По существующим представлениям, основу эволюционного процесса составляют изменения под влиянием внешней среды, мутационные ограничения, случайные события (спонтанные мутации, рекомбинации), естественный отбор.
Видом называют скрещивающуюся естественную популяцию, репродуктивно изолированную от других таких групп. Основными признаками, по которым виды разделяют между собой, считают генетическое и экологическое единство (Майр, 1974). Значительное место в эволюционном развитии принадлежит внезапному формообразованию (мутациям), которое может первично идти через небольшое число особей (Van Steenis, 1977). Мы разделяем мнение Майра, что у видов, утративших половой процесс и размножающихся вегетативно, мутации являются основным фактором эволюции. Разграничение таких видов (к ним относится подавляющее большинство несовершенных грибов) основано на морфологических признаках.
В настоящее время изучение систематики несовершенных грибов проводится в двух направлениях — 1) детально изучается морфология грибов, которая отличается чрезвычайным многообразием, 2) все чаще применяются для идентификации физиолого-биохимические признаки, имеющие таксономическое значение.
Lejohn (1974) в обзоре по применению биохимических показателей в эволюции грибов обосновал целесообразность изучения взаимосвязи генотипа и фенотипа, химии грибной стенки, анализа рибосомальных ДНК, метаболических путей и эволюции ферментных систем. В последние годы появилось немало сообщений, связанных с применением того или иного физиологического или биохимического свойства в качестве таксономического признака в систематике различных групп грибов. Необходимые требования, которым они должны отвечать: достаточная стабильность в пределах определенного таксона, достоверное отличие его от других признаков, а также возможность воспроизведения широким кругом исследователей.
При изучении состава жирных кислот ряда видов родов Penicillium, Sporotrichum и восьми штаммов Aspergillus niger было показано, что этот признак пригоден для дифференциации видов рода Aspergillus и Sporotrichum (Dart et al., 1976 a—c).
Нумерический анализ 17 видов Penicillium по составу жирных кислот позволил отнести их к трем группам. Такая группировка не соответствует принятому в настоящее время делению, основанному на морфологии и экологии этого обширного рода грибов. Narchause, Bertoldi (1975) с помощью электрофореза исследовали содержание и активность изоферментов: α- и β-эстераз, щелочных и кислых фосфатаз, пероксидаз и лейцинаминопептидаз у 27 штаммов рода Humicola. По различию активности этих ферментов авторы выделили ряд новых видов. Bartnicki-Garcia (1968) показал перспективность для таксономии грибов такого признака, как химический состав клеточных стенок грибов. Этот признак достоверен в подавляющем большинстве случаев для крупных таксонов: порядков и классов. Sarachek, Greland (1970), исследуя способность к фотореактивации облученных УФ-лучами 22 родов 83 видов дрожжей выявили ошибочность объединения видов, способных к фотореактивации и дефектных по этому признаку. В систематическом отношении способность к фотореактивации — признак достоверный на уровне рода.
Широкое исследование таксономического значения признака каротинообразования у грибов предпринято Valadon (1976). Автор считает, что в ряде случаев он может быть хорошим таксономическим признаком. Valadon проследил встречаемость этого пигмента в пределах разных классов и порядков грибов и показал таксономическую специфичность их химического строения. При морфологическом сходстве наличие или отсутствие каротиноидов может оказаться полезным для дифференциации некоторых родов, например Rhodotorula и Cryptococcus. Э. X. Пармасто, И. Пармасто (1975), исследуя с помощью метода газовой хроматографии пигменты ряда базидиомицетов, показали их значение в таксономии.
На основе изучения экологии и систематики почвенных темноцветных гифомицетов семейства Dematiaceae мы склонны считать, что присутствие меланинового пигмента в клеточных оболочках грибов свидетельствует об их экологической специфичности (Жданова, 19646, 1976). Аналогичного мнения придерживаются К. М. Запрометова, Т. Г. Мирчинк (1979). Определенную таксономическую ценность может иметь признак УФ-устойчивости, изученный нами на широком наборе культур, выделенных из равнинных и высокогорных почв (52 вида, 29 — родов). Критерием таксономической его оценки может быть определение достоверности различий УФ-устойчивости между изученными видами и родами семейства Dematiaceae. Статистическая проверка достоверности различий между таксонами проводилась с привлечением всех изученных культур, независимо от их обитания, так как предварительные наблюдения показали, что границы изменения признака устойчивости к УФ-лучам культур одного рода или вида практически не изменялись в связи с местообитанием. Величина выборки позволила провести определение достоверности различий на уровне рода. Различия по признаку устойчивости к УФ-лучам мы считаем достоверными, если значения критерия Стъюдента t0,05 по экспериментальным данным превышали табличное значение.
Изученные нами роды Dematiaceae мы условно разделили в соответствии с величиной и строением конидий, а также сложностью конидиеносного аппарата, на четыре группы. К первой группе отнесли роды Hormiscium, Rhinocladium, Arthrinium, устойчивые к УФ-лучам, характеризующиеся примитивными конидиеносцами и одноклеточными конидиями с толстой темно-окрашенной оболочкой. Из них только род Hormiscium достоверно отличался устойчивостью от рода Rhinocladium. Вторая группа объединяет шесть родов Dematiaceae: Humicola, Stachybotrys, Scolecobasidium, Trichosporium, Cladosporium и Oidiodendron, имеющих четко обособленные конидиеносцы и одноклеточные конидии. Роды. Humicola и Stachybotrys отличались большей устойчивостью к УФ-лучам по сравнению с родами Cladosporium, Oidiodendron, Scolecobasidium и Trichosporium. Роды Cladosporium, Oidiodendron и Scolecobasidium характеризовались сравнительно мелкими и тонкостенными конидиями, в отличие от рода Trichosporium.
Математическая проверка подтвердила правильность деления перечисленных родов Dematiaceae на УФ-чувствительные и устойчивые. Так, более устойчивые к УФ-лучам роды Humicola и Stachybotrys достоверно отличались от чувствительных Cladosporium, Oidiodendron и Trichosporium; Scolecobasidium в этой группе занимал промежуточное положение. Внутри каждой из перечисленных групп родов статистически достоверных различий не обнаружено. Статистическая обработка не выявила достоверных различий среди устойчивых к воздействию УФ-лучей родов Trichocladium и Bispora, отнесенных нами в третью группу, которая объединяет роды с 2—3-клеточными конидиями и примитивными, слабо выраженными конидиеносцами.
Наконец, к IV группе мы отнесли устойчивые к УФ-лучам виды с многоклеточными конидиями и ригидными оболочками, образующимися на обособленных, хорошо развитых конидиеносцах. У близких морфологически и таксономически родов Alternaria и Stemphylium устойчивость к УФ-лучам примерно одинакова. Она выше у Helminthosporium, но достоверно отличалась только от таковой Alternaria. В общем отношении к УФ-лучам у всех крупноспоровых родов очень сходно. Кроме того, мы сравнили устойчивость к УФ-лучам четырех групп родов по средней арифметической выживаемости каждого рода, входящего в состав соответствующей группы.
Устойчивость к УФ-лучам I, II, и IV групп достоверно различалась между собой и от III группы родов. По этому признаку представители рода Trichocladium и Bispora (III группа родов) не отличались от крупноспоровых (IV группа). Таким образом, различия в УФ-устойчивости на уровне групп родов проявились еще резче, чем на уровне родов.
Наибольшим видовым разнообразием в наших исследованиях отличались роды Cladosporium, Curvularia, Stemphylium, Oidiodendron. В связи с этим мы попытались определить различия в устойчивости некоторых видов — представителей каждого из перечисленных родов. Среди видов рода Cladosporium большей устойчивостью к УФ-лучам отличались виды С. linicola, С. atroseptum, С. brevi-compactum var. tabacinum, для которых характерны утолщенные, интенсивно пигментированные оболочки конидий. Все три вида достоверно отличались от видов С. transchelii, С. elegantulum, С. griseo-olivaceum, конидии которых сравнительно тонкостенные и окрашены менее интенсивно. Чувствительность к УФ-лучам их на 1—2 порядка превышала таковую упомянутых выше видов. Промежуточное положение занимал вид С. hordei. Обращает на себя внимание, что устойчивость к УФ-лучам зависела от толщины клеточной оболочки и плотности в ней меланинового слоя.
Различия в устойчивости остальных изученных видов родов Oidiodendron, Curvularia и Stemphylium были статистически недостоверными.
Только у 15 — из 29 изученных родов семейства Dematiaceae величина выборки позволила провести соответствующую статистическую обработку и определить достоверность различий по признаку УФ-устойчивости. Статистически подтверждены различия между чувствительными к УФ-лучам (II группа) и устойчивыми (I, III, IV) группами родов. Наибольшей устойчивостью отличались роды Stemphylium, Curvularia, Helminthosporium, Hormiscium, Arthrinium, что нашло математическое подтверждение. Таким образом, можно предположить, что принятое нами деление темноцветных гифомицетов является оправданным. К сожалению, ограниченность количества природных изолятов не разрешает провести оценку этого признака на уровне вида.
По нашим наблюдениям, устойчивость к УФ-лучам может быть признаком рода, но степень ее не связана с систематическим положением гриба. Она, по всей вероятности, определяется толщиной меланинового слоя в клеточной оболочке, о чем свидетельствует высокая резистентность таких таксономически далеких родов, как Stemphylium и Hormiscium.
Необычайное разнообразие морфологических признаков грибов в какой-то степени облегчает их систематизацию. Лучшие определители грибов (Saccardo 1899; Ячевский, 1917; Пидопличко, 1953), составленные на основании морфологии видов, до сих пор являются ценными настольными книгами микологов. Об определителе Саккардо H. И. Вавилов (1967) отозвался как о наглядном примере интуитивного применения теории гомологических рядов.
В мировой литературе постоянно публикуются описания большого количества видов грибов, основанные на изучении только морфологии, значительно реже — экологии и еще реже — физиологии и генетики. В этой связи возникает вопрос — насколько достоверны современные критерии объективности вида? Нам представляется, что в ряде случаев решить его можно проведением специальных экспериментальных исследований. Перспективность прямого анализа динамики эволюционных преобразований разнообразными модельными микроэволюционными опытами на удобных растительных объектах обоснована в монографии М. Г. Агаева (1978). Мы попытались развить это положение на примере грибов.
В последние 30 лет появились сообщения, касающиеся изучения в таксономическом аспекте морфологических мутантов, полученных под действием различных факторов. Используя рентгеновское облучение, Hollaender и Emmons (1949) показали на мутантах Trichophyton rubrum ошибочность представлений о видовых границах рода Trichophyton, которые следует понимать более широко. White (1963) описала спонтанный мутант Aspergillus clavatus, идентифицированный как A. giganteus. Тем самым подтвердилось мнение Blochwitz (цит. по White 1963), который считал сомнительным существование этого вида. М. М. Левитин и др. (1967, 1971), изучив спектр мутаций, обосновали идентичность видов Kabatiella (Polyspora) lini и Pullularia pullulans.
Caten (1979) установил, что между видами Aspergillus heterocaryoticus и A. amstelodami существует тесная связь. A. amstelodami был выделен из A. glaucus, он отличается конидиями белого или коричневого цвета. У A. heterocaryoticus и A. amstelodami с помощью УФ-лучей (254 нм) и нигрозогуанидина были получены белые и коричневые мутанты, которые по культуральным и морфологическим признакам идентичны A. amstelodami. Показана возможность гибридизации мутантов каждого из видов, при этом в ряде случаев получены рекомбинанты с зелеными конидиями, которые также не отличались от A. amstelodami. Установлена идентичность генетического расщепления конидий по цвету белый : зеленый : коричневый как 2 : 1 : 1. Таким образом, очевидна недопустимость описания новых видов только на основании отличия их по цвету. Проведенный Caten анализ трудоемкий, его далеко не всегда можно применить, но в спорных ситуациях метод может быть полезен.
Мы исследовали действие искусственного солнечного света высокой интенсивности, высоких доз УФ- и ионизирующего излучения на некоторые виды семейства Dematiaceae (Жданова и др., 1978, 1981; Василевская, 1976). Измененные по морфологии мутанты, полученные из исходного штамма Cladosporium transchelii, были отнесены к ранее описанным (Пiдоплiчка, Деняк, 1938, 1941) видам С. hordei, С. brevi-compactum, С. elegantulum и С. gossypicola. Из них только мутант С. hordei по цвету не отличался от исходного штамма. Полученные морфологические мутанты ставят под сомнение объективность существования описанных ранее видов. Результаты наших наблюдений открывают перспективы для пересмотра представлений о границах вида С. transchelii. По-видимому, упомянутые виды будут отнесены к более мелким таксонам, например подвидам (Жданова и др., 1978).
Изучение морфологических мутантов Stemphylium ilicis и S. sarciniforme показало определенное сходство между ними в характере наблюдаемых изменений. И в этом случае некоторые мутанты идентифицированы как виды. При облучении ИСС культуры S. ilicis получены мутанты, которые отнесены к виду S. sarciniforme. Облучая конидии S. sarciniforme, получили мутант, идентифицированный нами как S. ilicis. Кроме того, выделены мутанты, отнесенные по морфологии к Alternaria alternata, а также таковые, обладающие признаками, характерными для обоих родов Alternaria и Stemphylium. Характерно, что описанные мутанты получены у S. ilicis и S. sarciniforme под действием искусственного солнечного света, протонного излучения и при экспозиции конидий в условиях глубокого вакуума. Это свидетельствует о близком сродстве родов Stemphylium и Alternaria.
Знакомство с историей описания рода Stemphylium показывает, что в 1938 г. Wiltshire (цит. по Neergaard 1945) предложил разделить род Stemphylium на два подрода: Eu-Stemphylium и Pseudo-Stemphylium. Такую интерпретацию разделяли Neergaard (1945) и Н. М. Пидопличко (1953). Hughes (1953) укрупнил род Alternaria за счет присоединения к нему подрода Pseudo-Stemphylium. В дальнейшем эту точку зрения приняли многие систематики (Joly, 1964; Ellis, 1971; Kendrick, Carmicael, 1973).
Если в начале работы мы рассматривали род Stemphylium по описанию Wiltshire (1938), то после изучения спектра мутаций пришли к убеждению, что границы рода Alternaria следует значительно расширить. Таким образом, расширение рода Alternaria за счет присоединения к нему подрода Pseudo-Stemphylium получило экспериментальное подтверждение при анализе полученных нами мутантов (Жданова, Редчиц, 19816).
Считаем необходимым подчеркнуть некоторые особенности, установленные у темноцветных грибов: приуроченность их к местообитаниям с повышенной инсоляцией (поверхность почвы и растительных остатков, высокие слои атмосферы). Освещение видимым светом стимулировало в большинстве случаев рост и спорообразование у этих грибов.
Показано защитное действие меланиновых пигментов от УФ-лучей и спектрального света, которое осуществляется в два этапа. На первом этапе имеет место экранирование, т. е. зависимость выживаемости от толщины слоя меланиновых гранул в клеточной оболочке, на втором — защитный эффект связан с обратимым фотопереносом электронов в биополимере пигмента. Выявлен механизм фотозащитного действия меланинового пигмента грибного происхождения и изучен ряд особенностей его фотохимической реакции, что позволяет объяснить уникальную УФ- и устойчивость к солнечному свету высокой интенсивности, обнаруженную у ряда представителей семейства Dematiaceae. Степень пигментации культуры оказывала заметное влияние на интенсивность процесса фотореактивации. Примечательно, что микохромные системы в подавляющем большинстве случаев обнаружены среди меланин- и каротинсодержащих грибов.
Источник: Н. Н. Жданова, А. И. Василевская. Экстремальная экология грибов в природе и эксперименте. Киев: Наук. думка, 1982