Живя высоко на деревьях, безлиственные орхидеи держат обширный «парк» бактериальных симбионтов, снабжающих их необходимыми питательными веществами.
Большая часть орхидей – или, говоря более корректно, представителей семейства Орхидных – растут в тропиках. Причём в тропиках они обычно растут не на земле, а на стволах и в кронах деревьев. Такие растения называют эпифитами. Они не паразитируют на тех, на ком сидят, просто используют их как физическую опору. Плюсы от такого образа жизни могут быть в том, что ты можешь забраться поближе к свету – что особенно важно, если растёшь в плотном тропическом лесу, где у земли всегда полутемно. Опять же, на высоте до тебя не доберутся какие-нибудь травоядные, которые не умеют лазать по деревьям. С другой стороны, когда смотришь на эпифит, в голову первым делом приходит вопрос, откуда он берёт воду и те вещества, которые обычные растения получают по корням из почвы.
У эпифитов тоже есть корни – воздушные корни. В воздушных корнях часто есть фотосинтетические ферменты, но главное – это веламен, губчатая многослойная ткань с гигроскопическими свойствами, покрывающая корни снаружи. Веламен служит защитой и одновременно создаёт запас воды, всасывая росу и потоки дождя, сбегающие по дереву, на котором сидит эпифит. И это ещё не всё: веламен создаёт уникальную эконишу для грибов и бактерий. Ранее сотрудникам Московского государственного университета (МГУ) удалось выяснить, что в воздушных корнях зеленолистных орхидей живут бактерии, фиксирующие азот в органические вещества и синтезирующие гормоны-ауксины. И гормоны, и бактериальная азотфиксация помогает орхидеям расти. Ещё воздушные корни, бывает, объединяются с грибами во взаимовыгодную микоризу, причём развитию микоризы способствуют цианобактерии.
То есть бактериальная помощь орхидеям давно не секрет. Но детали взаимоотношений между орхидеями и микробными сожителями известны далеко не всегда. Так, среди эпифитных орхидей есть безлистные виды. Их листья редуцировались до мелких чешуек, а функция листьев полностью перешла к зелёным фотосинтезирующим корням. Исследователи решили подробно изучить сообщества цианобактерий воздушных корней двух видов безлистных орхидей, Chiloschista parishii Seidenf и Microcoelia moreauae L. Jonss. Можно было ожидать, что растения с настолько редуцированными листьями будут более зависимыми от азотфиксирующих микроорганизмов, и в первую очередь от азотфиксирующих цианобактерий. В то же время конкретные виды цианобактерий могут отличаться у безлистных орхидей и у их родственников с листьями.
В статье в журнале Microorganisms исследователи пишут, что и у облиственных, и у безлиственных орхидей на корнях преобладают нитчатые азотфиксирующие цианобактерии, но у безлистных орхидей разнообразие этих бактерий намного шире. Кроме того, у безлистных орхидей цианобактерии формируют значительно более массивные биоплёнки. Сами же микробные сообщества не просто разнообразны, но и довольно пластичны по составу. Присутствие тех или иных бактерий зависит и от возраста корня (молодые и активно фотосинтезирующие корни лишены цианобактериальных обрастаний), и от доступности азота, и от других факторов. Безлиственные орхидеи, которые сильно зависят от бактериальной помощи, налаживают со своими сожителями более тесные и дифференцированные связи.
В целом симбиотические взаимодействия цианобактерий с различными организмами, так называемые синцианозы, всё сильнее интересуют специалистов. Уже описаны тесные ассоциации цианобактерий с лихенообразующими грибами, губками, саговниками и даже с некоторыми цветковыми растениями. Наиболее яркий пример такой растительно-цианобактериальной кооперации – водный папоротник Azolla и живущая в полостях его листьев цианобактерия Anabaena. Азоллу, кстати, используют как биоудобрение: произрастая на рисовых полях, он обогащает среду дополнительным азотом за счет симбиотической азотфиксации. Чтобы лучше понимать, как цианобактерии сожительствуют с растениями, нужно изучить как можно больше примеров такого симбиоза.