С 1867 года ученые признали фундаментальное партнерство, которое приводит к появлению лишайников: грибок соединяется с водорослями или цианобактериями в отношениях, которые приносят пользу обоим людям. В исследовании, проведенном Университетом Монтаны и в соавторстве с микологом Purdue М. Кэтрин Эйм, исследователи показывают, что лишайники на шести континентах также содержат базидиомицетные дрожжи, одноклеточные грибы, которые, вероятно, вырабатывают химические вещества, которые помогают лишайникам отражать хищников и отпугивать микробы. .Это открытие могло бы объяснить, почему многие генетически похожие лишайники обладают совершенно разными физическими характеристиками и почему ученые не смогли синтезировать лишайники в лаборатории, даже при объединении видов, которые успешно сотрудничают в природе.«Это открытие опровергает наши давние предположения о наиболее изученных симбиотических отношениях на планете», — сказал Эйме, профессор ботаники и патологии растений. «Эти дрожжи составляют целую линию, о существовании которой никто не знал, и тем не менее они находятся в различных лишайниках на каждом континенте в качестве третьего симбиотического партнера. Это отличный пример того, как вещи могут быть скрыты прямо у нас на глазах и почему это так. важно, чтобы мы продолжали изучать микробный мир ".
Основываясь на своем исследовании лишайников, швейцарский ботаник Симон Швенденер был первым ученым, который предположил, что некоторые организмы не являются автономными особями, а являются комбинациями не связанных между собой видов, которые работают вместе. Он заметил, что лишайники являются результатом сотрудничества одного гриба и фотосинтетического партнера — водоросли или цианобактерии. Водоросли или цианобактерии производят пищу, преобразовывая энергию солнца и углекислый газ в сахар.
Гриб, в свою очередь, образует основную структуру лишайника и предлагает своим фотосинтезирующим партнерам защиту от окружающей среды.Эта комбинация сил и способностей разных королевств позволила лишайникам процветать на самых разных поверхностях и почти в каждой среде обитания на планете, от Арктики до пустынь. Они бывают самых разных форм, цветов и форм и производят большое количество вторичных метаболитов.
Лишайники также были одними из первых наземных организмов, что свидетельствует о том, что совместные усилия помогли жизни совершить прыжок с океана на сушу.Открытие того, что определенные дрожжи действуют как третьи симбиотические партнеры у лишайников, началось с исследования того, почему два вида лишайников кажутся генетически идентичными, но имеют отличительные признаки.
Лишайник Bryoria toruosa имеет желтый цвет и вырабатывает токсичное вещество, известное как вульпиновая кислота, в то время как B. fremontii, состоящий из того же гриба и водоросли, имеет темно-коричневый цвет и не производит такой кислоты. Анализ экспрессии генов известного грибкового партнера у двух видов не показал различий.Но когда команда расширила поиск данных, включив в него все грибы, они обнаружили признаки того, что гены экспрессируются по-другому — неожиданно, грибком, который, по-видимому, принадлежал к Basidiomycota, совершенно другому типу, чем известный гриб-партнер. Эти данные предполагают присутствие второго грибкового партнера, неописанного вида дрожжей в малоизученном классе ранних эволюционирующих базидиомицетов.
Тоби Сприбилл, первый автор исследования и научный сотрудник в штате Монтана, сказал, что поначалу скептически относился к результатам.«Потребовалось много времени, чтобы убедить себя, что я не имею дело с заражением», — сказал он.Но как только исследователи начали искать следы подобных дрожжей в других лишайниках, они обнаружили родственные линии в 52 родах лишайников по всему миру и молекулярные доказательства, указывающие на долгую, общую эволюционную историю между симбиотическими партнерами.
«Существует долгая, почтенная история ученых и естествоиспытателей, которые изучали лишайники через микроскопы с 1800-х годов», — сказал Сприбилль, также постдокторант в Университете Граца. «Дрожжи были всегда, и каким-то образом нам удалось их открыть. У меня мурашки по коже».Большое количество дрожжей в B. Tortuosa позволяет лишайнику вырабатывать кислоту, которая помогает защитить его от вторжения других микробов. По ее словам, работа Эйм с родственными дрожжами указывает на схожую полезную роль в растениях, но базидиомицетные дрожжи все еще недостаточно изучены.
«Мы едва коснулись верхушки айсберга в понимании важности и повсеместности микробов в различных биологических системах», — сказала она.