Grzyb, władca świata. „Najstarsze organizmy na naszej planecie”

Już wtedy rozpoczął się triumfalny pochód grzybów przez naszą planetę, który trwa do dzisiaj. Naukowcy dopiero teraz poznają prawdziwą naturę tych istot, którym niedawno przyznano prawo do posiadania odrębnego królestwa, uznając, że nie należą one ani do królestwa roślin, ani zwierząt. Czym więc są grzyby? Tak naprawdę do dzisiaj nie wiadomo. Podobnie jak wciąż niewiele wiemy o tym, jak mogą wpływać na inne organizmy. Dzięki odkryciu w Arktyce pewne jest, że zaczęło się to, zanim jeszcze rośliny czy zwierzęta w ogóle pojawiły się na świecie.

Przygotować grunt

Dotąd szacowano, że grzyby skolonizowały lądy ok. 500 milionów lat temu. Dziś jednak okazuje się, że mogło to nastąpić o wiele wcześniej. Dowiedli tego naukowcy z Uniwersytetu Liège w Belgii, którzy swoje odkrycie opisują w magazynie „Science”. Badacze pod kierownictwem prof. Corentin Loron obejrzeli pod silnym mikroskopem fragmenty skał łupkowych w okolicy wyspy Victoria w północnej Kanadzie. W łupkach, które tworzyły się przez miliony lat z pokładów błota, zespół prof. Loron wypatrzył skamieniałe ciało nieznanego wcześniej organizmu.

– Został on tak dobrze zakonserwowany w skale, że mogliśmy zidentyfikować poszczególne związki organiczne, które go tworzyły – opowiada prof. Loron. Po dokładnych badaniach okazało się, że organizm miał podstawowe cechy grzybów – kuliste, liczące sobie zaledwie jedną dziesiątą milimetra średnicy zarodniki, rozgałęzione włókna łączące zarodniki i ich dwuwarstwowe ściany komórkowe, a także charakterystyczne tylko dla królestwa grzybów związki chityny w komórkach. Naukowcy nazwali go Ourasphaira giraldae.

To odkrycie nie tylko cofa ewolucyjny zegar grzybów aż o pół miliarda lat, ale także pozwoliło na postawienie nowej, rewolucyjnej hipotezy – to najprawdopodobniej grzyby były pierwszymi organizmami, które skolonizowały lądy, a dokonały tego na długo przed roślinami. – Dotąd sądziliśmy, że rośliny i grzyby zrobiły to jednocześnie, ale skoro grzyby są aż o 500 mln lat starsze, mogły wyjść na ląd o wiele wcześniej – pisze prof. Katie Field z University of Leeds w artykule w „The Conversation”. Skały, w których znaleziono najstarsze grzyby, prawdopodobnie były kiedyś bardzo płytkimi rozlewiskami wodnymi. Tam grzyby miały idealne warunki na przejście od wodnego do lądowego trybu życia. Jak dowiodły badania prowadzone przez prof. Khidir Hilu z amerykańskiego Virginia Tech, już 720 milionów lat temu przynajmniej niektóre z nich musiały być organizmami lądowymi. W tym czasie zanikła u nich maleńka witka służąca jako napęd do przemieszczania się w wodzie. Na lądzie grzyby zaczęły przenikać przez skały, z których składały się wówczas lądy, stopniowo kruszyć je i wzbogacać w materię organiczną, tworząc zaczątki gleby.

Pół miliarda lat przyjaźni

Setki milionów lat takich przygotowań i na podbój lądów mogli wyruszyć przedstawiciele kolejnego królestwa – rośliny. – Od początku rozwijały się w symbiozie z grzybami. Pierwsze rośliny nie miały systemu korzeniowego i nie potrafiły pobierać mikroelementów ze skalistego podłoża. Tę rolę spełniały właśnie współpracujące z nimi grzyby – tłumaczy dr Marcin Pietras, biolog i mykolog z Instytutu Dendrologii Polskiej Akademii Nauk w Kórniku. A co grzyby dostawały w zamian? – Produkty fotosyntezy, czyli związki zawierające cukry, których nie potrafiły pozyskać. Są one bowiem, podobnie jak zwierzęta, organizmami cudzożywnymi, czyli aby żyć, muszą pozyskiwać pokarm z zewnątrz. W tym przypadku od roślin, na drodze wymiany – mówi dr Pietras.

Choć grzyby wykształciły w toku ewolucji również inne sposoby pozyskiwania pożywienia – jedne pasożytują na żywych organizmach, inne zjadają martwą materię organiczną – to ta ukształtowana przed 500 milionami lat symbioza między grzybami a roślinami jest dzisiaj najpowszechniejszą metodą bytowania przedstawicieli obu królestw.

Zanim jeszcze rośliny zaczęły dominować w krajobrazie planety, to owocniki grzybów – czyli ta część grzyba, która wyrasta ponad powierzchnię ziemi – miały naprawdę imponujące rozmiary. Przekonali się o tym paleontolodzy, którzy odnaleźli skamieniałości dziwnego organizmu z okresu dewońskiego sprzed około 400 milionów lat. Miał on pień o średnicy metra, a wysokość od 2 do 9 metrów! Był zdecydowanie najwyższym organizmem na Ziemi w okresie dewonu. Naukowcy nazwali go Prototaxites i długo spierali się, czym właściwie był. „Brano pod uwagę wszystko, od brunatnicy przez porosty po rośliny. Najnowsza interpretacja z 2007 roku klasyfikuje jednak Prototaxites jako grzyb” – pisze austriacki biolog Robert Hofrichter w wydanej niedawno książce „Tajemnicze życie grzybów”.

Około 65 mln lat temu grzyby rządziły światem. To był efekt uderzenia w Ziemię wielkiego meteorytu, który zmiótł z jej powierzchni 90 proc. żywych organizmów, w tym dinozaury. Jak pisze Hofrichter, grzyby były jedynymi organizmami, które z tej katastrofy wyszły bez szwanku. Dowodzą tego osady z tego okresu zebrane w Nowej Zelandii. Praktycznie przestają się w nich pojawiać pyłki roślinne, a w 4-milimetrowej warstwie osadów, która utworzyła się ok. 65-60 mln lat temu, występują niemal wyłącznie zarodniki i strzępki grzybów.

W leśnej sieci

Potem przyroda zaczęła się odradzać, a grzyby zeszły pod ziemię. Dzisiaj zajmują ogromne obszary i są jednymi z największych organizmów na naszej planecie. – Oczywiście nie mówimy o owocnikach grzybów, które wyrastają z ziemi i które zbieramy w lesie. Główna masa grzyba ukryta jest pod ziemią i bywa naprawdę imponująca – tłumaczy dr Pietras. Na przykład w 2000 roku w stanie Oregon w USA znaleziono opieńkę miodową, która ważyła 600 ton i zajmowała obszar 880 hektarów!

Grzyby są niezwykle odporne i zróżnicowane. – Dzisiaj szacujemy, że jest około czterech milionów gatunków grzybów, z których znamy zaledwie kilka procent, więc to zaledwie część tego, co jeszcze jest do odkrycia – mówi dr Pietras. Grzyby w toku ewolucji zajęły niemal każdą lądową niszę na Ziemi. Istnieją gatunki, które świetnie rozwijają się przy silnym promieniowaniu, np. takim, jakie występowało po katastrofie w Czarnobylu w pobliżu reaktora, albo w bardzo wysokich temperaturach gleby na pustyni, dochodzących do 70 stopni Celsjusza.

Niekwestionowanym królestwem grzybów są jednak tereny zielone, w tym lasy. Tam najchętniej rozrastają się pod ziemią w ścisłej symbiozie z drzewami. Przez miliony lat ta symbioza, nazywana przez biologów mikoryzą, nabierała nowych funkcji. – Do niedawna uznawaliśmy, że w symbiozie mykoryzowej chodzi przede wszystkim o wymianę składników odżywczych i wody oraz produktów fotosyntezy. Dzisiaj wiemy, że jest to związek, który ma również inne cele, np. ochronę przed patogenami. Grzyby potrafią bowiem wytwarzać witaminy, antybiotyki i inne substancje, które unieszkodliwiają inne grzyby, antagonistyczne dla roślin. W ten sposób chronią swojego roślinnego partnera – tłumaczy dr Pietras.

Dzięki mikoryzie drzewa w lesie mogą się ze sobą porozumiewać i ostrzegać o niebezpieczeństwie. Skąd to wiadomo? – Drzewa mają mechanizmy obronne, które uruchamiają np. po ataku pasożyta. Wiele razy obserwowaliśmy takie sytuacje. Kiedy patogen lub owad atakuje jedno drzewo, również drzewa rosnące w pobliżu uruchamiają mechanizm obronny, mimo że nie zostały jeszcze zaatakowane. Chore drzewo musi więc w jakiś sposób przekazać im informację o zagrożeniu. Badano, czy drzewa te stykają się gałęziami lub korzeniami, okazało się, że nie. Jedyne, co je łączyło, to sieć grzybów oplatających i łączących korzenie – opowiada dr Pietras. Grzybnia tworzy gęsto utkaną podziemną pajęczynę prowadzącą od drzewa do drzewa. Podobnie jak internet łączy nasze komputery.

Eksperymenty prowadzone przez prof. Suzanne Simmard z University of British Columbia dowiodły, że za pośrednictwem podziemnej sieci z grzybów drzewa mogą nie tylko przesyłać sobie informacje, ale także wymieniać się substancjami odżywczymi. Naukowcy wstrzyknęli do kilku drzew cząsteczki specjalnie oznakowanych izotopów węgla, głównego składnika odżywczego drzew, które były widoczne dzięki specjalistycznej aparaturze. Zdumieni zobaczyli, jak świecące na aparaturze cząsteczki węgla zaczynają wędrować przez grzybową sieć z drzewa do drzewa.

W niewoli u pieczarki

Grzyby, które potrafią jednym organizmom umożliwiać życie, wobec innych bywają okrutne. Na przykład spotkanie z przedstawicielem Ophiocordyceps unilateralis może bardzo źle skończyć się dla mrówek. Grzyb ten wyspecjalizował się w przejmowaniu władzy nad mrówczym ciałem i umysłem. Po zakażeniu owada pasożyt przerasta całe jego ciało i zaczyna manipulować umysłem. – W korzystny dla siebie sposób zmienia zachowanie mrówki. Zmusza ją, aby udała się w optymalne dla grzyba środowisko o temperaturze 20-30 stopni C i wilgotności powietrza 94-95 proc. – opowiada biotechnolog Marcelina Jureczko z Politechniki Śląskiej. Mrówka pod dyktando grzyba wchodzi na wysoką łodygę i wgryza się w nią na wysokości 25 cm nad ziemią.

To ostatnie chwile życia owada. – Grzyb zaczyna zjadać jego ciało. Omija tylko starannie mięśnie utrzymujące zwarcie szczęk na łodydze. Mięśnie pozostają nietknięte, aż wreszcie po kilku dniach z głowy mrówki zaczyna wyrastać strzępka grzybni z zarodnikami – opowiada Marcelina Jureczko. Grzyb rozsiewa zarodniki na obszarze około metra kwadratowego, które natychmiast zaczynają czyhać na kolejne mrówki.

Ale i mrówki nauczyły się korzystać z niektórych gatunków grzybów. – W mrowiskach można znaleźć całe pomieszczenia, w których owady hodują określone grzyby, podobnie jak my pieczarki w tunelach. Grzyby pomagają mrówkom rozkładać celulozę i ligninę w zielonych częściach roślin, dzięki czemu mrówki mogą je strawić – tłumaczy dr Pietras.

Również i my wykorzystujemy grzyby. Służą nam one do produkcji kefirów czy wytwarzania antybiotyków, np. penicyliny. Trwają prace nad wykorzystaniem grzybów do oczyszczania gleby lub wody, prowadzi je m.in. Katedra Biotechnologii Środowiskowej Uniwersytetu Śląskiego, w której pracuje Marcelina Jureczko. – Dowiedliśmy skuteczności grzybów białej zgnilizny drewna w usuwaniu substancji aktywnych pochodzących z leków, które dostają się do gleby czy wody – mówi badaczka. W USA powstało kilka firm, które wytwarzają z grzybów i grzybni lekkie cegły czy biodegradowalne opakowania. Wydaje się więc, że to dopiero początek naszej przygody z tym niezwykłym królestwem.