Поганки оставили людей без угля

Недавно биологи выяснили, что много миллионов лет тому назад образование каменного угля на Земле прекратилось из-за деятельности грибов. Эти организмы в процессе эволюции получили способность разлагать лигнин - вещество из оболочек растительных клеток. После этого каменному углю уже было не из чего образовываться: грибы съедали все целиком.

Фото:

Каким образом на Земле от 400 до 280 миллионов лет тому назад появился каменный уголь? Как мы помним, в конце палеозойской эры (а если конкретнее, то в девоне) произошло знаменательное событие: сушу, на которой до этого жили лишь водоросли, лишайники и беспозвоночные, стали активно заселять высшие растения. Причем новая среда обитания настолько им понравилась, что в следующем периоде - карбоне - на пустынных прежде материках уже красовались настоящие леса из древовидных папоротников, хвощей, плаунов, примитивных голосеменных и представителей других групп, которые позже вымерли.

В то же время растения, сами того не зная, своим появлением на суше спровоцировали один из первых экосистемных кризисов. Дело в том, что им, как и другим живым существам, иногда свойственно умирать. Однако их стволы и прочие части тела не разлагались — просто потому, что тогда на Земле некому было этим заняться. В итоге растительные останки, упавшие в болота, долгое время сохранялись неповрежденными, а потом каменели. Так и образовался каменный уголь, за который человечество до сих пор благодарит обитателей палеозойской эры.

Эта безвозмездная потеря экосистемами углерода не прошла незамеченной. Ведь высшие растения исправно фотосинтезировали, то есть производили кислород. Но поскольку их отмершая органика не разлагалась, он не тратился. В результате в атмосфере накопилось избыточное количество этого газа, что привело к масштабным оледенениям на границе карбона и перми, ибо образование ледников происходит всегда, когда кислород по количеству превосходит углекислый газ. Так что несовершенство экосистемных циклов карбона несколько подпортило земной климат.

Но почему же останки высших растений никто не разлагал? Ведь, согласно данным палеонтологов, на суше тогда уже хватало и бактерий, и грибов, которые выполняют роль деструкторов в наземных экосистемах. Скорее всего, дело было не в количестве, а в качестве: эти организмы не могли справиться с лигнином — веществом, входящим в состав растительных клеточных оболочек. Ну, а если не удается разрушить оболочку, то и до других веществ тоже не добраться. Именно поэтому каменный уголь и смог безнаказанно формироваться в течение нескольких миллионов лет.

С другой стороны, ученые уже знали о том, что тогда существовали грибы, которые могли добывать энергию из целлюлозы. Поэтому они предположили, что, видимо, в конце карбона часть из них обрела в процессе эволюции способность разлагать этот малосъедобный лигнин. В результате кризис молодых экосистем был успешно преодолен: обзаведясь лигниноразрушающими ферментами, грибы наконец-то смогли добраться до "вкусной" целлюлозы. Соврешенно очевидно, что, как только это произошло, формирование каменного угля прекратилось.

Нокакойжеизгрибовпервым "додумался" до того, чтобы обзавестись столь полезным ферментом? Биологи предполагали, что это могли сделать представители клааса агариковых (Agaricomycetes), к которым относятся любимые нами белые грибы, подосиновики, лисички, а также нелюбимые мухоморы и поганки. Уже давно было известно, что многие из них обладают ферментами, расщепляющими лигнин и целлюлозу. Кстати, среди них есть и "профессиональные" деструкторы древесины — например, трутовики или грибы из рода Coniothyrium, вызывающие такую болезнь растений, как белая гниль.

И вот специалисты из международной группы микологов решили выяснить, действительно ли агариковые грибы смогли прекратить процесс образования угля в палеозойской эре. Они проанализировали геномы тридцати одного представителя класса агариковых, для того чтобы выяснить, когда же именно у этой группы появились разрушающие лигнин ферменты. В процессе исследования оценивалась скорость накопления мутаций у разных видов, а также сходство этих самых мутаций.

В итоге оказалось, что некий древнейший предок всех агарикомицетов действительно был похож на нынешних представителей рода Coniothyrium, то есть мог вызывать ту самую белую гниль. Этот гриб уже имел на вооружении полный набор белков, способных разрушать лигнин. И, что самое интересеное, появился он около 300 миллионов лет назад, то есть в конце карбона, когда углеобразование уже начало сходить на нет.

Судя по всему, именно эти грибы и остановили формирование каменного угля тем, что начали активно разлагать останки растений. В дальнейшем же эволюция агариковых протекала следующим образом: некоторые из них утратили разлагающую способность, поскольку предпочли налаживать с растениями симбиотические связи. От этих грибов берут начало те, кто сейчас образует на корнях растений микоризу. Но вот у других ферменты-разрушители лигнина сохранились: их потомками являются трутовики и возбудители белой гнили.

Итак, как видите, именно из-за деятельности палеозойских грибов человечеству сейчас не хватает каменного угля. Однако не стоит обижаться — все-таки они помогли молодым наземным экосистемам выйти из первого кризиса и на какое-то время остановили похолодание. И в лесах, и на полях от их деятельности стало куда чище. Кроме того, именно грибы начали возвращать растительный углерод в почву, из-за чего ее плодородность только повысилась. Так что, можно сказать, именно им мы обязаны возможностью заниматься земледелием.

Впрочем, сейчас агариковые также могут решить проблему надвигающегося энергетического кризиса. Дело в том, что ученые давно хотят найти быстрый и дешевый способ получения биотоплива. Ну, а поскольку самым перспективным биотопливом являются производимые дрожжами спирты, то тут агариковые с их ферментами, разрушающие лигнин и целлюлозу, могли бы помочь. Они быстро обеспечили бы дрожжи огромным количеством простых сахаров, полученных из грубой древесины. Остается лишь наладить производственный цикл, в которым примут участие представители обеих групп грибов…

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"