29.06.2012

Грибок белой гнили ограничил запасы каменного угля на Земле

Эволюция грибов 300 млн лет назад положила конец превращению мёртвых растений в каменный уголь. Предки современной белой гнили и трутовиков научились расщеплять лигнин клеточных стенок и смогли добраться до целлюлозы одревесневших растительных клеток.

Оказывается, конец каменноугольному геологическому периоду (карбону) положили грибы, которые около 300 млн лет назад научились разлагать лигнин. Уголь образован окаменевшими останками древнейших растений, состоящих большей частью из лигнина — полимерного субстрата, в который погружены волокна целлюлозы клеточных стенок. Лигнин придаёт древесине жёсткость и прочность. Когда-то, во времена каменноугольного периода, именно благодаря лигнину были возможны процессы, превращавшие мёртвые растения в уголь.

Но уже тогда существовали грибы, которые могли добывать энергию из целлюлозы. В какой-то момент часть из них получила от эволюции способность разлагать лигнин. Ферменты, расщепляющие этот полимер, сделали доступной целлюлозу, из которой были сложены стенки одревесневших растительных клеток. С такими грибами в экосистеме никакой каменный уголь формироваться не мог.

Этот вывод сформулирован в журнале Science, в статье, имеющей 71 автора. Учёные из двенадцати стран выполнили колоссальную работу, задавшись целью восстановить эволюцию грибов агарикомицетов. Многие из них — а в эту группу входят как раз и те, что отвечают обычному представлению о грибах (то есть мухоморы, подберёзовики и т. д.), — обладают ферментами, разлагающими целлюлозу и лигнин. Среди таких разлагающих древесину грибов можно упомянуть трутовики и грибки Coniothyrium, вызывающие белую гниль у растений.

Исследователи проанализировали 31 грибной геном, чтобы выяснить время появления разрушающих лигнин ферментов. Оценивалась скорость накопления мутаций у разных видов и их мутационное сходство. В итоге оказалось, что некий древнейший предок всех агарикомицетов был похож на нынешнюю белую гниль и имел у себя набор белков, которые разрушали лигнин. Появился он около 300 млн лет назад, то есть в конце карбона. Некоторые из его потомков утратили способность разлагать лигнин: отдельные современные виды (например, образующие на корнях растения микоризу) предпочли наладить взаимовыгодное сотрудничество с живыми растениями. А вот у других ферменты-разрушители лигнина сохранились — как у тех же трутовиков и современной белой гнили, упомянутых выше.

Поэтому можно сказать, что угольные запасы на Земле ограничила грибная эволюция.

Но эта способность грибов разрушать лигнин может оказаться весьма полезной, если научиться управлять ею. Учёные уже давно ломают голову над разработкой быстрого и дешёвого способа производства биотоплива. В основе последнего лежит спирт, создаваемый дрожжами из углеводов растительного происхождения, поэтому ферменты, разрушающие лигнин и целлюлозу, пришлись бы тут очень кстати, поскольку могли бы обеспечить дрожжи огромным количеством простых сахаров, полученных из грубой древесины.

Подготовлено по материалам National Science Foundation.

Кирилл Стасевич

Источники:

1. КОМПЬЮЛЕНТА