Химический состав лишайников зависит от основы (субстрата), на которой они растут. Вероятно, таким образом лишайники адаптируются к неблагоприятным условиям — высокого уровня кислотности (низкий рН) или наличия токсичных металлов. Новое свойство этих организмов обнаружили биологи Уральского федерального университета, которые исследовали более 740 видов лишайников. Образцы собрали с горных пород и деревьев — ели, сосны, березы, ольхи, осины, тополя — Среднего Урала.
Лишайники — это симбиоз гриба, одноклеточных водорослей и/или цианобактерий. Они первыми поселяются в бесплодных местах и образуют первичную почву. Практическое применение лишайников крайне разнообразно. Они являются кормом для животных (олени, маралы, косули, лоси), служат сырьем для производства красителей, фиксатором запаха в парфюмерии.
В Японии листоватый лишайник Умбиликария съедобная — настоящий деликатес. В некоторых странах лишайники добавляют в тесто, из которого пекут хлеб. Их используют и в народной медицине для лечения кожных заболеваний, легких, сердца и так далее. А еще лишайники используют в экологическом мониторинге: благодаря высокой чувствительности к химическим загрязнителям они не растут на загрязненной территории.
Как поясняют биологи УрФУ, у лишайников, произрастающих на субстратах с разными химическими свойствами, отличается спектр вторичных метаболитов. Вторичные метаболиты — это своеобразные «биохимические инструменты», с помощью которых организм защищается и выживает в стрессовых условиях. Первичные метаболиты есть и у животных, и у растений, вторичные — только у растений. Так, чтобы спастись, животные убегают, а растения вырабатывают определенный набор вторичных метаболитов, которые наделяют их защитными свойствами (вкус, запах, цвет) и позволяют выжить в засуху, при высокой температуре, распространении инфекций и так далее.
У лишайников вторичные метаболиты накапливаются в больших количествах. Они не участвуют в процессах обмена веществ, роль многих метаболитов в жизнедеятельности лишайников не ясна. Закономерности их образования ученые по всему миру только начинают изучать. «Лишайники содержат 800–1050 вторичных метаболитов или “лишайниковых кислот”, включая фенольные соединения, стероиды, терпеноиды и другие.
Так, одни вторичные метаболиты придают лишайникам более высокую устойчивость к кислотности. Другие — наделяют их устойчивостью к высоким концентрациям тяжелых металлов в субстрате. Одновременно некоторые из них обладают противомикробными свойствами, что также способствует выживанию, особенно для медленнорастущих лишайников.
“Лишайниковые кислоты” являются и потенциальными лекарствами для человека, обладая противоопухолевыми, противовоспалительными и многими другими свойствами», — поясняет соавтор исследования, доцент кафедры биоразнообразия и биоэкологии УрФУ Александр Пауков.
В результате исследования выяснилось, что лишайники, произрастающие на змеевике, приспосабливаются к высокой концентрации токсичных металлов. Лишайники, произрастающие на иве, имеют сравнительно бедную вторичную химию, так как в коре ивы содержится много салициловой кислоты (дерево использует эту кислоту для защиты от бактерий).
Всего же изученные виды содержали 76 метаболитов, сообщили биологи УрФУ. Наиболее распространенным среди всех метаболитов оказался атранорин. Для человека это вещество обладает противовоспалительными, антибактериальными, противогрибковыми, цитотоксическими, антиоксидантными, противовирусными и иммуномодулирующими свойствами. Лишайник же использует атранорин как светофильтр, защищаясь от избыточного солнечного излучения.
«Мы обнаружили и образцы, которые “ленятся” и не вырабатывают вторичные метаболиты. К примеру, лишайники на осине производят мало вторичных метаболитов, потому что кора осины обеспечивает им нормальную жизнедеятельность, — поясняет Александр Пауков. — Также мы выявили интересный факт — в лишайниках есть вещества, которые они никак не используют. Для чего они вырабатываются, нам предстоит еще выяснить».
Следующий этап исследований — проверить полученные результаты в лаборатории. Лишайники планируется «очистить» от вторичных метаболитов, поместить в соответствующие условия и посмотреть, будут ли они вновь нарабатывать защитные свойства. Результаты исследований опубликованы в журналах Frontiers in Forest and Global Change и Diversity.