по размерам и форме споры. В том случае, когда лишайник образован аскомицетом, его половой процесс практически идентичен таковому у свободноживущих сумчатых грибов.

Около 26 тыс. видов, объединяющихся в более чем 400 родов. Наиболее разнообразны в тропиках и субтропиках, обильны в тундре и высокогорьях. Растут на почве, деревьях, гнилой древесине, горных породах и т.д. Играют существенную роль в почвообразовании. Лишайники используют для получения антибиотиков, ароматических веществ и лакмуса. Многие виды очень требовательны к чистоте воздуха и не выносят задымления, из-за чего их часто используют в качестве бииндикаторов загрязнения окружающей среды. Некоторые лишайники, например, ягель, являются основной пищей северных оленей.

Все живые организмы на планете поделены на царства. В основу классификации было взято наличие ядра. Есть царство прокариотов, не имеющих ядра. К ним относят бактерии и сине-зеленые водоросли (цианеи). К царству эукариотов относятся те организмы, которые имеют ядро: грибы, растения и животные. Несмотря на то что бактерии, грибы, растения (водоросли и высшие), животные составляют отдельные царства, между ними есть и общие черты.

Бактерии и цианеи относят к прокариотам. Их основными отличиями являются:

• отсутствие четко оформленного ядра;
• отсутствие мембранных органоидов;
• наличие мезосом (своеобразные выпячивания мембраны в середину клетки);
• мелкие рибосомы, по сравнению с эукариотами;
• у бактерий одна хромосома, у цианобактерий несколько хромосом, которые находятся в цитоплазме;
• отсутствие ядрышек;
• нет митохондрий;
• клеточная стенка у бактерий состоит из муреина, а у цианей из целлюлозы;
• жгутики отличаются простотой строения и малым диаметром;
• полового процесса нет, размножение происходит с помощью деления.

При неблагоприятных условиях многие микроорганизмы образуют споры, которые могут лежать годами в ожидании подходящих условий для жизни и развития. Растения и грибы также образуют споры, но они им необходимы для размножения. Есть микробы, которые питаются так же, как и растения, и являются автотрофами, а некоторые питаются как животные и являются гетеротрофами. В отличие от других живых организмов, чья жизнь без наличия кислорода невозможна, существуют микроорганизмы, которые способны проживать в анаэробной среде, и кислород, наоборот, для них губителен.

Бактерии являются самыми многочисленными существами на планете, и большинство из них до сих пор не изучено.

Царство растений

В основу классификации положено их основное отличие ─ это автотрофное питание. Они способны перерабатывать неорганические вещества в органические. Для этого им необходима солнечная энергия. Это свойственно и цианобактериям. Благодаря растениям и цианобактериям воздух на планете обогащается кислородом, который так необходим другим живым организмам. Растения являются источником пищи для многих других организмов. Их разделяют на два подцарства: водоросли и высшие. Водоросли не имеют корня, стебля и листьев в отличие от высших форм.

Отдельное место занимают примитивные водоросли (пиррофитовые), у которых в клетках в хромосомах отсутствуют гистоны, по своей структуре они близки к нуклеоиду бактерий. Клеточная стенка некоторых водорослей состоит из хитина, как у животных и грибов. Красные водоросли отличаются от остальных видов тем, что их клетки не имеют жгутиков. Имеются отличия в особенностях строения и биохимических процессах.

Царство грибов

Долгое время ученые спорили по поводу того, выделять грибы в отдельное царство или нет. В результате долгих споров их все же выделили отдельно, так как они имеют много общего и с растениями, и с животными.

Способ питания у них такой же, как и у животных ─ гетеротрофный. Так же, как и у животных, у них отсутствуют пластиды и в клеточной стенке есть хитин. В результате обменных процессов образуется мочевина. Грибы, так же как и растения, поглощают питательные вещества путем всасывания. Они неподвижны и имеют способ роста такой же, как и у растений.

Некоторые грибы размножаются как бактерии ─ бесполо, некоторые как растения ─ вегетативным путем, некоторые как животные ─ половым. Многие из них, как и микробы, перерабатывают отмершие живые организмы, тем самым играют роль «санитаров». Многие из них приносят пользу и применяются в производстве антибиотиков, гормонов, витаминов.

В зависимости от того, как они потребляют органические вещества, их делят на три вида:

Лишайники

Многие ученые настаивают на том, чтобы выделить лишайники в отдельное царство. На это есть несколько причин. Они могут быть симбионтами:

• гриба и водоросли;
• бактерий гриба и водорослей.

По внешнему виду их делят на три группы:

• корковые (которые растут на камнях и прочно срастаются с поверхностью);
• листоватые (прикрепляются к поверхности с помощью ножки);
• кустистые (прикрепляются к почве, деревьям, кустарникам в виде кустиков).

Тело лишайника называется слоевищем, которое у разных видов отличается по размерам, окраске, форме и по строению. Слоевище может быть от нескольких сантиметров до метра.

Растут лишайники очень медленно, но длительность жизни может быть от сотни до тысячи лет.

В результате симбиоза получается единый организм. Причем гифы гриба тесно переплетаются с клетками водорослей. Таким образом, в лишайнике сочетаются два совершенно разных организма по строению и способу питания. Грибы, составляющие симбиоз с водорослями, отдельно в природе не встречаются, а вот виды водорослей, участвующих в симбиозе, можно встретить и как отдельно живущий организм.

У лишайников уникальный способ питания: грибы всасывают растворенные минералы, а цианобактерии образуют органику и участвуют в процессе фотосинтеза. Размножаться лишайники могут как спорами, так и делением слоевища.

Чувствительность лишайников к загрязненной окружающей среде делает их индикаторами чистоты. Многие виды используют для питания животных и в медицинских целях.

Царство животных

Царство животных подразделяют на два подцарства: простейшие и многоклеточные. Несмотря на то что простейшие состоят из одной клетки, так же как и бактерии, они имеют все характеристики, свойственные животным. Есть виды простейших, которые на свету питаются автотрофно, а при его отсутствии переходят на гетеротрофное. Размножаться простейшие могут как бесполым способом ─ делением клетки, так и половым ─ конъюгация.

Общее у животных и растений ─ это обмен веществ и строение клеток. Основное отличие ─ это способ питания. Животные – гетеротрофы, то есть они питаются уже готовыми органическими соединениями и не способны синтезировать неорганические вещества. В большинстве своем они подвижны.

Более сложное строение клетки эукариотов говорит о том, что эти усовершенствования они получали в результате эволюции. А одновременное существование на земле как прокариот, так и эукариот говорит о том, что биологические процессы свойственны всем формам жизни. Все живые организмы живут в полном взаимодействии друг с другом, и исчезновение хотя бы одного из видов привело бы к необратимым последствиям. На планете есть место всем видам экологической цепочки.

Строение и жизнедеятельность лишайников

Лишайники - группа очень своеобразных организмов, тело которых состоит из двух компонентов - гриба (микобионта) и водоросли (фикобионта).

Замечание 1

Науку, которая изучает лишайники, называют лихенологией.

Вегетативное тело лишайника - таллом, или слоевище, - образуется переплетением гиф гриба, а среди них расположены клетки или нити водоросли - равномерно (слоевище гомеомерного типа), или только в верхнем слое (слоевище гетеромерного типа).

У большей части лишайников фикобионтом является одноклеточная зелёная водоросль требуксия, но ещё водоросли 28 родов могут входить в состав лишайников. Среди них есть сине - зелёные, зелёные, желто - зелёные и бурые.

Длительное время отношения гриба и водоросли в организме лишайника рассматривали как взаимовыгодное для обоих организмов существоание (симбиоз), так как в результате его гетеротрофный организм гриба получал от автотрофной водоросли органические вещества, а организм водоросли от гриба - растворённые в воде минеральные соединения, а так же защиту от высыхания.

Водоросли, входящие в организм лишайников чрезвычайно жизнестойки. Они могут выдерживать длительное высушивание и значительные перепады температуры.

Характерный признаки лишайников - отсутствие зелёной окраски и листьев. Слоевище лишайников в основном сероватой, бурой, жёлтой или почти чёрной окраски. Цвет зависит от специфических пигментов, солей железа, содержания и концентрации различных кислот.

Растут лишайники очень медленно, годовой прирост слоевища у различных видов колеблется от 0,25 - 1 до 36 мм в год.

Одной из самых характерных биологических особенностей лишайников является их непритязательность к условиям существования. Они могут существовать на камнях, на почве, на стволах и ветвях деревьев, на заборах и даже на металле и стекле.

Размножение лишайников

Лишайники размножаются вегетативным, половым и бесполым способами.

Вегетативно: частичками слоевища или специально приспособленными образованиями - изидиями и соредиями.

Изидии - различные по форме и размеру выросты на поверхности слоевища, содержащие оба компонента лишайника. Они могут отламыватся от лишайника и распространятся с помощью ветра, воды или животных.

Соредии - мелкие пылевые частички, которые состоят из одной, двух или нескольких одноклеточных водорослей, оплетённых гифами гриба. Формируются в средине слоевища. Освобождаются после его разрыва и разносятся ветром. Каждый компонент лишайника способен размножаться индивидуально: водоросли - делением, грибы - спорами.

Классификация лишайников

По внешнему виду слоевища различают три типа лишайников:

накопительные, или корковые, - в виде корочки, которая плотно срослась с субстратом (леканора, аспициллия). Она может достигать в толщину 0,5 см, а в поперечнике бывает от нескольких миллиметров до 20 - 30 см. Иногда несколько лишайников срастаются вместе и образуют большие пятна.

Замечание 2

Существуют так называемые кочующие лишайники, имеющие шаровидную форму слоевища. Они не прикрепляются к субстрату и могут переноситься ветром.

листоватые - имеют вид сплющенной листовидной пластинки, горизонтально прикреплённой к субстрату пучками гиф (ризоиды, ризины, или гомфы). Обычно форма слоевища круглая, диаметром 10 - 20 см. Представители - пармелия, ксантория. В горах Сибири и Чукотки встречаются кочующие листоватые лишайники - одни из наиболее красивых лишайников.

куститые - имеют вид кустика или свисающей бороды (кладония, уснея). К субстрату они прикрепляются небольшим нижней частичкой слоевища или тонкими нитевидными ризоидами. Наиболее крупные кустистые лишайники достигают высоты 50 см.

В самых первых классификациях ученые делили всех живых существ только на два царства - животные и растения. Теперь многие организмы, ранее причислявшиеся к растениям, выделяют в отдельные царства. Некоторые из них нам хорошо знакомы. Это, например, грибы - привычные нам шляпочные, а также плесневые, мучнисторосяные, ржавчинные и др. Лишайники, растущие на скалах и на стволах деревьев, состоят из двух вместе живущих организмов - из гриба и водоросли.

ВАЖНЫЕ РАЗЛИЧИЯ

Раньше считалось, что грибы - это примитивные растения, у которых нет листьев. Теперь мы знаем, что грибы во многом отличаются от настоящих растений. Вещества, образующие грибы, не похожи на те, которые мы находим даже у самых простых настоящих растений. Но главное отличие состоит в том, что грибы не способны сами производить для себя пищу, т. е. не способны к фотосинтезу. Грибы извлекают питательные вещества из других - живых или мертвых - организмов. Многим шляпочным грибам пищей служит субстрат, на котором они растут, - гниющая древесина или навоз.

ВЗАИМОПОМОЩЬ

Лишайники способны существовать в самых суровых условиях. Они растут на бедных почвах, на скалах, в самых холодных районах Арктики. Многие развиваются чрезвычайно медленно. Эта способность выживать в тяжелейших условиях обусловлена тем, что в теле лишайника присутствуют два организма - гриб и водоросль. Ни один из них самостоятельно в этих условиях выжить не смог бы. Водоросль располагается обычно в середине такого «сандвича», между двумя слоями гриба. Слои гриба защищают водоросль и поставляют ей воду, а водоросль в процессе фотосинтеза вырабатывает пищу и для себя и для гриба.

• Диатомеи - одноклеточные похожие на растение организмы, живущие в море. Их обычно включают в царство протистов (одноклеточных).
• Шляпочные грибы размножаются, рассеивая миллионы, крохотных спор. На первой стадии из споры вырастает грибница (мицелий гриба). Позднее на грибнице появляются плодовые тела, способные образовать новые споры.
• Многие грибы растут в темных сырых местах, например на почве в лесу. Пищей им служат гниющая древесина и другой растительный материал.
• Большинство водорослей живет в море или у морских берегов.
• Лишайник состоит из двух организмов - водоросли, вырабатывающей в процессе фотосинтеза пищу, и гриба, всасывающего воду.
• Морская водоросль ламинария достигает в длину 65 м.