Что общего у лишайников и морских ежей?

Лишайник – это симбиотическая ассоциация, состоящая из грибного партнера (микобионт) с одним (или более) фотосинтетическим партнером (фотобионт). Фотобионт может быть представлен зеленой водорослью, цианобактерией или обоими вместе.

Симбиотические отношения между партнерами очень сложные. Морфологию слоевища лишайника обычно определяет микобионт. Иногда считают, что он паразитирует на фотобионте.

Одним из отличительных признаков лишайников является наличие в их телах специфических веществ различной природы – вторичных метаболитов, образующихся в результате обменных процессов и взаимодействия между партнерами. Эти соединения большей частью имеют уникальную химическую структуру: из 630 известных ныне таких веществ только около 50 встречаются в других грибах или высших растениях.

Источником большинства характерных для лишайников вторичных метаболитов является грибной партнер, но образуются они только при взаимодействии гриба и фотобионта. Вторичные метаболиты, продуцируемые изолированным микобионтом, обычно отличаются от тех, что образуются им в симбиозе с фотобионтом.

Основные усилия большинства специалистов по биохимии лишайников направлены на поиски и изучение новых веществ в лишайниках и выяснение их значения для симбиотической ассоциации.

Как известно, лишайники способны переносить экстремальные климатические условия: низкие температуры, значительный суточный перепад температур, высокую степень инсоляции и т.п. Ученые давно предполагали, что большие количества вторичных метаболитов, особенно фенольных производных, необходимы лишайникам для адаптации к суровым условиям обитания. Так, например, норвежские исследователи установили, что лишайник Lobaria pulmonaria для защиты от избыточного солнечного излучения синтезирует значительные количества меланиновых пигментов.

Такой же защитный механизм обнаружили Л.С. Степаненко и ее коллеги из Тихоокеанского института биоорганической химии и Тихоокеанского института географии (г. Владивосток) у Lasallia rossica (семейство Umbilicariaceae), обильно произрастающего на скальных поверхностях Баджальского хребта. Изучение меланинов L. rossica показало, что они содержат орселлиновую кислоту, которая, вероятно, образуется под действием ферментов из гирофоровой кислоты – основного вторичного метаболита этого лишайника.

Другими веществами, защищающими лишайники от сильного света, являются усниновая кислота и атранорин – наиболее широко распространенные низкомолекулярные метаболиты. Они были обнаружены в верхнем слое слоевища высокогорных лишайников. Например, литофитный лишайник Ophioparma lapponicum имеет светло-зеленую верхнюю поверхность слоевища и в пересчете на сухой вес содержит 6% усниновой кислоты.

В слоевищах высокогорного лишайника Melanelia stygia обнаружена смесь орсинолов, необходимая, по-видимому, для адаптации к низким температурам и к большим колебаниям температуры, влажности и освещенности. Высокогорным эпилитным лишайникам Северо-Востока России Asahinea chrysantha, A. scholanderi, и Arctoparmelia separata свойственно наличие в слоевищах сложной смеси лишайниковых кислот и квиноидных пигментов.

Квиноидные пигменты, сконцентрированные на нижней поверхности слоевища, могут защищать лишайники от вымерзания в зимние периоды года и от перекисного окисления. Лишайниковые кислоты могут защищать содержащие их клетки от перекисного окисления, действия ионов токсичных металлов, которые инициируют процессы образования свободных радикалов.

Из слоевищ широко распространенных на северо-востоке России и в других частях северного полушария эпигейных лишайников Flavocetraria cucullata и Cetraria islandica (подвид последнего встречается и в Антарктиде) выделены пигменты, в частности нафтазарин, сходные с пигментами морских ежей и глубоководных голотурий. При этом наибольшее количество нафтазариновых пигментов содержали слоевища, найденные в местообитаниях с устойчивым умеренным режимом увлажнения, большую часть года покрытых снегом, или среди мхов.

Эхинохром, типичный пигмент морских ежей, защищает клетки от перекисного окисления и предохраняет эмбрионы от повреждения при глубоком замораживании и после размораживания. Поскольку антиокислительная активность нафтазариновых пигментов почти такая же, как эхинохрома, они, по-видимому, участвуют в адаптации лишайников к чрезвычайно низкой температуре и многолетней мерзлоте грунтов Колымского нагорья.

Лишайники распространены по всему земному шару, а в суровых условиях холодных пустынь, высокогорий и полярных регионов они доминируют в экосистемах суши. В Антарктиде лишайники играют важнейшую роль в формировании облика наземных биоценозов и являются источником пищи для многих животных. На этом континенте и прилегающих к нему островах обнаружены представители 428 видов лишайников. Около половины этих видов обитает и в северном полушарии, в том числе и в нашей стране, однако они не встречаются в экваториальном поясе.

Интересно, что даже в суровых условиях Антарктики у лишайников наблюдается феномен гигантизма, свойственный некоторым местным морским животным: диаметр талломов Buellia frigida здесь достигает 55 см, Peltigera rufescens – 50 см, Placopsis contortuplicata – 78 см, Umbilicaria antarctica – 45 см, длина слоевища Usnea antarctica – 67 см.

Фото А.Громушкиной