Большинство грибов, полезных для растений, остаются загадкой для ученых.

Мухоморы-полевые грибы живут в симбиозе с деревьями. Магнус Биннерстам/Shutterstock

Если вы идете по лесу и смотрите под ноги, вам может показаться, что вы наступаете на мертвые листья, веточки и почву. На самом деле вы идете по огромному подземному ковру из грибных ниток, поддерживающему жизнь на поверхности земли.

Это микоризные грибы, которые образуют симбиоз с корнями почти всех растений. Эти подземные грибы, встречающиеся повсюду, от тропических лесов до бореальных лесов и сельскохозяйственных угодий, поддерживают жизнь над землей, и мы часто даже не подозреваем об их существовании.

Недавний научный обзор показывает, что до 83 % видов эктомикоризных (ECM) грибов, которые образуют симбиоз с деревьями, могут быть неизвестны науке.

Микоризные грибы растут вокруг кончиков корней и образуют паутины между клетками корней или проникают в клетки корней, а затем создают внутри них структуры. Они извлекают из почвы питательные вещества, такие как фосфор и азот, и в обмен получают углерод от растений-хозяев.

Следы этих неопознанных грибов часто обнаруживаются в ДНК почвы. Исследователи проанализировали глобальные базы данных ДНК, чтобы определить, сколько следов ДНК, которые, по-видимому, принадлежат грибам ECM, соответствуют какому-либо виду. Только 17 % соответствовали. Ученые называют их «темными таксонами» — организмами, которые были обнаружены, но не описаны, не получили названия и не были изучены.

Многие из этих грибов производят крупные плодовые тела и являются основой лесных экосистем.

Одним из примеров является мухомор (Amanita muscaria), который производит знаковые красно-белые пятнистые грибы, часто связанные с фольклором и имеющие целый ряд деревьев-хозяев. Обычно он ассоциируется с березой, сосной и елью, особенно в холодном климате, помогая деревьям выживать на бедных питательными веществами почвах.

Белые грибы (например, Boletus edulis), производящие  плодовые тела, ценимые за их насыщенный ореховый вкус, также являются ECM. Эти грибы растут вместе с соснами, елями и дубами. А лисички очень ценятся грибниками и часто встречаются вблизи дубов, буков и хвойных деревьев.

Лисички хорошо растут в нетронутых, здоровых лесах. Их присутствие часто свидетельствует о хорошо функционирующей лесной экосистеме. Они имеют фруктовый, абрикосовый аромат, который может привлекать насекомых, помогающих распространять споры.

Грибы лисички очень ценятся. Nitr/Shutterstock

Новый отчет показывает, как мало мы знаем о мире под нашими ногами. Это незнание имеет важные последствия. Целые ландшафты преобразуются в результате вырубки лесов и ведения сельского хозяйства.

Но усилия по лесовосстановлению предпринимаются без полного понимания того, как эти изменения влияют на грибную жизнь, лежащую в основе этих экосистем. Например, в Амазонии вырубка лесов для сельского хозяйства продолжается с угрожающей скоростью: только в 2018-2019 годах для производства говядины было уничтожено 3800 квадратных миль (что эквивалентно 1,8 миллионам футбольных полей) тропического леса.

Между тем, благонамеренные программы компенсации выбросов углерода часто включают посадку деревьев одного вида, что может разрушить древние взаимоотношения между местными деревьями и их грибными партнерами. Это связано с тем, что микоризные грибы в этих районах развивались в партнерстве с местными растениями в течение многих лет и могут быть несовместимы с видами деревьев, высаживаемыми в рамках этих программ.

Хотя не все деревья имеют определенных грибных партнеров, многие грибы ECM образуют симбиоз только с определенными деревьями. Например, виды рода Suillus (к которому относится гриб липкий бублик) являются специфическими для определенных видов сосен.

Введение неместных видов для посадки может непреднамеренно привести к исчезновению эндемичных грибов, в том числе видов, еще не известных науке. Мы можем выращивать леса, которые выглядят зелеными и жизнеспособными, но нанося ущерб невидимым системам, которые поддерживают их жизнь.

Проблема не ограничивается грибами ECM. Целые гильдии (группы видов, которые используют ресурсы одинаковым образом) микоризных грибов остаются практически неизученными.

Эти «темные гильдии» имеют огромное экологическое значение, но большинство их представителей никогда не были названы, культивированы или изучены.

Эрикоидные микоризные грибы (ERM)

Эти грибы образуют симбиоз со многими вересковыми кустарниками, включая вереск, клюкву и рододендроны. Они доминируют в некоторых из самых суровых ландшафтов мира, включая арктическую тундру, бореальные леса (также известные как снежные леса), болота и горы.

Исследования показывают, что грибы ERM не только помогают растениям процветать в суровых условиях, но и способствуют накоплению углерода в этих средах, что делает их потенциально важным поглотителем углерода.

Несмотря на их обильное распространение на некоторых из самых богатых углеродом почвах Земли, экология грибов ERM остается в некоторой степени загадочной. Только небольшое количество из них было официально идентифицировано. Однако даже те немногие известные виды свидетельствуют о замечательном потенциале.

Их геномы содержат обширный набор генов, отвечающих за разложение органических веществ. Это важно, поскольку указывает на то, что грибы ERM являются не только симбионтами, живущими в тесном взаимодействии с другими видами, но и активными разлагающими организмами, влияющими как на питание растений, так и на круговорот углерода в почве. Их двойной образ жизни может играть важную роль в экосистемах с низким содержанием питательных веществ.

Мюкоромикотины, эндофиты тонких корней (MFRE)

MFRE — еще одна группа загадочных грибов, которые образуют полезные взаимоотношения с растениями. До 2017 года MFRE долгое время ошибочно считались арбускулярными микоризными (AM) грибами, но в 2017 году были выделены в отдельную группу. MFRE также встречаются в различных экосистемах, включая сельскохозяйственные угодья и бедные питательными веществами почвы, и часто живут вместе с AM-грибами.

MFRE, по-видимому, играют важную роль в обеспечении растений азотом из почвы, в то время как грибы AM в большей степени связаны с поглощением фосфора. Как и грибы ERM, MFRE, по-видимому, также чередуют свободноживущий и симбиотический образ жизни.

По мере того, как исследователи начинают раскрывать их роль, MFRE становятся важными участниками процесса повышения устойчивости растений и развития устойчивого сельского хозяйства.

Эти грибы часто появляются в корнях растений. Они характеризуются темными пигментированными сегментированными грибными нитями, или гифами, но их роль в значительной степени зависит от контекста.

Некоторые DSE, по-видимому, повышают стрессоустойчивость хозяина или усвоение питательных веществ. Другие могут действовать как латентные патогены, потенциально нанося вред растению-хозяину. Большинство DSE остаются без названия и плохо изучены.

Время уходит

Многие экосистемы, связанные с этими темными гильдиями грибов, являются одними из самых уязвимых на планете. Арктические и альпийские регионы, которые являются оплотом ERM, DSE и потенциально MFRE, нагреваются в два-четыре раза быстрее, чем в среднем по миру.

Торфяники осушены и преобразованы под сельское хозяйство или застройку, а вересковые пустоши все чаще становятся объектами инициатив по посадке деревьев с целью улавливания углерода.

Посадка быстрорастущих неместных видов в монокультурах может улучшить краткосрочные показатели углерода над землей, но это может произойти за счет здоровья почвы и подземного биоразнообразия. Многие грибы являются хозяин-специфическими и сосуществуют с местными растениями на протяжении миллионов лет.

Замена этих растений неместными деревьями или распространение инвазивных растений может привести к локальному исчезновению грибов, которые мы никогда не имели возможности изучить. Почвенные грибы также участвуют в процессах от круговорота питательных веществ до подавления патогенов и улавливания углерода.

Мы меняем ландшафты быстрее, чем можем их понять, и тем самым можем разрушить важнейшие экологические системы, которые формировались тысячелетиями.