Колония ностока

Песок на заброшенном карьере в Московской области постепенно затягивается растительностью. Среди мхов, молодых сосен и березок, единичных злаков и бобовых то и дело попадаются странные лохмотья коричнево-зеленого цвета, упругие и слегка липкие на ощупь. В сухую погоду они высохнут и станут темно-зелеными корочками, но оживут после дождя. Это колонии ностока, скорее всего ностока обыкновенного (Nostoc commune) — широко распространенного вида цианобактерий, его можно найти даже в Антарктиде. Несмотря на то что эти колонии прокариотические, они могут достигать внушительных размеров — до нескольких десятков сантиметров в длину и в ширину!

Под микроскопом колония ностока выглядит как связки бусин, погруженные в слизь. Каждая бусинка — клетка, а нити — трихомы. Трихомы способны к необычному скользящему движению, о котором можно подробно прочитать в новости Зачем цианобактерии вьют из себя веревки («Элементы», 19.11.2009). Раньше считалось, что это движение обеспечено направленным выделением слизи через внешнюю мембрану цианобактерий. Сейчас появились данные, уточняющие, почему слизь движется направленно: по-видимому, в скольжении цианобактерий участвуют белковые филаменты (нити), заякоренные в этой слизи и способные удлиняться и сокращаться.

Носток обыкновенный в световом микроскопе. Видны трихомы, состоящие из множества зеленых фотосинтезирующих клеток и редких более крупных желтоватых гетероцист (это клетки, фиксирующие азот). Фото © C.F. Carter с сайта algaebase.org

Иногда из трихом образуются более короткие и более быстро скользящие (до 10–11 мкм в секунду) нити — гормогонии, с помощью которых носток расселяется, а симбиотические виды ностока, по-видимому, находят себе подходящих симбионтов: носток встречается в лишайниках и изредка даже в высших растениях (растениям может быть выгодна способность ностока к азотфиксации).

Носток Nostoc muscorum (красный) в клетках листа сфагнума. Фото из статьи D. J. Weston et al., 2014. Sphagnum physiology in the context of changing climate: Emergent influences of genomics, modeling and host-microbiome interactions on understanding ecosystem function

Большинство клеток ностока фотосинтезирует, их можно отличить по зеленой окраске. Естественно, у них нет никаких хлоропластов — они их «двоюродные братья»: хлоропласты в глубокой древности произошли от цианобактерий (см. статью Пластиды: от растений до морских слизней и мозговых паразитов). Но в малоподвижной прокариотической цитоплазме, тем не менее, расположены тилакоиды — мешочки из мембраны, в которую встроены необходимые для световой фазы фотосинтеза белки.

Более крупные бесцветные «бусины» — это гетероцисты, клетки, которые изолируются от кислорода и специализируются на фиксации азота. Способность фиксировать азот — огромное преимущество, если доступных форм азота в субстрате нет или очень мало. Голые скалы, пески или глина — именно такой очень скудный субстрат, поэтому носток часто встречается на ранних стадиях первичной сукцессии — заселения пространств, на которых еще нет почвы.

Фото Евгении Правдолюбовой, сентябрь 2021 года.

Евгения Правдолюбова