Палеоботаник Аз Климиук не собирался переворачивать научное понимание летописи окаменелостей растительно-грибковых ассоциаций. Она просто хотела выяснить, в какой среде жили некоторые ископаемые растения. Этот вопрос привел ее к изучению современных корней рогоза и грибов, которые живут внутри них. Она обнаружила, что грибкам труднее расти в корнях рогоза, которые находятся под водой. И это открытие, которое публикуется в журнале Mycologia, может изменить то, как мы интерпретируем некоторые части летописи окаменелостей, в том числе важное сообщество ранних наземных растений.
Я изучал ископаемые растения, которым 48 миллионов лет. В этих окаменелостях мы можем видеть растительные клетки и все, что в них содержится, включая грибы. Описывая эти ископаемые грибы, я понял, что мы на самом деле ничего не знаем много о грибах, которые сегодня живут на водно-болотных угодьях», - говорит Климиук, менеджер коллекций палеоботаники Полевого музея и ведущий автор исследования Mycologia. «Проделано очень мало работы, почти ничего с точки зрения их экологии и распространения».
Грибы, в том числе грибы, плесени и дрожжи, не являются растениями - это отдельный вид организмов, более тесно связанных с животными, чем с чем-либо зеленым. Но почти у всех наземных растений внутри корней живут крошечные грибки. У этих микроскопических грибов отрастают усики, которые извиваются в почву, где они могут разрушать грязь и поглощать фосфор, присутствующий в почве и камнях. Затем растение-хозяин использует этот фосфор для создания энергии (бонусные баллы, если вы помните из школьного курса биологии, что энергия поступает в виде молекулы под названием аденозининтрифосфат - АТФ). Без грибков растениям гораздо труднее извлекать фосфор из почвы. Все это говорит о том, что растениям нужны грибы, живущие в их корнях, чтобы они могли создавать энергию, необходимую им для выживания. В дополнение к этим «полезным» грибам, растения также содержат загадочную группу грибов, называемых темными септированными эндофитами - вердикт о том, являются ли эти грибы слабыми паразитами, латентными патогенами или полезными партнерами, до сих пор не выяснен. Что мы знаем, так это то, что большинство растений являются их носителями, в том числе ископаемые растения, с которыми работал Климиук..
Клымюку было любопытно узнать о возможных экологических ролях этих грибов, но он также был заинтригован тем, почему у одних ископаемых растений много корневых грибов, а у других очень мало. Поскольку эти ископаемые растения были из районов, которые миллионы лет назад были заболоченными водно-болотными угодьями, когда растения были живы, она решила поискать подсказки в современных водно-болотных растениях, которые имеют много общего с древними: рогозами.
Для этого она собрала корни рогоза в нескольких заболоченных местах, отбирая растения от береговой линии до самого глубокого места, где они росли.«Я был там в куликах с моими ассистентами-студентами, и мы выкапывали рогоз. Вы входите туда с лопатой и просто выдергиваете это гигантское растение ростом с вас», - говорит Климиук, который начал работу над проект Канзасского университета с соавтором Бенджамином Сайксом. «Примечательно, что в одном резервуаре я буквально только что сказал Эбби [моей студентке] быть осторожнее, потому что был резкий спад, и что я сделал? Кер-всплеск, прямо здесь. Это был наш последний сайт в тот день, так что, к счастью, мы были рядом с лабораторией, а это означало, что я могла по крайней мере быстро сменить гардероб, прежде чем мы приступим к подготовке образцов."
Вернувшись в лабораторию, она исследовала корни под микроскопом и сравнила грибки в корнях рогоза, которые росли на разной глубине под водой. Она обнаружила, что, по крайней мере, в этих рогозах грибы вообще не справляются с затоплением. Не имело значения, росли ли они в двух дюймах воды или в четырех футах - у рогозов, растущих в воде, было очень мало грибков в корнях. Однако на суше у рогоза было много грибов, живущих в их корнях, сравнимых с корнями травы, которые Климиук собирал вместе с рогозом. «Оказывается, любая степень затопления значительно подавляет количество грибков в корнях растений», - говорит Климиук.
Поскольку количество грибов, живущих в корнях растений, по-видимому, указывает на то, растут ли растения полностью в воде или на береговой линии, ученые, изучающие грибы в корнях ископаемых растений, могут лучше предположить, в какой среде жили эти растения. in. «Это дает нам новый способ понять, что мы видим в окаменелостях», - говорит Климиук. «У меня есть некоторые корни, где грибы полностью отсутствуют. Я могу смотреть, смотреть и смотреть, и там ничего нет. У меня есть другие корни, которые просто загружены, упакованы. Для меня это указывает на то, что мы имеем дело с разными уровнями затопления. Я чувствую себя довольно уверенно, говоря, что когда мы находим много грибка в корне растения, этот корень, вероятно, не был затоплен в течение своей жизни."
Помимо предоставления ученым нового инструмента для выяснения того, на что были похожи некоторые доисторические экосистемы, это исследование также предполагает, что часть нашего понимания палеонтологической летописи взаимодействий растений и грибов, возможно, нуждается в перекалибровке. «Этот нарратив широко распространен во всей биологии», - говорит Климиук. «Основная идея состоит в том, что растениям нужны были грибы, чтобы выбраться из воды и попасть на сушу. В качестве ископаемого доказательства этого часто приводится старейшее сохранившееся сообщество наземных растений, Rhynie Chert возрастом 407 миллионов лет. Наземные растения в основном интерпретировались как сообщества водно-болотных угодий, связанные с разливом или вымыванием горячих источников, и многие из этих ранних наземных растений содержали мутуалистические грибы, как и большинство современных растений. Мое исследование предполагает, что эти растения, вероятно, были жертвами периодические наводнения, а не жизнь прямо в воде."
Так нужны ли растениям грибы-помощники, чтобы попасть на сушу? «Я не согласен с тем, что они нашли грибковые партнерства чрезвычайно полезными, когда оказались на суше, но я не думаю, что проторастениям нужно было бы возиться с ними, если бы они были в воде, потому что фосфор легко биодоступен в воде». говорит Климиук.«Мое личное мнение таково, что самые ранние наземные растения, вероятно, никогда не были в воде с самого начала. Существует множество групп зеленых водорослей, которые являются полностью наземными. Я думаю, вполне возможно, что наземные растения произошли от полностью наземных зеленых водорослей, и что была вторично захваченной средой обитания. Оставайтесь с нами, появилось много действительно интересных исследований по этому вопросу."
Работы Климиука не только говорят о прошлом, но и проливают свет на будущую жизнь на Земле. «Для нас важно понять эти взаимосвязи, потому что многие из наших культур и лесов находятся в состоянии стресса из-за изменения климата», - говорит Климиук. «Мы имеем дело не только с большим количеством наводнений и большей продолжительности (и с большим количеством засух, и со всем остальным), но очень вероятно, что способ взаимодействия растений и грибков изменится по мере того, как мы продолжаем двигаться к более высокому уровню CO. 2 мир - мы знаем, что некоторые группы грибов являются «лучшими соседями по комнате» при низком CO2, чем при высоком; они вовремя платят за аренду. Увеличьте CO2, и внезапно некоторые из них отстают по фосфору в качестве ренты или заказывают пиццу на кредитную карту своего хозяина (используя избыток фотосинтеза за счет хозяина растения). Я могу провести эту аналогию двенадцатью различными способами, и она всегда будет заканчиваться словами «мы недостаточно знаем о том, как функционируют эти системы, чтобы что-либо обобщать или предсказывать с уверенностью». Это все еще серьезно недостаточно изучено.
Помимо потенциальных применений этой работы, Климиук говорит, что она взволнована проектом ради открытия. «Это таинственный микроскопический мир, о котором мы обычно не задумываемся. Я искренне очарован растениями и их эволюцией, потому что большая часть палеоботаники - это детективная работа. некоторые фундаментальные тайны."