Грибная матрица
Если о Тюмени в определенном смысле можно говорить как о провинции, то только не в том, что касается науки. В этом я начинаю убеждаться – чем дальше, тем больше. Уникальные ученые, уникальные лаборатории и уникальные разработки – все эти три определения в полной мере можно отнести к лаборатории устойчивости биогеоценозов Института освоения Севера РАН, которой руководит доктор биологических наук Станислав Павлович Арефьев.
Для начала определимся с понятиями. Биогеоценоз (дальше позволю себе использовать аббревиатуру БГЦ) – это участок земли, на котором развивается определенная экологическая система: березовая роща, луг, земляничная поляна… Устойчивость – способность конкретного БГЦ к самосохранению. Для поддержания устойчивости необходимы определенные условия. Чтобы было понятно: человеческий организм устойчив, пока в нем поддерживаются определенные температура, давление, сердечный ритм и т.д. Для устойчивости же БГЦ необходимо еще и сохранение необходимого количества биологических видов, проживающих на данной территории, – птиц, животных, насекомых.
Лаборатория Арефьева занимается выявлением закономерностей, позволяющих оценить степень устойчивости БГЦ.
Одним из наиболее универсальных индикаторов устойчивости выступают, как ни странно, грибы. Правда, не те, которые мы с вами привыкли видеть в банках с укропом и гвоздикой или на сковородке с луком. Речь о трутовиках. Это особая, очень большая и разнообразная группа грибов. Только в Тюменской области их существует более двухсот видов. И каждый обитает в определенных условиях. Если у нас появляется какой-то вид гриба, значит, мы можем сказать, что возникли условия для его существования. Есть грибы, характерные для девственных лесов, не тронутых человеком, существующих в том состоянии, в каком они были 100-200 лет назад. Есть и такие, которые появляются в лесах, уже ощутивших на себе влияние человека.
Грибы – вообще очень интересный биологический вид. Они никоим образом не ограничены в своих «путешествиях». Распространяются спорами и способны облететь весь земной шар. В любом месте всегда есть посевной материал для грибов. И если появились те или иные условия, то споры непременно прорастут. Грибы – показатель того, как меняются климатические и экологические условия – влажность, температура, влияние человека, возраст леса. Все эти характеристики запечатлеваются в облике грибного сообщества. Но открытие тюменских ученых состоит не в этом.
Рассказывает Станислав Арефьев:
– Допустим, нам нужно оценить состояние рощи – устойчивый это лес либо подвержен каким-то негативным изменениям, а может быть, скоро погибнет. Мы выходим в лес, учитываем грибы и заносим их в матрицу грибного сообщества, где каждый вид координирован относительно экологических факторов. Помните, в школе мы учили: ось Х, ось У, и каждая точка имеет свои координаты? Грибы тоже находятся в такой системе координат, только экологической. Мы размещаем их в ячейках матрицы – каждой соответствует один вид гриба, а ему, в свою очередь, – уникальные сочетания экологических условий. Сравниваем сочетание этих факторов и определяем степень устойчивости данного участка леса. Грибное сообщество – фотография леса. Только нужно уметь эту фотографию проявить. Этим мы и занимаемся.
В матрице, разработанной тюменскими учеными, закодировано более 300 видов грибов, распространенных по всему северному полушарию. В ней заложены все данные по грибам не только Тюменской области, но и Западной Европы, Китая, Северной Америки.
Идея создания такой матрицы пришла в голову Арефьеву более десяти лет назад.
– Невозможно описать, как идеи приходят в голову. Это таинство. Но все пошло от таблицы Менделеева. Я почему-то подумал: а почему бы не уподобить каждый вид гриба химическому элементу таблицы Менделеева?
Матрица имеет очень интересную форму – это таблица, которая представляет собой нечто среднее между периодической системой Менделеева и молекулой ДНК. Она существует более чем в трех измерениях. Это достаточно высокий уровень закономерностей. Но ее можно определенным образом спроецировать – так, чтобы каждый экологический фактор был четко виден. Обрабатывается она с помощью специальной компьютерной программы.
– Правильно я понимаю: если взять незаполненный фрагмент матрицы и наложить на него определенные экологические условия, то можно с точностью до 100 процентов сказать, что в этих условиях будут расти определенные грибы?
– Да. И наоборот: если есть какие-то грибы, то мы, вложив их в матрицу, получаем условия, в которых они существуют. Более того, матрица включает в себя виды, уже вымершие, и еще не реализованные. Может быть, они еще не найдены, а может, просто не описаны. В матрицу вписаны все известные науке грибы, но свободные ячейки все же есть, и они говорят о том, что должны быть и другие виды. То есть объективные условия есть, а ячейка свободна. Так же, как в таблице Менделеева были пустые клетки.
Экологическая матрица – это тюменское ноу-хау. Ничего подобного в мире не было и нет. Но сначала ее надо было разработать. Сотрудники лаборатории составляли ее на протяжении более чем десятилетия. Много ездили в экспедиции.
– Помню, мы выезжали на Ямал, на речку Нурма-Ях – это самый северный предел распространения кустарниковой растительности, где могут развиваться дереворазрушающие грибы. Нас выбросили на старую буровую. Вертолет улетает, погода резко портится, с севера дует пронзительный ветер с дождем. Такая погода продолжается четыре дня. Палатки пробивает ветром насквозь. Мы сидим под этим ветром совершенно мокрые. Костер развести не можем, древесина мокрая. Хорошо, что у нас была паяльная лампа. Строгали мелкую стружку, в палатке разжигали костер, выносили его наружу и весь день курсировали от палатки до костра…
Все это время сидели без дела и думали, что программа исследования не будет выполнена. Но, как это часто бывает на Ямале, в одно мгновенье тучи разошлись, выглянуло солнце, и установилась хорошая погода. Я схватил топорик и побежал к ближайшим кустам. А в это время за нами прилетел вертолет. В общем, грибы, причем, действительно, ранее не известные, нашли в самый последний момент. Получили очень интересные материалы.
Побывали везде – от Казахстана и до Ямала, от Урала до Енисея. В сотнях географических пунктов исследовали леса и грибные сообщества, изучая основные закономерности – температуру, влажность, особенности лета и зимы…
Западная Сибирь – уникальный регион для такого рода исследований. Все экологические условия изменяются постепенно и в огромном диапазоне. Эта изменчивость не прерывается ни горами, ни морскими течениями. Сплошная низменность, на которой биологические закономерности очень четко прочерчиваются. В мире это феномен, равного которому нет. Уникальная территория! Тюменская область была просто необходима для приготовления экологической матрицы.
Матрица универсальна. Ее с успехом можно использовать для изучения не только грибного сообщества, но и других биологических видов – птиц, животных, насекомых. А потому интерес к разработке тюменских ученых огромный. Особенно в России.
– Российская наука, – говорит Станислав Арефьев, – вообще склонна выявлять закономерности. А западная – факты. У них, как правило, фактологические исследования: есть какое-то явление – и ладно. А мы все пытаемся объяснить, почему это есть. Для этого и нужна наша матрица.
Век живи – век учись. Всегда считала трутовики грибами-паразитами, которые наносят дереву вред. Оказывается, это не совсем так. Как правило, трутовик ест мертвую древесину, выпавшую из активного участия в экосистеме. Если бы не эти грибы, она бы просто захламляла леса. Трутовик превращает древесину в воздух, воду и минеральные вещества. Его функция – в утилизации древесины, которая экосистеме уже не нужна.
Но есть и другие. Чага, к примеру, – паразитический гриб на живых деревьях. Жизнь такая сопряжена с определенными трудностями. Дерево борется, возникает много метаболитов – продуктов обмена веществ, которые гриб должен вывести наружу. Чага и есть выделения гриба. Но, будучи вредными для дерева, они, обладая лечебными свойствами, очень полезны для человека.
Так же, как другой вид трутовика – ганодерма: ряд лечебных препаратов современного поколения основан как раз на использовании этого гриба. К лекарственным грибам относится и лиственничная губка, обладающая уникальными свойствами для заживления ран. На 70% она состоит из мылоподобных веществ. Лиственничную губку испокон веков использовали ханты, манси, ненцы. Это редкий вид гриба – он внесен в Красную книгу Тюменской области.
Трутовик, вообще, неразрывно связан с историей человечества. Им пользовались для получения огня: трут – потому и трутовик. Из гриба под названием «кожистые губки» изготовляли шляпки для модниц. Трутовики и сегодня используют для различных поделок и украшений.
***
фото: Станислав Арефьев; такой знакомый гриб чага.