О том, что орхидеи живут в симбиозе с грибами, было известно. Но никто не мог предполагать, что гифы гриба, обосновавшегося в корневище, могут через стебель добраться до плодов и заразить зреющие в них семена. Счастливая находка, сделанная в 1899 году, натолкнула Бернара на мысль, что проникновение гриба в зародыши — не случайность, а необходимое условие прорастания семени. Стало ясно, почему у орхидей иногда наклевывались семена на компосте, где раньше росло материнское растение.
Свою гипотезу Бернар проверил экспериментально. Он извлекал под микроскопом клубочки гриба из корней и культивировал их отдельно на питательных студнях, где они образовывали подобие плесени. Одновременно в строго стерильных условиях из спелых плодов гнездовки брались семена и высевались в стеклянные пробирки с питательной средой. Семена слегка разбухали, но не прорастали. Тогда Бернар внес в пробирки с семенами по кусочку "плесени". Результат оказался чудодейственным. Как только нити гриба проникли в семена, те начали дружно прорастать, и через несколько месяцев из них выросли нормальные растения. Так было впервые доказано, что в прорастании семян орхидей обязательно должен принимать участие гриб.
Гнездовка, как и грибы, — растение сапрофитное. Она может жить лишь на готовой органической пище, получаемой через посредство гриба-сожителя. Сапрофитными орхидеями особенно богаты тропические леса. Как же усваивают орхидеи свою пищу?
Проростки орхидеи: 1 — без гриба, 2 — с грибом (участок, занятый мицелием гриба, затемнен) (по Бернару), 3 — "деревцо" мицелия гриба в клетке корня картофеля (по Магру)
Оказывается, питание у них аналогично внутриклеточному пищеварению низших животных и очень напоминает способ борьбы со всякого рода инфекцией у животных и человека. Бернар и русский ботаник В. Л. Комаров назвали этот процесс фагоцитозом у растений. Состоит он в следующем.
Мы уже говорили о "деревцах"-клубочках и переваривании гиф. Если у зеленых орхидей это один из дополнительных источников получения пищи, то у сапрофитных он становится основным. Вступает он в свои права уже на стадии прорастания семян. Зародыш двигается в рост только тогда, когда в его нижних клеточках появляются спирально скрученные гифы гриба. Как в зародыше, так и в тканях взрослой орхидеи эти клубочки постоянно перевариваются клетками-хозяевами, в которые они проникли. От них остается лишь небольшой нерастворимый остаток. Но в клетки внедряются новые гифы, и с ними повторяется то же самое. Отнятые у гриба питательные вещества частично откладываются про запас в виде зерен крахмала.
Бернар считал, что скручивание гиф в клубочки — нечто весьма сходное со склеиванием чужеродных бактерий, происходящим в крови и лимфе животных. Только если у животных фагоцитоз лежит в основе иммунитета и направлен на охрану их здоровья, то в орхидеях он стал способом питания.
У некоторых сапрофитных орхидей существуют специальные фагоцитарные клетки, которые намного крупнее остальных. Только в них и проникают гифы гриба своими концами. Из кончика гифы в клетку хозяина выделяются капельки питательной жидкости. Сами же гифы остаются, по-видимому, целыми и невредимыми.
Бернар отнес симбиотические грибы орхидей к роду ризоктония. Это низшие базидномицеты, не образующие плодовых тел. Но к союзу с редкими экзотическими растениями оказались способными и высшие базидиомицеты, у которых вырастают обычные шляпки. В тропиках, особенно на острове Ява, на Малаккском и Индокитайском полуостровах, подобных ассоциаций немало. Самый известный пример — лиана-сапрофит галеола гидра с Филиппин. Ее гриб-кормилец поселяется на гниющих стволах погибших деревьев, за счет соков которых и существует этот сложный симбиоз. Среди грибов — кормильцев орхидей есть и паразиты, сосущие соки живых деревьев. Так, жизнь японской орхидеи гастродия элата совершенно немыслима без гриба армиллария меллеа, одного из самых опасных вредителей наших лесов. В его отсутствие она не в состоянии размножаться даже клубнями.
Но вернемся к обычным орхидеям, своими цветами украшающим жизнь людей. Со времен Бернара в их разведении был достигнут огромный прогресс. Теперь их научились выращивать в "чистом" виде — без всяких грибов. Их просто "кормят" витаминами, сахарами и составами специально подобранных минеральных солей. Правда, дело это чрезвычайно хлопотное. Впрочем, для наших самых обычных северянок — ятрышника и любки — заменить гриб ничем другим пока не удалось.
Какими бы методами ни пользовались в цветочных хозяйствах, в природе прорастание семян орхидей и рост молодых сеянцев целиком зависят от гриба. У орхидей, лишенных хлорофилла, эта зависимость остается пожизненной. Вспомним, что для самого важного в жизни — заключения "брачного союза" и оставления потомства — им необходима еще помощь насекомых и птиц. Выходит, что жизнь орхидей всецело "в руках" их симбионтов. Разрушьте хотя бы одно звено в их сложных симбиотических связях с окружающим миром, и эти хрупкие, изнеженные создания молчаливо сойдут со сцены жизни. Как мало в них самостоятельности и как много нужно для того, чтобы поддержать их красоту!
Бернар отличался не только пытливым умом. Ему были свойственны также широта взглядов и склонность к теоретическим обобщениям. Изучая орхидеи, он заметил, что они никогда не цветут на первом году жизни, а для продолжения своего существования отращивают разные зимующие органы — корневища, клубни, луковицы, которые от поколения к поколению образуются на все более ранних стадиях развития. Отсюда Бернар сделал вывод, что постепенно укреплявшийся союз орхидей с грибами мог стать исторически главной причиной превращения однолетних растений в многолетние.
Чтобы проверить свою гипотезу и выяснить, всегда ли клубне-образование связано с симбиозом [4], Бернар, естественно, обратился к изучению самого обычного и широко распространенного растения, образующего массу клубней, — картофеля. К тому же цикл развития картофеля совпадает с циклом многих орхидей.
Бернар стал обследовать кустики картофеля в тот момент, когда у них начинают формироваться клубни, надеясь обнаружить грибную "инфекцию". Однако, просмотрев немалое число растений, ни у одного из них постоянной микоризы он не нашел. Неудача не обескуражила ученого. Предположив, что утрата грибного симбионта могла произойти вследствие введения картофеля в культуру, он приступает к исследованию его предков и диких сородичей.
Усилия Бернара были теперь сразу вознаграждены. Корни чилийского дикорастущего растения соланум маглия, наиболее близкого к нашему картофелю и подобно ему также дающего клубни, оказались сильно зараженными микоризным грибом. В итоге Бернар получил первое подтверждение своей гипотезы, что наш картофель — соланум туберозум — происходит от предков, находившихся в симбиозе с грибами. Исчезновение же гриба у культурного картофеля — результат его переноса в новые, удаленные от родины края, где практически нет грибов, способных с ним соединяться. Теперь считают также, что свою способность давать в культуре высокие урожаи "земляных яблок" картофель сохранил благодаря хорошему уходу и подкормке удобрениями.
Стремясь окончательно доказать свою правоту, Бернар искал способ продемонстрировать, что при первом удобном случае, и в частности при одичании, картофель способен восстановить утраченный союз.
Его ученику Ж. Костантену пришла в голову блестящая мысль — понаблюдать за поведением картофеля, высеянного в горах, где очень много микоризных грибов, и при этом выращивать его не клубнями, а семенами. Эксперимент, начатый сперва во Французских Альпах, а затем продолженный в Пиренеях, одновременно преследовал и другую цель — освободить картофель от болезнетворных вирусов и предупредить его вырождение. Главное, что интересовало ботаника, — установить, не вмешаются ли местные грибы в судьбу появившегося вдруг подходящего компаньона, не облегчат ли они ему образование зимующих органов.
