Жизнь без корней

Почему мхи – основа болот, где растения переживали ледниковый период, что роднит мхи и динозавров и как аапа-болото сочетает несочетаемое – рассказывает кандидат биологических наук Елена Чуракова, бриолог, старший научный сотрудник лаборатории биоресурсов и этнографии ФИЦКИА УрО РАН.

— Елена Юрьевна, часто говорят – «мхи и лишайники». Почему их связывают? Разве они родственники?

— Совсем нет. Мхи – это растения, а лишайники – симбиотические организмы, продукт симбиоза водорослей и грибов, А связывают их часто, потому что они растут похожим образом.

— Арктическая флора беднее флоры более южных широт?

— Арктика неоднородна. Если мы говорим про европейскую Арктику, то здесь, действительно флора обеднённая. Не только у мхов, которыми я занимаюсь, но и у сосудистых растений, потому что она миграционная.

— Что это значит?

— Это значит, что в ледниковый период на этой территории растения сохранялись только в очень локальных участках – рефугиумах. Соответственно, видообразования как такового здесь не проходило. В основном, те виды, которые мы сегодня встречаем в растительном покрове, это виды, которые мигрировали уже после отступления ледника на этой территории. У нас много евро-сибирских видов от миграции с востока. И такие флоры сравнительно бедные. Но, если мы посмотрим на сибирскую Арктику, где не было покровного оледенения, то там шло видообразование, и там флора значительно богаче. У мхов, как и у лишайников, градиент видового разнообразия не совсем подчиняется тем же правилам, что у сосудистых растений, где более южные флоры богаче, и это видно даже при сравнении флоры Архангельской области и Московской.

Елена Чуракова, кандидат биологических наук, бриолог, старший научный сотрудник лаборатории биоресурсов и этнографии ФИЦКИА УрО РАН. Фото Андрея Афанасьева.

У мхов иначе. Для них важным фактором является влажность – точно так же, как лишайники не могут фотосинтезировать, не могут расти, у них прекращаются физиологические процессы жизнедеятельности, если они находятся в сухом состоянии. Мхи тоже в сухом состоянии не могут нормально функционировать, поэтому для них особенно благоприятны условия, где постоянная высокая влажность, прежде всего воздуха. Мы близки к Атлантике, и высокое видовое разнообразие в Скандинавии «эхом» докатывается до нас. Несмотря на то, что территория северная, мхов у нас много. Я занимаюсь именно мхами, не полностью бриофитами, к которым относятся ещё и печёночники.

— Кто такие печёночники?

— Это группа бриофитов, более древняя, чем листостебельные мхи, которые мы и называем просто мхами, у них другое строение тела (таллома и коробочки), или спорофита. Когда мы берём в руки сосудистое растение, цветок, то видим органы спорофитов, там двойной набор хромосом. А у мхов стебель, листья – это органы гаметофитов, у них половинный набор хромосом, а спорофитом является только коробочка на ножке, если она есть. У печёночников, как и у мхов, такая же ситуация, этим они отличаются от сосудистых растений, цветковых, голосемянных, папоротников. Кстати, мхи, как и водоросли, раньше относили к низшим растениям, и мы до сих пор публикуем статьи по мхам в журнале «Новости систематики низших растений».

Волоски на листьях мхов помогают конденсировать влагу из воздуха, а также отражают солнечные лучи, выполняя защитную функцию. Фото Елены Чураковой.

— А как на самом деле? Они высшие или какие-то другие?

— Они высшие. К низшим растениям относятся, например, водоросли, потому что ткани у них отсутствуют. Дифференцировка тканей важна, потому что она позволяет растениям быть автономными от среды. Водорослям особой дифференциации не нужно, потому что они окружены водной средой и могут впитывать влагу всеми частями своего тела. В ходе эволюции растения выбрались на сушу, как и животные, и им потребовалось приобретать какие-то признаки, которые позволяли бы им быть автономными. Вот мхи имеют такую автономию, могут поддерживать свой водный баланс. Они делают это хитрыми способами, а сосудистые растения – благодаря своей водопроводящей системе. У мхов проблема в том, что у них нет корней, а есть ризоиды, которыми они просто прикрепляются. Они не могут транспортировать воду с их помощью, как корнем.

— Как выглядят ризоиды?

— Это такие нити толщиной в одну клетку, которые оплетают субстрат. Ризоиды удерживают мхи на субстрате, кроме того, могут оплетать поверхность тела самого мха и таким образом тоже удерживать влагу. Водный баланс мхи в основном поддерживают благодаря своей жизненной форме.

Ризоиды под микроскопом. Фото Елены Чураковой.

— Где они берут воду? Из воздуха?

— Для того чтобы использовать воду из грунта, из почвы, мхи задействуют капиллярные силы, и в дерновинке мха по капиллярам между стебельками вода поднимается вверх. Важно, чтобы она попала в верхнюю часть стебля, в центр роста мха, иначе рост прекратится.

— А если мох прикрепился к дереву?

— Тогда ему придётся сложнее, так же как и мхам, которые растут на скалах. Они могут поглощать воду из туманов, из дождя, из влажного воздуха. У них есть разные механизмы поглощения воды, но её ещё важно удержать. Поэтому, например, у сфагновых мхов видоизменены клетки.

— Каким образом?

— «Сфагнос» с греческого – «губка». Это мхи, которые являются основными торфообразователями на верховых болотах. Они могут очень хорошо удерживать влагу в своём теле благодаря похожим на цистерны мёртвым клеткам – части их клеточной сети. У политриховых мхов, например, это «кукушкин лен» – на поверхности листа есть клеточные пластиночки, их много, они выстроены в ряд на поверхности листа, и в зазоре между этими пластиночками задерживается вода. Таким образом растение поддерживает свой водный баланс чуть дольше.

На листе Sphagnum majus под микроскопом хорошо видны широкие водоносные клетки с порами. Поры заметны благодаря тому, что стенки клеток прокрашены метиленовым синим. Фото Елены Чураковой.

— Правильно я понимаю, что везде, где достаточно влажности, образуется мох?

— Да. Но не образуется, а поселяется, вырастает. Ещё мхам нужен свет, ведь это растения, и без света они существовать не могут. И ещё мхи чувствительны к соли – они не выносят засоление.

— На солёных побережьях мхов нет?

— Скажем так, где есть какое-то распреснение, например, в море впадает ручей или река, там они могут приближаться к побережью, расти в морских заливах. Но в совсем солёной воде они не могут расти, погибают.

— Мхи – это паразиты?

— В отличие от сосудистых растений, они не умеют жить за счёт других организмов. По крайней мере, современные мхи. Другое дело, что, когда мхов много, они могут затенять другие растения, мешать их росту.

Тундровый мох Aulacomnium turgidum. Фото Елены Чураковой.

— Доводилось ли вам или вашим коллегам открывать новые виды мхов?

— Каких-то эндемичных видов у нас нет, но у нас есть Пинежский заповедник, и когда-то в экспедиции мы собрали мох дикранум. По этому образцу Елена Анатольевна Игнатова, бриолог из МГУ, описала новый вид, но потом оказалось, что он растёт не только в Пинежском заповеднике и не только в Архангельской области, хотя и не часто встречается.

— Какую роль мхи играют в экосистемах?

— Это смотря какая экосистема. Мхи – это основа экосистем болот, например, верхового болота, без сфагновых мхов болото не существует. Это основные организмы, которые создают всю среду экосистемы. Болота формируются в депрессиях – то есть, понижениях рельефа, где скапливается вода если нет стока. Развивается заболачивание и рано или поздно оно приводит к образованию верхового болота. Это такой «пик развития» болотной экосистемы.

— А я помню, как нам говорили, что болота – это зло, их надо обязательно осушать. Не будет болот – будет хорошо. Это же не так?

— У нас в области мелиораторы занимались осушением болот. Где-то удачно, где-то не очень. На Соловецком архипелаге добывали торф в 1920-е годы и использовали его в качестве топлива. Но в основном у нас болота используют для сбора ягод – клюквы, брусники, морошки.

На срезе стебля сфагнового мха хорошо видны отличающиеся по толщине стенки и объему клеток ткани_механическая(склеродермис) и удерживающая воду (гиалодермис). Фото Елены Чураковой.

— Насколько я знаю, болота активно поглощают углекислый газ.

— Практически все экосистемы его поглощают. Если это лесная экосистема, то углекислый газ превращается в многолетние органы, в основном в стволы деревьев. А на болоте он превращается в торф, дальнейшая его судьба – торфяные залежи. У Пришвина это было очень хорошо описано в «Кладовой солнца».

— Насколько мох – древний организм?

— То, что мы сейчас видим, это «остатки былой роскоши». Насколько мы сейчас знаем, в прошлом они были разнообразнее. Некоторые группы вымерли к настоящему времени, некоторые и дальше продолжают эволюционировать. Но часть разнообразия утрачена.

— Почему разнообразие у мхов снижается?

— У нас есть группа организмов, которые в прошлых биосферах были более значимы, чем сейчас. Хороший пример – папоротники, плавуны.

— И… динозавры.

— Да, и они. Мхи тоже в этом ряду.

— Значит, когда по планете ходили динозавры, мхов было намного больше?

— Примерно так. В прошлых земных биосферах были более благоприятные условия для их существования, чем сейчас.

— Вы сказали про роль мхов в формировании верховых болот. А для чего они нужны в других местах?

— В таёжных экосистемах – это формирование покрова почвы, лесной подстилки. Она толстая, мощная, медленно разлагается. В этом участвуют и мхи, потому что у нас в тайге просто ковры почвенных мхов. Они поддерживают влажность лесной подстилки, препятствуют её быстрому разложению, так же, как и хвоя еловая или сосновая, при разложении, закисляют среду.

На срезе листа Polytrichum alpinum видны плотно прижатые друг к другу  пластинки, толщиной в одну клетку, которые помогают удерживать воду в листьях благодаря силам капиллярного натяжения. Фото Елены Чураковой.

— Слышала, что во время войны мхи использовали как природный антисептик, им лечили раны. Есть ли современные способы использования этих удивительных возможностей?

— Речь идёт о сфагновых мхах – у них мощные антисептические свойства. В нашем институте таких исследований нет. Это очень узкая научная область, поэтому я не могу точно сказать, где подобные исследования антисептических свойств мхов внедряются в практику. Есть исследования химических и микробиологических особенностей мхов, вообще того, что населяет, например, сфагновые «подушки» на болотах, ведь мы про это пока мало знаем. Там и специфические простейшие есть, и микроорганизмы, и грибы...

— Во мхах есть грибы?

— Да. И сине-зелёные водоросли – цианобактерии.

— И мох эти бактерии уничтожает?

— Борется с ними, а они приспосабливаются к этому. Там всё очень интересно. Это целый мир.

— На этом и основаны антибактериальные свойства мхов?

— Этот вопрос ещё предстоит изучать, многое до конца непонятно. Но если совсем просто – сфагновые мхи образуют соединения фенольной группы. Эти соединения как раз и обеспечивают антисептический эффект. Видимо, там ещё что-то есть, но пока мы не до конца это понимаем. В тундрах, дальше к северу, мхи всё более значимы по сравнению с тайгой.

— А почему?

— Они становятся фактически основными растениями в напочвенном покрове. Сосудистые растения менее приспособлены к условиям Арктики.

— Какие факты из жизни мхов вас более всего удивили?

— Моя задача – изучение видового разнообразия мхов на определённой территории, поэтому, скорее, все истории связаны с тем, как что-то интересное удалось обнаружить или как оно случайно обнаружилось. Например, несколько лет продолжалось изучение аапа-болот в Архангельской области. Само название аапа – финское. Аапа-болота – это такие лесотундровые, в крайнем случае северо-таёжные экосистемы, которые, как оказалось, продвигаются значительно дальше к югу, чем мы думали. Здесь мы сотрудничаем с коллегами, в том числе из Финляндии. Пока мы занимались этой темой, удалось познакомиться с некоторыми видами мхов, которые характерны именно для таких болот. Некоторые из них у нас в Красной книге.

У большинства мхов, также как и у Mnium stellare листья состоят только из одного слоя клеток, поэтому мхи не могут расти вне влажной среды. Фото Елены Чураковой.

Аапа-болота – это гетеротрофные болота. В основном у нас в области встречаются верховые болота – они олиготрофные, бедные минеральными веществами. Растения, которые растут у них на поверхности, получают минеральное питание только из атмосферы вместе с осадками – дождем, снегом. Редко можно встретить также низинные болота, эвтрофные, где растения получают минеральные вещества из грунтовой влаги, которая богата ими. А в питании аапа-болот участвуют и атмосферные, и грунтовые воды, а также те, которые стекают с прилегающих территорий. На них, так же, как и на крупных верховых болотах, хорошо выражен микрорельеф – есть гряды и мочажины, заполненные водой. Очень часто – сильно обводненные. И в пределах аапа-болота можно встретить виды, которые характерны для верховых болот, они растут на грядах, и виды, характерные для низинных болот – они встречаются в мочажинах. Поэтому они гетеротрофные. Это очень необычно само по себе – такая экосистема, потому что в ней сочетается вроде бы несочетаемое: верховые и низинные болота. На грядах там – сфагновые мхи и в целом растения верховых болот, в мочажинах – зелёные мхи, которые принято называть гипновыми, и растения болот низинных.

— А что самое интересное в вашей работе?

— Мхи – это интересная группа, необычная по сравнению с сосудистыми растениями. У них совершенно другое строение, другие адаптации, другие жизненные формы. С ними очень интересно работать. Моя задача прежде всего – их опознать.

— А это сложно?

— Это не всегда просто, потому что зачастую для определения необходим микроскоп, иногда какие-то дополнительные средства и действия. Например, некоторые мхи нужно специально прокрашивать, делать срезы, чтобы увидеть определительные признаки. В полевых условиях не всегда можно сразу опознать вид, особенно если он вырос в не очень подходящих для него условиях.

— Он маскируется под другие организмы?

— Просто когда ему очень плохо или очень хорошо, он по-другому выглядит. Получается, что необходимо посмотреть на это не в природе, а в лаборатории.

Материал подготовлен в рамках пресс-тура в Архангельскую область, организованного АНО «Национальные приоритеты» и проектным офисом «Десятилетие науки и технологий».