|
|
|
№ 22 (3745), 30 ноября 2006 года
|
 |
|
наука
|
|
|
Царство Микота
и проклятие фараонов
В истории развития человеческой цивилизации грибы всегда занимали особое место.
Было время, их относили к царству Хаоса. Люди долго не могли понять, что это за организмы, которые имеют много схожего и с растениями, и с животными. Но не являются ни растениями, ни животными. Почему, имея уникальное строение, они растут как растения. А питаются скорее как животные. Лишь химический состав их клеток однозначно свидетельствует о том, что эта полностью обособленная и самостоятельная группа живых организмов образует особое царство. Царство Mycota».
|
 |
Дмитрий Юрьевич Власов |
|
Если мы оставим на столе открытую чашку Петри, в ней через сутки-двое появится колония грибов. Грибам нет равных как продуцентам биологически активных веществ. То, что выглядит на фотографии, как склон горы, на самом деле -– кристалл. Обычный кварц, обычный камень, из которого микроскопическим грибам, казалось бы, нечего брать. Но они очень уютно себя чувствуют в его микроскопической трещине и охотно развиваются.
Наш гость, заместитель директора БиНИИ по науке, кандидат биологических наук, доцент Дмитрий Юрьевич ВЛАСОВ открывает ноутбук, на жестком диске которого – десятки тысяч фотографий. Переходя от изображения к изображению, ученый поясняет:
-– Это колонии, развивающиеся на поверхности природного камня в Антарктике. Видны клетки, образующие скопления. Они находятся между кристаллами, очень устойчивы к стрессу, весьма приспособлены к высокому уровню ультрафиолета. Грибы -– одни из немногих обитателей антарктических экосистем. Одна клеточка – примерно 5 микрон. Колония может достигать 200-300 микрон. Располагаются они в трещинах, углублениях, там, где условия для жизни помягче. Питаются в основном продуктами жизнедеятельности других микроорганизмов – бактерий, водорослей, некоторых лишайников, но используют минимальное количество питательных веществ, демонстрируя максимально экономичный метаболизм. Поэтому их исследование в природных экосистемах дает возможность проследить механизм эволюции, адаптации к новым материалам и новым субстратам.
-– Какая температура воздуха во время съемки?
-– Антарктическое лето. Температура около 0 градусов по Цельсию. Ночью — холоднее. Поэтому грибы постоянно, можно сказать, ежесуточно, проходят цикл – замораживания-размораживания. Камень трескается, и в этих трещинах поселяются микроорганизмы, которые способствуют его дальнейшему разрушению. Колонии грибов растут очень медленно, потому что им тяжело, и стресс постоянный, но, тем не менее, они приспособились к жизни в тяжелых условиях и зачастую ведут себя как биодеструкторы, разрушители материалов.
Они там, где не живут другие
Антарктической зимой они уходят в состояние покоя, образно говоря, впадают в спячку. Обретают довольно темные оболочки, содержащие меланин – защитный пигмент, он встречается и у человека, и у других представителей органического мира. Меланин обеспечивает им надежную защиту, благодаря которой они в состоянии покоя могут находиться довольно долго. Как только наступают благоприятные условия, микроскопические грибы – микромицеты –- немедленно возобновляют рост. Растут они очень медленно, поэтому возраст колоний может исчисляться сотнями лет. Достоверно определить их возраст практически невозможно.
|
 |
Слева В.А.Крыленков (БиНИИ СПбГУ), Д.Ю.Власов (БиНИИ СПбГУ) и сотрудник китайской полярной станции «Великая стена». |
|
-– Не смейтесь, но какова цель их жизни?
– (Смеется.) Создается впечатление, что главная цель их жизни – выжить. В процессе эволюции микромицеты накопили массу приспособлений для существования в экстремальных условиях. Сейчас их находят в самых неожиданных местах. Например, в кариесе зубов у людей находят эти грибы. Во всяком случае, очень похожие. Они там, где не живут другие. Мне кажется, именно таким способом они уходят от конкуренции. Потому что другие грибы или другие организмы просто забивали бы их при более благоприятных условиях. Но, уйдя от конкурентов в экстремальные условия существования, они прекрасно себя чувствуют, развиваются и даже процветают.
– А возможна ли между отдельными разновидностями грибов внутренняя конкуренция?
– Конкуренция возникает, если на поверхность того же камня попадает достаточно большое количество органики. Допустим, если птицы недалеко гнездятся. В Антарктике в прибрежной зоне довольно много колоний птиц и морских животных – в этих условиях лучше себя чувствуют быстрорастущие грибы. Они более активно захватывают субстрат, потому что у них есть источники питания – органическое вещество. Но по мере удаления от орнитофильных сообществ, в глубь континента, начинают выживать более приспособленные к суровым условиям микромицеты. А быстрорастущих уже почти нет. Мы их почти не встречаем.
-– Дмитрий Юрьевич, вспомните, пожалуйста, когда увлечение грибами переросло в научный интерес?
– Сначала, в детстве, я, как и все обычные люди, просто радовался, когда находил в лесу подберезовик или белый гриб. Для меня, как и для многих людей, грибы представлялись замечательными творениями природы -– со шляпкой и ножкой, которые радуют глаз в осеннем лесу. Позже, в университете, куда я поступил в 1976 году, я узнал о том, что грибы представляют собой уникальную группу живых организмов, чрезвычайно разнообразных по форме, строению, способам размножения, физиологическим и биохимическим особенностям. Что грибы занимают особое положение в системе органического мира и выделяются в самостоятельное царство «Mycota». Отсюда и название науки, изучающей грибы – «микология».
Царство Микота
Сегодня известно около 100000 видов грибов, однако, по мнению многих ученых,х это лишь менее 10% от их возможного разнообразия. Ежегодно описываются сотни новых видов в различных уголках земного шара в самых разнообразных экологических условиях. Подавляющее большинство известных грибов имеет микроскопические размеры. Это микромицеты. Они встречаются повсюду, играя очень важную роль в жизни людей. Грибы сегодня можно считать одной из процветающих групп организмов на земле. Они смогли адаптироваться к жизни в самых разнообразных условиях – от жарких пустынь и высокогорий до холодных пространств Арктики и Антарктики. Можно сказать, что грибы играют важнейшую роль в современных наземных и водных экосистемах. Многие не верят, но грибы отлично живут в воде. Есть очень интересная и разнообразная группа водных грибов, которая вместе с водорослями, беспозвоночными животными участвует в биообрастании различных погруженных в воду объектов – днищ кораблей, гидросооружений, трубопроводов. В основном мы наблюдаем, конечно, макрообрастания – водоросли, моллюски, но грибы играют в этих обрастаниях существенную роль. Донные отложения «наводнены» грибами.
|
 |
 |
Остров Короля Георга (Группа Южных Шетландских островов, Западная Антарктика) |
Российская антарктическая полярная станция «Беллинсгаузен» |
|
-– В каких отношениях находится Царство Микота с сопредельными царствами?
-– В природе есть несколько царств: царства бактерий, животных, растений и царство грибов. Взаимодействие очень существенное, потому что предполагает контакт с представителями всех царств.
В процессе эволюции грибы и растения шли, можно сказать, рука об руку. Выход растений на сушу в древние времена во многом был обусловлен их симбиозом с грибами. Появились многие паразитические формы грибов, и сейчас существуют институты и крупные научные центры, которые изучают грибные болезни растений. Появилась наука фитопатология, которая занимается этими проблемами. Среди грибов много паразитов и животных, есть организмы, которые взаимодействуют с бактериями. Много среди них как вредных, так и полезных. В пору работы над кандидатской диссертацией я много времени посвятил проблеме переноса грибами вирусов растений.
|
 |
Лишайник на поверхности карельского мрамора |
|
В природе, так получилось, грибы несут как разрушительное начало – они все-таки способны разрушать очень многие материалы, в том числе и техногенные, -– так и пользу. Польза, прежде всего, в их исключительной пищевой ценности. В любой лесной экосистеме они трансформируют отмирающие растительные остатки. Фактически очищают лес от отмершей растительной органики, превращая ее в почву.
Но не только. Еще в древние времена люди научились культивировать съедобные грибы, использовать их в медицинских целях. По способности продуцировать разнообразные биологически активные вещества грибам просто нет равных. Невозможно представить современную медицину без антибиотиков, получаемых из грибов. А такие области пищевой промышленности, как пивоварение, хлебопечение или виноделие, в принципе не могут обходиться без дрожжей, которые тоже являются грибами.
-– Какие свойства микромицет вы исследовали в Египте, и какие в Арктике?
-– И там, и там мы исследовали способность грибов существовать в труднодоступных условиях. Сейчас появилось новое направление в биологии – экстремальная биология. Она изучает организмы в экстремальной среде. Например, есть микромицеты, которые называются «черные дрожжи» – они по строению напоминают обыкновенные дрожжи – но имеют черный цвет, в отличие от обычных. Так вот: в условиях резких перепадов температур, в условиях голодания, в условиях высыхания и инсоляции встречаются очень сходные виды, хотя условия выживания полярно противоположные. А механизмы адаптации – как ни странно, общие.
Тихие биотеррористы
Грибы повреждают огромное количество различных материалов, выводят из строя целые промышленные сооружения. Из-за активности грибов были утрачены многие ценнейшие памятники культурного наследия. Микромицеты и сегодня проявляют себя как наиболее активные деструкторы природных и антропогенных материалов.
Несколько лет назад в Петербурге был создан общественный региональный фонд, который называется «Фонд противодействия разрушению городской среды Санкт-Петербурга». Основная задача – мониторинг городской среды, с точки зрения поражения зданий и сооружений и отслеживание общего инфекционного фона. Фонд объединил усилия многих ведущих специалистов в разных областях, и их исследования показали, что именно антропогенная среда сильно меняет состав микробных сообществ, подвергая микробиоту наиболее существенным изменениям. Появляются агрессивные формы. Поэтому было интересно, как те же виды ведут себя в условиях, далеких от мест обитания человека. Антарктика в этом смысле – идеальная среда, подвергшаяся наименьшему воздействию. Заповедный континент. Но, поскольку и она в последнее время активно осваивается, туда попадают новые материалы, новые микробы и новые грибы. Они либо существуют в замкнутых пространствах полярных станций, либо начинают самостоятельно приспосабливаться к суровым условиям Антарктики.
|
 |
Рисунки на стене храма, поврежденные микроскопическими грибами. |
|
В то же время, назовем их условно, «местные» грибы могут переходить на новые материалы, вступать во взаимодействие с новыми формами и продолжать свое дальнейшее развитие. Идея такого рода исследования давно обсуждалась, была поддержана Международной антарктической экспедицией, и 48 и 49 экспедиции проводились, в том числе, и для исследования микробиоты полярных станций. И они помогли приблизиться к ответу на вопрос, как именно человек влияет на биологические системы Арктики и Антарктики.
В будущем году, в феврале, мы вместе с моим коллегой Вячеславом Александровичем Крыленковым собираемся принять участие в 52-й экспедиции, чтобы исследовать Восточное побережье Антарктики.
– Не исключаете, что можете столкнуться с формами, открывающими загадку происхождения «птичьего гриппа»?
– Есть гипотеза, что в тех регионах, где собираются птицы со всего мира, могут возникать очаги новых инфекционных форм. Они проходят адаптацию в очень суровых условиях, и перенесенные за тысячи миль, в более благоприятные условия, могут служить источником новых опасных заболеваний. Недавно вышел атлас, который был подарен нам коллегами из Германии – атлас клинических грибов, в котором многие виды рассматриваются как условные патогены человека. Если человек ослаблен, если не обладает достаточно сильным иммунитетом, такие грибы способны внедряться в организм и вызывать определенные формы поражения, либо кожных покровов, либо дыхательных путей. Возможны разные формы проявления, поэтому их изучение представляет интерес с точки зрения медицинской микологии.
Фонд концерна «Фольцваген» и другие гранты
Кстати, многие грибы были обнаружены в древнеегипетских храмах, на раскопках храма Луксора, и я не исключаю, что именно эти грибы имеют отношение к легенде о проклятии фараона. При определенных условиях они могут быть патогенны в отношении человека. Могут вызвать болезни, в том числе и смертельные. Сейчас уже доказано, что многие представители этой группы грибов относятся к клиническим агентам.
– А тема охраны памятников как возникла?
– В какой-то мере случайно. Защитив диссертацию во Всесоюзном институте защиты растений, я вернулся в университет заведующим лабораторией микологии БиНИИ и некоторое время продолжал заниматься фитопатологией. На одной из конференций встретил коллег из Германии, из Ольденбургского университета, которые предложили нам участвовать в совместной экспедиции в Крым, в Херсонес. Фонд концерна «Фольцваген» финансировал эту работу. Профессор Вольфганг Крумбайн много лет занимался изучением повреждений материалов в Средиземноморье, его работы известны во всем мире. Он — один из ведущих специалистов, - приехал к нам и предложил попробовать. Отказаться было бы просто грешно. В экспедиции приняла участие Людмила Константиновна Панина, заместитель директора Института физиологии и еще два специалиста из Украины. Мы проехали практически по всем древним памятникам Крыма. Собрали уникальный материал, очень интересный, свидетельствующий о колоссальной роли микроорганизмов, в частности грибов, в процессах разрушения этих памятников. Фонд и наши коллеги из Германии дали нам возможность часть работ выполнять на базе Ольденбургского университета, в хорошо оборудованных и оснащенных лабораториях. Вскоре был получен грант INTAS, который дал толчок к дальнейшим исследованиям. Затем были гранты РФФИ, и поступили интересные предложения от людей и организаций, занимающихся охраной памятников. Это направление очень быстро развивалось. Мы даже организовали практику для наших студентов на базе Херсонеса. Эта работа стала началом подготовки специалистов по этой тематике. Было защищено три кандидатские диссертации, опубликовано много работ в российских и зарубежных изданиях.
-– Не только межгосударственные, но и междисциплинарные связи, вероятно, укреплялись?
– Да, качественный скачок произошел в результате взаимодействия с нашими коллегами-геологами. Работа комплексная, для того чтобы понять механизмы биоповреждений, нужно знать камень, материалы. Нам очень помогли замечательные профессора геологического факультета СПбГУ Андрей Глебович Булах, Ольга Викторовна Франк-Каменецкая, а результатом совместной работы стала монография «Экспертиза камня в памятниках архитектуры», которая была выпущена издательством «Наука» под редакцией Андрея Глебовича Булаха, где рассмотрены примеры комплексных работ по исследованию исторических памятников.
Университетский уголок в некрополе
Сейчас мы активно сотрудничаем с Музеем городской скульптуры, апробируем различные способы защиты памятников от биоповреждений. В этой работе принимают самое активное участие студенты наших двух факультетов. Выделены соответствующие специализации. И студенты занимаются очень охотно. Сохранение памятников – очень важная и очень перспективная задача.
–- ГИОП разрешает вам защищать памятники только сертифицированными средствами или дает возможность поэкспериментировать в научных целях, опробовать что-то новое?
-– Со специалистами ГИОПА и ведущими реставраторами Эрмитажа, Музея городской скульптуры мы работаем практически рука об руку. И все наши предложения основаны на результатах биологических исследований. Мы все всегда сначала проверяем в лаборатории. Проверяем любой способ защиты против конкретных деструкторов, против грибов, которые разрушают памятники именно в наших климатических условиях.
-– Можно ли говорить о том, что вам и вашим коллегам принадлежит патент на изобретение того или иного состава, средства? Или вы пользуетесь наработками и материалами западных коллег?
– Люди во всем мире борются за сохранение памятников, существует масса средств защиты и масса составов. Есть препараты очень сильные, но очень токсичные. Есть сильные, но по ряду параметров невозможные к применению в нашем климате.
Наша задача – оценить состояние повреждений, дозировку того или иного состава, очередность обработок, их длительность. То есть разработать оригинальную методику их применения в конкретных условиях. Это те нюансы, которые мы обязаны учитывать, приступая к работам, скажем, на мраморе.
Сейчас мы, совместно со специалистами Института химии силикатов РАН, Технологического института, работаем над тем, чтобы получить принципиально новые методики обработки на основе использования защитных фотокаталитических материалов. Есть первые обнадеживающие результаты, и здесь я хочу поблагодарить руководство Музея городской скульптуры за то, что они с пониманием отнеслись к особенностям нашей работы. Дают возможность проводить испытания. Благожелательно относятся к нашим студентам в период практики. Сейчас в Некрополе, в той части, которая относится к XVIII веку, благодаря общим усилиям, появился так называемый «Университетский уголок». Участок довольно большой – на сегодня уже более 100 памятников обработано специальными составами. Однако, работа по сфинксам на Университетской набережной была особо запоминающейся.
-– Выезд экспедиции в Египет был как-то связан с этой работой?
|
 |
Колонии гриба Aspergillus niger, изолированные с поврежденного участка памятника Аменхотепу III (Египет, Луксор). |
|
– Да, все как-то очень удачно сложилось. Наши сфинксы, петербургские, стояли в храме Аменхо-тепа III. Лицо сфинкса – скульптурный портрет Аменхотепа III.
К 300-летию Санкт-Петербурга группа ученых под руководством Андрея Глебовича Булаха провела качественную экспертизу этого памятника, одного из символов Петербурга. Выдала необходимые рекомендации реставраторам. В городе находилась в то время делегация ученых из немецкого Института археологии. Они оценили качество работы по сфинксам и пригласили нас в страну происхождения.
Проклятие фараона
Египет -– одно из самых загадочных мест, в том числе и для микологов: интересно было, узнать, как там живут наши подопечные и как развиваются. Тем более, что в Египте используются самые современные технологии, работает очень много американцев, французов, немцев. Поэтому мы с удовольствием приняли предложение и вместе с Анатолием Александровичем Золотаревым, доцентом кафедры минералогии, отправились для исследований в район Луксора.
— Что вы узнали о предках грибков, которые живут на наших сфинксах?
– Есть такой гриб, он называется Aspergillus niger, который в Египте занимает доминирующее положение. Он – везде. И гриб этот очень опасен. Если взглянуть на росписи стен старинных храмов, где сохранились природные минеральные краски, можно заметить, что наибольшие разрушения и утраты – от деятельности именно этого грибка. Он обитает в подземных сооружениях Египта и вызывает черные разрастания на поверхности стен. Этот грибок представляет наибольшую опасность для людей. Когда говорят о проклятии фараонов, боюсь, речь идет именно об этом объекте. Он наиболее жизнестоек, несмотря даже на высокий уровень засоления. После строительства Асуанской плотины уровень вод поднялся как раз в районе концентрации всех этих древних памятников. И многие из них начали разрушаться именно вследствие засоления, на фоне которого не каждый живой организм может развиваться. Aspergilius niger -– может. Он очень вынослив. У нас он не так активен, как в Египте, но тоже чрезвычайно приспособлен для своего черного дела.
|
 |
Участники экспедиции в Египет. Слева направо: Д.Ю.Власов (БиНИИ СПбГУ), С.Б.Щигорец — петербургский реставратор, А.А.Золотарев (геологический ф-т СПбГУ) |
|
— Результаты ваших исследований могут быть использованы в коммерческих целях?
-– Думаю, да. Разработка новых составов, которую мы осуществляем совместно со специалистами РАН и некоторых коммерческих структур, может привести к созданию препаратов, которые превосходят по эффективности уже имеющиеся. В рамках Наукограда мы планируем создать лабораторию по тестированию различных материалов. Эта идея уже сегодня поддержана правительством города. Нам, впервые в России, удалось утвердить нормативный документ, который определяет необходимость анализа биостойкости материалов, выпускаемых нашей промышленностью. Все материалы, которые используются в жилищном и капитальном строительстве, должны будут проходить тестирование на устойчивость к грибам в различных условиях. Но это – будущее. Возможно – отдаленное.
Пока же мы опираемся на гранты, научные программы, как отечественные, так и зарубежные. И наши главные партнеры – городские музеи -– по определению организации не богатые, поэтому с ними мы сотрудничаем практически бескорыстно.
— Нет ли у вас идеи создать научный центр, объединяющий все направления изучения микробиоты – медицинское, фито, био?
— Надеюсь, в Наукограде удастся создать нечто подобное. В современной науке многое строится на взаимодействии смежных дисциплин, использовании арсенала смежных методов. Поэтому мы, микологи, рассчитываем на контакт, на творческий союз и с химиками, и с физиками, и с геологами. Всеми, кто проявит интерес к совместной работе.
— Между исследователем и объектом исследования всегда возникают личные отношения. Как вы относитесь к грибам?
— Я их по-своему люблю. Хотя многие из них опасны и приносят вред. Но они образуют такие оригинальные, даже элегантные колонии, что ими нельзя не любоваться. Под микроскопом разветвленные мицелии напоминают иногда изысканные цветы. И как цветы или полотна великих мастеров, они доставляют огромную радость общения с этим миром. Очень разнообразным и загадочным. Пока, к сожалению, мало изученным. 
Беседу вел Игорь Евсеев
|
