THE LIVING WORLD

Unit Four. The Evolution and Diversity of Life

18. Fungi Invade the Land

18.9. Ecological Roles of Fungi

Decomposers

Grzyby, wraz z bakteriami, są głównymi rozkładowcami w biosferze. Rozkładają materiały organiczne i zwracają substancje, które były zamknięte w tych cząsteczkach, do obiegu w ekosystemie. Grzyby są praktycznie jedynymi organizmami zdolnymi do rozkładu ligniny, jednego z głównych składników drewna. Rozkładając takie substancje, grzyby sprawiają, że węgiel, azot i fosfor z ciał martwych organizmów dostępne dla innych organizmów.

W rozkładaniu materii organicznej, niektóre grzyby atakują żywe rośliny i zwierzęta jako źródło cząsteczek organicznych, podczas gdy inne atakują martwe. Grzyby często działają jako organizmy chorobotwórcze zarówno dla zwierząt, jak i roślin. Grzyb Armillaria, pokazany na rysunku 18.12, infekuje drzewo iglaste. Grzyb powstaje w centrum obszaru oznaczonego kółkami i rozrasta się na zewnątrz. Grzyby są odpowiedzialne za miliardy dolarów strat w rolnictwie każdego roku.

Rysunek 18.12. Największy organizm na świecie?

Armillaria, patogeniczny grzyb pokazany tutaj, atakujący trzy odrębne regiony lasu iglastego w Montanie, wyrasta z centralnego ogniska jako pojedynczy klon. Duża plama na dole zdjęcia ma powierzchnię prawie 8 hektarów.

Użytki komercyjne

Ten sam agresywny metabolizm, który sprawia, że grzyby są ważne z ekologicznego punktu widzenia, został wykorzystany do celów komercyjnych na wiele sposobów. Produkcja chleba i piwa zależy od biochemicznej działalności drożdży, jednokomórkowych grzybów, które wytwarzają duże ilości etanolu i dwutlenku węgla. Sery i wina uzyskują swój delikatny smak dzięki procesom metabolicznym niektórych grzybów. Ogromny przemysł zależy od biochemicznej produkcji substancji organicznych, takich jak kwas cytrynowy, przez grzyby w kulturze. Wiele antybiotyków, w tym penicylina, pochodzi z grzybów.

Grzyby jadalne i trujące

Wiele rodzajów grzybów ascomycete i basidiomycete są jadalne (rysunek 18.13a, b). Są one uprawiane komercyjnie i mogą być również zbierane w środowisku naturalnym. Bazidiomycete Agaricus bisporus rośnie w środowisku naturalnym, ale jest też jednym z najczęściej uprawianych grzybów na świecie. Znany jako „pieczarka”, gdy jest mały, jest również sprzedawany jako pieczarka portobello, gdy jest większy. Inne przykłady grzybów jadalnych to żółta kurka (Cantharellus cibarius), morele (patrz rysunek 18.7b) i shiitake (Lentinula edodes). Przy wyborze grzybów do spożycia należy zachować dużą ostrożność, gdyż wiele gatunków jest trujących ze względu na zawarte w nich toksyny. Grzyby trujące (rysunek 18.13c) powodują szereg objawów, od lekkich reakcji alergicznych i pokarmowych, po halucynacje, niewydolność narządów i śmierć.

Rysunek 18.13. Grzyby jadalne i trujące.

Grzyby jadalne obejmują (a) pieczarki (Agaricus bisporus) i (b) kurki żółte (Cantharellus cibarius). Trujące grzyby obejmują (c) Amanita muscaria.

Związki grzybów

Grzyby są zaangażowane w różne intymne związki z glonami i roślinami, które odgrywają bardzo ważne role w świecie biologicznym. Stowarzyszenia te zazwyczaj obejmują dzielenie się zdolnościami pomiędzy heterotrofem (grzyb) i fotosyntetyzatorem (glon lub roślina). Grzyb przyczynia się do zdolności do absorbowania minerałów i innych składników odżywczych bardzo skutecznie ze środowiska; fotosyntetyzator przyczynia się do zdolności do wykorzystania światła słonecznego do zasilania budowy cząsteczek organicznych. Samodzielnie, grzyb nie ma źródła pożywienia, fotosyntetyzator nie ma źródła składników odżywczych. Razem, każdy ma dostęp zarówno do żywności i składników odżywczych, partnerstwo, w którym obaj uczestnicy korzystają.

Mycorrhizae. Stowarzyszeń między grzybami i korzeni roślin nazywane są mikoryzy (grecki myco, grzyb, i rhizos, korzenie). Korzenie około 80% wszystkich rodzajów roślin są zaangażowane w takie stowarzyszenia. W rzeczywistości szacuje się, że grzyby stanowią aż 15% całkowitej masy korzeni roślin na świecie! Rysunek 18.14 pokazuje, jak rozległe mogą być te związki. Korzenie z lewej strony to korzenie sosny nie związane z grzybami. Korzenie w środku i po prawej stronie wykazują mikoryzy. Można zobaczyć, jak mikoryza znacznie zwiększa powierzchnię korzenia. W mikoryza, włókna grzyba działać jako super wydajne włosy korzeniowe, wystające z epidermy, lub najbardziej zewnętrznej warstwy komórek, z terminalnych części korzenia. Włókna grzyba pomagają w bezpośrednim przenoszeniu fosforu i innych minerałów z gleby do korzeni rośliny, podczas gdy roślina dostarcza organiczny węgiel do symbiotycznego grzyba.

Ryc. 18.14. Mikoryza na korzeniach sosny.

Od lewej do prawej są korzenie sosny nie związane z grzybem, białe mikoryzy utworzone przez Rhizopogon i żółto-brązowe mikoryzy utworzone przez Pisolithus.

Najwcześniejsze rośliny kopalne często mają korzenie mikoryzowe, które, jak się uważa, odegrały ważną rolę w inwazji ziemi przez rośliny. Gleby w tym czasie byłby całkowicie pozbawiony materii organicznej, a rośliny mikoryzowe są szczególnie udane w takich nieurodzajnych glebach. Najbardziej prymitywne rośliny naczyniowe żyjące dziś nadal silnie zależą od mycorrhizae.

Lichens Porost jest stowarzyszenie między grzybem i fotosyntetycznego partnera. Ascomycetes są partnerami grzybów we wszystkich, ale 20 z 15.000 różnych gatunków porostów, które zostały scharakteryzowane. Większość widocznego ciała porostu składa się z grzyba, ale pomiędzy warstwy strzępek grzyba wplecione są cyjanobakterie, zielone algi, a czasem jedno i drugie. Przez półprzezroczyste warstwy strzępek przenika wystarczająco dużo światła, aby umożliwić fotosyntezę. Wyspecjalizowane strzępki grzyba otaczają, a czasami wnikają do wnętrza komórek fotosyntetyzujących, służąc jako autostrady do zbierania i przenoszenia do ciała grzyba cukrów i innych cząsteczek organicznych wytwarzanych przez komórki fotosyntetyzujące. Grzyb przekazuje specjalne sygnały biochemiczne, które kierują cyjanobakterie lub zielone algi do produkcji substancji metabolicznych, których nie produkowałyby, gdyby rosły niezależnie od grzyba. Rzeczywiście, grzyb nie jest w stanie rosnąć lub przetrwać bez swojego fotosyntetyzującego partnera. Wielu biologów charakteryzuje ten szczególny związek symbiotyczny jako jeden z niewolnictwa, a nie współpracy, kontrolowane pasożytnictwo organizmu fotosyntetyzującego przez gospodarza grzybowego.

Trwała konstrukcja grzyba, w połączeniu ze zdolnościami fotosyntetycznymi jego partnera, umożliwiła porostom inwazję na najsurowsze siedliska, od szczytów gór do suchych, nagich ścian skalnych na pustyni. Pomarańczowa substancja rosnąca na skałach na rysunku 18.15 to porost. W takich surowych, odsłoniętych miejscach porosty są często pierwszymi kolonistami, niszcząc skały i przygotowując grunt pod inwazję innych organizmów.

Rysunek 18.15. Porosty rosnące na skale.

Porosty są niezwykle wrażliwe na zanieczyszczenia w atmosferze, ponieważ łatwo absorbują substancje rozpuszczone w deszczu i rosie. Z tego powodu porosty nie występują w miastach i wokół nich – są one bardzo wrażliwe na dwutlenek siarki wytwarzany przez ruch samochodowy i działalność przemysłową. Takie zanieczyszczenia niszczą ich cząsteczki chlorofilu, a tym samym zmniejszają fotosyntezę i zakłócają równowagę fizjologiczną między grzybami a glonami lub sinicami.

Kluczowy efekt kształcenia 18.9. Grzyby są kluczowymi rozkładowcami i odgrywają wiele innych ważnych ról ekologicznych i komercyjnych. Mikoryza to symbiotyczny związek pomiędzy grzybami a korzeniami roślin. Porosty to symbiotyczne związki między grzybem a partnerem fotosyntetyzującym (cyjanobakterią lub algą).

Zapytanie &Analiza

Are Chytrids Killing The Frogs?

Jak dowiedzieliście się wcześniej w tym rozdziale, uważa się, że grzyby chytridowe odgrywają główną rolę w światowej fali wymierania płazów, omówionej znacznie bardziej szczegółowo w rozdziale 38 (strona 799). Nasza świadomość możliwej roli chytridów rozpoczęła się w Queensland (północno-wschodnia część Australii) w 1993 roku, kiedy to odnotowano masowe wymieranie żab. Wszystkie rodzaje żab wydawały się być dotknięte chorobą, a całe populacje zostały wymordowane. W lasach deszczowych północnego Queensland stwierdzono, że populacje żaby trawnej (Taudactylus acutirostris) są tak poważnie dotknięte chorobą, że grozi im wyginięcie. W celu zachowania gatunku założono kolonie w niewoli na Uniwersytecie Jamesa Cooka oraz w ogrodach zoologicznych w Melbourne i Taronga. Niestety, ochrona gatunku nie powiodła się. Każda żaba w koloniach zmarła.

Co zabijało żaby? Odpowiedź na to pytanie przyszła w 1998 roku, kiedy badacze zbadali nabłonek (skórę) chorych żab pod skaningowym mikroskopem elektronowym i zobaczyli to, co widać na fotomikrografach po prawej stronie. Normalnie stosunkowo gładka powierzchnia, nabłonek umierających żab był szorstki, z kulistymi ciałami wystającymi z powierzchni.

Te występy są zoosporangia, bezpłciowe struktury reprodukcyjne grzyba chytrid. Jedna z nich jest pokazana z bliska (wstawka). Każde zoosporangium jest z grubsza kuliste, z jedną lub kilkoma małymi wystającymi rurkami. W każdym zoosporangium rozwijają się miliony maleńkich zarodników. Kiedy korek blokujący końcówkę rurki zanika, zarodniki wyrzucane są na powierzchnię sąsiednich komórek skóry lub do wody, gdzie ich flagella pozwala im pływać do momentu napotkania innego żywiciela. Kiedy jeden z zoospor styka się ze skórą innej żaby, przyczepia się i tworzy nowe zoosporangium w podpowierzchniowej warstwie skóry, odnawiając cykl infekcji.

Badanie infekujących chytridów ujawniło, że należą one do gatunku Batrachochytrium dendrobatidis. Było to nieoczekiwane. Chytridy są zwykle znajdowane w wodzie i glebie, i chociaż istnieje kilka rodzajów znanych z zarażania roślin i owadów, żaden chytrid nigdy nie był znany z zarażania kręgowców.

Te początkowe wyniki skaningowych mikrografów elektronowych wydawały się dość przekonujące, że chytridy spowodowały masowe wymieranie żab w Queensland. Jednak, aby dostarczyć bardziej bezpośrednich dowodów, przeprowadzono serię eksperymentów, w których bezpośrednio oceniano zdolność grzyba chytrid do zabijania żab.

W jednym z takich eksperymentów, typowym dla wielu, niektóre żaby z rodzaju Dendrobates były narażone na działanie chytridów, a inne nie. Po trzech tygodniach wszystkie żaby zostały zbadane pod kątem zrzuconej skóry, co jest klinicznym objawem choroby zabijającej żaby. Wyniki są widoczne na powyższych wykresach kołowych.

1. Zastosowanie pojęć. Czy w tym badaniu istnieje zmienna zależna? Jeśli tak, to co to jest?

2. Interpretacja danych. Jaka jest częstość występowania choroby u żab nienarażonych? U żab narażonych?

3. Wyciąganie wniosków. Czy istnieje związek między ekspozycją na chytrid B. dendrobatidis a rozwojem infekcji skórnej, która jest klinicznym objawem zagrażającej życiu choroby u żab?

4. Wyciąganie wniosków. Jaki jest wpływ narażenia na kontakt z chytridami na prawdopodobieństwo rozwoju choroby zabijającej żaby?

5. Dalsza analiza

a. Na całym świecie ginie wiele gatunków żab i salamander. Czy ten eksperyment sugeruje sposób określenia, jak ogólna jest podatność płazów na zakażenie chytridem?

b. Podczas gdy w przeszłości miało miejsce kilka przypadków śmierci żab, żaden z nich nie był tak poważny. Czy uważasz, że B. dendrobatidis jest nowym gatunkiem, czy też uważasz, że przyczyną mogą być zmiany środowiskowe, takie jak globalne ocieplenie lub zwiększone promieniowanie UV wynikające z zubożenia warstwy ozonowej? Przedyskutuj.

Sprawdź swoje zrozumienie

1. Najważniejszą cechą złożonych organizmów wielokomórkowych jest

a. komunikacja międzykomórkowa.

b. rozwój komórek.

c. specjalizacja komórek.

d. rozmnażanie komórek.

2. Która z poniższych cech nie jest charakterystyczna dla królestwa grzybów?

a. heterotroficzność

b. celulozowe ściany komórkowe

c. mitoza jądrowa

d. niemotylne plemniki

3. Głównym organem grzyba jest

a. strzępka.

b. strzępka.

c. grzybnia.

d. grzybnia.

4. Grzyby rozmnażają się

a. zarówno płciowo jak i bezpłciowo.

b. tylko płciowo.

c. tylko bezpłciowo.

d. przez fragmentację.

5. Morele i trufle należą do gromady grzybów

a. Zygomycota.

b. Ascomycota.

c. Basidiomycota.

d. Chytridiomycota.

6. Zygomycetes różnią się od innych grzybów tym, że nie wytwarzają

a. grzybni.

b. owocników.

c. heterokarionu.

d. sporangium.

7. Ascomycetes tworzą zarodniki rozrodcze w

a. specjalnym worku zwanym askusem.

b. skrzelach na bazidiokarpie.

c. sporangioforach.

d. grzybni.

8. Mejoza u basidiomycetes zachodzi w

a. hyphae.

b. basidia.

c. mycelium.

d. basidiocarp.

9. Porosty to mutualistyczne związki między

a. roślinami i grzybami.

b. glonami i grzybami.

c. termitami i grzybami.

d. koralowcami i grzybami.

10. Mikoryza pomaga roślinom w pozyskiwaniu

a. wody.

b. tlenu.

c. dwutlenku węgla.

d. składników mineralnych.

.