В этой статье вы узнаете об удивительных симбионтных организмах – лишайниках и водорослях. Эти организмы редко привлекают наше внимание, а зря. Они могут много интересного нам рассказать.

Лишайники и их свойства

Кроме обычных грибов на земле существуют и совсем отличные – так называемые лихенофильные грибы, захватывающие и использующие в течение своей жизни водоросли. Именно они могут образовывать лишайники.

При упоминании о лишайниках, прежде всего, на ум нам приходит известная из школьного курса обычная стенная золотянка – ксантория.

Очень часто встречается она на осокорах и ветвях боярышника в пределах днепровской долины. Стенная золотянка и пармелия бороздчатая – это самые распространённые в Киеве лишайники. Иногда все ветви покрыты равномерным слоем этих лишайников.

Лишайники особенно хорошо заметны зимой во время оттепелей или в светлые влажные периоды, когда они набухают и активно фотосинтезируют.

На пойме, на старых пнях можно без особого труда найти также кустистый лишайник – кладонию бахромчатую.

Лишайники (лихенофильные грибы) представляют собой различные варианты сожительства гриба с водорослями. Чаще всего указывают на случай, когда гриб, пытаясь обеспечить себе автономное существование, захватывает и удерживает в своём теле (в своеобразной тюрьме из гиф) фотосинтезирующие одноклеточные водоросли. Поэтому лишайник является ассоциацией двух организмов.

Такие отношения между двумя различными организмами являются уникальными в природе, поэтому некоторые учёные называют лишайники грибами, которые изобрели сельское хозяйство. Действительно, взаимодействие между компонентами лишайника напоминает сельскохозяйственную деятельность человека: например, выращивание коров или картофеля. Культуры картофеля погибнут без присмотра владельца, но и человек без картофеля своей жизни не представляет.

Так и лишайниковые грибы «приручили» водоросли для своего питания и даже включили их в свое тело – чтобы питательный источник всегда был рядом.

На срезе лишайника (гетеромеричной структуры) под микроскопом заметен верхний коревой слой, защищающий водоросль от чрезмерной инсоляции, водорослевый слой (водоросли оплетены гифами для лучшего питания), сердцевинный слой (рыхло расположенные гифы для лучшего газообмена) и нижний коревой слой, за счёт которого лишайник часто прикрепляется к субстрату.

У более простых гомеомеричных (не слоистых) лишайников грибной и водорослевый компоненты размещены равномерно.

Так что лишайниковые грибы являются «самыми мудрыми», или «самыми хитрыми» среди других грибов, зависящих в своем развитии от питающего субстрата. Интересно, что лишайники изобрели сельское хозяйство задолго до того, как началось развитие человеческой цивилизации.

Древнейшие ископаемые остатки лишайников, в которых присутствуют оба симбиотических партнера, известны с раннего девона, около 400 млн. лет назад. В то же время некоторые из современных видов лишайников известны с миоценовых залежей (53 млн. лет назад).

Однако имеется и плата за такую независимость. Ведь лишайники всегда слабее в конкурентной борьбе за место существования с другими организмами: они развиваются медленнее, чем, скажем, травянистые растения или мох, хотя делят с ними одну и ту же экологическую нишу. Лишайники осуществляют метаболизм и растут очень медленно: в наиболее «быстрых» из них слоевище увеличивается лишь на несколько миллиметров в год.

Итак, лишайники – это грибы, приспособившиеся к существованию в ассоциации с водорослями. В мире насчитывается около 15000 таких грибов, из них более 1500 (или 10%) растут в Украине.

Лишайники характеризуются рядом специфических свойств. По форме слоевища они делятся на накипные, листоватые и кустистые. Некоторые лишайники, такие как кладония, образуют слоевища двойной структуры.

Сначала формируется накипное или листоватое первичное слоевище, которое может быть постоянным или исчезающим. От него вырастает вторичное слоевище в виде вертикальных структур – подецеев – рожкоподобных или воронкообразных – сцифов.

Лишайники размножаются вегетативно путём фрагментации слоевища, а также с помощью специальных выростов (изидиев) и фрагментов гриба с водорослями (соредиев), мучнистым налетом покрывающих поверхность лишайника.

Соредии образуются внутри слоевища и выходят наружу через его разрывы – т.н. соралии. Половое размножение обеспечивают соответствующие половые структуры грибов – апотеции и перетеции у аскомицетов, или базидии у базидиомицетов.

Лишайники способны синтезировать специфические вещества, называемые лишайниковыми кислотами. Это органические соединения достаточно сложного строения, в основе которых лежат жирные кислоты и фенолы. Они выделяются в форме кристаллов на внешней поверхности слоевища и имеют разнообразную окраску.

Некоторые из них, например, кислота уснеи, наделяют лишайники бактерицидными свойствами, другие – например, вульпиновая кислота, являются ядовитыми. Наличие специфических лишайниковых кислот используют для распознавания различных лишайников на основе использования качественных цветных реакций.

Известно, что лишайники могут выступать индикаторами состояния окружающей среды, поэтому их используют в специальных лихеноиндикацийных исследованиях. Ведь лишайники уязвимы при наличии в воздухе даже незначительных количеств ядовитых газов. Это сопровождается вымиранием ряда экологических групп лишайников.

Раньше всех при наименьших частичках токсинов выпадают кустистые лишайники, имеющие наибольшую площадь поглощения (например, уснея (Usnea)). Несколько более устойчивыми являются листоватые лишайники, а наиболее устойчивыми, хотя тоже до определённого предела, – накипные лишайники.

На основе анализа состава флоры древесных эпифитных лишайников, величины покрытия, распространения и жизненности отдельных видов изготавливаются лихеноиндикационные карты с выделением вегетационных зон лишайников.

Согласно исследованию Л. Димитровой (2008 г.), днепровская пойма, по данным лихенологичного исследования, попадает в так называемую незагрязнённую зону. Сюда, в частности, попали три больших очага: северный (восточная часть Оболонского района до Оболонского проспекта) и почти все днепровские острова (Муромец, Венецианский, Труханов, за исключением его центральной и южной частей).

Сюда же входит так называемый восточный центр, включающий левобережную пойму Днепра. На опытных площадках этой зоны отмечено 13-29 видов лишайников.

Лишайники поймы Днепра часто очень похожи друг на друга. Поэтому, чтобы научиться их различать, нужно обращать внимание на характер ветвления их слоевищ, особенности их поверхностей, наличие плодовых тел гриба в виде блюдец – апотециев –или другие признаки. Визуальное сходство целого ряда листоватых лишайников Киева создаёт иногда иллюзию бедности их флоры, а, соответственно, и отсутствия необходимости считаться с интересами их сохранения.

Что касается наземных лишайников, то на береговых клифах Днепра в районе урочища Калиновый Рог сохранились остатки лишайниковых корок с участием кладонии бахромчатой и пельтигеры ложной.

На пойме Днепра лишайники могут существовать и на песчаных пляжах. Здесь в местах с избыточной рекреацией развиваются корочки из лишайников, многочисленных видов рода кладония, а также колонии сине-зелёной водоросли ностока.

В ходе своего разрастания эти организмы закрепляют пески, препятствуя смещению песчаных масс и началу эрозионных процессов, а также накапливают органические остатки, необходимые для дальнейшего развития сосудистых растений.

На бетонных сооружениях: столбах, защитных дамбах, набережных растут накипные лишайники калоплака и русавския, покрывающие плотной корочкой субстрат так, что оторвать их очень трудно.

Роль лишайников в природе и человечесткой деятельности

Роль лишайников в природе на первый взгляд не очевидна. Но это вовсе не умаляет их значения в природе и жизни человека. Лишайники могут существовать там, где иногда не выживают другие растения.

Поселяясь на голом грунте, лишайники защищают его от эрозионных процессов. Они также положительно влияют на водный режим, рН, состав органических веществ почвы и создают условия для существования других организмов, обитающих в почвенном слое: водорослей, грибов, бактерий, некоторых беспозвоночных животных. Следовательно, лишайники способствуют воспроизводству природных участков и соответствующего биологического разнообразия.

Кроме того, слоевище лишайников является убежищем для насекомых и коловраток, пищей для моллюсков. Некоторые птицы, например, зяблик, используют лишайники для построения своих гнёзд. В свою очередь, эти животные способствуют распространению спор лишайников.

Древесные виды лишайников охраняют деревья от грибных инфекций. В лесных экосистемах лишайники способствуют поддержанию микроклимата, как накопители значительного количества воды.

На песчаных почвах наземные лишайники, такие как кладония, содержат значительное количество воды, предотвращая её дренаж.

Издавна используются лечебные свойства лишайников. Некоторые лишайники, например, цетрария исландская и представители рода уснея, и сейчас используются в медицине.

Лишайники применяются и в кухне народов мира. Манной небесной, упоминаемой в Библии, учёные считают съедобный лишайник леканора. Лишайники также находят применение в парфюмерной промышленности как закрепители для запахов.

Опасные условия для жизни лишайников

Ещё несколько десятков лет назад лишайники чувствовали себя хорошо на нашей планете. Теперь же эти выносливые, пионерные организмы драматично вымирают. Важнейшая причина – увеличение выбросов в атмосферу ядовитых газов, прежде всего, оксидов серы SO₂ и азота (NO, NO₂), а также оксидов тяжёлых металлов.

 Эти опасные вещества проникают в слоевища лишайников. Главным образом, после растворения в воде, которая выпадает в качестве росы или дождя. В результате образуются кислоты. Во время сухой погоды вода испаряется, а токсины накапливаются в клетках и межклетниках. В результате это приводит к отравлению и отмиранию слоевища. Наиболее уязвимы большие лишайники, которые поглощают больше загрязнений.

Негативное влияние на лишайники имеют также вырубки леса, ведь при полных вырубках истребляются целые популяции не только древесных, но и наземных лишайников.

Чрезвычайно опасны для лишайников также т.н. «санитарные» рубки, которые элиминируют старые деревья, благоприятные для развития лишайников. Такой же эффект дают так называемые перестройки древостоя, когда природные леса заменяются монокультурами сосны.

Очень опасным также является снижение влажности воздуха, вызванное плотной городской застройкой, увеличением количества химических веществ в сельском хозяйстве, а также ростом количества выбросов автотранспорта.

Подобная ситуация привела к тому, что в Европе большая часть видов лишайников требует немедленной охраны. Так, в Польше в Красный список лишайников занесены 55% флоры лишайников страны.

Лишайники в долине Днепра

Необозрим мир водорослей долины Днепра: по мнению специалистов, здесь он может насчитывать около 1,5 тыс. видов. Изучение их видового состава и открытия новых видов продолжаются и сегодня.

В долине Днепра можно найти как многоклеточные водоросли, образующие так называемые тины, так и одноклеточные – микроскопические. В случае же золотистой водоросли ботридиум мы имеем дело с одноклеточной водорослью, имеющей макроскопические размеры. Её слои в виде зелёных пузырьков заметны на влажной почве невооруженным глазом.

В связи со строительством водохранилищ на Днепре киевская пойма Днепра в Киеве становится зоной цветения сине-зелёных водорослей. Они реагируют на повышение содержания фосфатов/биогенных веществ в воде и повышение температуры воды более 20°С, и массово развиваясь, ночью поглощают кислород из воды и выделяют в воду различные токсины. Такие явления могут привести к замору рыбы.

Если вода окрашена в однообразный бледно-зелёный оттенок, такое цветение вызвано представителями рода анабена (Anabena) клейкие, если же на поверхности воды и в её толще плавают водоросли шаровидные или неправильной формы тела-колонии – это микроцистис.

Эта водоросль токсична, её токсин – микроцистин – имеет гепатотоксическое действие и поражает печень.

Сине-зелёные водоросли относятся к одним из самых древних организмов. Считается, что они могли появиться на планете ещё до возникновения на Земле кислородной атмосферы. Ископаемые остатки сине-зелёных водорослей – так называемые строматолиты – известны с докембрия.

Подводные же предметы обрастают самой распространённой днепровской макроводорослью – кладофорой. Летом её биомасса иногда достигает больших размеров. Поэтому неудивительно, что были планы использования её в качестве источника целлюлозы для выработки бумаги.

Скользкую тину из неразветвлённых нитей способна образовывать также водоросль рода спирогира. Эту тину очень часто можно увидеть в конце лета на прогретых мелководьях долины Днепра.

Скопление этих водорослей ещё называют «жабуринням», они развиваются преимущественно в условиях загрязнения органическими веществами. При отмирании водоросли резко ухудшается качество воды, уменьшается концентрация кислорода и наблюдается явление вторичного загрязнения. Является индикатором водоёмов, испытывающих антропогенное загрязнение органикой – эвтрофирование.

Диатомовые водоросли – очень интересные одноклеточные организмы. Их клетка окружена панцирем из кремнезёма. Некоторые из них способны к передвижению, скользя с помощью выпуска слизи.

В прошлом из ракушек этих организмов образовались осадочные породы диатомиты и диатомовые илы. Кроме того, эти водоросли содержат больше белков и жиров, чем злаки, поэтому неудивительно, что они служат хорошим кормом для многих беспозвоночных и молоди рыб.

Ряд одноклеточных водорослей имеют органы движения в виде жгутиков. Часть из этих водорослей способна как к фотосинтезу, так и поеданию других организмов. Несмотря на это, их относят как к животным, так и к растениям. Таким являются, например, эвгленовые водоросли.

Эвглена имеет веретенообразную форму и жгутик, с помощью которого она может двигаться. Массовое развитие водоросли может привести к «цветению» воды. Другая водоросль – динобрион – образует колонии, которые выглядят как разветвлённые цепочки бокальчиков, установленных один в другой. Эти водоросли принимают участие в самоочищении водоёмов, поглощая органические вещества. Значительное их содержание свидетельствует о высокой трофности воды.

Одним из самых известных и интересных представителей зелёных водорослей является колониальная водоросль вольвокс. Её можно заметить даже невооруженным глазом, ведь размеры колонии иногда достигают 2 мм.

Колония способна быстро перемещаться. В ней может быть несколько тысяч клеток, имеющих дифференциацию функций: есть клетки, отвечающие за движение, есть те, что питают колонию, незначительная часть клеток способна к размножению.

Вольвокс можно найти на старицах и других стоячих водоёмах долины Днепра. Вид является индикатором органического загрязнения и принимает участие в процессах самоочищения водоёма.

Водоросли также вызывают обрастания деревьев и других поверхностей. Так, на коре деревьев часто можно увидеть рыжий налёт аэрофитной зелёной водоросли трентополии.

Какая же она зелёная, спросите вы, ведь её налёт выглядит, как ржавчина? Впрочем, бурой эта водоросль становится только во время спороношения, когда её хлорофилл полностью маскируется оранжевым пигментом гематохромом. А в общем-то она зелёная.

Ряд других аэрофитных водорослей вызывает зелёное цветение стволов. Особенно заметно такое цветение во время зимних оттепелей, когда кора деревьев на островах становится ярко-зелёной. Кроме зелёных водорослей, в состав аэрофитона входят также сине-зелёные и диатомовые водоросли.

Интересное открытие можно сделать для себя, отскоблив немного зелёного налета с коры дерева и рассмотрев его под микроскопом. Ведь, как оказалось, он состоит из множества отдельных зелёных клеток.

Наиболее сложно организованными являются харовые водоросли (Charophyta). Они имеют разветвлённые хвощевидные таломы.

Как сохранить мир мохообразных, грибов и лишайников долины Днепра

Прежде всего, необходимо оградить пойму от дальнейшей антропогенной трансформации. Природные участки речной долины должны развиваться по своим законам без вмешательства человека. Это будет гарантировать все возможности для развития микромира этих интересных и очень полезных организмов.

Кроме того, на всех природных участках долины Днепра надо воздержаться от не имеющей никакого смысла борьбы с наличием старых и сухих деревьев, а также с валежником. Ведь наличие этих компонентов является неотъемлемой характеристикой здоровых естественных экологических систем, давая возможность для развития огромного количества организмов, в том числе мохообразных, водорослей, грибов и лишайников.

Отсутствие же мёртвой древесины и усыхающих деревьев полностью элиминирует возможность для существования этих живых существ. Например, такой простой фактор, как отсутствие старых особей осокоря или белого тополя может свести на нет население лишайников данного участка.

В некоторых странах, например, Польше, для наиболее уязвимых видов лишайников создаются специальные зоны охраны в государственных лесах и даже специальные лихенологичные резерваты.

В случае лишайников чрезвычайно актуальным является также отсутствие атмосферного загрязнения. Именно поэтому особенно важно минимизировать въезд автотранспорта на территорию пойменных урочищ и не допустить автотранспорт на острова.

В случае же водорослей решающим является фактор сохранения существующего гидрорежима днепровской поймы и ограничения органического загрязнения, что требует осторожного подхода к развитию санкционированной рекреации в пределах днепровской долины.

И.Ю. Парникоза, кандидат биологических наук, научный сотрудник историко-архитектурного памятника-музея «Киевская крепость»