В поисках истины

С древних времен земледельцы постоянно искали причины многочисленных болезней растений. Высказывая различные предположения, древние греки и римляне из-за отсутствия микроскопа не могли заглянуть в невидимый мир болезнетворных микроорганизмов. В средние века положение дел не изменилось и опасные заболевания продолжали свою опустошительную деятельность на посевах. О том, как люди воспринимали болезни в те времена, дают наглядное представление строки из известной трагедии В. Шекспира "Король Лир". Один из главных героев Эдгар, описывая массовые вспышки недугов у растений, восклицает: "Это нечистая сила Флибертиджиббет! Он выходит, как погасят в домах огни, и бродит до первых петухов. Он посылает бельма, глаза перекашивает, заячью губу делает, портит пшеницу ржою и всячески гадит смертным людям".

Большой вклад в изучение микробов внес Антон Левенгук (1632-1723). Исследуя препараты корней растений, он, к своему удивлению, обнаружил в поле зрения микроскопа таинственные микроорганизмы, которых назвал "зверушками". Сообщая о своих наблюдениях Лондонскому Королевскому обществу, он писал: "...рассматривая мелких зверушек с их ножками, я думаю о том, что они в десять тысяч раз тоньше волоска из моей бороды, а есть и более мелкие".

Однако несмотря на победы человеческого разума, вопрос о возбудителях болезней оставался открытым. Некоторые ученые, пытаясь объяснить причины заболеваний, не связывали их с присутствием грибов или бактерий. Например, французский ботаник Тиллет считал, что головню злаков вызывает головневая пыль, которая передает "заразительный яд" пшенице и превращает ее колосья в черную труху. Несколько позже другой французский ученый Бенедикт Прево высказал мысль, что причиной этой болезни является патогенный гриб. Однако, как происходит заражение растения, он установить не смог.

Известный шведский ученый, профессор Лундского университета Элиас Магнус Фриз, занимавшийся систематикой грибов, считал, что возбудители ржавчины происходят из растительных клеток путем самозарождения.

Профессор Берлинского университета Франц Мейен считал, что головню хлебных злаков вызывает застой соков растений под влиянием избытка удобрений. Автор "Микроографии" Роберт Гук полагал, что ржавчинный гриб зарождается в гниющих листьях розы.

И только благодаря основательным исследованиям Луи Пастера (1822-1895) был нанесен сокрушительный удар по сторонникам теории самозарождения. Ученый присоединился к "охотникам за микробами" и отдал много сил изучению инфекционных заболеваний животных и человека. В 1864 г. он выступил публично в Сорбонне с критикой теории самозарождения. Знаменательное выступление Луи Пастера окончательно развеяло всякие вымыслы самозарождения мышей - из грязного белья, пчелиного роя - из погребенных кишок быка, лягушек - из речной тины, червей - из гниющего мяса, угрей - из речной воды ...

В это время исследователи все чаще и чаще обращаются к вопросу о цикле развития грибов и их роли в происхождении болезней растений. Важное открытие в микологии (науке о грибах) было сделано французскими учеными - братьями Луи и Шарлем Тюлян. Они обнаружили у грибов явление плеоморфизма - образования разных форм спороношения одним и тем же видом. Это было очень важно для правильного понимания взаимоотношений гриба-паразита и растения-хозяина. Накапливались интересные и важные сведения о строении микроорганизмов и влиянии внешних условий на их жизнедеятельность. Однако ученые никак не могли прийти к единому мнению относительно того, что первично - заболевание растения или появление грибов, а что вторично.

В этой сложной ситуации выходит в свет книга, никому не известного немецкого исследователя Антона де Бари (1831-1888). Это была студенческая работа о происхождении и развитии головневых грибов. Начинающий ученый представил неопровержимые доказательства того, что они являются возбудителями болезней у злаковых культур. Антон де Бари, изучая споры головневых и других патогенных грибов, убедительно показал, что они являются продуктом мицелия, но никак не растения-хозяина. Большой вклад внес молодой ученый в исследования возбудителей фитофтороза картофеля. Впервые, используя онтогенетический метод (от споры до споры), он подробно изучил строение и биологию фитофторы. Результаты наблюдений и историю возникновения болезни, принесшей огромный урон сельскому хозяйству Европы, де Бари изложил в своей книге "Свирепствующая сейчас болезнь картофеля".

Ученый подробно изучил влияние паразитов на растение и выявил возбудителя фитофтороза. Им оказался микроскопический гриб фитофтора инфестанс. Внимательно проследив цикл развития грибов и их происхождение, Антон де Бари резко выступает против теории самозарождения.

Много внимания уделял исследователь сложным взаимоотношениям между патогенными грибами и растениями. Он впервые вводит в науку о грибах понятия "грибы-паразиты" и "грибы-сапрофиты". Паразитируя на растениях, эти микроорганизмы используют растительные ткани в пищу или для получения потомства. Причем каждый паразит имеет сродство с поражаемым растением. Например, возбудитель мучнистой росы пшеницы не трогает огурцы, возбудителю мучнистой росы огурцов не "нравится" сахарная свекла. Характерной чертой патогенов является агрессивность - способность поражать растительный организм, преодолевая его защитную реакцию. Всего одной споры достаточно, чтобы вызвать опасную болезнь - ржавчину злаков, а возбудитель фузариоза использует для этой цели не менее 10 тыс. спор. От агрессивности патогена и условий среды зависит течение болезни.

Среди врагов растений встречаются как частичные паразиты (например, омела), так и патогены, полностью живущие за счет хозяина (многие грибы, вирусы и бактерии, микоплазмы и нематоды).

Большинство ржавчинных и мучнисторосяных грибов, вирусов и других патогенов питаются только живыми растительными организмами и носят название облигатных (истинных) паразитов. Эти микроорганизмы довольно трудно вырастить в лабораторных условиях (на искусственных средах). Другие микробы - условные сапрофиты, они ведут паразитический образ жизни на живых растениях, но могут также усваивать питательные вещества из отмерших растительных тканей и клеток и размножаются на опавших листьях и плодах. Многие из них поражают фруктовые деревья. Таковы, например, парша яблонь и груш.

Встречаются в мире невидимых патогенов такие организмы, которые питаются в основном "падалью", но при определенных условиях уничтожают колосья пшеницы и початки кукурузы и корнеплоды, а также угнетают молодые всходы и взрослые растения. К настоящим сапрофитам относятся микроорганизмы, питающиеся только отмершими растительными и животными тканями, а также легко размножающиеся в искусственных условиях. Многие из них - хорошие продуценты антибиотиков, которые смертельно опасны для многих других паразитов растений. Такие яды человек использует в борьбе с патогенными грибами, обитающими в почве или в растениях.

Многообразны формы фитопатогенов. Но как же их различают ученые? Один из методов, основанный на различном типе питания грибов, предложен советским фитопатологом Т. И. Федотовой с сотрудниками.

Выращивая патогены на питательных средах, исследователи обнаружили, что степень паразитизма определяется количеством потребляемого организмом аминного азота. Причем штаммы, выделенные из живых тканей, питались активнее, чем полученные из мертвых растений. Не менее интересный способ предложила наша соотечественница Л. М. Левкина, изучавшая ферменты несовершенных грибов. Она заметила, что чем ближе патоген к истинным паразитам, тем меньше у него активность амилаз. Познакомившись с некоторыми из методов установления видов фитопатогенов, мы невольно затронули вопрос о "химическом оружии" микробов, которым они поражают растения.

Атакуя растительный организм, микроорганизмы используют весь арсенал средств нападения, и в первую очередь ферменты. Одни из них - конститутивные (продуцируются патогенами независимо от качества растительной пищи); другие имеют сродство к питательной среде. Паразиты и сапрофиты синтезируют набор этих активных молекул, которые участвуют в расщеплении пектина - пектиназы, клеточной оболочки - целлюлазы, а также протеиназы, гидролизующие белки. Почернение или побурение колосьев пшеницы и "земляных яблок" - "дело рук" тирозиназы, выделяемой патогенными бактериями. Большие различия наблюдают.ся в активности ферментов среди фитопатогенов. Например, нуклеазы (ферменты нуклеинового обмена) гриба фузариум более чем в 30 раз активнее ферментов пенициллиума.

Еще одним опасным оружием владеют патогены Речь идет о токсинах, образующихся в процессе жизнедеятельности микроорганизмов или в результате их гибели. Часто фитопатогены выделяют несколько таких ядов, которые, как "отравленные стрелы", поражают растительную клетку. Взять хотя бы, к примеру, фузариум оксиспориум, который синтезирует три токсина - ликомаразмин, вызывающий некроз листьев; фузариновую кислоту, поражающую сосудистую ткань; вазинфускарин, который нарушает функцию сосудов, закупоривая их. Среди ядовитых веществ грибов важное значение имеют тиомочевина и аммиак, а также некоторые аминокислоты.

Знакомясь со взаимоотношениями между паразитом и растением-хозяином, нельзя не упомянуть о специализации этих опасных врагов. Например, возбудитель рака картофеля относится к монофагам, питающимся только одним или несколькими близкими видами растений. Гриб склеротиния и вирус табачной мозаики могут питаться на разных растениях из различных родов и даже семейств, так как являются полифагами. Есть также фитопатогены, которые поселяются на множестве видов самых разнообразных семейств. К так называемым омниворам относится возбудитель серой гнили - ботритис цинереа. Кроме того, эти специализированные паразиты представлены многочисленными расами, поражающими только определенные сорта культурных растений. Они по-разному реагируют на изменение условий окружающей среды. Со временем расы претерпевают изменения, скрещиваются между собой и образуют новые, еще более патогенные формы. Среди грибов, бактерий и вирусов немало мутантов, которые не менее опасны для растений, чем исходные формы патогенов.

Изучая различные группы грибов, Антон де Бари приходит к выводу, что каждая из форм микроорганизмов связана с эволюцией растительного мира нашей планеты. Во втором издании своего "Руководства по морфологии и физиологии грибов, лишаев и миксомицетов" он приводит классификацию грибов, впервые используя филогенетические связи. Ученый один из первых с энтузиазмом и верой воспринял эволюционную теорию Чарлза Дарвина. Развивая свои идеи в свете этого учения, де Бари указывает на близость мира бактерий и водорослей. Ученики де Бари русские ученые М. С. Воронин и А. С. Фаминцын вместе с учителем продолжают исследования микроскопических грибов и водорослей.

В середине XIX в. в науке господствовало мнение, что на растениях не могут поселяться бактерии и тем более вызывать у них заболевания. Проведя не один час за микроскопом, тщательно изучая различные препараты, М. С. Воронин обнаружил на корнях черной ольхи и клубнях люпина микроскопические бактерии. В 1866 г. он высказывает смелую для того времени мысль о роли клубеньковых бактерий-паразитов в жизни растительного мира. Более того, ученый делает вывод о том, что эти микроорганизмы, паразитируя на растениях, могут выделять вещества, отрицательно влияющие на деление клеток. В дальнейшем, проведя успешные опыты по искусственному заражению бобовых, Воронин приходит к логичекому заключению о возможности бактериальных болезней у зеленых кормильцев. Это была очень важная победа ученого.

Продолжая исследования болезней растений, Воронин обнаружил совершенно новый гриб экзобазидиум - возбудитель пузырчатости брусники. Заражая растительный организм спорами грибов, ученый показал стадийный характер этого заболевания, и результаты его исследований использовали при искоренении опаснейшего врага чайных плантаций - возбудителя пузырчатого ожога. Интересное открытие сделал М. С. Воронин, наблюдая за питанием гриба-паразита троботрис олигоспорос. Оказалось, что этот "хищник" расставляет сети из нитей мицелия и так же, как паук, при помощи паутины отлавливает свою жертву. Кто же попадает в эту своеобразную ловушку? Оказывается, черви нематоды! Попадая, как муха, в расставленную ловушку, жертва пытается освободиться из грибных нитей, но ее движения вызывают вздутия у клеток этой "паутины", и через несколько часов от нематоды остается только внешняя оболочка. Даже если пленнице повезет и удастся выбраться на свободу, разорвав при этом петлю, это не спасет беглянку от смерти. В результате прорастания оторвавшейся части грибницы на теле нематоды она все равно гибнет.

Большим бедствием для сельского хозяйства России в середине XIX в. стала опасная болезнь - кила капусты. Возбудитель заболевания вызывает образование наростов на корнях овощных культур: капусты и репы, редьки и брюквы. В 1869 г. только под Петербургом этот недуг уничтожил половину урожая капусты. Хотя эта болезнь была известна в народе давно, причины ее возникновения оставались неясными. Среди ученых существовало мнение, что "корень зла" кроется в кислой почве или укусах насекомых. За "поимку" истинных виновников заболевания Российское общество садоводства обещало наградить "героя" золотой медалью. Занятый исследовательской работой и лекциями, М. С. Воронин не сразу обратил внимание на вспышку этой опасной болезни. Ученый познакомился с последствиями этого заболевания совершенно случайно, совершая прогулку за город. Пораженные болезнью капустные поля произвели на исследователя удручающее впечатление. Воронин начинает поиски коварного врага капусты. Труды ученого увенчались успехом - был установлен возбудитель заболевания, относящийся к хитридиомицетам. Этот микроорганизм, впервые описанный Антоном де Бари, занимает промежуточное положение между простейшими и низшими растениями. М. С. Воронин описывает течение болезни и механизм поражения растений этим патогеном. Он сообщает, что плазмодий, поражающий растительную клетку, делится на шаровидные образования, дающие споры. Устойчивые к воздействию неблагоприятных условий, они проникают после гибели растения-хозяина в почву, а затем поражают корни молодых овощных культур. Ученый также дает советы крестьянам, как бороться с этим новым патогеном, названным им плазмо-диофора брассика.

Работая в ботанической лаборатории Антона де Бари, М. С. Воронин заинтересовался головневыми грибами. Особое внимание проявил ученый к тубурцинии. Сумев вырастить гриб в искусственных условиях, М. С. Воронин получил возможность проследить историю развития этих патогенных организмов. Ученый предложил свой принцип классификации этих грибов. Его поддержал Антон де Бари, с которым Михаил Степанович в течение долгих лет поддерживал самые тесные научные связи и дружеские отношения.

В начале 80-х годов на Северном Кавказе разразилась страшная болезнь тутовых деревьев, прозванная в народе "кюмеюль". Поражая в первую очередь молодые деревья, это заболевание приносило огромные убытки садоводам. Причины недуга были неизвестны, и земле-1,ельцы обратились за помощью к ученым. На просьбу угкликнулся М. С. Воронин, который, кроме научных интересов, увидел в этом возможность помочь людям. Не имея времени на месте изучить возбудителей болезни, ученый излагает свои взгляды на заболевание в научной статье, в которой дает рекомендации местным садоводам.

Исследуя страшное заболевание злаков, прозванное "пьяным хлебом", ученый обнаружил на хлебных растениях несколько микроскопических грибков, из которых выделил два, как наиболее вероятных возбудителя боязни. Однако он не спешил с выводами, и дальнейшие исследования показали, что это были две стадии развития одного и того же паразитического микроорганизма. Кроме того, в массовом распространении этого заболевания важную роль сыграл местный климат с частыми туманами и обильными дождями.

Интересные открытия ожидали ученого, исследовавшего цикл развития склеротиний. В это время он познакомился с Сергеем Гавриловичем Навашиным и проводил с ним совместные наблюдения над этими патогенными грибами. Первый вопрос, который поставил перед собой ученый, был вопрос о растении-хозяине. Ведь часто от этого зависят все дальнейшие успехи в работе фитопатолога.

Вспомним хотя бы историю с барбарисом и ржавчиной злаков, связь между которыми установил еще де Бари. Изучая гриб возбудитель болезни, он открыл разнохозяйность у паразита. Ему удалось заразить спорами ржавчины с барбариса культурные злаки и тем самым вынести окончательный приговор этому спутнику хлебных нив.

М. С. Воронин высказывает замечательную догадку о багульнике - растении-хозяине склеротинии. При помощи Навашина удается получить из Беловежской пущи известные народной медицине плоды, пораженные грибами. Казалось, можно исследовать цикл развития этого патогена, но ученых ждало разочарование. Споры "беловежской" склеротинии не заражали местный багульник. Пришлось искать гриб-паразит в окрестностях Петербурга. Однажды Воронин обнаружил в лесной болотистой местности багульник и на нем споры возбудителя болезни. Однако и здесь исследователи потерпели неудачу. Споры местного паразита не поражали здоровые злаки. И тут ученого осенила мысль о существовании промежуточного хозяина в растительном мире. Продолжая поиски, он приметил по соседству с багульником кусты голубики. Искусственно заразив этот лесной кустарник склеротинией, Воронин убедился в правоте своей идеи. Это исключительно важное открытие стало известно широкому кругу исследователей на IX съезде русских естествоиспытателей и врачей в 1894 г.

М. С. Воронин продолжает углубленное изучение склеротиний, паразитирующих на черемухе и рябине, ольхе и вишне. Фитопатолог предполагает, что болезнетворные грибы могут "путешествовать" с одного плодового дерева на другое, и уделяет много времени истории развития паразитов и происхождению видов. Будучи последователем Дарвина, Воронин считает, что при переходе гриба с одного растения на другое может возникнуть новая разновидность патогена. Эта гипотеза ученого подтвердилась, и ему удалось наблюдать, как гриб с черемухи перешел на вишню, молодые побеги и цветы которой начали отмирать, а листья побурели и засохли. В это время сильно распространилась болезнь плодовых деревьев и исследования М. С. Воронина приобрели важное практическое значение для садоводства.

В 1898 г. за заслуги в развитии микологии в России М. С. Воронина избирают действительным членом Академии наук. Он переходит работать в Ботанический музей, где систематизирует накопленный материал и продолжает изучение жизни грибов.