Если вы думали, что растения мирно сосуществуют с почвенными микробами, готовьтесь к сюрпризу. Отношения больше напоминают контролируемую эксплуатацию: приманить, впустить, атаковать, получить питание, выпустить ослабленных «доноров». Всё это — ризофагия, процесс, где корень выступает в роли стратега и скотовода. Расскажу, как это открыли и что видят учёные в микроскоп. Отделю реальные открытия от мифов
Я уже останавливался на этом моменте ранее:
Но в сети появляются сказки по этому поводу. Есть повод поговорить об этом подробней.
Растение как микробный «скотовод»
Представь, что корни растения - это не просто трубки, через которые всасывается вода и минеральное питание. Это активный «скотовод», который управляет целым стадом микробов: приманивает, пасёт, частично подкармливает и... частично доит и даже ест. Звучит как фантастика, но это реальный, наблюдаемый под микроскопом процесс, который наука описала совсем недавно.
Этот процесс называется ризофагией (от греч. «rhiza» - корень и «phagein» - есть). В сети про него уже успели понаписать чего угодно - от здравых упрощений до чистой фантазии. Ниже разберём, что именно показали реальные исследования, как это доказали и где кончается наука и начинается выдумка.
Как это вообще увидели: история открытия ризофагии
Подробное описание цикла ризофагии дали американские исследователи James F. White, Kenneth L. Kingsley, Sanjay K. Verma и Kevin P. Kowalski из Университета Ратгерса в 2018 году. Их ключевая работа:
«Rhizophagy Cycle: An Oxidative Process in Plants for Nutrient Extraction from Symbiotic Microbes», журнал Microorganisms, том 6, №3, статья 95 (2018).
Важно: это не теория «с дивана». Они использовали световую, флуоресцентную и электронную микроскопию и буквально сфотографировали все стадии - от входа микробов в корень до выхода обратно.
Дальше гипотезу проверили на других видах растений и других микробах. Qiuwei Zhang, Kenneth L. Kingsley и James F. White повторили и расширили исследования в работе:
«Endophytic Pseudomonas sp. from Agave palmeri Participate in the Rhizophagy Cycle and Act as Biostimulants in Crop Plants», журнал Biology, том 11, №12, статья 1790 (2022).
Там подключили конфокальную микроскопию и пометили бактерии флуоресцентными белками - теми самыми «светящимися» белками, которые впервые нашли у медуз. Это позволило отследить путь отдельных бактерий: снаружи корня → внутрь → обратно наружу, с изменением формы по пути.
Критический момент: это не догадки. Это реальные фото и видео, где видно, что именно происходит в корневых клетках.
Шесть этапов цикла ризофагии: что реально доказано наукой
Разберём цикл по шагам - только то, что подтверждено микроскопией и экспериментами.
Этап 1. Приманка: корневые экссудаты
Молодые участки корня, особенно кончики и зона роста, выделяют в почву корневые экссудаты - смесь простых сахаров (глюкоза, фруктоза), аминокислот, органических кислот (лимонной, яблочной и др.) и других соединений.
Это не отходы, а целенаправленная приманка. Разные виды растений выделяют разные коктейли экссудатов - и к каждому «столу» подтягиваются свои микробные сообщества.
Этап 2. Микробы осваивают поверхность корня
Приманенные экссудатами микробы начинают колонизировать поверхность корня - тончайшую плёнку, которую называют ризопланой. Они питаются выделениями корня, размножаются, образуют слизистый слой; один корневой волосок может быть покрыт миллионами бактериальных клеток.
Этап 3. Проникновение внутрь корневых клеток
Дальше часть микробов заходит уже не просто «на корень», а внутрь живых клеток в самой молодой зоне корня - меристеме. Они оказываются в периплазматическом пространстве - щели между жёсткой клеточной стенкой и плазматической мембраной.
Под микроскопом хорошо видно: внутри клеток корня присутствуют бактериальные клетки.
Этап 4. Окислительный удар: разрушение стенки микроба
Попав внутрь, микробы получают удар. Мембрана корневой клетки начинает выбрасывать активные формы кислорода (АФК) - в первую очередь супероксид (O₂⁻), агрессивную, высокореактивную молекулу.
АФК - это химическое оружие растения, классический инструмент защиты от патогенов. Эти молекулы атакуют клеточную стенку микроба (панцирь из пептидогликана), пробивая в ней дыры.
Под действием АФК бактерии теряют жёсткую стенку и переходят в L-формы - бесстеночные варианты, ограниченные только мембраной. У дрожжей наблюдается похожий результат: они превращаются в мелкие округлые образования без нормальной стенки.
Наглядное сравнение: Представьте спортивный мяч с верху которого кожаный чехол. Он нужен для защиты мяча от ударов и других внешних воздействий. Внутри - камера из резины. Она не дает выходить из мяча воздуху.
Вот по типу мяча построена и микробная клетка. Кожаный чехол - это клеточная стенка. Резиновая камера - это клеточная мембрана. Но вместо воздуха внутри клетки множество разных веществ. Клетка с мембраной, но без клеточной стенки называется протопластом.
Этап 5. «Выжимание» питания из микробов
После разрушения стенки мембрана микробной клетки становится проницаемой. Внутри у микроба:
- ДНК (источник азота)
- белки (азот, углерод, сера)
- липиды (углерод, водород)
- минеральные соли (фосфор, калий, магний)
- растворимые органические молекулы (сахара, аминокислоты)
Через повреждённую мембрану всё это начинает «утекать» наружу. Часть микробов разрушается полностью, и содержимое клетки становится доступным для корневой клетки.
Так растение реально получает азот, фосфор, углерод и другие элементы из разрушенных микробов.
Честное признание учёных: White и коллеги прямо пишут, что доля питания, которая поступает через ризофагию, пока количественно не определена - масштаб вклада остаётся неизвестным.
Этап 6. Выход выживших - с потерями
Часть микробов выдерживает окислительный стресс - за счёт своих ферментов защиты (супероксиддисмутаза, каталаза и др.). В работах White et al. (2018) и Zhang et al. (2022) показано:
- микробы переходят в L-формы (теряют стенку)
- потом восстанавливают клеточную стенку и возвращаются к нормальной форме
- выходят наружу через кончики растущих корневых волосков, снова попадая в ризосферу
White et al. логически предполагают, что при атаке АФК из микробов «вероятно» происходит утечка электролитов - ионов калия, кальция, магния и других.
Выжившие микробы выходят уже «потрёпанными»: они пережили окислительный стресс, были бесстеночными и, вероятно, потеряли часть внутренних запасов. В почве они отъедаются на органике и растворённых питательных веществах, пополняют запасы и либо снова заходят в корень, либо живут как обычные почвенные микробы.
Итак, каждый цикл ризофагии:
- гарантированно даёт растению питание из полностью разрушенных микробов и клеточных стенок выживших микроорганизмов (доказано)
- вероятно даёт дополнительные элементы из ионов, вытекающих из выживших микробов (логично, но количественно не подтверждено)
Как растение «отбирает» своих микробов: химический диалог
Механика понятна. Теперь вопрос: почему у одного растения одни микробы, а у другого - другие?
Химический язык корней - меню для микробов
Ответ - в химии корневых экссудатов.
- Разные виды растений выделяют разный набор сахаров, аминокислот, органических кислот
- Одно и то же растение меняет состав экссудатов с возрастом, сезоном, уровнем стресса и дефицитом элементов
- Эти смеси работают как меню и как радиомаяк для конкретных групп микробов
Например:
- при дефиците азота растение усиливает выделение тех соединений, которые особенно привлекательны для азотфиксирующих бактерий
- при дефиците фосфора - тех, на которые лучше реагируют фосфатмобилизирующие микробы
Это не «сознательное решение», а результат эволюции: за миллионы лет сохранились такие варианты растений, чьи экссудаты эффективнее привлекали полезных микробов.
Обратная связь от микробов
Микробы тоже не молчат. Они выделяют свои сигнальные молекулы, которые:
- стимулируют рост корневых волосков (увеличивая площадь контакта)
- влияют на уровень выброса АФК растением
- могут ускорять или замедлять ризофагию
В итоге получается двусторонний отбор:
- растение отбирает тех, кто выдерживает его условия (АФК, состав экссудатов) и приносит пользу
- неустойчивые или вредные микробы вылетают из системы
- устойчивые и/или полезные закрепляются как часть специфического микробного сообщества вокруг корня
На уровне почвы это видно так: у каждого растения вокруг корней формируется свой микробный «пузырь» - сообщество, заметно отличающееся от фона почвы.
Где заканчивается наука и начинается блогер: разоблачение мифов о ризофагии
До этого момента мы говорили только о том, что есть в рецензируемых работах, с фотографиями и методами. Но в русскоязычном интернете появилась своя «легенда о ризофагии», продвигаемая одним из блогеров. Назовём его «блогер К».
Он опирается на тему ризофагии, но довыдумывает к ней механизмы, которых в научной литературе просто нет.
При этом какое-то время назад он транслировал одну версию. Теперь другую. Разберём их по очереди.
Версия 1 блогера К: растение «конструирует микробов» из нуклеотидов
Что он утверждает
Схема примерно такая:
- микробы попадают в растение
- растение разрушает их ДНК до отдельных нуклеотидов (составляющих ДНК)
- нуклеотиды хранятся «в запасе»
- когда растению нужны, например, азотфиксаторы, оно якобы собирает новую ДНК из этих нуклеотидов
- так создаётся новый вид микроба с нужными свойствами, который выходит в почву, добывает элемент и возвращает его растению
Звучит эффектно. И совершенно не совпадает ни с биохимией, ни с данными по ризофагии.
Почему это не работает
На уровне источников. В работах по ризофагии действительно показано разрушение микробов и использование их компонентов растением. Но:
- нигде не описано, что растение собирает новую ДНК из отдельных нуклеотидов
- нигде не показано, что оно конструирует новых микробов
- нигде не утверждается, что растение способно «по заказу» сделать азотфиксаторов и т.п.
На уровне биологии. Создание живого микроорганизма - это не «собрать конструктор из кубиков Лего».
Даже минимальная бактериальная клетка содержит:
- полный геном (сотни-тысячи генов)
- тысячи белков
- рибосомы
- сложную мембрану со специфическими белками
- клеточную стенку
- системы синтеза АТФ, репликации ДНК, деления, защиты от стресса
Растение просто не имеет внутри себя ни инфраструктуры, ни ферментов, ни точного «чертежа» для такой сборки. Корневая клетка - это не биореактор по синтезу новых видов микробов.
Версия 2 блогера К: «сборка микробов» из аминокислот и жирных кислот
Что он говорит во второй версии
Обновлённая схема:
- микробы разбираются не на нуклеотиды, а на аминокислоты и жирные кислоты
- эти молекулы «ведут себя в растении точно так же, как живые микробы»
- в корневой шейке к ним «добавляются» фосфор, калий, магний и другие элементы
- получается новый живой микроб, который выходит в почву и работает на растение
С логикой стало чуть лучше (он признаёт разрушение до молекул), но биологически это всё равно не выдерживает критики.
Где ошибка - основная проблема версии 2
Аминокислота и жирная кислота - это не живые существа. И добавление к ним минералов жизнь не создаёт.
- Аминокислота - это маленькая органическая молекула, а не клетка
- Живой микроб - это огромный, организованный комплекс с геномом, рибосомами, мембраной, стенкой, метаболизмом
Сложить в одну кучку аминокислоты, жирные кислоты, фосфор и магний - это не «собрать микроб». Это как свалить мясо, жир и кости и называть это коровой. Жизнь - это не набор, а организация.
Растительная клетка умеет:
- использовать аминокислоты и жирные кислоты как питание
- синтезировать свои собственные белки по своим генам
- строить свои структуры
Но она не умеет:
- собирать бактериальные геномы
- создавать бактериальные стенки (другая химия)
- собирать мембраны и органеллы бактерии
- запускать в это всё полноценный микробный метаболизм
В реальных экспериментах White и коллег микробы после цикла ризофагии - это те же виды, что и до него. Они не «пересобираются» в новые существа, они либо погибают и служат кормом, либо выживают и возвращаются в почву.
Что на самом деле показывает наука о ризофагии
Суммируем реальную картину:
Ризофагия - это механизм, при котором растение:
- привлекает определённые микробы экссудатами
- вводит часть из них внутрь молодых корневых клеток
- частично разрушает их с помощью АФК
- извлекает питательные вещества из погибших и частично повреждённых клеток
- выпускает выживших обратно в ризосферу через корневые волоски
Это подтверждено микроскопией, показано на разных видах растений и микробов.
Ризофагия НЕ является механизмом, через который растение:
- конструирует новые виды микробов
- синтезирует ДНК «по заказу»
- создаёт живые организмы из разрозненных молекул
- программирует микробов с нуля
Это просто один из путей получения питания - важный и интересный, но один из многих.
Зачем вообще об этом говорить: наука vs красивые сказки
Почему вообще стоит разбирать ошибки блогера К так подробно?
Потому что на его примере видно, насколько легко от реальной биологии скатиться к псевдонаучным сказкам, если не открывать первоисточники.
Цепочка обычно такая:
- Учёный (White) публикует аккуратную работу: «Мы видели, что микробы входят в корень, частично разрушаются, часть выживает». Честно пишет, что роль в питании пока количественно не ясна.
- Популяризатор читает и делает яркий заголовок: «Растения едят микробов!».
- Блогер К читает уже эту популяризацию, не лезет в оригинал - и достраивает свою картину: «Раз едят, значит, разбирают и собирают кого хотят».
- Дальше это разносится по соцсетям, обрастает ещё более смелыми интерпретациями, от науки остаётся только модное слово «ризофагия».
Простое правило: если что-то звучит слишком революционно, а ссылок на конкретные рецензируемые статьи нет - повод насторожиться.
Работы White et al. (2018) и Zhang et al. (2022) лежат в открытом доступе. Любой может за 10 минут найти их через Google Scholar или PubMed, посмотреть реальные снимки и прочитать, что там написано, а чего там нет.
Блогер К на эти работы не ссылается. И это уже сигнал: его версия не выдерживает сравнения с первоисточником.
Финал: что полезно вынести садоводу
Когда в следующий раз прочитаешь в интернете «сенсацию» про ризофагию (или любой другой механизм), задавай два вопроса:
- Есть ли ссылка на конкретную научную статью?
- Совпадает ли пересказ с тем, что в этой статье действительно написано?
Наука скучнее, чем истории блогеров, но у неё одно преимущество: она работает в реальной почве и на реальных растениях. А это в итоге важнее любых красивых легенд - и для урожая, и для понимания, что ты делаешь со своей землёй. 🌱
Основные научные источники
- White, J.F., Kingsley, K.L., Verma, S.K., Kowalski, K.P. (2018). «Rhizophagy Cycle: An Oxidative Process in Plants for Nutrient Extraction from Symbiotic Microbes.» Microorganisms, 6(3), 95. DOI: 10.3390/microorganisms6030095
- Zhang, Q., Kingsley, K.L., White, J.F. (2022). «Endophytic Pseudomonas sp. from Agave palmeri Participate in the Rhizophagy Cycle and Act as Biostimulants in Crop Plants.» Biology, 11(12), 1790. DOI: 10.3390/biology11121790
К сожалению блогер К - не единственный кто отталкиваясь от факта существования цикла ризофагии сочиняет небылицы. В следующей статье поговорим о сказках другого блогера. О том что доказано в этом процессе, что пока что гипотеза и что реально дает ризофагия для питания растений в вашем конкретном саду и огороде.