Социальный комплекс почвенных организмов и возможность управления ими

Почвоведческая гипотеза

Значительная часть жизни любого садовода тесно связана с почвой. При этом большинство садоводов считают почву только средой для выращивания растений, откуда последние получают питательные вещества и воду. И лишь малое число садоводов считают почву очень сложным живым организмом.

А между тем, по данным учёных-почвоведов, в одном кубическом сантиметре почвы могут содержаться много миллионов микроорганизмов, десятки тысяч «мезоорганизмов» (червей, нематод, клещей и других)- длина гифов (нитей) грибов в том же кубике может достигать нескольких километров, километрами измеряется суммарная длина корневых волосков разных трав. В почве живут кроты, суслики, мыши и другие животные. Почва перерабатывает не только опад растений, но и минералы исходной материнской породы. В конечном счете она кормит живой мир суши и определяет общую экологию. То есть почва действительно является удивительным и очень сложным живым организмом.

В начале 80-х годов прошлого века после случайного разговора со специалистами-почвоведами по-настоящему увлёкся таинственным миром почвы доктор физико-математических наук Морозов А. И., работавший в области теории и приложений физики плазмы. Открывшаяся громадная роль почвы в жизни людей его настолько потрясла, что он, по его выражению, «заболел» почвой. Он понял, что в 21 веке почве и связанным с ней системам станет уделяться внимания не меньше, чем информатике, биологии, нанотехнологии, космонавтике, плазменным системам. В середине тех же 80-х годов Морозов А. И. высказал, на первый взгляд, в высшей степени странную гипотезу, что биологическая компонента – сообщество живых организмов (биота) естественной почвы прохладных районов Земли образует иерархическую информационно-транспортную систему, управляемую небольшим числом или даже одним организмом («монархом», «царем»). Были даже названы кандидаты на эту роль – грибы.

Известно, что современное почвоведение в основном сосредоточено на внешней косной макроструктуре почвы (профиле), а сведения о живой компоненте (биоте) носят отрывочный характер и даже не отвечают чётко на простой вопрос: существует ли некая общая организация биоты или в целом она хаотична? Обычно склоняются ко второй возможности, однако ряд факторов, по мнению автора гипотезы, делает весьма оправданным анализ предположения, что биота хорошо организована. Иначе не понятно, как такая масса плотно «упакованных» самых разных организмов успешно не только живёт, но и делает огромное полезное дело (перерабатывает опад, минералы, кормит растения и так далее). И более того, всё это делает в сильно и случайно изменяющихся условиях.

Если сделать допущение о наличии в составе почвенной биоты мощной управляющей системы, то можно сразу предположить, что «почва – это организм» (для организмов такого типа предложено название «экосом»). Однако в почве биота достаточно рассеяна, диффузна, поэтому естественным кажется предположение о менее жесткой организационной системе. И такого рода прототипы подобных систем хорошо известны. Примеры «диффузных» и в то же время хорошо организованных систем известны давно. Это семьи общественных насекомых – пчёл, ос, муравьев, термитов и других. Комплексы из семей общественных насекомых и созданных ими построек были названы автором гипотезы полисом, соответственно полисом муравьев, пчёл, шмелей и тому подобное. Всем указанным полисам свойственно наличие эффективных информационных и транспортных связей и главного «управленца», каковым обычно оказывается «царица».

Кандидатом на роль информационно-транспортных систем в естественных почвах автором гипотезы названы грибы. При этом следует подчеркнуть, что все рассмотрение делается только для лесной зоны Земли, где достаточно прохладно и много грибов. Так вот, именно среди грибов следует искать «управленцев» почвенными полисами. И связано это с тем, что грибные гифы в состоянии обеспечить главное – передачу информации и транспорт веществ в полисах. Суммарная длина гифов в кубическом сантиметре почвы в указанных районах измеряется сотнями и тысячами метров. Если мысленно разрезать километр гифов на куски длиною в сантиметр и расположить их на ровных расстояниях, то промежутки между ними составят всего около 30 микрон. Ясно, что такие гифы в состоянии контролировать весь почвенный объем.

Естественно, напрашивается вопрос: а почему автор гипотезы так подчеркивает роль мицелия грибов и ничего не говорит о корнях растений? Реально, конечно, их роль в почве велика. Они во многих случаях формируют структуру почвы, сбрасывают в неё продукты фотосинтеза для «кормления» почвенной биоты, ежегодно оставляют там «корневой» опад. Но не только корни «кормят» почву. Почвенным питанием растений в подавляющем большинстве случаев заправляют грибы. Именно они жёстко связаны с корнями, часто проникают вглубь и образуют грибокорень – так называемую микоризу. Её роль очень многообразна. Она подводит влагу, питательные и биологически активные вещества к корням от удалённых участков почвы, сама синтезирует многие из указанных веществ (например, связывает азот воздуха в доступные для растений азотные соединения), служит преградой для ядовитых тяжёлых элементов, повышает эффективность фотосинтеза. Есть у неё и другие функции, о которых пока можно только догадываться.

Таким образом, мицелиальная структура грибов, состоящая из грибов, обеспечивает транспорт веществ и способна обеспечивать передачу управляющих воздействий. В то же время такая структура позволяет грибам сохранять функциональную целостность, несмотря на внешние воздействия самого разного характера, приводящие порой к местным разрывам гифов.

В результате автор гипотезы вырисовывает следующую схему:

а) мицелиальные структуры грибов, заменяя бегающие организмы – определители (доминанты) классических полисов, образуют транспортно-информационные связи в пределах большого объёма почвы-

б) жильем грибы обеспечивает гумифицированная масса почвы-

в) роль склада «продуктов питания» играют опад, гумус, а также сама биомасса грибов и других компонентов-

г) мезофауна почвы может рассматриваться и как источник питания (поедание нематод хищными грибами), как «рабочая сила» для первичного измельчения опада и так далее-

д) аналогом «сада» классического полиса в грибном полисе следует рассматривать всю растительность-

е) для классических полисов общественных организмов, хотя и необязательно, характерны ещё два момента, которых как будто бы нет в грибном полисе: это наличие «матки» и, соответственно, генетическая тождественность организмов-доминантов. Её роль могут исполнять «гриб-монарх» или несколько таких грибов.

Отсюда видно, что формула «почва – полис грибов» отражает достаточно полную аналогию между полисом общественных насекомых и почвой. Но грибы обладают, кроме того, и множеством других замечательных свойств. Поскольку полисная гипотеза возлагает на грибы в целом очень большую и разнообразную роль, то, естественно, возникает вопрос: а могут ли тоненькие гифы, даже если их и очень много, отвечать указанным требованиям? При этом подразумевается не один какой-то вид грибов, а целая их разновидность, руководимая «главной особью».

Прежде всего, следует отметить, что грибы – это не растения и не животные. Они совмещают в себе признаки и тех и этих. Поэтому в 1960-х годах систематики выделили их в особое царство наряду с царствами растений и животных. Грибы обладают уникальным набором функций. Вот некоторые из них.

В клетках гифов может находиться не одно, а несколько ядер с разными свойствами.

Соприкасаясь, гифы разных грибов одного вида могут сращиваться друг с другом.

Гифы могут сращиваться с корнями растений, образуя различные виды микориз.

Грибы в виде одиночных клеток могут проникнуть в надземные части растений, образуя так называемые эндофиты, которые заметно влияют на многие функции растений, включая и фотосинтез.

Грибы играют большую роль в разложении растительного опада. Они вносят вклад в разложение наиболее стойких соединений: целлюлоза и лигнина.

Для выполнения функций управления «главный» должен обладать рядом специфических свойств. Он должен синтезировать стимуляторы роста и функционирования. И действительно, грибы синтезируют «ростовые факторы» – гиббереллины.

Он должен иметь средства подавления нежелательных действий или уничтожения вредных для биологического сообщества организмов. И действительно, хорошо известны грибные антибиотики, яды и токсины, причём некоторые из них обладают чётко выраженной избирательностью вплоть до действия на определённые сорта растений.

Кроме того, естественно ожидать от «главных» долгих лет жизни, чтобы набираться опыта и больших размеров грибницы.

Естественно, возникает вопрос: а зачем грибам такой обширный комплекс способностей? Ответ может быть только один – для какой-то великой цели. И такой целью, по мнению автора гипотезы, вполне может быть согласование всего живого в биосфере, по крайней мере, на суше.

В 90-е годы прошлого века появились новые данные, посвящённые грибам в почве, подтверждающие в значительной степени предлагаемую гипотезу. В 1993 году вышла книга сотрудника Ботанического института РАН Каратыгина И. В. «Коэволюция грибов и растений» (Санкт-Петербург, Гидрометеоиздат, 1993 г.), в которой дан обзор 428 публикаций на эту тему. Каратыгин И. В. описывает исследования скандинавских учёных роли микоризы в биологических сообществах. Эти исследования привели к концепции «социального комплекса организмов». Суть её в том, что корни различных растений могут быть связаны друг с другом гифами. Грибы при этом оказываются не только в роли поставщиков, но перераспределителей биогенных веществ для всего биологического сообщества как целого. То есть в любом растительном сообществе корневые системы растений разных видов оказываются погруженными вместе в сложную сеть из гифов нескольких или даже многих видов грибов. Микориза в таком сообществе выступает как некий интегрирующий механизм, определяющий его физическую целостность.

Весьма существенным для развиваемой гипотезы управляемой грибами почвенной биоты стали выполненные в 1990-х годах в лесах штата Мичиган (США) измерения размеров мицелия из видов опёнка Armillaric burbosa. Используя методы генетической идентификации, группа американских и канадских исследователей показала, что существуют грибные индивидуумы (мичиганские гигантские грибы), гифы которых могут занимать площади в десятки гектаров, а суммарная масса достигать сотен тонн. Наряду с определением размеров и массы мичиганских гигантских грибов были установлены также их «монархические наклонности». Оказалось, что эти грибы не терпят соперников того же вида, воюя с ними активными продуктами обмена, и в то же время нормально сосуществуют с другими грибами. Эти свойства указанных грибов как нельзя лучше согласуются с гипотезой об управлении почвенной биоты грибами и о том, что грибы могут играть роль своеобразных ДНК биологических почвенных сообществ в соответствии со своей генетической программой, поддерживая рост одних растений и подавляя рост других.

Существование мичиганских гигантских грибов говорит о том, что отдельные грибы – весьма долгоживущие организмы и действительно могут брать под свой контроль огромные площади. Низшая граница продолжительности их жизни составляет примерно 1500 лет. Поэтому данные грибы относят к числу наибольших по размерам и старейших по возрасту организмов на Земле. Автор гипотезы говорит, что с годами подобные грибные образования должны «набираться опыта» и становиться «умнее». И на сегодня представляется, что именно опёнки оказываются наиболее подходящими кандидатами на роль главных «управленцев». Немаловажным добавочным аргументом служит и тот факт, что грибы типа мичиганских гигантских и даже больших размеров обнаружены в других районах США и в Швейцарии. Так, в журнале «Знание сила» (№11/2003 год) в разделе «Понемногу о многом» была опубликована заметка «Война грибов и деревьев», которая была перепечатана «УС» в 2004 году. В этой заметке говорилось об обнаружении исполинской грибницы опёнков в штате Орегон (США). Эта грибница ушла на несколько метров в землю и протянулась окрест на девять километров. Площадь, занятая ею, оказалась в 1200 раз больше футбольного поля. Возраст данной грибницы оценивают в 2400 лет. То есть она появилась ещё до рождения Александра Македонского и по-прежнему продолжает расти, ежегодно увеличивая занятую ею площадь.

Что можно увидеть, если посмотреть на всем известные опёнки? Во-первых, они космополиты, а во-вторых, способны уничтожать целые заросли неугодных им деревьев. Кроме того, установлено также, что высшие грибы воздействуют не только на растения, но и на другие группы почвенной биоты, в том числе на низшие грибы и микроорганизмы. Таким образом, предложенная гипотеза получила очень серьёзную поддержку.

По данным Морозова А. И., в последние годы интерес к биоте почвы растёт. Так, в английской газете «Гардиан» от 22 ноября 2002 года сообщалось, что образована группа исследователей из семи стран, которой выделено 25 миллионов долларов США для изучения флоры и фауны почв. Комментируя сообщения, газета пишет, что изучение этих форм жизни может привести к революции в промышленности будущего. Статья озаглавлена: «Передовой фронт науки у нас под ногами». В ряде стран сейчас проводится инвентаризация всего грибного «населения». Интерес к грибам во всем мире в последние годы очень сильно возрос. Человечество явно активно вступает в эру овладевания царством грибов. Естественным проявлением интереса к грибам должно стать и проведение всестороннего анализа предлагаемой гипотезы «почва – полис грибов». А далее необходимо выяснение механизмов функционирования биоты в рамках полиса. Здесь в первую очередь должно быть выяснено: в какой форме «главный» передает сигналы другим организмам?

Кто у «главного управленца» служит «помощниками», выполняющими различные функции?

Какие группы организмов стабилизируют функционирование полиса и какие просто нахлебники? И тому подобное.

И последнее, почти фантастическое соображение автора гипотезы. Если идея полиса верна, то со временем удастся научиться управлять «главным», а он в свою очередь будет управлять биотой, и почва станет в полном смысле домашним животным.

Данная статья написана на основе статьи Морозова А. И. «Почвоведский детектив» и адресована в первую очередь тому подавляющему большинству садоводов, которые считают почву только субстратом для выращивания растений, который надо обрабатывать, вносить в него органические и минеральные удобрения, различные химические средства защиты, поливать, а не живым организмом. Кроме того, хотел бы ознакомить всех читателей с существованием во многих местах умеренной лесной зоны Земли гигантских грибных образований опёнка и с очень интересной гипотезой А. И. Морозова, а также заинтересовать их жизнью почвы и сообщества грибов.

В. Н. Шаламов

(Уральский садовод № 14, 2 апреля 2014)

Другие статьи В. Шаламова в разделе Шаламов Виталий Николаевич: статьи по садоводству