Nuo vienaląsčių micelinių iki stambiausio organizmo

Augalai ar gyvūnai?

Grybai — unikalūs gyvi organizmai, turintys tiek augalų, tiek gyvūnų savybių. Būtent dėl to netgi Karlo Linėjaus laikais mokslininkai nežinojo, kam juos priskirti. Tuo metu buvo populiarus lotyniškas posakis Fungorum ordo chaos est („Grybų karalystė yra chaosas“).

1729 metais italų botanikas ir mikologas [1] Pier Antonio Micheli atliko svarbų atradimą. Kartą vakare jis ant biliardo stalo jis paliko ūmėdės kepurėlę, o ryte pastebėjo nuo jos centro einančias baltas juosteles — smulkias grybų „sėklas“. Nuo tada tapo aišku, kad vaisiakūnis (kotelis ir kepurėlė) yra grybienos dauginimosi organai. Po to grybai imti lyginti su papartiniais, samanomis ir kitais organizmais, kurie dauginasi sporomis, o ne sėklomis, kaip aukštesnieji augalai.

XX amžiuje atsiradus molekulinei ir biocheminei analizei, mikologai apie grybus sužinojo kur kas daugiau. Paaiškėjo, kad išoriškai grybai dažnai panašūs į žemesnius augalus, o jų vidinė sudėtis ir ląstelių struktūra bei turimos organelos daro juos panašesnius į gyvūnus.

Pavyzdžiui, grybo ląstelių apvalkalas kietas, kaip augalų, tačiau yra iš citozano — labai panašios į chitiną medžiagos. Iš chitino sudaryti krevečių ir vabzdžių kiautai.

Taip visai neseniai, antroje XX amžiaus pusėje, buvo „demaskuota“ garsioji fitoftora — pikčiausias bulvių ir pomidorų priešas. Paaiškėjo, kad tai nėra grybas, kaip buvo ilgai manoma. Fitoftorų ir kitų milžiniškos oomicetų grupės atstovų ląstelių sienelės ne iš chitino, o iš celiuliozės. Lyginamoji DNR analizė parodė: tai seni parazitiniai dumbliai, kurie persikėlė į sausumą ir tapo itin panašūs į parazitinius grybus.

Grybai turi dar vieną įdomią ypatybę. Iš vienos pusės, grybai — eukariotiniai miceliniai organizmai, kurie maitinasi osmoso būdu, tai yra, maistines medžiagas įsiurbia kaip augalai. Tačiau patys maisto gamintis iš šviesos, vandens ir mineralų jie negali, o gauna jį iš aplinkos, kaip gyvūnai, taigi, yra heterotrofai. Kai kurie grybai naudoja bet kokių pūvančių organinių medžiagų likučius ir ėda netgi tai, nuo ko bakterijos nusuka nosį.

Michailas Višnevskis, biologijos mokslų kandidatas, mikologas, natūralistas ir mokslo populiarintojas

„Jei panagrinėtume visą genotipą, tai grybai kur kas artimesni gyvūnams, nei augalams. Ir čia norisi pasveikinti vegetarus, kurie taip negalvoja. Žmogaus ir vidutinio grybo (vidutinio grybų DNR rinkinio) DNR yra bendra ~70%. Tad, sakydamas, kad Leninas yra grybas (populiarus televizinis siužetas–mistifikacija), Sergejus Kuriochinas melavo tik 30%“

Dabar mokslininkai linkę manyti, kad grybų ir gyvūnų protėvis buvo bendras. Manoma, kad atsiskyrimas įvyko prieš maždaug 2,5 milijardo metų. Grynai moksliškai, tai ilgas laikas, bet kol kas nėra vieningos nuomonės, kada konkrečiai atmosfera prisipildė deguonimi, o eukariotai pakeitė prokariotus.

Užtai tiksliai žinome, kad visi grybai — aerobiniai padarai, tai yra, jiems išgyventi būtinas deguonis. Tiesa, kai kuriems jo užtenka visai mažai, pavyzdžiui chitridiomikotams, gyvenantiems atrajojančių gyvūnų (karvių, kupranugarių, elnių) skrandyje ir padeda jiems suvirškinti daug ląstelienos turinį maistą.

Iki praėjusio amžiaus aštunto dešimtmečio jau tapo aišku, kad grybai nepanašūs į ką nors kita: su specifinė struktūra, įdomus maitinimasis, dauginimasis ir metabolizmas. Dėl to jie buvo išskirti į atskirą biologinių rūšių kategoriją ir jiems priskirtas karalystės rangas.

Nuo vienaląsčių micelių iki gigantiškų grybienų

Grybai — senoviniai padarai, pagrindinės jų grupės susidarė daugiau nei prieš 800 milijonų metų. Tai yra, dinozaurų epochoje jau buvo galima kuo puikiausiai grybauti.

Grybų, kaip ir vabzdžių rūšių labai daug — keli milijonai. Jie gyvena ir giliuose požemiuose, ir gėlame bei sūriame vandenyje, ir aukštuosiuose atmosferos sluoksniuose.

Grybo organizmo sudėtingumą lemia micelis (grybiena) — vegetatyvinis grybo kūnas iš labai plonų persipynusių gijų. Itin paprastas vienaląstis micelis — mielės, kurios, nepaisant to, yra aukšliagrybūnų evoliucijos viršūnė

Įprasti pelėsiai irgi yra gan paprasta forma, tačiau tai nereiškia, kad tai ne visai grybai. Kažkuriuo metu šie miceliai nusprendė daugiau niekuomet neleisti jokių vaisiakūnių: kepurėlių, kotų ar panašių struktūrų, nepaisant išvaizdos. Jie taip prisitaikė prie aplinkos, kad sporos susidaro arba tiesiogiai ant micelio, arba ant ypatingų išaugų — bazidijų ir konidijakočių. Neįnoringi pelėsiai paplitę visur: naikina derlių, kenkia maisto sandėliams, puikiausiai gyvena paveiksluose ir pabėgiuose. Yra pasitaikę, kai dėl pelėsių kuro bakuose krito lėktuvai.

Kai kurie grybai gali judėti. Pavyzdžiui, chitridiomikotai — maži rutuliukai su uodegėle, panašūs į spermatozoidus ir gyvenantys visų atrajojančių gyvūnų sudėtingų virškinimo sistemų struktūrose. Tačiau dauguma tokių mikroskopinių grybų gyvena vandenynuose. Ir milijonai savo atradimo laukiančių grybų, yra būtent jūriniai vienaląsčiai dumblių ir vėžiagyvių grybai-simbiontai arba parazitai.

Mes labiau pripratę prie vadinamųjų aukštesniųjų grybų atstovų — askomicetų (aukšliagrybių) ir bazidiomicetų. Aukšliagrybiams visų pirma priskirtini briedžiukai, triufeliai, įvairiausi sodo ir daržo augalų parazitai, tarp kurių ir pavojingas haliucinogenas – skalsės. Papėdgrybiai — visi tie, kuriuos miške renka grybautojai: kelmučiai, raudonviršiai, voveraitės, pinteniai ir kiti.

Grybų įvairovę aprašyti praktiškai neįmanoma: yra visų spalvų ir dydžių, šaudančių, augančių centimetro per sekundę greičiu. Pietryčių Azijoje augančių gigantiškų pintenių vaisiakūniai gali būti kelių metrų dydžio ir sverti šimtus kilogramų.

Ir netgi didžiausias pasaulyje organizmas yra ne mėlynasis banginis, o tamsiojo kelmučio (Armillaria ostoyae) grybiena, auganti Malheuro nacionaliniame draustinyje Oregono valstijoje JAV. Jis užima daugiau, nei 770 hektarų, o amžius gali viršyti 8000 metų [2].

Grybai lemia visos žemės biosferos egzistavimą ir funkcionavimą

Grybai pradėjo šiuolaikinę biosferą: būtent jie padėjo pirmiesiems augalams išlipti į sausumą, sudarydami su jais patikimas simbiotines struktūras.

Vandenyje iš pradžių augę augalai neturėjo šaknų (tik silpnas dumblių šaknines struktūras — rizoidus), dėl to jie negalėjo įsitvirtinti grunto paviršiuje ir nemokėjo įsiurbti maistingų medžiagų. Šių funkcijų ėmėsi grybai. Būtiną tvirtumą rizoidams suteikė grybų chitinas — labai tvirta struktūra.

O kai pirmieji augalai sausumoje ėmė ėmė žūti ir pūti, atsirado grybai saprotrofai, padėję atsirasti dirvai. Toliau ši sausumos biota sudėtingėjo: grybai, simbiotiškai su cianobakterijomis sudarę kerpes, pasidalino jomis ir su augalais, o šie su simbiotinėmis bakterijomis išmoko tiesiogiai fiksuoti azotą. Taip prasidėjo azotofiksacijos epocha.

Dabar grybų yra visur, jie natūraliai prasiskverbė į visas ekologines nišas. Be to, tai yra vieninteliai planetos organizmai, galintys perdirbti ligniną — žievėje ir medienoje esančią medžiagą. Ligninas — sudėtingas ir labai atsparus polimeras, ir jeigu jis nebūtų skaidomas, per 10 metų miškai žūtų nuo šviesos stokos: tiesiog užsiverstų mirusiais stiebais ir nukritusiomis šakomis.

Visi augalai ir gyvūnai vienaip ar kitais sąveikauja su grybais. Pavyzdžiui, visi pagrindiniai miško medžiai — ąžuolai, eglės, pušys, beržai, uosiai — neaugtų be savo simbiotinių grybų. Dažnai grybai padeda pasisavinti mineralines medžiagas iš dirvos ir saugo medžius nuo ligas sukeliančių mikrobų, o mainais gauna organines medžiagas (baltymus, cukrus).

Kartais simbiotiniai grybai gyvena augalų viduje. Dažniausiai tai yra vienaląsčiai organizmai, pasiskirstantys po įvairius audinius ir sistemas, kur sintezuoja sudėtingas biochemines medžiagas ir tiekia vitaminus bei aminorūgštis.

Kartais tokia partnerystė būna naudinga tik vienai pusei. Pavyzdžiui, anksčiau manyta, kad kerpės — visavertė simbiotinė grybo ir dumblio sąjunga, kur dumblis tiekia deguonį grybui, o savo ruožtu grybas tiekia cukrus ir kitas maistines medžiagas. Dabar paaiškėjo, kad dumblis puikiausiai galėtų gyventi vienas, o štai grybas jo — ne. Tačiau tokių atvejų nedaug.

Daugelis vabzdžių, visų pirma, plėviasparniai, labai stipriai priklauso nuo grybų. Pavyzdžiui, termitai suryja neįtikėtinai daug medienos, tačiau žarnyne ją suvirškina būtent grybai-simbiontai.

Galima sakyti, kad grybai sukūrė dabartinę biosferą ir lemia jos egzistavimą bei funkcionavimą.

Tęsinys kitame puslapyje: 

Grybai ir žmogus

Evoliuciniu požiūriu, žmonės pernelyg jauni, dėl to grybai kol kas į mus ypatingo dėmesio nekreipia. Tačiau kai kurios jų rūšys žmonėse jau parazituoja, o taip pat kenkia žemės ūkiui. Ir didžiausia dalimi dėl to kalti patys žmonės.

Prieš kelis tūkstantmeius dirvos balansą sutrikdė ariamosios žemdirbystės paplitimas. Dirva sudrėko ir prisipildė deguonimi, dėl ko susidarė palankios sąlygos pelėsiams. Lig tol viršutiniame žemės sluoksnyje daugiausiai gyvena bazidiomicetiniai grybai ir mielės. Pelėsiai adaptavosi greitai ir virto baisiu grūdinių, vaisinių ir kitų kultūrų priešu.

Iki XX amžiaus vidurio žmonijai daugiau ar mažiau tiesioginio medicininio susidūrimo su grybais išvengti pavyko. Viskas pasikeitė šeštajame dešimtmetyje, kai buvo sintezuotas pirmasis antibiotikas penicilinas (iš pradžių jį iš pelėsinių grybų Penicillium notatum kurį iš pradžių Aleksandras Flemingas išskyrė iš pelėsinių grybų). Taip mes į save įsileidome grybus, pakeitusius antibiotikais sunaikintas bakterijas.

Žmogaus organizme grybai įprastai negyvena, tokių simbiontų mes neturime. Todėl jų buvimas organuose ir audiniuose vienareikšmiškai liudija ligą. Pavyzdžiui, nuo jų kenčia šiukšliavežių vairuotojai ir sąvartynų darbuotojai: jų plaučiai pasidengia pelėsiais. Kartais parazitiniai grybai auga visur, ir tuomet fiksuojama gilioji mikozė arba aspergiloma.

O štai ant mūsų odos auga iki dešimties rūšių simbiotinių mielių: jos palaiko tam tikrą rūgščių balansą, maitinasi dulkėmis, ir mes jų nepastebime. Tačiau kartais ir tarp jų pasitaiko patogenų, galinčių sukelti plaukų, nagų, odos trichofitiją. Jeigu žmogaus imuninė sistema silpna, tai sukelia rimtas patologijas.

M.V.

„Yra anekdotas apie gydytoją dermatomikologą, kuris pasakoja kitam gydytojui, kad jo darbas tikra svajonė: pacientai niekuomet nežadina naktimis, nemiršta ir nepasveiksta. Ir tai praktiškai tiesa. Jeigu ant jūsų įsikūrė koks nors mieliagrybis, tai jau ilgam. Remiantis statistika, 50% pasveikusiųjų po 2–5 metų būna recidyvai“

Ar naudinga valgyti grybus?

Grybus naudoti maistui žmonės pradėjo ne taip jau seniai. Visų mylimi, renkami, kepami, troškinami, džiovinami vaisiakūniai, — ne kas kita kaip natūralios grybienos (micelio) šiukšliadėžės. Grybiena viską susiurbia, o to, kas nereikalinga, išskirti nemoka, tad sukiša tai į kepurėles ir kotelius.

Tačiau tai jokiu būdu nereiškia, kad grybus valgyti žalinga. Tai, kas miceliui atliekos, mums gali būti vertingas produktas. Iš esmės, gauname baltymų ir vitaminų koncentratą, kuriame beveik nėra riebalų ir angliavandenių.

Yra viena svarbi aplinkybė: kiekvieną grybo ląstelę dengia chitino apvalkalas, o šia atsparią struktūrą skaidančio chitinazės fermento mūsų kūnuose labai mažai, ir jis ne tokio tipo. Todėl dietologai nerekomenduoja grybų vaikams, pagyvenusiems žmonėms ir tiems, kurių virškinamasis traktas neveikia tinkamai. Tik smulkinimas, pavyzdžiui, blenderyje paverčia grybus iš sunkaus valgio ne tik gerai virškinamu, bet netgi dietiniu produktu.

Galbūt kada nors įvyks atsitiktinė mutacija, suteiksianti žmonėms galimybę skaidyti naujo tipo chitinazę, ir tuomet galėsime grybus valgyti neribotai, kaip elniai.

O kol kas mikologai potencialius delikatesus pataria rinktis atsargiai.

M.V.

„Deja, nėra universalaus požymio, pagal kurį būtų galima 100% atskirti bet kokį valgomą grybą nuo bet kurio nuodingo. Reikia tiesiog gerai pažinoti savo regiono nuodingus grybus. Visi pataria žinoti valgomus, tačiau toks patarimas ne itin geras, nes valgomų yra keli šimtai rūšių, o realiai pavojingų įprastai būna mažiau dešimties. Pažiūrėti žinyne ar internete, kaip jie atrodo, nėra sudėtinga. Ir vis viena verta reikia būti atsargiems. Anglijoje yra patarlė: yra seni grybautojai ir yra drąsūs grybautojai, tačiau senų drąsių grybautojų nebūna“

Ar gali grybai tapti biologini ginklu?

Grybai gali labai sparčiai keistis. Mutacija, kuri vėliau išplinta po visą populiaciją, įsitvirtina per vieną generaciją. Pavyzdžiui, jeigu viename plote kviečius, apėjęs visus apsauginius mechanizmus, apėmė grybelis, tai su šia rūšimi galima atsisveikinti: netrukus jis apims visą lauką, o per kelis sezonus — visą pasaulį.

Būtent dėl to jau seniai neplanuojama grybų panaudoti kaip biologinių ginklų. Tai kaip išleisti džiną iš butelio: anksčiau ar vėliau jis bus visur.

Antrojo pasaulinio karo gale japonai Knijoje atliko žiaurius eksperimentus su vadinamais dimorfiniais grybais — tai patogeniniai grybai, kurie gyvena dirvoje arba šikšnosparnių ir paukščių išmatose. Šiek tiek jų įkvėpus, šios mielės suformuoja plaučiuose grybieną, kuri ten viską suryja, o paskui prasiskverbia į smegenis, kas neišvengiamai reiškia letalią išeitį.

Dabar ieškoma grybų, galinčių kovoti su visur esančiu plastiku. Ir vienas toks polmerų mėgėjas atrastas [3] — tai pelėsinis grybas Aspergillus tubingensis. Tačiau ne viskas taip paprasta: kas gali garantuoti, kad rytoj jis nesuris viso planetos plastiko, taip pat ir būtino žmonėms?

Kaip parazitiniai grybai valdo šeimininko elgesį

Grybai — puikūs prisitaikėliai. Jie greitai susiranda sąjungininkų, tampa augalų ir gyvūnų simbiontais, tačiau lygiai taip pat gerai jaučia potencialią auką. Bendrai parazitavimas — vienas iš pagrindinių evoliucijos mechanizmų, nes kaip atsakas į agresiją kyla ištisas mutacijų spektras, skatinantis rūšių susidarymą.

Dažna daugelio parazitinių organizmų strategija — šeimininko elgesio valdymas. Labiausiai tarp grybų tuo garsėja skruzdėles pavergiantis vienašonis kordicepsas (Ophiocordyceps unilateralis). Skamba kaip fantastika, tačiau mokslas išsiaiškino, kaip tai vyksta.

Įsibrovęs į šeimininką, grybas pamažu priverčia jį pasitraukti iš skruzdėlyno ir užlipti į augantį krūmelį, ir išsirinkti būtent tokį lapą, kuris kabo tiksliai virš skruzdėlyno. Kai skruzdėlė įvykdo įsakymą, kordicepsas auką nužudo. Paskui dažniausiai iš aukos galvos, žemyn ima augti vaisiakūnis. Ant skruzdėlyno byra sporos ir užkrečia naujus vabzdžius.

Tyrimai parodė [4], kad, augdamas skruzdėlėje, grybas prisitvirtina prie muskulatūros ir verčia šeimininką atlikti judesius, pavyzdžiui vertikaliai. Be to, kordicepso sintezuojamos tam tikros medžiagos, (į benziną panašus angliavandenilis), veikia skruzdėlės galvos ganglijas kaip kovinė chemija, dėl ko ji atlieka tam tikrus veiksmus (veržimasis kabarotis viršun ir sukąsti žandikaulius). Šliūkštelėjus ant skruzdėlyno benzino, vaizdas bus panašus.

Yra ir neįprastesnių elgesio valdymo atvejų. Grybai geba sukelti augalų ir vabzdžių lyties pasikeitimą —padaryti juos translyčiais ir biseksualais, o kai kuriuose netgi paverčia zombiais.

Pavyzdžiui, zigomicetiniai grybai išsirenka auką tarp minkštavabalių patelių ir padaro, kad nužudytas vabzdys išoriškai atrodytų kaip pasirengęs poruotis — išpūstu pilveliu ir išskėstais sparneliais. Nors iš tiesų tai lavonas, kuriame tiesiog išaugo grybas parazitas. Patinai džiaugsmingai lekia prie tokios „patelės“ ir apkibę sporomis užkrečia populiaciją.

O mieliagrybis Massospora išmoko valdyti periodinių cikadų elgesį: priverčia patinus skleisti spragsinčius patelių garsus. Dėl to patinai ima su jais chaotiškai poruotis, užsikrečia ir taip gali žūti iki 80% populiacijos.

Kai kurie patogeniški augalų grybai moka piestelinius žiedus paversti kuokeliniais, nes būtent su ant kuokelių susidarančiomis žiedadulkėmis šie grybai plinta per vabzdžius apdulkintojus.

Panašūs atvejai gamtoje nėra reti. Netgi tokie primityvūs grybai kaip zigomicetiniai su tokia užduotimi susitvarko.

Grybų naudojimo technologijose ir farmakologijoje perspektyvos

Mikologai sako, kad jau visai greitai mus užlies trečioji grybų banga: prasidės naujas grybų naudojimo žmonių naudai etapas.

Pirmoji banga XX amžiaus pradžioje buvo susijusi su masiniu grybų naudojimu maistui ir kultivavimu. Antroji vyko amžiaus viduryje ir gale, kuomet grybai pradėti aktyviai naudoti medicinoje. O trečioji — šių yvų organizmų naudojimas aukštosiose technologijose. Didžiąja dalimi tai įvairūs valymo būdai, ekologinė statyba (išmanus betonas, baldai ir vienkartiniai indai) ir funkcinis maitinimasis (grybų mėsa ir sveikatinimo produktai).

Be to, didelė ateitis grybų laukia farmokolgijoje. Jau dabar iš jų išgaunamos antioksidaciniu ir priešnavikiniu aktyvumu pasižyminčios medžiagos, o kai kurios veikia kognityvines funkcijas — atstato pažeistus neuronus ir koreguoja atminties problemas. Dabar vaistų ir biologiškai aktyvių papildų gamintojai daug investuoja į grybų tyrimus, nes jau seniai aišku: beveik nėra susirgimų, įskaitant ir onkologinius, prieš kuriuos grybai neturėtų savo „profilinės“ biochemijos.

Turėdami itin platų fermentų rinkinį, grybai moka sintezuoti ir utilizuoti praktiškai viską. Galbūt, šios jų ypatybės irgi bus panaudotos pramonėje ir nanotechnologijose.

postnauka.org

Komentarai ()