Начало > Эко новости > Исследование, посвященное грибам, проливает свет на формирование каменного угля и может обеспечить прорыв в производстве биологического топлива
Исследование, посвященное грибам, проливает свет на формирование каменного угля и может обеспечить прорыв в производстве биологического топлива
На данный момент в мире насчитывается около 1,5 млн. видов грибов. Они занимают важнейшие экологические ниши, к примеру, участвуют в процессе разложения погибших организмов и служат пищей для многих видов насекомых и более крупных животных.
Тем не менее, только 5% всех видов грибов, к настоящему времени изучены и заняли свое место в систематике. Исследование, о котором идет речь, является частью попытки раскрыть эволюционные взаимоотношения между различными видами грибов, очертить границы их разнообразия и пролить свет на раннюю их историю. В качестве такового исследование получило поддержку программ ННФ, направленных на расширение знаний в области систематики. Полученная в ходе данного проекта информация, является неотъемлемой частью общей истории жизни на нашей Земле и эволюции земных экосистем.
Конец геологического периода
Каменный уголь представляет собой окаменевшие остатки растений, в первую очередь, их состоящих из лигнина - сложного полимера, являющегося основным компонентом клеточных стенок и придающего древесине твердость и прочность - частей. Согласно данным исследования, грибки, вызывающие белую гниль - единственные микроорганизмы, способные разлагать лигнин, появились в конце Каменноугольного периода и это не случайное совпадение.
Если верить полученной информации, как только белая гниль - грибки, вырабатывающие разлагающие лигнин энзимы, стали представлять собой существенный экологический фактор, древесина, которая в противном случае избежала бы разложения и превратилась бы в каменный уголь, была безвозвратно разрушена. Следовательно, если бы не появление белой гнили, угольные пласты, вполне возможно продолжали бы формироваться и по окончании Каменноугольного периода. Это открытие подтверждает гипотезу, высказанную Дженнифер М. Робинсон в ее опубликованной в 1990 году статье, где она предположила, что эволюционное развитие белой гнили могло быть фактором, обусловившим конец Каменноугольного периода.
Структура
Лигнин в клеточных стенках образует прочную структуру в сочетании с целлюлозой - углеводом, состоящим из множества остатков глюкозы. Когда белая гниль разрушает лигнин, структура рассыпается и ставшая доступной целлюлоза, поглощается грибками в качестве пищи.
Способность белой гнили разлагать лигнин, может в итоге быть использована для решения самой насущной и сложной проблемы, связанной с масштабным производством биологического топлива: для получения из растений углеводов, из которых путем ферментации и производится топливо.
Вполне вероятно, что использование белой гнили для получения из клеточных стенок свободной целлюлозы, окажется вполне оправданным. Затем сахара, полученные из целлюлозы при помощи дрожжей, будут преобразованы в спирты, которые послужат основой для производства биологического топлива.
Кроме того, поскольку энзимы белой гнили способны разлагать сложные органические молекулы, они были исследованы на предмет возможности использования их, чтобы разложения веществ, загрязняющих окружающую среду.
Сравнительное исследование геномов
"Наше исследование было призвано реконструировать процесс эволюции механизмов, позволяющих грибкам разлагать лигнин, проанализировать распространенность способных на это энзимов, и лучше определить группы генов, ответственных за их выработку", - сообщил глава исследования Дэвид Гиббетт из Университета Кларка.
Гиббетт и его команда сосредоточились на большом классе грибов, известных под названием агарикомицеты, который включает в себя наряду с вызывающими белую гниль грибками и грибы привычной глазу формы со шляпкой и ножкой. Кроме этого, к классу агарикомицеты относится и коричневая гниль - грибок способный разрушать древесину за счет разложения целлюлозы и гемицеллюлозы, не затрагивая при этом лигнин.
Исследователи сравнили между собой 31 геном - 26 из них были расшифрованы в лабораториях Объединенного института исследований геномов при Министерстве Энергетики США, в том числе 12 расшифрованных специально для этого исследования и впоследствии изученных и описанных на средства ННФ.
По словам Гиббетта: "12 новых генетических последовательностей могут быть впоследствии использованы микробиологами, занимающимися производством биологического топлива, биологической очисткой окружающей среды и так далее. Новый материал равным образом может быть использован и для генной инженерии и для подбора уже существующих микроорганизмов".
"Это исследование демонстрирует, какие объемы информации о сложных биологических процессах - к примеру, о разложении лигнина - мы можем получить, изучая эволюционные взаимоотношения между организмами", - заявил Чарлз Лайдеард, курировавший проект со стороны ННФ.
Эволюция белой гнили
Исследование включало в себя также изучение того, как разлагающие лигнин энзимы развивались во времени при помощи так называемого метода "молекулярных часов". Данный метод основывается на предположении, что гены организма накапливают изменения с относительно предсказуемой скоростью - так же как стрелка часов описывает круг за известный отрезок времени. Возможность оценить эту скорость дает исследователям возможность проследить изменения во времени, и определить, когда различные виды грибков, происходящие от общего предка начали расходиться.
Результаты анализа по методу "молекулярных часов" позволяют предположить, что старейшим общим предком агарикомицетов являлся грибок белой гнили, обладавший набором энзимов, способных разлагать лигнин. Этот вид существовал примерно 300 млн. лет назад. Многие существующие в настоящее время агарикомицеты, включая живущие на деревьях трутовики, вырабатывают разлагающие лигнин энзимы. "Согласно нашему исследованию, способность грибов разлагать лигнин возникла только однажды", - утверждает Гиббетт.
Кроме того, по его словам: "Это исследование еще раз подчеркивает приспособляемость грибов к внешним условиям". Фактом, подчеркивающим приспособляемость можно считать то, что некоторые агарикомицеты сохранили свои разлагающие лигнин энзимы в то время как другие виды, к примеру, коричневая гниль и виды живущие в симбиозе с определенными деревьями и питающиеся за их счет, не вызывая гниения древесины, полностью утратили способность производить эти энзимы, развив другие способы получения питательных веществ.
Возможное применение
Экономическое значение грибов уже настолько велико, что практически не поддается оценке: они используются в различных прикладных областях, включая сельское хозяйство, медицину и фармакологию. Чем больше ученые узнают об этих организмах, тем больше шансов, что будут открыты новые возможности их использования в интересах экономики, окружающей среды, и общего благополучия человечества. Кроме того, возможно будут открыты способы борьбы с древесной гнилью, которая наносит экономике большой ущерб, поражая деревья и разрушая деревянные строения включая дома и корабли.
Джозеф Спатафора из Орегонского университета, соавтор данного исследования, заявил в интервью: "Сейчас наступило очень интересное время для биологической науки. Отчасти мы обязаны этим развитию технологий, позволяющих находить ответы на действительно фундаментальные вопросы".