Лишайники представляют собой своеобразную группу многолетних комплексных организмов, тело которых состоит из гриба и водоросли. Обитают в самых различных типах наземных биоценозов: в арктических и горных тундрах, лесах, степях, пустынях и др. Субстратом для них служат камни(эпилитные лишайники), кора стволов и ветвей деревьев (эпифитные), почва (эпигейные), древесина, например тесовые крыши и заборы (эпиксильные).Лишайники были известны издавна. Еще великий Теофраст, «отец ботаники» (IV–III вв. до н. э.), дал описание двух лишайников — успей и рочеллы, которые уже тогда использовали для получения ароматических и красящих веществ. Правда, в те времена их нередко называли то мхами, то водорослями, то даже «хаосом природы» и «убогой нищетой растительности».
Сейчас известно около 20 000 видов лишайников. Наука о лишайниках называется лихенологией. Специфический признак лишайников — симбиоз двух разных организмов: гетеротрофного гриба (микобионт) и автотрофной водоросли (фикобионт). В лишайнике оба эти компонента вступают в тесные взаимоотношения: гриб окружает водоросли и даже может проникать в их клетки. Лишайники образуют особые морфологические типы — жизненные формы, которые не встречаются у отдельных слагающих их организмов. Метаболизм лишайников имеет специфический характер: только в них образуются лишайниковые кислоты, не встречающиеся у других организмов. Специфичны также и способы размножения лишайников как целостных организмов.
Отношения гриба и водоросли в лишайнике очень сложны. С одной стороны, они взаимополезны: водоросль снабжает гриб синтезируемыми ею органическими веществами, а гриб обеспечивает доставку воды и минеральных солей, а также защищает от воздействия неблагоприятных факторов среды, таких как перегрев, высыхание, излишняя инсоляция. С другой стороны, гриб ведет себя в слоевище лишайника как паразитический организм. Для сохранения как самого себя, так и лишайника в целом необходимо, чтобы водоросль, окруженная со всех сторон грибными гифами, все-таки могла жить. Если гриб начнет вести себя слишком активно, использовать не только продуцируемые водорослью вещества, но и поражать фикобионт, это может привести к гибели всего водорослевого компонента, а следом погибнет и сам гриб, и лишайник перестанет существовать. Исходя из этого, можно назвать взаимоотношения гриба и водоросли в лишайнике умеренным паразитизмом. Проникая в клетку водоросли, гифы гриба образуют гаустории, то есть расширения на концах гиф для более активного всасывания питательных веществ, что характерно для паразитических грибов.
Слоевище (так называется тело лишайника) разнообразно по форме, размерам, окраске и строению. Окраска бывает белой, серой, желтой, оранжевой, зеленой, черной; это определяется характером пигментов, содержащихся в оболочке гиф. Пигментация способствует защите водорослевого компонента от чрезмерного освещения. Но иногда бывает и наоборот: лишайники Антарктиды окрашены в черный цвет, который поглощает тепловые лучи.
По форме слоевища лишайники делятся на накипные, листоватые и кустистые.
Слоевище накипных лишайников имеет вид корочки, плотно сросшейся с субстратом сердцевинными гифами. Иногда оно выглядит как порошковидный налет.
Листоватый лишайник представляет собой пластинку, горизонтально расположенную на субстрате и прикрепленную к нему выростами гиф — ризинами. Слоевище может быть цельным или рассеченным, прижатым к субстрату или приподнимающимся над ним.
Слоевище остистых лишайников имеет вид разветвленного стоячего или повислого кустика либо неразветвленных стоячих столбиков. К субстрату они прикрепляются короткой ножкой, расширенной на конце пяточкой.
По анатомическому строению лишайники бывают гомеомерными, когда водоросли разбросаны по всему телу лишайника, или гетеромерными, когда водоросли образуют в слоевище обособленный слой. Сверху слоевище покрыто коревым слоем, состоящим из срастающихся своими стенками клеток и имеющим вид клеточной ткани — плектенхимы. Кора играет защитную функцию, а также укрепляет слоевище. Органы прикрепления листоватых лишайников — ризоиды и ризины; первые состоят из одного ряда клеток, а вторые — из соединенных в тяжи ризоидов.
Лишайники размножаются либо спорами, которые образует гриб, либо кусочками слоевища, то есть вегетативно.
Споры распространяются ветром и, попав в благоприятные условия, прорастают в гифу, но новый лишайник сформируется только в том случае, если гифа встретит подходящую водоросль.
Вегетативно лишайники размножаются изидиями и соредиями — выростами на слоевище, содержащими оба компонента лишайника.
Лишайники чрезвычайно широко распространены по земному шару, но основное их разнообразие приходится на горную тундру и горные леса.
Особенно велика их роль в тундре и лесотундре, где они составляют заметную часть растительного покрова и где они являются убежищем для беспозвоночных и мелких позвоночных животных, пищей для них и для крупных позвоночных, таких как северный олень. Лишайник «исландский мох» в северных странах используется в качестве дополнения к корму домашних животных и добавки при выпечке хлеба.
Во всех биогеоценозах лишайники выполняют фотосинтетическую и почвообразовательную функции. Особенно при первичном заселении свежеобнаженных субстратов, каменистых, скальных, бедных органикой.
Широкое применение лишайников в медицине основано на их тонизирующих и антисептических свойствах. Вырабатываемые ими лишайниковые кислоты обладают антимикробной активностью в отношении стафилококков, стрептококков, туберкулезной палочки, а также успешно применяются при лечении дерматитов.
Лишайники чувствительны к наличию в воздухе вредных примесей, особенно содержащих тяжелые металлы. Эта их особенность используется для картирования территорий по уровню атмосферного загрязнения. Зоны полного отсутствия лишайников («лишайниковые пустыни») наблюдаются, например, в лесах, прилегающих к нефтеперерабатывающим заводам. Использование лишайников в качестве удобных индикаторов атмосферного загрязнения называется лихеноиндикацией.
С древних времен известно использование лишайников в парфюмерии, основанное на высоком содержании в их слоевищах ароматических веществ и эфирных масел. В частности, дубовый мох используется при изготовлении духов.
В качестве красителей эта группа растений известна также очень давно, а шотландский твид до сих пор окрашивают экстрактами лишайников. Широко используемый в химии индикатор лакмус также является производным лишайников.
Результаты эксперимента, поставленного на борту принадлежащего Европейскому космическомуагентству спутника Foton-M2, повергли его организаторов в изумление: образцы обычного лишайника, проведшие на околоземной орбите более двух недель, продемонстрировали абсолютную нечувствительность к жестоким условиям открытого космоса.
Лишайники способны выживать в экстремальных условиях, где не выживает обычная растительность: в пустынях, степях и тундре. По приспособляемости с лишайниками могут поспорить лишь примитивные бактерии-экстремофилы, но лишайники стоят на гораздо более высокой стадии эволюционного развития и отличаются куда более сложной структурой. Поэтому лишайники и заинтересовали экзобиологов, которые ищут внеземные организмы.
Суть эксперимента, поставленного в ходе выполнения программы Foton-M2, состояла в том, что контейнер с образцами лишайника видов Rhizocarpon geographicum и Xanthoria elegans был вынесен за пределы защитной обшивки аппарата Foton-M2, открыт и оставлен в таком виде на две недели. В течение всего этого срока образцы испытывали значительные колебания температуры, подвергались воздействию полного спектра солнечного излучения, в том числе жесткого ультрафиолета, и космической радиации. Через 14 дней после начала эксперимента контейнер был вновь закрыт, помещен внутрь спускаемого аппарата, а после возвращения на Землю отправлен в голландскую лабораторию ESA.
Вскрытие контейнера показало, что все лишайники чувствуют себя прекрасно. Их способность к фотосинтезу также ничуть не пострадала.
Результаты эксперимента дают дополнительные аргументы сторонникам теории панспермии, подтверждая предположение о том, что фрагменты лишайников, выброшенные в космос вследствие удара крупного метеорита и попавшие, допустим, на Землю, вполне могли «заразить» потенциально пригодную для этого планету семенами жизни и включить механизм эволюции (правда, загадку происхождения жизни в целом во Вселенной это не решает).
Кроме того, столь поразительная жизнестойкость лишайников также позволяет предположить, что этот вид растений вполне мог бы выжить и на поверхности Марса.