Вокруг Света 2006 №06

Спорная жизнь

Осклизлые комочки на корягах и пнях в лесу, именуемые слизевиками долгое время причислялись к грибам. Но при их основательном изучении оказалось, что это необычные существа, которые на разных стадиях развития похожи то на грибы, то на животных. Кто же они на самом деле?

Долгое время слизевикам, или миксомицетам, как явствует из их научного названия (от греческого myxa — «слизь» и mykes — «гриб»), отводилось место в царстве грибов. Пока в середине XIX века немецкий ботаник Антон де Бари, первым уделивший им серьезное внимание, не убедился, что имеет дело с совершенно необычными созданиями, которые не вписываются в установленную иерархию органического мира. Напомним, что в свое время грибы выделили в отдельное царство наравне с животными и растениями, поскольку они в отличие от растений лишены хлорофилла и неспособны сами производить питательные вещества. С другой стороны, несмотря на некоторые биохимические особенности, грибы, конечно же, не животные, поскольку насыщаются, всасывая питательные вещества всей поверхностью клеток, способны к неограниченному росту и лишены подвижности. Таким образом, грибы — это целый мир разнообразных, таинственных и все еще мало изученных организмов. Но почему же миксомицетам не нашлось места среди них?

Чтобы ответить на этот вопрос, приглядимся вслед за Антоном де Бари к жизненному циклу слизевика ликогалы (Lycogala epidendrum). Его спороношения часто встречаются на отмершей древесине — это маленькие, до 1,5 см в диаметре, мягкие шарики. Изначально они окрашены в кремовый или кораллово-розовый цвет и заполнены жидким содержимым, но при созревании буреют, подсыхают, и стоит прикоснуться к такому шарику, как из отверстия на его верхушке вылетает темное облачко спор. Ну чем не старый гриб-дождевик, который мы в детстве называли «дедушкиным табаком»! Причем разбрасыванию спор и у ликогалы, и у дождевиков способствует сходная структура — так называемый капиллиций. Он представляет собой переплетение упругих нитей, покрытых утолщениями в виде бугорков, шипиков, поясков, которые при изменении влажности распрямляются, разрыхляя массу спор и выбрасывая их наружу. На этом, собственно говоря, сходство с дождевиками и заканчивается. Стоит споре слизевика попасть в подходящие условия температуры и влажности, как ее плотная оболочка разрывается, и из нее появляется от одной до четырех подвижных клеток, настолько похожих на амеб, что их так и назвали — миксамебы.

Впрочем, это не единственно возможный вариант развития событий. Если спора оказывается в воде, то на свет появляются снабженные двумя подвижными жгутиками юркие веретенообразные клетки, значительно лучше приспособленные к движению в водной среде, — зооспоры. Внутри каждой миксамебы или зооспоры есть ядро, содержащее половинный (гаплоидный) набор хромосом. Клетки активно движутся, питаются бактериями и размножаются бесполым путем, попросту делясь надвое. При изменении влажности миксамебы и зооспоры легко превращаются друг в друга, а если настают тяжелые времена, покрываются плотной оболочкой, впадая в состояние покоя. Получается, что на этой стадии жизни слизевики подобны одноклеточным животным, что и позволило выделить их в особую группу Mycetozoa, то есть «грибоживотные».

От плазмодия к склероцию

Дальше — еще интереснее. Достигнув большой плотности населения или исчерпав запасы пищи, миксамебы или зооспоры сливаются попарно, и каждая пара образует клетку с ядром, содержащим удвоенный (диплоидный) набор хромосом. Эта клетка стремительно растет, при благоприятных условиях увеличиваясь в размерах за сутки в несколько раз, а внутри нее происходит деление ядер, так что со временем число их достигает нескольких тысяч. Так образуется гигантская многоядерная клетка — плазмодий. У ликогалы плазмодий редко превышает несколько сантиметров в диаметре, а среди слизевиков фулиго (Fuligo) встречаются роскошные экземпляры размером с футбольный мяч.

Для быстрого роста необходимо много пищи, и плазмодий получает ее, не только всасывая растворенные питательные вещества поверхностью клетки, как это пристало грибам, но и захватывая и переваривая твердые органические остатки, а также бактерии, споры и частицы мицелия грибов и даже мелкую одноклеточную живность вроде амеб и жгутиковых.

Комок протоплазмы — плазмодий способен и к активному амебоидному движению. Скорость, развиваемая слизевиками, невелика: всего 0,1—0,4 мм в минуту. Такое движение трудно уловить взглядом, но повторные фотографии одного и того же слизевика, сделанные с интервалом в несколько часов, показывают, что он не только изменяет свою форму, но и перемещается с места на место, причем весьма целенаправленно. Плазмодий реагирует на изменение освещенности, предпочитая на этой стадии жизни затененные места. Он также движется к скоплению пищи и навстречу едва ощутимому току воды. По пути к цели плазмодий способен даже решать некоторые задачки: преодолевать небольшие препятствия или просачиваться сквозь отверстие размером с игольное ушко, а в условиях эксперимента — находить верный путь в лабиринте. Однако при всем своем проворстве и смекалке плазмодию далеко не всегда удается избежать столкновения с «обстоятельствами непреодолимой силы»: засухой, похолоданием или голодом. И тогда все жизненные процессы внутри него замирают, он усыхает и затвердевает, превращаясь в так называемый склероций. В таком состоянии слизевик может находиться более десятка лет, чтобы вернуться к жизни при улучшении условий.

Подросший и накопивший достаточное количество питательных веществ слизевик вступает в кульминационную стадию развития — спороношение. Подчиняясь внутреннему сигналу, плазмодий покидает свое темное и влажное убежище и выползает на свет — на какое-нибудь открытое место, где легкий ветерок подхватит и разнесет споры, а сухость воздуха предохранит его от поражения гифами грибов — главными врагами слизевиков. Здесь часть клеточной массы преобразуется в плодовые тела, а ядра претерпевают редукционное деление, формируются гаплоидные споры, и весь жизненный цикл повторяется

Мобилизация по запаху

Не менее удивительные превращения свойственны и другой группе слизевиков — клеточным миксомицетам, или акразиевым. Эти организмы обитают главным образом в почве или на навозе. Большую часть жизни, длящейся всего 3—4 дня, они проводят в виде микроскопических миксамеб, размножающихся делением и отнюдь не стремящихся к контактам с себе подобными. Напротив, чтобы избежать борьбы за кормовые ресурсы, миксамебы выделяют химические вещества, сигнализирующие, что это место уже занято. Но в один прекрасный момент все меняется, и они начинают вырабатывать вещество, обладающее для сородичей большой привлекательностью, так что спустя некоторое время отдельные клетки собираются вместе и объединяются в единую структуру — псевдоплазмодий, похожий на крохотного полупрозрачного слизнячка. С легкой руки профессора Принстонского университета Джона Боннера, без малого шесть десятилетий посвятившего изучению миксомицетов, это вещество получило название акразин. И надо сказать, что не многие химические соединения могут похвастаться столь образными названиями, четко соответствующими их свойствам. Акрасией античные философы называли слабость воли, и такое же имя носила колдунья из эпической поэмы Эдмунда Спенсера «Королева фей», привлекавшая мужчин с помощью волшебного напитка и затем превращавшая их в зверей. Именно в честь нее и назвал Боннер открытое им вещество.

Кстати сказать, химическую природу акразина раскрыли лишь в 1967 году. Оказалось, что это — циклический аденозинмонофосфат (цАМФ). Как установил американский биохимик Эрл Сазерленд, в организме всех животных цАМФ играет роль посредника между гормонами и клетками. За это открытие он удостоился в 1971 году Нобелевской премии.

Мобилизация миксамеб происходит настолько организованно, что возникает впечатление, будто бы ею руководит невидимый главнокомандующий, но исследования показали, что никакого лидера в этом процессе нет. Просто каждая миксамеба, стремящаяся к близости с себе подобными, оставляет на субстрате акразиновый след, а каждая следующая этим же маршрутом — повышает концентрацию акразина, что привлекает все большее количество миксамеб.

Псевдоплазмодий — очень интересное образование, которое можно уподобить не столько многоклеточному организму, сколько рою пчел. Входящие в его состав клетки, хотя и контактируют друг с другом и даже соединяются цитоплазматическими мостиками, сохраняют свою индивидуальность, но это не мешает им перемещаться и действовать весьма согласованно. А спустя некоторое время часть клеток образуют полую ножку и оболочку спорангия, а другие превращаются в споры, из которых появляются новые миксамебы.

Происхождение миксомицетов до сих пор таит много загадок, ведь их ископаемых остатков почти не сохранилось. Специалисты полагают, что слизевики вроде описанной выше ликогалы произошли от простейших жгутиковых, которые, чтобы приспособиться к наземному образу жизни, развили стадии плазмодия и спороношений. Совсем другое дело — клеточные слизевики (акразиевые), возможно, они даже не состоят с «плазмодиевыми» в родстве, а ведут свое происхождение от свободно живущих амеб.

Жертвы науки

Наличие спор и способность годами пережидать трудные времена в виде склероциев позволили слизевикам широко расселиться по планете, избегая разве что холодных тундр и льдов. Сейчас описано чуть более тысячи видов миксомицетов, и список этот постоянно пополняется. В природе им, как и грибам, отведена важная роль переработчиков органических остатков. Для человека же слизевики, в отличие от грибов, большого практического значения не имеют.

Впрочем, среди них есть небольшая группа внутриклеточных паразитов растений, представители которой вызывают такие известные заболевания полевых культур, как кила капусты и порошистая парша картофеля. Но урон, наносимый паразитическими слизевиками сельскому хозяйству, с лихвой восполняется их заслугами перед наукой. Плазмодии слизевиков, чьи размеры позволяют изучать тончайшие процессы, проистекающие в цитоплазме клетки, даже при небольшом увеличении — настоящая находка для цитологов, а сотни синхронно делящихся ядер обеспечивают массовый материал для исследований генетиков.

Совершенно неожиданное применение слизевикам нашли недавно британские и японские ученые. Они поручили физаруму многоголовому управлять роботом. Задача стояла серьезная — сконструировать автомат, реагирующий на изменение окружающей среды, подобно живому организму. Камеры следили за движениями плазмодия, выращенного в виде шестилучевой звезды, и давали команды шестиногому роботу поступать так же. Получилось.

И уж совсем далекую от практики, но не менее важную роль играет клеточный слизевик диктиостелиум (Dictyostelium discoideum). Маленькое чудо раз за разом происходит перед глазами исследователей: непреодолимое стремление равноценных и вполне самодостаточных клеток к объединению, последующее самоубийство некоторых клеток, чтобы другие могли породить новое поколение. Все это моделирует события, происходившие на Земле миллиарды лет назад. И вероятно, именно слизевики помогут разрешить одну из самых интригующих загадок науки — происхождение многоклеточных организмов.

Фото Константина Коржавина

Ирина Травина