Выше было указано, что у нематоды имеется множество естественных врагов, обитающих в почве, причем некоторая доля поэтической правды заключается в том факте, что эти в высшей степени преуспевающие паразиты сами являются добычей для многочисленных других организмов, включая бактерий, грибы, мельчайших животных и даже хищных нематод. Не может быть лучшего примера, подтверждающего справедливость изречения, что жизнь в природе состоит из спряжения глагола «есть» в действительной и страдательной формах. Если мы хотим бороться с нематодами, выпустив на них одного из наиболее прожорливых врагов, то с первого взгляда может показаться, что не возникает никаких затруднений при наборе микробиологической гвардии для защиты сельскохозяйственных растений и что вопрос будет заключаться в том, каких из многих претендентов принять и каких отвергнуть. Однако на деле все обстоит не так просто, как кажется. Некоторые из наших потенциальных союзников являются так называемыми в биологии облигатными паразитами, способными существовать только в тканях животного-хозяина, которым они питаются. Их нельзя выращивать и размножать искусственным путем в лаборатории, так что использование их в широком масштабе неосуществимо. Другие паразиты слишком разносторонни по своим вкусам и потому недостаточно надежны, поскольку они могут растратить свою энергию на различные объекты вместо того, чтобы сосредоточиться, подобно солдатам, на том враге, которого они должны уничтожить. По этой, а также по ряду других причин наш выбор строго ограничен, и в нашем распоряжении остается лишь горсточка возможностей, из которых наиболее существенной является возможность использования хищных грибов.
Выражение «хищный» может показаться странным в применении к такому неподвижному организму, как гриб, поскольку этот термин связан с представлением об активном преследовании добычи. Правда, некоторые из наших обычных поганок пользуются дурной репутацией — обычно совершенно незаслуженной — как источник таинственных и гибельных ядов, но представление о грибе, как о притаившемся тигре, готовом прыгнуть на свою ничего не подозревающую жертву, принадлежит к тому роду научной фантастики, где человекоядные растения тропических венузийских болот с их ядовитыми испарениями лежат в засаде, чтобы поймать неосторожного путника своими клейкими щупальцами. Однако в случае хищных грибов правда по крайней мере также фантастична, как вымысел.
Не следует забывать, что нематоды мощны и чрезвычайно активны для своих размеров; они передвигаются с места на место при помощи быстрых движений тела, так что сильная особь пересекает поле зрения микроскопа со стремительной скоростью морского угря на палубе тральщика. Поймать такое животное далеко не легкая задача для гриба, состоящего из нитей, настолько нежных, что тончайшая паутинка по сравнению с ними напоминала бы канат по сравнению с куском веревки. Для разрешения этой задачи хищный гриб пользуется средствами столь же необыкновенными, сколь эффективными.
Для понимания конструкции таких ловушек для нематод следует ясно представить себе, что означает понятие «гриб». Грибы и поганки наших лесов, так часто встречающиеся осенью, обычно называют «грибами», но это не точное значение этого слова. Гриб в этом понимании не представляет собой всего гриба, а лишь его плодовое тело, несущее споры, при помощи которых он размножается. Основное тело, или мицелий, гриба находится непосредственно под той поверхностью, на которой гриб растет. Мицелий состоит из бесчисленных тонких нитей, или гиф, которые разветвляются и вновь соединяются, образуя нежную ткань, пронизывающую верхний слой почвы и извлекающую питательные вещества из содержащегося в ней органического вещества (гумуса). Нити, или гифы, невероятно тонки. Для их измерения мера (тысячная доля дюйма), принятая в технике, слишком груба; вместо нее биологи употребляют микроскопическую единицу, обозначаемую через греческую букву μ, равную одной тысячной части миллиметра. Даже и в этом случае гифы гриба редко бывают в диаметре больше нескольких μ.
Поэтому, когда мы собираем грибы для того, чтобы их зажарить, мы берем не весь гриб, а лишь срываем плодовое тело (орган размножения), вырастающее на поверхности почвы и образуемое основным телом гриба, или мицелием. Такое положение плодового тела, кстати сказать, помогает вынести воспроизводящие тела, или споры, гриба на некоторое расстояние над поверхностью почвы, где они и разносятся воздушными токами. Мицелий, являющийся основным телом гриба, остается в почве и может на наше счастье образовать еще несколько плодовых тел для будущих завтраков.
Хорошо известная «грибница», которой пользуются при разведении грибов, состоит из специального компоста, содержащего грибной мицелий, гифы которого пронизывают весь компост, так что небольшие куски его будут разрастаться при помещении в соответствующие условия. В отличие от лягушечьей икры, являющейся фактически массой икринок, грибница не зависит от наличия специальных воспроизводящих тел. Однако гифы мицелия прекращают свой рост при высыхании и пребывают в состоянии приостановленной жизни до тех пор, пока увлажнение и соответствующая температура не приведут их опять в деятельное состояние.
Хищные грибы, подобно обычным грибам, обладают мицелием, состоящим из бесчисленных тонко ветвящихся гиф, но в отличие от обычных грибов они не образуют массивных плодовых тел, видимых простым глазом. Подобно обычным грибам, они размножаются при помощи мельчайших семяподобных тел — спор, слишком мелких для того, чтобы их можно было разглядеть невооруженным глазом. Эти споры образуются на концах очень тонких воздушных ответвлений, расположенных по всему мицелию, а не собранных вместе в компактное плодовое тело. Таким образом, наличие хищных грибов можно обнаружить лишь под микроскопом. Если споры попадают в подходящие условия, они прорастают и дают начало новому мицелию; так как эти споры очень многочисленны, то нет ничего удивительного в том, что хищные грибы весьма обычны в естественных условиях, хотя существование их было обнаружено немногим более 50 лет назад,
Первым хищным грибом, признанным за таковой, был Arthrobotrys oligospora Fres.; добавление к названию гриба обозначает фамилию великого миколога — Фрезениуса, впервые описавшего этот гриб свыше 100 лет назад. Фрезениус наблюдал споры и мицелий Arthrobotrys oligospora с большой точностью, но ему остался неизвестным тот замечательный факт, что наряду со способностью существовать в качестве сапрофита на разлагающемся органическом веществе этот гриб склонен пополнять свое меню, улавливая нематод. Эта способность оставалась неизвестной в течение почти 40 лет, потому что лишь в 1888 г. Вильгельму Фридриху Цопфу, в то время профессору университета в Галле, удалось доказать при помощи усовершенствованной техники, что этот замечательный гриб улавливает живых нематод. Описание им этого процесса, иллюстрированное превосходными рисунками, изображающими поглощение нематод, остается одним из классических образцов микологических исследований. Наблюдения Цопфа были повторены спустя почти 50 лет в Америке Чарлзом Дречслером, который не только расширил и местами исправил первоначальное описание Цопфа, но доказал также существование ряда других хищных грибов; некоторые из них уже были известны как сапрофиты — волки в овечьей шкуре, — хищной деятельности которых никто не подозревал. Способ, которым Arthrobotrys oligospora улавливает свою грозную добычу, лучше всего наблюдать, выращивая его на агаре в плоских стеклянных чашках и наблюдая за его деятельностью под микроскопом. Агар изготовляется из морских водорослей. Его можно развести в воде, содержащей питательные вещества для гриба; при охлаждении же до комнатной температуры он застывает, подобно желатину, из которого приготавливают желе, выгодно отличаясь от последнего тем, что он не так легко тает, так что культуры на агаре можно держать в инкубаторе, нагретом до такой температуры, при которой желатин пришел бы в жидкое состояние. Поскольку агаровое желе прозрачно, грибы, произрастающие на его поверхности, легко видимы под микроскопом, а когда гриб достигнет требуемой стадии развития, небольшие кусочки культуры, как ее называют, можно удалить и приготовить из них препараты для детального микроскопического исследования. Посредством этого способа все детали процесса улавливания и поглощения нематод были изучены и описаны.
Ловушка для улавливания нематод у Arthrobotrys oligospora действует по принципу липкой бумаги для ловли мух. Если активную культуру гриба наблюдать под микроскопом, то можно заметить, что гифы снабжены множеством мелких петель, соединяющихся и образующих сеть; поскольку петли образуются под прямыми углами одна к другой, системы созданных таким образом сетей измеримы не только в длину и ширину, но также и в глубину, будучи похожи скорее на скомканную проволочную сетку, чем на плоскую рыболовную сеть (см. рис. 6—11). Петли сети очень клейкие благодаря присутствию на них вязкой жидкости, подобной патоке, но относительно гораздо более клейкой. Если передвигающаяся нематода случайно коснется одной из петель, а они образуются в большом изобилии, так что вероятность такого случая далеко не ничтожна, — она сейчас же будет задержана, как муха на липкой бумаге. Нематода не остается при этом пассивной: она энергично борется в течение некоторого времени, дергая мицелий гриба из стороны в сторону при отчаянных попытках освободиться, которые, однако, редко удаются. Примерно через два часа бьющиеся движения животного замедляются, и вскоре оно становится неподвижным и, по-видимому, погибает. Эта довольно быстрая иммобилизация добычи является выдающимся свойством действия Arthrobotrys oligospora и родственных ему грибов.
Рис. 6. Клейкие сети гриба Arthrobotrys oligospora .
А — ответвление мицелия, начинающее заворачиваться; Б — первая петля сети образовалась, вторая начинает отрастать от верхушки первой; В — более поздняя стадия образования сети с двумя полными и несколькими образующимися петлями; Г — сети с нематодой, пойманной за голову и хвост. Обратите внимание на гифы гриба, вырастающие из инфекционных луковиц внутри тела нематоды, Увеличено в 400 раз.
Поймав нематоду, гриб затем должен ее съесть. Это делается совсем просто. Очень тонкий росток отходит от петли гриба как раз в том месте, где находится нематода; росток, видимый только при очень сильном увеличении, проникает сквозь кутикулу нематоды, внедряясь в ее тело. Здесь кончик его набухает, образуя шарообразную структуру, называемую инфекционной луковицей, достигающую половины и более диаметра нематоды. Иногда инфекционная луковица бывает настолько велика, что тело животного кажется несколько вздутым в месте ее образования. Затем на поверхности инфекционной луковицы появляется несколько мелких выростов; они превращаются в нити гриба, трофические гифы, увеличивающиеся в длину настолько быстро, что в конечном итоге они заполняют тело нематоды. Наряду с этим процессом происходит разложение внутренних органов погибшего животного с выделением маслянистого вещества, которое скрывает подробности процесса роста гриба от наблюдателя, смотрящего в микроскоп.
Рис. 7. Клейкие нити, образуемые мицелием гриба Trichothecium cythosporium . К этим сетям, как мухи к липкой бумаге, прилипают нематоды, которых гриб умерщвляет и использует для своего питания. Бледные линии, образующие сеть, представляют собой гифы гриба. Увеличено в 225 раз.
Рис. 8. Клейкие сети гриба Arthrobotrys cladodes var. macroides . Микроскоп установлен на верхние части петель так, что протяженность сети в трех измерениях ясно видна. Увеличено в 330 раз.
Рис. 9. Совершенно то же, что на рис. 8, но здесь микроскоп установлен на поверхность культуры. Прямостоячие петли смазаны, но гифы, несущие сети, можно различать в виде двойных линий, пересекающих снимок по всем направлениям. Остатки пойманных нематод затемняют петли, расположенные на субстрате (слева вверху и справа в середине). Увеличено в 330 раз.
Рис. 10. Молодые сети гриба Arthrobotrys cladodes var. macroides . Гифа, несущая сети, пересекает снимок по диагонали. Неправильной формы предмет справа от более крупной сети, над гифой — амёба (микроскопическое животное). Увеличено в 525 раз.
Наступает очередь трофических гиф, находящихся внутри нематоды, поглощать материал, содержащийся в теле жертвы, и передавать его через инфекционную луковицу мицелию гриба. Это делается очень быстро, так что примерно через 24 часа после того, как нематода была поймана, от несчастной остается только кутикула, полностью заполненная трофическими гифами, все еще присоединенными к петле сети. На последней стадии рассматриваемого процесса живое содержимое трофических гифов переходит обратно в исходную сеть, оставляя пустыми остатки нематоды и содержащиеся в них нити, настолько прозрачные, что они почти невидимы под микроскопом.
Клейкие сети Arthrobotrys oligospora действуют с такой эффективностью, что при рассмотрении под микроскопом производят почти ужасающее впечатление. В мощной культуре гриба нематоды улавливаются и истребляются в огромных количествах, и хотя отдельные нематоды слишком малы для того, чтобы их можно было разглядеть простым глазом, но кучи мертвых и умирающих жертв можно легко разглядеть даже без помощи увеличительного стекла, в то время как запах разложения заметен даже для наименее тонкого обоняния. Даже самые сети могут быть скрыты под нагроможденными телами их добычи.
Arthrobotrys oligospora является самым обычным из грибов, улавливающих нематод, и его можно с большой закономерностью обнаружить в почве, в разлагающемся растительном материале разного рода и в помете животных. Если небольшое количество довольно свежего конского навоза поместить в стеклянный сосуд и смочить, то гриб A. oligospora можно часто обнаружить в больших количествах в молочной жидкости, собирающейся по краям сосуда; эта жидкость изобилует нематодами и представляет собой замечательный склад дичи для любых хищных грибов, содержащихся в навозе. Если выделить из него культуру, поместив небольшой кусочек навоза площадью примерно с двухкопеечную монету (сикспенс) на середину стеклянной чашки, наполненной агаром, и оставить там на несколько дней, то свободно живущие в навозе нематоды выйдут из него и начнут ползать по поверхности агара. Обычно оказывается, что их преследуют грибы, подобные Arthrobotrys, причем грибные нити вырастают из навоза, радиально расходятся во всех направлениях по поверхности агара, образуя в изобилии свои клейкие сети. Вскоре культура начинает походить на поле боя: под микроскопом обнаруживается множество борющихся нематод, изгибающихся и выбивающихся в попытках вырваться из объятий гриба, тогда как вся поверхность агара усеяна трупами на различных стадиях разложения. К счастью, трудно испытывать жалость к нематодам; иначе изучение хищных грибов было бы тяжелым испытанием для любителя животных.
Рис. 11. Старая сеть гриба Arthrobotrys cladodes var. macroides . Петли сети настолько многочисленны, что трудно различить их индивидуальное строение. Часть трупа пойманной нематоды простирается от верхней границы снимка до левого его края. Увеличено в 525 раз.
В культуре такого рода гриб обычно обнаруживает быстро растущую свирепость до тех пор, пока не будет достигнут максимум, наблюдаемый в течение нескольких дней, причем продолжительность его зависит от ряда обстоятельств, в том числе от количества доступных для гриба нематод, после чего плотоядный аппетит гриба к живой пище начинает убывать. Если гриб активен, то культура может быть освобождена от нематод, если же этот вид менее прожорливый, то постоянная потеря активности позволит наконец оставшимся животным с безопасностью пробираться около стареющего мицелия. Почему гриб теряет таким образом свою вирулентность — вопрос еще не решенный, но Командой и де Фонбрюн в блестящем исследовании, которое будет описано ниже, показали, что возраст мицелия служит очень важным фактором, определяющим степень активности гриба по отношению к нематодам.
Известно около 20 видов грибов, улавливающих нематод при помощи клейких сетей, подобных сетям гриба Arthrobotrys oligospora. Сети большинства из них совершенно одинаковы по своей структуре, так что решить, какой вид мы рассматриваем в данный момент, невозможно, если не удастся увидеть и измерить мельчайшие, похожие на семена, споры. Так, например, споры A. oligospora грушевидной формы и состоят из двух клеток; длина их всего 25 μ, так что для их измерения требуется еще более тонкое орудие, чем штангенциркуль с нониусом. Это определение проводится совершенно просто путем помещения в трубку микроскопа специального окулярного микрометра с нарезной шкалой, разделенной на 100 равных частей; шкалу передвигают до тех пор, пока она не попадет на изображение споры, длину которой можно определить в единицах шкалы; для того чтобы получить ответ, выраженный в μ, нужно только знать соответствующий коэффициент, на который следует умножить полученное показание. Этот коэффициент определяют заранее, проверив шкалу окулярного микрометра на объективном микрометре, состоящем из предметного стекла, на котором намечен отрезок линии длиной 1 мм, точно разделенный на 100 частей, так что измерение спор гриба с точностью до 0,0005 мм сводится к такому же простому процессу, как определение длины деревянной доски при помощи 60-сантиметровой линейки. Многие из самых тонких операций современной науки при наличии необходимой аппаратуры столь же просты, как и эта.
Споры, или конидии, гриба Arthrobotrys oligospora по форме напоминают грушу сорта Вильяме. Они расположены на особых гифах (конидиеносцах), стоящих вертикально и поддерживающих споры на высоте до 0,5 мм, головокружительной высоте для такого маленького предмета. На кончике конидиеносца имеется пучок спор, ниже этого пучка через некоторые интервалы могут появиться следующие пучки, так что один конидиеносец может нести до 20 колец, или мутовок, состоящих каждая из 6 и более спор (см. рис. 12). Когда споры попадают в подходящие условия, они начинают прорастать. Из каждой споры вырастает нить, которая, развиваясь, образует новый мицелий (рис. 13). Споры образуются в большом изобилии и являются весьма эффективным средством размножения.
Рис. 12. Конидиеносцы гриба Arthrobotrys cladodes var. macroides с гроздьями грушевидных спор. Эти споры являются репродуктивными телами гриба. Увеличено в 225 раз.
Рис. 13. Прорастающие споры гриба Arthrobotrys cladodes var. macroides . Споры двухклеточные, и зародышевая трубка обычно вырастает из меньшей клетки. В результате дальнейшего роста зародышевая трубка дает начало новому мицелию. Увеличено в 525 раз.
Нам не известно, как рассеиваются споры Arthrobotrys oligospora и других хищных грибов. Воздушные токи представляются очевидным фактором их распространения, но в природе ясный ответ на вопрос не всегда бывает правильным. Нет никаких доказательств того, что споры разносятся по воздуху, и если споры хищных почвенных грибов образуются в пространствах между частицами почвы, то унести их токами воздуха не так-то легко. Возможно, что роль переносчиков спор играют мелкие животные, например клещи. Первичные культуры хищных грибов в лаборатории всегда бывают в большей или меньшей степени засорены клещами, и мне часто приходилось наблюдать, как эти неприятные создания ползают со спорами гриба Arthrobotrys, прилипшими к волоскам на их телах. Следует также учесть возможность переноса спор земляными червями.
Хищные грибы классифицируют по размерам и форме спор, а также по способам образования спор на конидиеносцах. Пока споры не рассмотрены и не измерены, определение гриба невозможно. Так, например, у всех видов Arthrobotrys споры двухклеточные, а на кончике конидиеносца всегда имеется плотная «головка», или пучок спор.
Сети, подобные тем, которые образует Arthrobotrys oligospora, не являются единственной формой клейкой ловушки, используемой хищными грибами. Значительно менее совершенный механизм был обнаружен у гриба Dactylella cionopaga, нередко встречающегося как в Англии, так и в Америке. В этом случае ловушка состоит из коротких отростков, отходящих от нитей мицелия и состоящих каждый из одной, двух или трех клеток. Отростки эти клейкие и действуют в качестве контактной ловушки таким же образом, как сети гриба Arthrobotrys oligospora. Нематода, случайно натолкнувшаяся на один из этих выростов, крепко удерживается клейкой жидкостью, образуемой ими, а последующие события с гибельными результатами для нематоды те же, что были описаны выше. В лабораторных культурах D. cionopaga может оказаться почти такой же разрушительной, как A. oligospora.
Иногда клейкие отростки D. cionopaga вместо того, чтобы оставаться короткими, продолжают расти, завертываются и сливаются один с другим, образуя петли, напоминающие в более простой форме сети A. oligospora. Это сходство подчеркивает очень тесное родство, существующее между хищными грибами, улавливающими нематод.
Dactylella lobata своими короткими клейкими выростами несколько напоминает D. cionopaga, но у этого вида выросты округлые, склонные к повторному образованию таких же выростов, которые в свою очередь образуют третьи выросты, так что в целом они похожи на короткую нитку бус (рис. 14). Как и у D. cionopaga, выросты могут соединяться, образуя как простые петли, так и сети.
Рис. 14. Клейкие выросты у гриба Dactylella lobata .
А — часть мицелия с двумя клейкими выростами; Б — вырост, разросшийся и образовавший короткое клейкое ответвление; В — нематода, задержанная одним из клейких выростов. Видна инфекционная луковица с отрастающими от нее гифами внутри тела животного. Все увеличено в 500 раз.
Рис. 15. Споры гриба Dactylella doedycoides . Каждая мельчайшая овальная спора прикреплена к верхушке прямостоячей фертильной гифы, обычно несущей только одну спору (сравните с рис. 12). Увеличено в 100 раз.
Род Dactylella отличается тем, что у него споры состоят больше чем из двух клеток. Они могут иметь форму сигары, как у D. lobata, или форму старинного волчка, как у D. cionopaga, у которого одна из клеток споры сильно раздута по сравнению с другими, что производит впечатление кубаревидности (рис. 15). У видов Dactylella каждый конидиеносец образует только одну и самое большее несколько спор, и они никогда не бывают соединены в пучки и не образуют «головки».
Рис. 16. Нематода, задержанная клейкими головками гриба Dactylella ellipsospora . Нематода поймана за голову и за хвост двумя головками. Обратите внимание на гифы гриба внутри тела животного. Увеличено в 400 раз.
Другой вид клейкой ловушки обнаружен у Dactylella ellipsospora, гриба с романтической историей. Впервые он был описан более 100 лет назад одним немецким микологом; спустя 40 лет он вновь был обнаружен вблизи Бирмингема Гровом, который и дал ему то название, которое он в настоящее время носит, но лишь в 1937 г. Дречслер обнаружил, что этот гриб улавливает нематод. Таким образом, гриб D. ellipsospora был известен за 80 лет до того, как были обнаружены его хищнические наклонности. У этого гриба ловушки для нематод состоят из крошечных, почти шарообразных головок, сидящих на нитях мицелия на очень коротких ножках. Головки выделяют клейкую массу, так что нематоды, случайно их коснувшиеся, крепко ими удерживаются; так как таких головок много и они расположены довольно близко одна к другой, жертва, стремясь освободиться во время борьбы, часто касается других головок и удерживается вдвое и даже втрое крепче. Действию головок способствует то обстоятельство, что ножки обычно стоят вертикально, несколько приподнимая головки над той поверхностью, от которой они отрастают, и приводят их в положение, идеальное для улавливания нематод (рис. 16—18).
Рис. 17. Клейкие головки гриба Dactylella ellipsospora . Головки прикреплены к нитям гриба короткими ножками. Нематоды, случайно дотронувшиеся до головок, прилипают к ним и используются грибом для питания. Увеличено в 1000 раз.
Нематоду, пойманную клейкой головкой, ожидает обычная участь. Сквозь ее кутикулу проникает очень тонкий отросток головки, вздувающийся внутри тела нематоды, образуя шаровидную инфекционную луковицу, от которой отходят нити гриба, в конце концов заполняющие тело жертвы. В лабораторных культурах D. ellipsospora вызывает значительную гибель нематод, хотя она редко достигает таких катастрофических размеров, как опустошения, причиняемые более прожорливым грибом Arthrobotrys oligospora.
Клейкие головки найдены у нескольких видов грибов, улавливающих нематод, включая нежный гриб Dactylella asthenopaga — форму с тонкими нитями мицелия и мелкими головками, которые не в силах удержать нематод более крупных видов. Жертвы D. asthenopaga редко бывают длиной более чем 1/3 мм, тогда как D. ellipsospora может с успехом задержать нематод вдвое большего размера, a Arthrobotrys oligospora обладает еще большими способностями. В целом клейкая сеть является, по-видимому, более эффективным приспособлением, чем укрепленная на ножке головка, по крайней мере насколько можно верить наблюдениям над искусственными культурами. Однако никогда не следует забывать, что естественные условия могут сильно отличаться от лабораторных, так что применять лабораторные закономерности к природным явлениям следует с большой осторожностью, что не всегда бывает осознано с такой полнотой, как следовало бы.
Нам до сих пор не известна химическая природа клейкого вещества, образуемого этими сетями, отростками и головками. Его эффективность как клейкого средства должна быть огромна, и, вероятно, химик мог бы разбогатеть, если бы сумел его проанализировать, синтезировать и выпустить на рынок в качестве новой формы клея. К несчастью для будущего исследователя, оно образуется в очень небольших количествах и только тогда, когда его образование стимулируется контактом с нематодой или трением о другой какой-либо твердый предмет, так что получение его в количествах, необходимых для анализа, — задача, более чем трудно преодолимая. Маловероятно, чтобы фабрикантам патентованных видов клея пришлось опасаться конкуренции со стороны Arthrobotrys и его родственников, по крайней мере в настоящее время.
Второй еще неразрешенной проблемой является вопрос о сравнительной быстроте, с которой погибают нематоды, попавшие в клейкую ловушку. Arthrobotrys oligospora обычно убивает свои жертвы примерно в течение 2 час. с момента улавливания. Нематоды — очень активные животные; попав в ловушку, они сначала энергично борются, затем их движения становятся все более и более вялыми и, наконец, совсем прекращаются. Теперь нематоду можно считать мертвой или по крайней мере умирающей. Обычно движения прекращаются раньше, чем шарообразная инфекционная луковица, находящаяся внутри нематоды, достигнет полных размеров, так что маловероятно, чтобы механическое повреждение являлось непосредственной причиной смерти. Предположение, что животное погибает от испуга, не стоит принимать во внимание; маловероятно также объяснение его гибели только одним изнеможением. Остается возможность предположения того, что гриб выделяет какое-то ядовитое вещество. Может быть, оно является частью клейкой жидкости, может быть, оно вводится в тело нематоды через тонкий отросток сети, проникающий первым сквозь кутикулу и играющий роль подкожного шприца. Как бы соблазнительна ни была эта теория, но необходимо сразу же сказать, что нет ни одного намека на положительное доказательство существования такого токсина. Сопрунов и Галлиулина, работающие в Туркмении (СССР), утверждают, что им удалось обнаружить токсин, образуемый хищным грибом, который способен парализовать нематод, но работа их неубедительна, и, по-видимому, эта проблема в настоящее время должна быть добавлена к длинному списку вопросов, которые нам еще предстоит разрешить.
Рис. 18. Нематода, пойманная одной из клейких головок гриба Dactylella ellipsospora . Головка видна в верхней части снимка. Тело нематоды заполнено нитевидными гифами гриба, выросшими из головки. Слабо видны гифы, к которым прикреплена головка. Увеличено в 1000 раз.
Сетями, прилипающими отростками и головками, не исчерпывается все разнообразие ловушек клейкого типа, так как существует еще одна группа хищных грибов, у которых прилипающая система используется в более простом виде. Эти грибы вовсе не родственны видам, которые до сих пор были нами рассмотрены. Они не образуют специальных структур для улавливания нематод, но нити мицелия у них клейкие по всей их поверхности, так что нематода, коснувшаяся любой части нити, бывает уловлена и задержана. К таким грибам относится Stylopage hadra. При прикосновении нематоды к одной из нитей мицелия или гифы из последней быстро выделяется большое количество клейкой жидкости, удерживающей животное. Затем отросток гриба проникает сквозь кутикулу нематоды обычным путем, и содержимое тела жертвы поглощается нитями гриба, внедряющимися в ее ткани.
Stylopage hadra принадлежит к семейству Zoopagaceae, относящемуся к сравнительно примитивным грибам из группы фикомицетов, включающей ряд обычных плесеней. Кроме отсутствия специальных ловушек для нематод, этот гриб отличается от Arthrobotrys и Dactylella и в другом отношении: гифы, составляющие его мицелий, не разделены поперечными перегородками на отдельные клетки и представляют собой непрерывные трубчатые образования (рис. 19). В этом отношении Stylopage сходна с обычными серыми плесенями, образующимися на сыром хлебе (Mucor и Rhizopus) и сильно отличается от остальных грибов, улавливающих нематод. Это является ярким примером того, что известно под названием параллельная эволюция: образование схожих структур или габитуса у двух различных организмов, совершенно не родственных между собой по происхождению. Другие представители семейства Zoopagaceae, включая многие другие виды рода Stylopage, являются хищниками, но в большинстве случаев питаются такими животными, как Amoeba, и другими простейшими, гораздо более мелкими и более примитивными, чем нематода, и представляющими собой значительно более легкую добычу. Споры у Stylopage одноклеточные.
Рис. 19. Нематода, задержанная грибом Stylopage grandis , у которого весь мицелий клейкий. Клейкая жидкость (закрашено черным), удерживающая нематоду, видна слева между нематодой и гифой, к которой нематода приклеилась. Увеличено в 400 раз.
Некоторые другие представители Zoopagaceae улавливают нематод тем же способом, что и Stylopage hadra. Один из этих видов представляет особый интерес с сельскохозяйственной точки зрения, так как он очень распространен в пахотных почвах Англии и, возможно, оказывает некоторое влияние на популяцию нематод в почве; никогда не наблюдалось, чтобы этот гриб образовывал споры, и потому он не получил латинского названия, а известен как какой-нибудь каторжник под «номером 186». Второй курьезный факт заключается в том, что хотя «номер 186» очень распространен в английских почвах, но обследование почв Дании, проведенное недавно д-ром А. М. Шефердом на Государственной фитопатологической станции близ Копенгагена, не обнаружило его наличия; о нем ни разу не упоминает и Дречслер в течение своей интенсивной 20-летней работы в Америке. По-видимому, «номер 186» отличается определенно островным характером.
Различные видоизменения клейких ловушек не исчерпывают всех способов, которыми хищные грибы улавливают нематод. Существует два вида ловушек, действующих без участия клейкого вещества, а именно пассивное кольцо, где нематода вклинивается в кольцеобразную структуру и не может из нее выбраться, и сжимающее кольцо, в котором гриб применяет метод капкана для кроликов или скорее лассо, употребляемое ковбоями на западе США. Сжимающее кольцо представляет собой наиболее поразительную из всех ловушек для нематод, и обычно его рассматривают как высшую степень адаптации, достигнутую хищным грибом.
Способ действия пассивного кольца легче всего понять, проследив за способом его образования. Из мицелия гриба отрастает короткая ветвь, кончик которой заворачивается в форме петли, соединяясь с ветвью на некотором расстоянии от ее основания так, чтобы образовалось кольцо на ножке. Кольцевая часть обычно состоит из трех клеток, каждая из которых несколько согнута; ножка, как правило, также состоит из двух или трех клеток. Диаметр кольца таков, что нематода не может через него пройти не защемившись. Кольца обычно бывают расположены перпендикулярно к поверхности, на которой растет гриб, подобно силкам для кроликов, так что легко может случиться, что движущаяся нематода просунет голову в кольцо; нематода, не умея податься назад, старается пробиться вперед, втискиваясь в кольцо еще плотнее. Чем энергичнее старается нематода освободиться, тем плотнее охватывает ее кольцо, и вскоре ее положение становится безнадежным. Движения нематоды постепенно замедляются, пока она не придет в совершенно неподвижное состояние, и тогда в нее внедряются гифы гриба. Они вырастают из кольца и проникают в тело нематоды, содержимое которого вскоре бывает поглощено.
Ножка, прикрепляющая кольцо к мицелию гриба, сравнительно тонка, и часто случается, что захваченной нематоде удается оторвать кольцо от его основы и таким образом освободиться, хотя и с кольцом, окружающим ее тело подобно воротнику. Это может повториться несколько раз. Автору случалось наблюдать, как в чистой культуре гриба передвигаются нематоды, охваченные полудюжиной колец, что указывает на такое же число освобождений. Однако такое освобождение, скорее кажущееся, чем действительное. Даже оторванное кольцо смертельно для нематоды, потому что оно может образовать гифы, внедряющиеся в тело несущего кольцо животного совершенно так же, как если бы оно все еще было прикреплено к основному мицелию, так что окончательный результат один и тот же, только гибель нематоды бывает отсрочена.
Если нематода погибает от отделенного кольца, то ее тело заполняется гифами гриба обычным образом, но рост гриба на этом не прекращается. Из трупа животного вырастают новые гифы, выстраиваясь на поверхности субстрата и образуя в свою очередь кольца для улавливания других нематод. Таким образом, оторванное кольцо может служить средством вегетативного размножения гриба, а также способом его распространения, потому что нематода, несущая кольцо, может переместиться на некоторое расстояние, до того как она погибнет. Насколько большое значение для распространения гриба в природных условиях имеют нематоды, несущие отделившиеся кольца, нам не известно, но это может быть большим преимуществом для гриба в условиях такого местообитания, как почва, где нематоды имеются в изобилии и где рассеивание довольно крупных спор этого хищного гриба может представить некоторые трудности.
Многие грибы с ловушками в виде пассивных колец образуют также и клейкие головки на ножках. Хорошо известный пример — гриб Dactylaria candida, у которого пассивные кольца подкреплены наличием прилипающих головок на довольно длинных ножках; этот гриб представляет собой еще один хищный вид, который в течение продолжительного времени был известен как сапрофит, т. е. гриб, питающийся разлагающимся органическим веществом, хищнические же наклонности его стали известны позднее. Однако, когда головки сопутствуют кольцам, первые почти или совсем бездействуют. Споры у грибов из рода Dactylaria похожи на споры, свойственные роду Dactylella, с той только разницей, что они обычно бывают собраны в группы на кончиках прямостоячих фертильных гиф. Однако различие между двумя этими родами несколько неопределенно.
Насколько нам известно, пассивное кольцо не вырабатывает никакого клейкого материала, а удерживает свою добычу исключительно путем механического воздействия; в этом случае ему помогает сама нематода, пытаясь пробиться через него, вместо того чтобы отступить перед опасностью. Предположим, однако, что три клетки, образующие кольцо, вместо того чтобы оставаться пассивными, несколько набухали бы, когда в кольцо попадает нематода; это усиливало бы действие кольца, так как, сдавливая животное, затрудняло бы его освобождение. Представьте себе, что такое набухание было бы сильным и быстрым; в таком случае мы имели бы механическую ловушку, способную схватить нематоду почти в тот же момент, как она просунет голову в кольцо, вместо того чтобы по необходимости ожидать, пока животное старается проложить себе дорогу через кольцо, с риском неудачи, если бы нематоде случилось вовремя отступить. Таков механизм сжимающего кольца.
Сжимающее кольцо, подобно пассивному, образовано тремя изогнутыми клетками, составляющими окружность. Оно обычно несколько толще пассивного кольца с более короткой и толстой ножкой. Если нематода просунет голову в такое кольцо, то три клетки кольца быстро разбухают, увеличиваясь в объеме примерно в 3 раза, в результате чего просвет кольца практически исчезает, и нематода бывает схвачена и лишена какой бы то ни было возможности освободиться. Она бывает схвачена настолько крепко, что тело ее сильно сжимается в том месте, где оно проходит через кольцо, которое ее душит. Клетки кольца разбухают с поразительной быстротой, так как время, необходимое для того, чтобы они полностью разбухли, когда реакция была пущена в действие прикосновением нематоды, составляет не более 1/10 секунды (рис. 20—24).
Рис. 20. Сжимающие кольца гриба Dactylella bembicodes .
А — кольцо, образуемое загибающейся ветвью мицелия; верхушка ветви сольется с первой из крупных согнутых клеток в том месте, где она присоединяется к ножке; Б — полное кольцо, готовое к действию; В — кольцо с разбухшими клетками; обратите внимание на то, что отверстие полностью закрылось; Г — вид кольца сбоку с захваченным передним концом нематоды; от клеток кольца отросли гифы, проникшие в тело нематоды. Все увеличено в 375 раз.
Сжимающие кольца, подобно пассивным кольцам, обычно расположены перпендикулярно к субстрату, так что действие их очень похоже на действие силков для кроликов, когда кролик просовывает голову в петлю, которая затягивается вокруг его шеи, с той лишь разницей, что удушающее действие присуще самому кольцу, которому не требуется никакой помощи со стороны жертвы, за исключением одного лишь прикосновения. Кольца обычно расположены довольно часто на несущих их гифах, так что нематода, пойманная за голову, вырываясь, часто попадает хвостом в другое кольцо и таким образом оказывается схваченной с обоих концов. Поскольку сжимающее кольцо представляет довольно крепкую структуру, то протестующий пленнице редко удается, если вообще когда-нибудь удается, оторвать его от основы. Раз нематода захвачена, то участь ее решена. Когда она перестает биться, в ее тело, как обычно, внедряются нити гриба, вырастающие из кольца, и через несколько часов от нематоды не остается почти ничего, кроме кутикулы.
Рис. 21. Нематода, схваченная сжимающим кольцом гриба Dactylella doedycoides . Можно различить 8 пойманных нематод различных размеров и на различных стадиях поглощения грибом. Крупная нематода на левой стороне снимка сильно сжата в том месте, где она была захвачена кольцом. Увеличено в 225 раз.
Действие этих сжимающих колец привлекает внимание ряда микологов, но до сих пор не было предложено ни одного удовлетворительного объяснения причины такого необыкновенного разбухания клеток кольца. Известно, что стимулом, приводящим механизм в действие, служит трение или давление, оказываемое в естественных условиях нематодой, трущейся о внутренние поверхности клеток кольца; искусственно разбухание было вызвано путем введения очень тонкой стеклянной микроиглы в кольцо и поглаживания внутренних сторон клеток. Но нам не известно, как осуществляется разбухание. Было высказано предположение, что клетки внезапно начинают поглощать воду извне и таким образом растягиваются, как резиновый баллон, прикрепленный к крану. Если это так, то все же нужно выяснить, как происходит это внезапное поглощение воды, и здесь-то и начинаются трудности.
Растительные клетки обладают способностью поглощать воду при помощи явления, известного под названием осмоса; оно заключается в перемещении воды из более «слабого» в более «крепкий» раствор, если эти два раствора отделены один от другого полупроницаемой пленкой, которая пропускает воду, но не пропускает растворенного в ней вещества. Полупроницаемой пленкой в данном случае является протоплазма, или живое вещество клетки. Этим способом можно достигнуть очень высоких давлений. Предположим, что трение о клетки кольца приводит к тому, что нерастворимое вещество, например углевод гликоген, быстро превращается в растворимое вещество, такое, как сахар. Теперь в клетках будет содержаться концентрированный раствор сахара, который под действием осмоса будет стремиться привлечь воду извне, причем живая протоплазма, заполняющая клетку, играет роль полупроницаемой перегородки, без которой осмос не может действовать. Это насильственное поглощение воды растягивало бы клетки, причем процесс разбухания мог бы продолжаться до тех пор, пока не наступило бы равновесие между силой осмоса, втягивающей воду внутрь клетки, с одной стороны, и эластичностью растянутых стенок клетки — с другой.
Осмотическая теория кольцевых клеток привлекательна, так как она объясняет наблюдающиеся явления тем, что происходит в живых клетках, но она не соответствует наблюдаемым фактам. Набухание клеток происходит слишком быстро, чтобы оно могло произойти по указанной выше причине, так что нам приходится искать более удовлетворительного объяснения.
Рис. 22. Сжимающие кольца гриба Dactylella doedycoides . Каждое кольцо состоит из трех согнутых клеток и прикрепляется к мицелию гриба двухклеточной ножкой. Увеличено в 1000 раз
Рис. 23. Сжимающее кольцо гриба Dactylella doedycoides в сомкнутом состоянии. Три клетки кольца разбухли примерно втрое против их первоначального объема. Если это случается в то время, когда нематода проходит через кольцо, то можно себе представить действие, оказываемое им на животное. Увеличено в 1000 раз.
Рис. 24. Нематода, схваченная сжимающим кольцом гриба Dactylella doedycoides . Нематода, первоначально схваченная за голову, выбиваясь, попала хвостом в другое кольцо и таким образом удерживается в двух местах. Увеличено в 525 раз.
Чувствительное растение Mimosa pudica замечательно тем, что ее листья быстро спадают, если к ним прикоснуться; листочки складываются, а главный листовой черешок поникает, как если бы растение вдруг ослабело. Это движение вызывается спаданием некоторых клеток у основания листа и листочков и расширением других клеток. Когда лист находится в нормальном положении, эти клетки растянуты содержащейся в них водой; когда растение реагирует на прикосновение, клетки на нижней стороне основания листа теряют воду, так что лист уже больше не поддерживается в прямостоячем положении; то же самое происходит у основания отдельных листочков. Таким образом, здесь происходит сравнительно быстрое движение растения, обусловливаемое изменениями в силе давления воды. Однако если мы попытаемся сравнить это явление с действием сжимающихся колец, то сразу сталкиваемся с затруднениями, поскольку у чувствительного растения имеет место потеря воды клетками, вызывающая спадание последних, тогда как у сжимающихся колец приходится искать причину увеличения их объема. Правда, листья чувствительного растения после их спадания возвращаются в нормальное состояние, так как клетки у основания листьев поглощают дополнительное количество воды, но этот процесс протекает медленно, и его нельзя сравнить с энергичным движением колец. Таким образом, сравнение с Mimosa pudica совершенно не может нам помочь.
Наиболее правдоподобное объяснение действия колец связано с наличием в клетках веществ, известных под названием коллоидов. Коллоид обладает способностью образовывать в воде или других растворителях суспензии, остающиеся в таком состоянии неопределенно долго, не образуя осадка. Такие суспензии обладают некоторыми из свойств истинных растворов, но и отличаются от них во многих отношениях. Частицы коллоидов в суспензии крупнее молекул, образующих истинные растворы, и обладают способностью до некоторой степени рассеивать луч света, так что коллоидный раствор кажется мутным, если сзади него находится сильный источник света, что известно под названием эффекта Тиндаля. Хорошо известные примеры коллоидов — раствор крахмала и яичный белок. Дым представляет собой коллоидные частицы угля, взвешенные в воздухе, а смесь тумана с дымом, являющаяся столь характерным признаком современной цивилизации, несколько его напоминает, причем твердые частицы играют роль ядер, вокруг которых конденсируются мельчайшие капельки воды.
Многие коллоиды, находясь в твердом состоянии, обладают способностью поглощать воду, сильно разбухая при этом. Такое явление можно хорошо видеть, поместив клей в холодную воду, в особенности если пользоваться клеем, изготовленным в виде мелких шариков и известным под названием «жемчужного» клея. Тот факт, что в этом набухании коллоидов принимают участие большие силы, можно доказать, наполнив достаточно плотно спичечную коробку высушенным горохом, намочив его и немедленно надвинув на коробку крышку. Под давлением содержащихся в горохе коллоидов, разбухающих в результате поглощения ими воды, коробка лопается. Именно таким образом семена поглощают воду, необходимую для их прорастания, причем было вычислено, что сила давления содержащихся в семенах коллоидов при поглощении ими воды может достигнуть тысячи атмосфер, или, выражаясь более обыденным языком, равняться давлению свыше 940 кг/см2 .
Следовательно, здесь мы находим требующуюся нам силу. Коллоидные вещества имеются в изобилии в живых клетках; протоплазма клетки является отчасти коллоидом. Разбухающий коллоид может раздавить нематоду с такой же легкостью, с какой паровой молот может расплющить шляпу-котелок, причем нет никаких причин, препятствующих тому, чтобы этот процесс протекал с одинаковой быстротой в обоих случаях. Мы не предполагаем, что простое поглощение воды коллоидами клеток является причиной разбухания, но наиболее вероятное объяснение этого замечательного природного явления заключается в предположении какой-либо перестройки в молекулах коллоида, в которой, вероятно, принимает участие вода, уже имеющаяся в клетке. Однако детали этого процесса все еще от нас ускользают.
В то время, как существо механизма сжимающих колец еще не может быть объяснено, эффективность его не вызывает сомнений. Мощная культура таких кольцеобразующих грибов, как Dactylella bembicodes или D. doedycoides, производит сильное впечатление. Гифы простираются по всем направлениям, подобно паутине, хотя они и тоньше всего того, что может создать паук, а на них находятся готовые к действию скученные кольца на коротких ножках. Следует помнить, что у нематод нет глаз и что вряд ли природа снабдила их каким-либо дополнительным чувством, предупреждающим о том, что перед ними находится смертоносное кольцо. Нематода, пересекающая участок густо разросшегося гриба Dactylella doedycoides, находится в положении, подобном положению танка, пересекающего минированное поле, о минировании которого он не подозревает, и вряд ли нематоде угрожает меньшая опасность, чем танку. В культурах на агаре побоище может быть огромным: поверхность агара усеяна мертвыми и умирающими нематодами, тогда как недавно захваченные животные, наталкиваясь на трупы уже убитых, мечутся в разные стороны, отчаянно пытаясь освободиться. На заднем плане, подобно призракам, валяются остатки нематод, уже поглощенных грибом; тела их прозрачны и пусты, за исключением трофических гиф, поглотивших их содержимое и в настоящее время также опустевших.
Насколько природные условия схожи с лабораторными, мы в настоящее время не имеем возможности узнать. В культуре на агаре как гриб, так и нематоды имеются в высоких концентрациях, что может иметь двоякие результаты: во-первых, большое количество нематод облегчает грибу удовлетворение его потребности в животной пище, во-вторых, есть основания полагать, что присутствие нематод в большом количестве оказывает стимулирующее действие на хищные грибы, делая их более прожорливыми и энергичными в отношении улавливания и уничтожения своих жертв. В свое время мы увидим, что этот второй пункт имеет большое значение для использования хищных грибов в целях борьбы с нематодами.
В естественных условиях мицелий гриба, вероятно, более рассеян, а нематоды не столь многочисленны. Влияние этих условий на деятельность гриба является в настоящее время неизвестной величиной, сведения относительно которой крайне необходимы. Весьма вероятно, что нематоды и хищные грибы находятся в почве в некотором динамическом равновесии, при котором ни те, ни другие не пользуются полным преимуществом; такое равновесие можно сравнить с равновесием, существующим между львом и антилопой. Одна из основных проблем борьбы с нематодами заключается в выяснении способа нарушения этого равновесия в пользу грибов, с тем чтобы деятельность их усилилась в ущерб нематодам, причем это относится, не только к грибам, образующим кольца, но и к грибам с клейкими ловушками. В одной из следующих глав мы рассмотрим некоторые из способов разрешения этой задачи.