Идеи Франка подверглись яростной критике, как в свое время и гипотеза двойственной природы лишайников Швенденера. Для противников теории Франка идея о том, что симбиоз может быть взаимно полезным – то есть называться мутуализмом, – была сентиментальной фантазией. Если кажется, что один из партнеров выигрывает от сожительства, он наверняка за это чем-то расплачивается. Любой симбиоз, представляющийся взаимовыгодным, только маскируется, «умалчивая» о конфликтах и паразитизме. Франк, на которого критика не оказала никакого влияния, продолжал работать над изучением отношений растений и их грибных «кормилиц» еще 10 лет. Он проводил изящные эксперименты с саженцами сосен. Некоторые из них он выращивал в стерилизованной почве; другие – в земле, принесенной из ближайшего соснового леса. Те саженцы, что росли в лесной почве, завязывали грибные отношения и развивались лучше, становясь здоровыми молодыми деревцами быстрее, чем саженцы, росшие в стерильных условиях.
Изыскания Франка привлекли внимание Дж. Р. Р. Толкина, чья любовь к растениям, особенно деревьям, была хорошо известна. Микоризные грибы вскоре стали персонажами «Властелина колец». «Для вас, маленький садовод и любитель деревьев, – сказала она [повелительница эльфов Галадриэль] Сэму [Гэмджи], – у меня лишь скромный подарок. <…> В ящике земля из моего сада и все благословения <…>. Если вы сохраните [мой подарок] и вновь увидите свой дом, тогда, быть может, он вознаградит вас. Пусть все будет уничтожено и пустынно, но мало найдется в Средиземье таких цветущих садов, какой будет у вас, если вы бросите на него эту землю»[23]. Когда он наконец вернулся домой в разоренный Шир, Сэм Гэмджи посадил саженцы в тех местах, где были когда-то самые красивые и любимые деревья, теперь уничтоженные, а под корень каждому из них положил по крупинке земли, подаренной волшебницей. Всю зиму он как мог сохранял спокойствие и старался не сбегать ежечасно в сад, чтобы проверить, не взошло ли там чего. Весна превзошла самые смелые его ожидания. Деревья пустили побеги и тянулись ввысь, словно время торопилось и стремилось за год создать то, на что обычно уходило 20 лет.
Описание Толкина вполне могло относиться к росту растений в девонский период, 300–400 миллионов лет назад. Уже вполне обосновавшиеся на земле, питаемые большим количеством света и углекислого газа растения расселились по всему миру и стали развиваться в более сложные и крупные формы быстрее, чем когда-либо ранее. Деревья в метр высотой превратились в 30-метровые за несколько миллионов лет. За этот период – по мере того, как росло благополучие растений, – содержание углекислого газа в атмосфере упало на 95 %, что спровоцировало начало периода глобального похолодания. Возможно ли, что растения и их партнеры грибы сыграли какую-либо роль в этом колоссальном атмосферном изменении? Ряд исследователей, включая и Филд, считают, что это вполне вероятно.
«Уровень углекислого газа в атмосфере сильно падает в то самое время, когда растения развиваются во все более сложные структуры», – объяснила Филд. Повышение продуктивности растений, в свою очередь, зависело от их микоризных партнеров. Такая последовательность событий вполне предсказуема. Один из самых серьезных факторов, ограничивающих рост растений, – недостаток фосфора. А уж что микоризные грибы делают лучше всего – это одна из их самых выдающихся метаболических «арий», – так это добывают фосфор из почвы и передают его партнерам-растениям. Если растения удобрены фосфором, они растут лучше и становятся больше. Чем больше растения, тем больше углекислого газа они забирают из атмосферы. Чем больше на земле растений, тем больше их умирает и больше углерода оказывается погребенным в почвенных отложениях. Чем больше углерода копится в почве, те меньше его остается в атмосфере.
Фосфор – лишь часть истории. Микоризные грибы применяют кислоту и высокое давление, чтобы прорывать ходы в твердых каменистых породах. С их помощью растения в девонский период добывали из почвы такие минералы, как кальций и кремний. Высвобожденные из камня, они вступают в реакцию с углекислым газом, извлекая его из атмосферы. Получающиеся в результате соединения – соли угольной и кремниевой кислоты – попадают в океаны, где морские организмы используют их для создания панцирей и раковин. Когда эти организмы умирают, их раковины и панцири погружаются на глубину и скапливаются на океанском дне, залегая слоями в сотни метров толщиной – тоже огромные хранилища углерода. Сложите все эти факторы, и климатические условия начнут меняться.
Интересно, можно ли высчитать, какое воздействие оказывали микоризные грибы на мировой климат в древности? – задался я вопросом. «И да, и нет, – ответила Филд. – Я попробовала недавно». Для этого она привлекла к работе биогеохимика Бенджамина Миллза из Университета Лидса. Он работает с прогностическими компьютерными моделями, описывающими изменения климата и состава атмосферы. Компьютерные модели строят многие исследователи. Метеорологи и климатологи нуждаются в этих цифровых симуляциях для создания сценариев развития. От моделей также зависят исследователи, воссоздающие перемены в прошлом планеты. Подставляя числа, можно опробовать различные гипотезы изменения климата Земли. Увеличим содержание углекислого газа, и к чему это приведет? А если снизить количество фосфора, которое доступно растениям? Модели не могут точно сказать, что происходило, но они могут указать на факторы, способные вызвать изменения.
До того, как Филд обратилась к Миллзу, он не включал микоризные грибы в свои расчетные модели. Миллз мог изменить количество получаемого растениями фосфора, но, если не принимать в расчет микоризные грибы, невозможно сделать реалистичный расчет фосфора, доступного растениям. Филд могла помочь. Проведя ряд экспериментов в климатических камерах, она выяснила, что результат микоризных отношений варьировался в зависимости от климатических условий. Иногда растения больше выигрывали от этих отношений, иногда – меньше. Эту особенность она назвала симбиотической эффективностью. Если растения объединяются с эффективным микоризным партнером, они получают больше фосфора и лучше растут. Филд удалось примерно рассчитать, насколько эффективным должен был быть микоризный обмен около 450 миллионов лет назад, когда уровень содержания углекислого газа в атмосфере был в несколько раз выше, чем сегодня.
Когда Миллз добавил микоризные грибы в модель, использовав вычисления Филд, он обнаружил, что изменить климат на планете можно было, просто повысив или понизив симбиотическую эффективность. Количество углекислого газа и кислорода в атмосфере, а также температура – все менялось в зависимости от эффективности обмена веществами. В соответствии с данными Филд микоризные грибы могли внести существенный вклад в кардинальное снижение уровня углекислого газа, которое последовало за процветанием растений в девонский период. «Это один из тех моментов, когда вы думаете: “Ух ты! И правда!” – воскликнула Филд. – Наши результаты предполагают, что микоризные отношения сыграли роль в эволюции большей части жизни на Земле».
И они продолжают ее играть. В книге пророка Исаии Ветхого Завета сказано, что «всякая плоть – трава». Это утверждение вполне научно: в телах животных трава становится плотью. Однако зачем на этом останавливаться? Трава становится травой, если ее поддерживают грибы, живущие в ее корнях. Значит ли это, что вся трава – это гриб? Если вся трава – гриб и вся плоть – трава, следует ли из этого, что вся плоть – это гриб? Может быть, и не вся, но часть – точно. Микоризные грибы могут обеспечивать растениям до 80 % азота и до 100 % фосфора. Грибы поставляют им и другие необходимые питательные вещества, такие как цинк и медь. Они также обеспечивают растения водой и помогают им пережить засуху, что делали с незапамятных времен, с первых дней существования жизни. Взамен растения отдают своим микоризным партнерам вплоть до 30 % углерода, который добывают. Что именно происходит между растением и микоризным грибом в конкретный момент, зависит от того, кто участвует в отношениях. Быть растением и быть грибом можно по-разному. И по-разному могут складываться микоризные отношения: это образ жизни, который заново формировался в процессе эволюции более 60 раз в различных грибных родах, с тех пор как водоросли впервые выбрались на сушу. Как и в случае со многими характерными свойствами, возникавшими вопреки обстоятельствам не один раз – будь то способность охотиться на червей-нематод, или образовывать лишайники, или манипулировать поведением живых существ, – трудно отделаться от чувства, что эти грибы натолкнулись на стратегию, ведущую к победе.
Грибные партнеры растения могут оказать заметное воздействие на его рост – и на его плоть. Несколько лет назад, на конференции, посвященной микоризным отношениям, я встретил одного исследователя, который выращивал клубнику с разными микоризными грибами. Эксперимент был прост. Если один и тот же сорт клубники выращивать с различными видами грибов, изменится ли вкус клубники? Он проводил дегустацию вслепую и выяснил, что разные сообщества микоризных грибов действительно меняли вкусовые свойства ягод. У некоторых из них вкус становился насыщеннее, другие делались более сочными, а третьи – более сладкими. Когда он повторил эксперимент на второй год, непредсказуемые погодные условия затушевали воздействие микоризных грибов на вкус клубники, но обнаружился ряд других поразительных эффектов. Шмелей больше привлекали цветы на клубничных кустах, выросших с одним видом микоризных грибов, и меньше – те, что выросли с другими видами. Растения, выращенные с некоторыми видами грибов, давали больше ягод, чем выращенные с другими видами. Внешний вид ягод тоже менялся в зависимости от того, с каким видом гриба состояло в партнерстве растение. Некоторые грибные сообщества придавали ягодам более приятный вид, чем другие.
Не только клубника чувствительна к личности своего грибного партнера. Большинство растений – от декоративного горшечного львиного зева до гигантской секвойи – будут по-разному развиваться в зависимости от того, с каким сообществом