Третье царство хищников

Третье царство хищников. Но есть виды, роды и даже целые отряды, вступившие на скользкую дорожку паразитического существования. Одни поселяются в тканях растений, другие внедряются в организм животных и живут за счет хозяина.

Возьмем фитонематод, живущих в тканях растений. Раньше неурожаи картофеля и свеклы после нескольких лет монокультуры приписывали "утомлению почвы". Лишь в нашем веке было открыто, что виноваты нематоды. Ежегодные потери мировой сельскохозяйственной продукции от них около 12 %. В денежном выражении для 20 основных культур это 77 миллиардов долларов. И не подумайте, что такая беда только в развивающихся странах с отсталой агротехникой. Так, в США фитонематоды причиняют ежегодный убыток в 5-8 миллиардов долларов.

И поэтому сейчас по сравнению с 1967 годом затраты на изучение фитонематод возросли в США в восемь раз. Эти крошечные червячки вредят на полях, в огородах и теплицах. Например, огурцы и помидоры терзают так называемые галловые нематоды, образующие вздутия на корнях. Причудливые конидии, они же споры вегетативного, бесполого размножения хищного гриба Arthrobotrys oligospora Fres. Увеличено более чем в 200 раз. Для борьбы с нематодами в теплицах почву пропаривают и вносят ядохимикат - какой-либо нематицид, например дазомет или гетерофос.

Для розничной продажи населению у нас разрешен только один нематицид - тиазон 40 %. Его рекомендуют равномерно вносить в почву (тщательно перемешивая ее при этом на глубину пахотного слоя). При сильном заражении галловыми нематодами приходится менять всю землю в теплице. Чтобы избавиться от нематод на полях, земледельцы издавна применяют чередование культур. Например, после 5-7 лет монокультуры картофеля выращивают люпин или другие бобовые.

Замечено также, что нематод отпугивают некоторые растения, например редька и бархатцы. Однако полного оздоровления почвы эти меры не дают. Больше надежд на селекционеров, на устойчивые сорта. Начиная с шестидесятых годов в разных странах выведено много устойчивых к нематодам сортов картофеля. Увы, нередко их клубни оказываются невкусными не только для нематод, но и для нас. Так получилось, например, с сортом Мета, выведенным Литовским НИИ земледелия совместно с Всесоюзным НИИ гельминтологии им. К. И. Скрябина.

Районированный в Литве, Белоруссии и нескольких областях РСФСР, он не находит сбыта из-за низких вкусовых качеств. К борьбе с нематодами подключилась и генная инженерия. Прошлым летом две американские фирмы, "Микоген" и "Монсанто", подписали соглашение о введении гена, ответственного за выработку токсина бактерии Bacillus turyngiensis в растения сои, хлопчатника, томатов и картофеля. Этот токсин убивает фитонематод. Полагают, что растения таким образом будут сами себя защищать.

Почему же так трудна борьба с нематодами? Дело в том, что за многие века эволюции нематоды выковали очень серьезное оружие - способность образовывать цисты. Циста - это старая самка, набитая личинками. Этакий кожаный мешочек. Благодаря своей прочной оболочке, циста спокойно переносит все невзгоды - и пропаривание, и химические обработки почвы. Циста может храниться в земле десятками лет. А придет время - личинки выйдут из нее и примутся за свое. Но вернемся к хищным грибам.

Карл Линней, создатель систематики живого, отнес грибы к царству растений. У него были для этого веские основания. Как и у растений, клетки грибов окружены оболочкой из клетчатки, и, полагал Линней, грибы, в отличие от животных, неспособны к активному движению. Однако в наши дни специалисты выделяют грибы в отдельное, отличное от растений и животных третье царство. Число видов в нем огромно. Многие из них по отношению к людям настроены враждебно: вызывают болезни человека.

Не милуют они и животных, и растения, портят пищу, древесину, текстиль и другие материалы. Но есть среди грибов такие, кого мы с полным правом можем называть друзьями. Среди них и герои моего рассказа. Английский ученый К. Л. Даддингтон так и озаглавил свою книгу о них: "Хищные грибы - друзья человека". В науке они фигурируют не так уж давно, с шестидесятых годов прошлого века. Именно тогда известный русский миколог и фитопатолог, специалист по грибам и болезням растений Михаил Степанович Воронин, исследуя под микроскопом почвенный гриб Arthrobotrys oligospora, тщательно описал и зарисовал никем еще не виданные крючки, петли и кольца, в изобилии образующиеся на нитях и спорах гриба.

Увы, их назначение многие годы оставалось загадкой. Лишь в 80-х годах того же XIX века Вильгельм Цопф, профессор университета в Галле, установил, что странные образования не что иное, как орудия охоты! Ловчие петли, кольца и крючки нужны хищным грибам для того, чтобы охотиться на нематод, превосходящих их силой и размерами.

Исследования в США, Великобритании и Франции, а начиная с 1946 года и в нашей стране, показали, что в природе хищные грибы отнюдь не редкость. Например, они всюду встречаются в почве, компосте и трухлявых пнях - словом, там, где происходит разложение растительных остатков. Как и хорошо известные всем лесные грибы, хищники состоят из тонких длинных нитей - гифов, образующих грибницу, или мицелий. Но плодовых тел, которые мы в обиходе называем грибами, у них нет. Размножаются миниатюрные хищные грибы спорами, образующимися на концах гифов. Обнаружить их можно с помощью микроскопа.

Питаясь растительными остатками, хищные грибы пополняют свое меню животной пищей. Долгое время никто не знал, как им удается справляться со своими жертвами. Высказывали предположения, будто хищные грибы вооружены химическим оружием - выделяют антибиотики, токсины и другие биологически активные вещества. И действительно, такое оружие было у них найдено.

Но когда в опытах его обрушили на нематод, гибель не превысила 20%. Азербайджанские ученые под руководством Н. А. Мехтиевой - помните рассказ о кинофильме для изучения химического состава хищных грибов применили метод тонкослойной хроматографии. Оказалось, что в их химическом арсенале есть плохо растворимые в воде вещества, которые действуют как контактные яды. Едва нематоды оказываются в ловчей сети гриба, на поверхности колец выделяются капельки клея вроде латекса, прочно удерживающие жертву, как муху на липкой бумаге. Рентгеновский анализ в Кишиневском ВНИИ биологических методов защиты растений показал очень высокое, по сравнению с гифами, содержание в ловчих кольцах калия, фосфора и особенно кальция.

Калия и фосфора было больше в 15 раз, а кальция - в 40. А ведь кальций очень нужен животным при мышечных сокращениях - он вступает в связь с белком тропонином. А раз так, то не служат ли хищные грибы живым мостиком между царством растений и царством животных? Идея взять хищные грибы для биологической борьбы с нематодами появилась еще в 30-е годы нашего века. Она казалась заманчивой: ведь в нашем распоряжении появилось бы надежное, а главное, совершенно безопасное природное средство уничтожения нематод не только на полях, но и в ветеринарии и даже в медицине.

Первые опыты были проведены американцами перед второй мировой войной на Гавайских островах, где нематоды сильно вредят ананасовым плантациям. Большие сосуды заполняли землей, туда же вносили хищные грибы.

Почти одновременно французские ученые из Института Пастера попытались использовать хищные грибы против нематод, поражающих бегонии, и нематод, паразитирующих в организме овец и лошадей. Увы, уже в этих первых опытах хищные грибы показали свой капризный нрав. Часто без видимых причин они наотрез отказывались охотиться на нематод и довольствовались мирным сосуществованием. Когда было достаточно питания, хищные грибы сворачивали свои сети, убирали ловчие кольца и крючки и становились мирными вегетарианцами.

И все же Ученые ВНИИ гельминтологии сосредоточились на поиске и отборе наиболее активных, самых хищных штаммов. Ведь не может быть, чтобы среди хищных грибов не нашлось настоящих охотников, не желающих довольствоваться мирным сосуществованием. Возможности для этого немалые. Из ныне известных науке 87 видов хищных грибов в нашей стране обитает чуть не половина - 41 вид. Еще в 60-х годах В. Б. Удаловой и Н. В. Мацкевич методом сложного ступенчатого отбора удалось получить активный, штамм того самого Arthrobotrys oligospora, который исследовал еще Воронин.

Они обозначили его ВГМГ - 2461D. А в 1982 году Т. В. Теплякова выделила в Новосибирской области из почвы другой активный штамм, обозначенный ВКМГ-3062. На основе этих штаммов сейчас созданы два препарата хищных грибов для борьбы с нематодами в теплицах. Это особенно кстати - с 1 января 1990 г. постановлением Главного государственного санитарного врача СССР химические обработки в теплицах запрещены.

Грибной препарат на основе первого штамма выращивают в лаборатории на соломисто-навозном компосте с наилучшим для! роста хищных грибов соотношением глюкозы, гемицеллюлозного комплекса и азота белка. Либо культивируют гриб на биоперегное - продукте переработки жидкого свиного навоза личинками мух. Препарат на основе другого штамма получают двумя способами - поверхностным и глубинно-поверхностным. Субстратом здесь служит смесь торфа с соломой и биоперегной. Можно взять и подсолнечную лузгу.

Готовые препараты вносят в почву до и после посадки рассады. В испытаниях в 1989 г. в подмосковном тепличном комбинате " Белая дача" число нематод в растениях упало вдвое, а личинок в почве втрое и больше. Прибавка урожая составила до 1 кг на квадратный метр. Право, успех немалый. В 1988 г. препараты хищных грибов экспонировались в Чехо-Словакии на выставках "Инвекс-88" и "Советские изобретатели", а на ВДНХ в том же году были удостоены золотой медали. Сейчас можно говорить о последних стадиях утверждения лабораторного регламента получения биопрепарата хищных грибов на подсолнечной лузге.

И вся эта проблема, вероятно, будет включена в общесоюзную программу "Экология". Пока эффективность препаратов нельзя считать достаточной - галловые нематоды размножаются очень быстро, и необходимо, чтобы их гибло не меньше 98 %. Но просвет уже виден. Скорее всего именно хищные грибы помогут нам справиться с опаснейшими картофельными нематодами, включенными в национальный список карантинных объектов.

Хищные гифомицеты Хищничество, редкое среди растений, известно у некоторых грибов. Грибы, способные поймать, убить и использовать в пищу микроскопических животных — нематод, коловраток, простейших или мелких насекомых (Collembola), объединяются в экологическую группу хищных грибов. Большинство представителей этой группы — гифомицеты, однако сюда относятся и представители других таксономических групп — зигомицеты (порядок зоопаговые), грибы рода зоофагус из порядка пероноспоровых класса оомицетов, некоторые хитридиомицеты.

У хищных грибов мицелий развивается в почве, на растительных остатках и других субстратах, но часть питания они получают из тканей пойманной ими жертвы. Тело жертвы представляет для них, как и для хищных животных, только пищу, а не среду обитания, как для паразитов. Захват жертвы хищником (в данном случае грибом) представляет единичный акт, а не процесс совместного существования, как при паразитизме. Первые описанные в литературе хищпые грибы — артроботрис пышный (Arthrobotrys superba) и артроботрис малоспоровый (A. oligospora) — долгое время считали обычными сапрофитными грибами.

М. С. Воронин наблюдал образование на мицелии второго из них колец и сетей, описанных им подробно в 1869 г. Позднее, в 1871 г такие же кольца и сети наблюдал Н. В. Сорокин. Роль этих сетей в улавливании нематод была показана работами немецкого ученого В. Цопфа в конце XIX в. Однако интенсивное изучение этой своеобразной группы грибов было начато значительно позднее, после появления в 30-х годах нашего века серии работ американского ученого Ч. Дрекслера по морфологии и систематике хищных грибов.

За прошедшие с тех пор четыре десятилетия были выяснены многие вопросы таксономии, биологии и распространения хищпых грибов. Вегетативный мицелий хищных грибов состоит из обильно ветвящихся септированных гиф толщиной не более 5—8 мкм. В старых гифах нередко образуются хламидоспоры. На мицелии развиваются различные ловчие приспособления, описываемые ниже. Конидии у хищных грибов развиваются на вертикально стоящих конидиеносцах различного строения и имеют одну или несколько перегородок.

У грибов рода артроботрис (Arthrobotrys) конидии двухклетные. Первая конидия образуется бластогенно на вершине конидиеносца, затем ниже ее возникает новая точка роста и развивается новая конидия. Этот процесс повторяется многократно, в результате чего образуется гроздь конидий на вершине конидиеносца, часто утолщенной и бородавчатой.

Если в одной из последовательных точек роста происходит пролиферация конидиеносца и этот процесс повторяется, на копидиеносце образуется серия утолщенных узлов, несущих конидии (рис. 10). У представителей рода дактилярия (Dactylaria) на вершине конидиеносца образуется группа многоклеточных конидий, расположенных на стеригмах или бородавчатых выростах конидиеносца, а для видов рода монакроспориум (Monacrosporium) характерно образование на вершине конидиеносца одиночной многоклеточной конидии, часто с более крупной центральной клеткой (рис. 10). Кроме того, к хищным гифомицетам относятся представители родов тридентария (Tridentaria) и трипоспорина (Triposporina) со звездчатыми спорами (рис. 10) и другие грибы.

Рис 10. Конидиальные спороношения хищных грибов: 1-артроботрис 2-тридентария 3-монакроспориум 4-дактилярия 5-трипоспорина Жертвы хищных грибов — обычно сапрозойные нематоды или свободноживущие личинки нематод, патогенных для растений, животных и человека.

Реже грибы ловят амеб или других мелких корненожек, а некоторые — мелких насекомых. Таков, например, артроботрис насекомоядный (A. entomophaga), улавливающий представителей коллембола (Collembola). Часто хищные грибы улавливают животных, значительно превосходящих их по размерам. Размеры нематод (круглых червей), улавливаемых грибами,—0,1—1,0 мм, а толщина гиф этих грибов не более 8 мкм Улавливание таких крупных, подвижных и сильных жертв, как нематоды, стало возможно в результате приобретения грибами в процессе эволюции различных специализированных ловчих приспособлений.

Строение аппаратов-ловушек у хищных гифомицетов разнообразно, по механизму действия они могут быть трех типов. Рис.11. Типы ловушек хищных грибов: 1-клейкие трехмерные сети 2,6-клейкие головки 3-сжимающиеся кольца 4-клейкие выросты гиф 5-несжимающиеся кольца Наиболее распространены у хищных гифомицетов клейкие ловушки. В простейшем случае это недифференцированные боковые выросты гиф, покрытые клейким веществом (Arthrobotrys perpasta, Monacrosporium cionopagum). Другие хищные гифомицеты образуют ловчие аппараты в виде маленьких овальных или шаровидных клейких головок, сидящих на коротких двухклетных веточках мицелия (Monacrosporium ellipsosporum, A. entomophaga, рис. 11). Но самый распространенный тип клейких ловушек — клейкие сети, состоящие из большого числа колец.

Такие сети образуются в результате обильного ветвления гиф, веточки которых загибаются и анастомозируют с соседними веточками или родительской гифой, образуя сложную трехмерную сеть из многочисленных колец (рис. 11). Поверхность гиф сети покрыта клейким веществом неизвестной природы.

Предполагают, что по происхождению оно близко к смолам и гутте, а его биосинтез тесно связан с терпеновым обменом (3. Э. Беккер). Такого типа ловушки известны у многих видов из рода артроботрис, например у часто встречающегося во всех районах земного шара артроботриса малоспорового. Сети часто достигают крупных размеров, и вероятность попадания в них многочисленных и подвижных нематод очень велика.

Процесс улавливания нематоды клейкими сетями напоминает ловлю мух на липкую бумагу. Прикоснувшись к сети, нематода прилипает к ней. Пытаясь освободиться, она активно двигается, извивается и все больше прилипает к сети. Через некоторое время ее движения становятся вялыми, наконец нематода перестает двигаться. Вскоре после захвата нематоды клейкой сетью из этой сети развивается гифа, растворяющая кутикулу нематоды и проникающая в ее тело. Часто после прободения кутикулы в теле нематоды образуется так называемая инфекционная луковица, из которой развиваются трофические гифы. Постепенно они заполняют все тело нематоды, и ее ткани теряют свою структуру. Процесс поглощения грибом содержимого тела нематоды продолжается немногим более суток.

После этого остается только кутикула нематоды, заполненная трофическими гифами гриба. Крупные, сильные нематоды иногда разрывают ловчие сети и уходят из них, унося на кутикуле прилипшие обрывки гиф. Но и в этом случае нематоды быстро гибнут в результате развития из этих обрывков колец гиф, проникающих в их тело. У некоторых хищных грибов образуются ловушки в виде колец, лишенных клейкого вещества и действующих механически.

Обычно эти кольца состоят из трех изогнутых клеток и расположены на коротких веточках мицелия. В простейшем случае такие ловушки действуют пассивно. Нематода, случайно попав в такую ловушку, пытается пройти сквозь кольцо и застревает в нем. Ловушки этого типа образует дакпгилярия белоснежная (Dactylaria Candida). Наиболее интересный тип ловушек хищных грибов — сжимающиеся кольца (рис. 11, 3). Внешне они очень похожи на кольца предыдущего типа, однако их внутренняя поверхность тактиосенситивна, т. е. чувствительна к прикосновению к ней (кутикулы нематоды, иглы микроманипулятора). В ответ на раздражение клетки кольца в течение 0,1 сек резко увеличиваются в объеме (примерно в 3 раза) и приобретают шаровидную форму, почти полностью закрывая просвет кольца.

Вздутие клеток кольца при обычных условиях необратимо. Если нематода попадает в такую ловушку, она активно захватывается грибом.

Проникновение гриба в тело нематоды и питание ее тканями происходят как и в случае с клейкими ловушками. Гибель нематоды в сжимающемся кольце может происходить в результате ее механического сдавливания, так как диаметр ее тела в месте захвата грибом уменьшается вдвое. Сжимающиеся кольца образуются у представителей родов дактилярия, монакроспориум и немногих грибов рода артроботрис.

Механизм действия сжимающихся колец-ловушек до сих пор не изучен полностью. По сведениям Дж. Р. Лоутон, замыкание колец хищных грибов стимулируется ацетилхолином. На основании этого она предполагает, что механизм смыкания колец-ловушек сходен с механизмом сокращения мышечного волокна. Хищные гифомицеты легко выделяются в чистую культуру и растут на питательных средах, но в отсутствие нематод они обычно не образуют аппаратов-ловушек. Если в культуру добавить нематод, то уже через 24 ч в ней образуются ловушки.

Стимулировать их образование можно также, добавляя к культуре стерильную воду, в которой жили нематоды. Таким образом, присутствие жертвы или продуктов ее обмена индуцирует у хищника образование ловушек. Иногда наблюдают неспецифическую индукцию развития ловушек экстрактами из тканей животных, сывороткой крови, ионами СО3 и другими воздействиями. В культуре некоторых нематод были обнаружены вещества, стимулирующие образование ловушек у хищных гифомицетов и получившие название немин.

Предполагают, что это низкомолекулярный пептид или аминокислота. Из тела аскарид был получен белок с неминовой активностью. У некоторых хищных гифомицетов, например у артроботриса дактилоидного (A. dactyloides), развитие ловушек происходит в отсутствие нематод в условиях относительного недостатка питания или воды. Возможно, в природе эти факторы наряду с морфогенетическими соединениями типа немина регулируют образование ловушек у хищных грибов.

Гибель пойманной нематоды или хотя бы прекращение ее движений часто происходит быстрее, чем мицелий гриба проникнет в ео тело. Предполагают, что хищные грибы образуют токсины, содержащиеся в клейкой жидкости ловушек. Нематотоксины уже обнаружены у многих видов хищных гифомицетов. Несмотря на большую адаптацию к хищничеству, хищные грибы в течение длительного времени могут развиваться как сапрофиты в почве или на растительных остатках, питаясь различными органическими соединениями и усваивая, как и многие почвенные сапрофиты, минеральные соединения азота.

Установлено даже, что лучшее развитие хищных грибов и более активное улавливание ими нематод происходят в присутствии в среде дополнительного энергетического субстрата (сахаров и других соединений). Как и обычные почвенные сапрофиты, эти грибы вполне конкурентоспособны. При внесении в почву они нормально в ней развиваются и сохраняют способность улавливать нематод. Хищные грибы широко распространены по всей территории земного шара. Они в изобилии встречаются в местах скопления сапрозойных нематод — в почве, на разлагающихся растительных остатках, гниющей древесине, экскрементах животных, на мхах и в водоемах.

Их можно обнаружить в ризосфере и на корнях растений. Основное место обитания большинства из них — почва. Хищные грибы можно рассматривать как экологическую группу почвенных сапрофитов, в процессе эволюции приобретших способность улавливать нематод и питаться дополнительно.

Хищничество у грибов появилось, вероятно, в глубокой древности, причем возникло независимо в разных их группах. У гифомицетов этот способ питания должен быть достаточно древнего происхождения, на что указывает их широкое распространение во всех климатических зонах и наличие сложных ловчих приспособлений (Ф. Ф. Сопрунов). Активное улавливание хищными грибами нематод, способность их существовать в почве, возможность выращивания их в культуре в больших количествах давно привлекали внимание исследователей к этим грибам, как к возможным средствам в биологической борьбе с нематодами.

Однако часто в тепличных и мелкоделяночных опытах препараты хищных грибов давали обнадеживающие результаты, но при более широком применении их эффекта не было. Причиной этого была недостаточность знания экологии хищных грибов, что не позволяло предвидеть их поведение в почве и регулировать его в нужном направлении. Для разработки теоретических основ биологического метода борьбы с фитонематодами и другими патогенными нематодами необходимы фундаментальные исследования их экологии, изучение их роли и условий развития в естественных биоценозах. Хищные грибы представляют большой интерес и как орудия биологической борьбы с нематодами, патогенными для животных.

В ряде случаев были получены положительные результаты при использовании препаратов хищных грибов для обеззараживания почвы от личинок анкилостомы, патогенных для человека (Ф. Ф. Сопрунов, Ю. Я. Тендетник), и для борьбы со стронгилятозом лошадей и овец (С. Ф. Шагалин).