Grzyby na diecie z węgla drzewnego. Swoje unikatowe możliwości pozyskał od bakterii

W styczniu ubiegłego roku Kalifornię ogarnęły ogromne pożary, które doprowadziły do zniszczenia ponad 2000 tysiące kilometrów kwadratowych ziemi, 16 500 budynków i śmierci 30 osób. Spaliły się też siedliska dzikich zwierząt, a wiele gatunków lokalnych zostało wypłoszonych lub zabitych. Pożary zniszczyły fragmenty ekosystemów leśnych, co wpływa na przyszłość regeneracji lasów.

Chociaż ubiegłoroczny żywioł był wyjątkowo silny, to same pożary często dotykają Kalifornii. Dochodzi do nich niemal co roku.

Między śmiercią a rozkwitem

Jednak, jak przekonują biolodzy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Riverside (UCR), pożary pozwoliły gwałtownie rozmnożyć się grzybom, które przed kataklizmem były ledwie wykrywalne w glebie. Analizy tego zjawiska zostały opublikowane w czasopiśmie „Proceedings of the National Academy of Sciences”.

— Wiedzieliśmy, że niektóre grzyby wykazują znaczną odporność na wysoką temperaturę, a także, że część z nich potrafi szybko rosnąć w miejscach, gdzie konkurencja została wypalona. A jeszcze inne mogą wykorzystywać składniki odżywcze zawarte w węglu drzewnym. Teraz znamy genetyczne podstawy tych niespotykanych zdolności — powiedziała Sydney Glassman, profesor nadzwyczajna mikrobiologii i patologii roślin na UCR oraz współautorka publikacji.

Geny ognio-lubne

Prowadzona przez prof. Glassman grupa przez pięć lat pozyskiwała grzyby z siedmiu różnych obszarów dotkniętych pożarami w Kalifornii. Naukowcy zsekwencjonowali ich geny i wystawili część z nich na działanie węgla drzewnego. Pozwoliło to na odkrycie trzech głównych mechanizmów ewolucji genów grzybów ognio-lubnych, lub bardziej profesjonalnie – pirofilnych.

Jak wyjaśniają eksperci w swoim artykule, aby wytwarzać więcej enzymów potrzebnych do trawienia węgla drzewnego niektóre grzyby wykorzystują tzw. duplikację genów, czyli biologiczny mechanizm „kopiuj-wklej.” Na przykład Aspergillus, zielona pleśń spotykana m.in. na chlebie, rozmnaża się bezpłciowo właśnie w ten sposób. Im więcej kopii genów odpowiedzialnych za rozkład węgla posiada, tym więcej enzymów może produkować, by wykorzystywać spalone, bogate w węgiel resztki.

Z kolei Basidiomycota, duża grupa obejmująca klasyczne grzyby kapeluszowe, polega na rozmnażaniu płciowym. Strategia ta umożliwia rekombinację genów podczas kojarzenia i szybkie wykształcanie zdolności metabolizowania węgla drzewnego.

Jednak największym zaskoczeniem był grzyb Coniochaeta hoffmannii, zdolny pozyskiwać swoje ognio-lubne geny od bakterii. Oznacza to, że „pożycza” narzędzia genetyczne z innego królestwa życia! Jak to możliwe?

Pionowe i horyzontalne przekazywanie genów

Zacznijmy od tego, że geny są zwykle przekazywane pionowo. Przechodzą od rodzica, do potomstwa. Natomiast bakterie potrafią wymieniać się genami horyzontalnie.

– Horyzontalny transfer genów jest jak dzielenie się genami z przyjacielem albo rodzeństwem. To dzięki niemu bakterie są tak różnorodne — przekonuje prof. Glassman.

Jednak horyzontalna wymiana genów między bakteriami a innymi formami życia zachodzi wyjątkowo rzadko. W omawianym przypadku geny bakterii dają grzybowi zdolność rozkładu zwęglonego drewna.

Jak przetrwać pożar?

Badacze z UCR zidentyfikowali również mechanizmy pozwalające niektórym grzybom przetrwać sam pożar. Okazuje się, że część z nich wytwarza sklerocjum — odporne na wysoką temperaturę podziemne struktury mogące przetrwać w uśpieniu przez dziesięciolecia. Struktury ożywają, gdy pojawiają się odpowiednie warunki do rozwoju.

Inne przetrwają głębiej w glebie, a następnie wynurzają się, by skolonizować bogaty w składniki odżywcze teren pozbawiony konkurencji po przejściu ognia. Przykładowo Pyronema nie posiada tak rozbudowanego zestawu genów do rozkładu węgla drzewnego. Zamiast tego szybko tworzy drobne, pomarańczowe, kielichowate owocniki w środowisku wolnym od rywali.

Zdaniem ekspertów badania wspomnianych grzybów mogą przynieść znaczny postęp w kwestii usuwania wycieków ropy, rozkładu rud czy odbudowy spalonych krajobrazów.

Źródło: Phys.org

Nasza autorka

Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka

Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Związana z magazynami portali Gazeta.pl oraz Wp.pl. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.