Как питаются лишайники? Особенности лишайников, их строение и размножение

Мир природы уникален и немыслимо многообразен. Каждый год ученые совершают все новые и новые открытия, которые раскрывают перед нами необыкновенные перспективы изучения окружающего нас мира. Но и вполне привычные живые организмы, о которых человек знает с незапамятных времен, до сих пор способны удивлять. Взять, к примеру, лишайники. Они просты, но особенности их жизнедеятельности весьма необычны.

Вы знаете, как питаются лишайники? Это действительно уникальный процесс, который стоит описать подробно.

Сложности познания

Вообще, они довольно сложно поддаются изучению, так как представляют собой симбиоз совершенно разных организмов. Каждый лишайник образован симбиозом автотрофной водоросли и гетеротрофного гриба. Понятно, что сначала приходится изучать биохимию и жизнедеятельность каждого организма в отдельности. Такой метод изучения их физиологии дает много ошибок и погрешностей, а потому ученые имеют огромное количество вопросов, далеко не на все из которых есть ответы. Впрочем, исследователи все же сумели выявить общие закономерности.

Внутреннее строение

В общем-то, все тело лишайника – это массивное переплетение грибных гиф, внутри которых располагаются колонии автотрофных водорослей. Сегодня в науке различают следующие типы лишайников:

• Гомеомерные разновидности (Collema). Клетки колоний фотобионта (водоросли) в хаотичном порядке разбросаны по телу.
• Гетеромерная (Peltigera canina). На поперечном срезе можно четко увидеть слои талома (гиф) и водорослей.

Больше всего существует лишайников, строение которых основано на последнем принципе. В этом случае весь верхний слой образован особенно плотным сплетением грибной ткани, которая защищает тело лишайника от негативных воздействий внешней среды. Кроме того, гриб предотвращает излишне быстрое высыхание (но помогает это далеко не всегда).

На следующем слое расположена колония автотрофных водорослей. В самом центре располагается сердцевина лишайника, которая представляет собой тугой тяж из переплетенных между собой гиф гриба и колонии автотрофа. У этого «стержня» двойственная функция: с одной стороны, лишайник запасает в сердцевине воду. С другой – это своеобразный скелет данного организма. В нижней части расположены ризины. Это своего рода крепления, при помощи которых лишайник цепляется за субстрат. Следует помнить, что полный набор встречается далеко не у всех видов.

Некоторые виды лишайников (цианолишайники) характеризуются тем, что в их структуре имеются сильно локализованные колонии циановодорослей. У этих видов разделение на слои особенно хорошо выражено. Так как питаются лишайники? Ответ на этот вопрос прямо связан с особенностями процесса фотосинтеза у них.

О процессе фотосинтеза

Существуют тысячи исследований, которые посвящены именно особенностям фотосинтеза у этих симбиотических организмов. Так как около 10-15% их объема занято водорослью, которая дает им практически все питательные вещества, возникает много вопросов об интенсивности процесса. Как ни странно, но простейшие измерения однозначно показали, что интенсивность фотосинтеза у лишайников значительно ниже, если сравнивать их с высшими автотрофными растениями. Так, при проведении аналогии с обыкновенным картофелем соотношение составит 1:16.

Но как объяснить вполне комфортную жизнедеятельность в столь спартанских условиях? В общем-то, ничего особенно сложного в этом нет. Дело в том, что автотрофные высшие растительные организмы большую часть своей жизни «бодрствуют», тогда как лишайники в некоторых местностях едва ли не весь год пребывают в наполовину высушенном состоянии, в анабиозе. Разумеется, им вполне хватает мизерного количества питательных веществ для поддержания жизнедеятельности.

Вот как питаются лишайники. 7 класс в школах биологической направленности может изучать эту тему подробнее, но и в таком случае ответов на многие важные вопросы стандартная образовательная программа не дает. К примеру, когда процесс образования органических веществ для питания протекает медленнее, а когда – немного быстрее?

От чего зависит интенсивность фотосинтеза у лишайников?

Нужно отметить, что интенсивность этого процесса зависит от множества самых разнообразных факторов. Важно и то, что хлоропласты, будучи покрыты плотным слоем гиф, получают намного меньше света, чем аналогичные образования в высших автотрофных растениях и даже водорослях. В принципе, разница эта не так уж и значительна.

Следует знать, что максимальное значение процесса фотосинтеза наблюдается при освещенности в пределах 4000—23000 лк. Такую можно встретить в основных ареалах обитания лишайников: тундре, лесостепи, светлых северных лесах. В тех местностях, где интенсивность освещения значительно выше, в теле симбиотического организма начинается интенсивная выработка темного органического пигмента (париетина), а также специфических только для лишайников веществ (атранорина, к примеру).

Получаемые в результате фотосинтеза органические вещества полностью аналогичны таковым у высших растений. Они-то и используются в трофических целях. Вот как питаются лишайники. 7 класс общеобразовательной школы изучает процессы их жизнедеятельности весьма поверхностно, хотя это тема большая и чрезвычайно интересная. Предлагаем вашему вниманию расширенные сведения, которые могут оказаться не только интересными, но и полезными.

Процесс дыхания

Несложно догадаться, что выработка питательных веществ напрямую зависит от дыхания. В отличие от фотосинтеза у лишайников оно интенсивное: 0,2—2,0 мг СО₂ за час выделяет всего лишь один грамм симбиотического организма. Если вы внимательно читали информацию в верхней части статьи, то наверняка поняли, что около 85-90% массы лишайника приходится на вес микобионта. Проще говоря, в кислороде больше нуждается именно грибная часть, а не аутотрофная водоросль. Так как питаются лишайники в обычных условиях не слишком регулярно (причина - суровые климатические условия), немалая часть питательных веществ запасается в их тканях.

Как и фотосинтез, процесс дыхания напрямую зависит от процентного содержания воды.

Следует знать, что минимальный уровень дыхания, который необходим для получения некоторого количества энергии из питательных веществ, лишайник сохраняет почти при любых условиях (пригодных для жизни, конечно же). Данный процесс возможен при следующих диапазонах температур: от -15 до +30, +50 °С. Но оптимальный температурный режим находится в пределах от +15 до +20 °С. С похолоданием начинает преобладать использование кислорода. А при поднятии температуры свыше +35 градусов оба процесса приблизительно выравниваются.

Известен случай, когда лишайник (фото этого вида есть в статье), привезенный в один из московских музеев еще экспедицией Царского археологического общества, преспокойно восстановил свою жизнедеятельность, будучи помещенным одним из сотрудников в цветочный горшок с чуть влажной землей. А ведь к тому времени он уже почти 90 лет находился в абсолютно сухой, закрытой коробке для экспонатов и большую часть времени был лишен даже света!

Неудивительно, что этими организмами так интересуется современная биология. Лишайники наверняка имеют еще немало тайн, раскрытие которых, возможно, ощутимо подстегнет развитие медицины.

Ученые доказали, что основные принципы дыхания лишайников подчиняются тем же закономерностям, что и в случае с высшими автотрофными растениями. Но есть и различия, главным из которых является несколько другой приоритет между поглощением кислорода и выделением углекислого газа. Кроме того, они феноменально устойчивы к воздействию высушивания, низких и высоких температур. Недаром мхи и лишайники могут расти даже в условиях Арктики.

Температурный режим

Наиболее благоприятен для фотосинтеза у лишайников температурный интервал от +10 до +25 градусов по Цельсию. Но способность поглощать углекислоту у них сохраняется вплоть до -25 градусов. Это весьма примечательная особенность лишайников, которая отличает их от высших растений и даже водорослей. При температуре же от -5 до -10 градусов интенсивность усвоения углекислого газа едва ли не больше, чем в более комфортных условиях. У многих растений в этом случае в межклеточном пространстве образуется лед, который попросту разрывает клетки.

В отличие от них лишайники на деревьях, стволы которых буквально разрывает суровый северный климат (трескучие морозы), отлично себя чувствуют при наступлении теплого сезона.

Особенности водного обмена

Исследователи пришли к выводу, что лишайники отличаются особым, крайне специфичным типом водного обмена. Дело в том, что вода в их теле содержится в пространствах между прочными гифами. Когда она замерзает, особого вреда это не приносит, а процесс фотосинтеза и питания продолжает происходить. Однако уже при повышении температуры до +35 градусов по шкале Цельсия и более, процесс фотосинтеза практически останавливается, что кардинально отличает лишайники от растений.

Количество воды, которого будет достаточно для нормальной жизнедеятельности, зависит от семейства. Так, кустистые лишайники способны к фотосинтезу и производству органических веществ для питания почти при полном обезвоживании. Чем толще тело, тем больше в нем может накапливаться влаги, тем меньше она испаряется.

Это особенно важно именно для лишайников, так как в большинстве случаев они произрастают в очень сложных условиях, когда более-менее регулярное поступление воды совершенно не гарантировано. В таких условиях погибло бы любое растение. Лишайник же неплохо чувствует себя даже в условиях настоящих пустынь и Арктики.

Регуляция жидкостного обмена

Можно понять, что регуляторная функция водного обмена у этих организмов устроена совершенно иным образом, чем у высших растений. Так как у них практически нет никаких специализированных систем для этого. К примеру, усвоение воды у них происходит чрезвычайно быстро, но только за счет обыкновенного ее впитывания всей поверхностью тела. Можете провести простейший опыт: налейте на стол небольшое количество воды и положите на лужицу кусок салфетки или туалетной бумаги.

Как видите, вода мгновенно впиталась, так как структура бумаги обладает неплохой адсорбирующей способностью. То же самое происходит и в случае с лишайниками. Так, мы рассматривали эпизод с давным-давно высохшим экземпляром, который когда-то был привезен экспедицией. Когда сотрудник положил лишайник в цветочный горшок, тот попросту мгновенно впитал такой объем жидкости, которого ему хватило для восстановления жизнедеятельности.

Некоторые кустистые лишайники способны впитывать огромное количество жидкости, вес которой составляет до 300% от их собственного. Другие же виды (коллемы, лептогиумы) увеличиваются таким образом в размерах на 400-3900%! Если же говорить о минимальном содержании воды, то оно составляет приблизительно 2% от веса сухого вещества лишайника. Такой лишайник (фото вы найдете в этом материале) по виду совершенно не похож на живой организм.

О скорости отдачи воды

Как и в случае с туалетной бумагой, отдает воду тело симбиотического организма довольно-таки быстро. Всего через час лишайник, который только что впитал едва ли не литр жидкости, может высохнуть до ломкого состояния. Таким образом, «продуктивность» этих организмов крайне циклична: выработка трофических веществ может кардинально изменяться не только в течение сезона, но и на протяжении одного-двух часов!

В последние годы ученые узнали, что некоторые виды лишайников, обитающие в тундре (Evernia prunastri), вполне могут использовать буквально «крохи» солнечного света, изредка пробивающиеся сквозь слой снега. Проще говоря, у них фотосинтез не заканчивается даже зимой.

Размножение лишайников

Помимо этого, особенности лишайников заключаются в наличии сразу трех способов воспроизводства:

• Вегетативный.
• Половой.
• Бесполый.

Гриб, то есть микобионт, может размножаться всеми способами, тогда как водоросль способна исключительно к вегетативному делению. Споры гриба располагаются в особых сумках. Аскомицетные лишайники для процесса размножения используют две основных группы плодовых тел: апотеции и перитеции. Их характеристики следующие:

• Апотеций представляет собой обычное ложе округлой формы. На нем находятся сумки, которые располагаются в промежутках между обычными, не имеющими окончаний гифами. Этот открыто расположенный слой называется гимениумом.
• Перитеций похож на практически полностью закрытую структуру сферической формы. Споры высвобождаются через специальные отверстия, которые расположены на поверхности плодовой сферы.

Некоторые виды могут образовывать также бесполые споры, пикноспоры (пикноконидии). Местом их образования являются пикнидии. Это мешочки сферической или несколько грушевидной формы, которые представляют собой высокоспециализированные гифы. Пикнидии легко распознать, так как они похожи на черные точки, расположенные на ложе.

Когда споры просыпаются, они в подходящих условиях быстро дают начало новым гифам, образующим тело нового лишайника. Они (гифы) также проникают внутрь клеток автотрофных водорослей, после чего формирование нового организма фактически заканчивается.

Значение

Вообще, мхи и лишайники имеют колоссальное значение. В тундре и арктической пустыне они – зачастую единственные автотрофные организмы, которые могут накапливать питательные органические вещества в крайне неблагоприятных условиях. Проще говоря, именно эти организмы являются источником пищи для тех немногочисленных травоядных животных, которые могут проживать в столь суровых местах. Кроме того, только лишайники на деревьях даже в условиях нашего климата зачастую позволяют пережить зиму, к примеру, лосям и косулям.