Secretele lumii ciupercilor: creierul păianjenului ca analog al omului

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Modificat ultima dată: 2023-12-16 16:15

În 2000, profesorul Toshiyuki Nakagaki, biolog și fizician la Universitatea Japoneză din Hokkaido, a luat o probă dintr-o mucegaiă galbenă și a plasat-o la intrarea într-un labirint care este folosit pentru a testa inteligența și memoria șoarecilor. La celălalt capăt al labirintului, a pus un cub de zahăr. Ciuperca nu numai că a găsit calea către zahăr, dar a folosit și cea mai scurtă cale pentru aceasta.

La ce se gândesc ciupercile?

Physarum polycephalum mirosea a zahăr și a început să-și trimită muguri în căutarea lui. Pânzele de păianjen ale ciupercii s-au bifurcat la fiecare intersecție a labirintului, iar cele care cădeau într-o fundătură s-au întors și au început să privească în alte direcții. Timp de câteva ore, pânzele de ciuperci au umplut pasajele labirintului și, până la sfârșitul zilei, una dintre ele și-a găsit drumul spre zahăr.

După aceea, Toshiyuki și echipa sa de cercetători au luat o bucată din pânza de păianjen a ciupercii care a participat la primul experiment și au pus-o la intrarea unei copii a aceluiași labirint, de asemenea, cu un cub de zahăr la celălalt capăt. Ceea ce s-a întâmplat i-a uimit pe toată lumea. În prima clipă, pânza de păianjen s-a ramificat în două: un mugur și-a făcut drum spre zahăr, fără o singură întoarcere în plus, celălalt a urcat pe peretele labirintului și l-a traversat direct, de-a lungul tavanului, drept spre poartă. Pânza de ciuperci nu numai că și-a amintit drumul, dar a schimbat și regulile jocului.

Am îndrăznit să rezist tendinței de a trata aceste creaturi ca pe niște plante. Când faci cercetări de ciuperci timp de câțiva ani, începi să observi două lucruri. În primul rând, ciupercile sunt mai aproape de regnul animal decât pare. În al doilea rând, acțiunile lor par uneori a fi rezultatul unei decizii deliberate. M-am gândit că ciupercilor ar trebui să li se ofere posibilitatea de a încerca să rezolve ghicitorile.

Cercetările ulterioare efectuate de Toshiyuki au descoperit că ciupercile pot planifica rute de transport la fel de bine și mult mai rapid decât inginerii profesioniști. Toshiyuki a luat o hartă a Japoniei și a plasat bucăți de mâncare în locuri corespunzătoare marilor orașe din țară. A pus ciupercile „la Tokyo”. După 23 de ore, au construit o rețea liniară de pânze de păianjen pentru toate bucățile de mâncare. Rezultatul este o replică aproape exactă a rețelei feroviare din jurul Tokyo.

Nu este atât de dificil să conectezi câteva zeci de puncte; dar conectarea lor eficient și cel mai economic nu este deloc ușoară. Consider că cercetările noastre nu ne vor ajuta doar să înțelegem cum să îmbunătățim infrastructura, ci și cum să construim rețele de informații mai eficiente.

HISTORIA A ALTE FIINȚE

Potrivit estimărilor conservatoare, există aproximativ 160 de mii de tulpini de ciuperci pe Pământ, dintre care majoritatea au abilități impresionante.

De exemplu, la Cernobîl a fost descoperită o ciupercă care se hrănește cu produse radioactive și, în același timp, curăță aerul din jurul ei. Această ciupercă a fost găsită pe peretele unei centrale nucleare distruse, care timp de mulți ani după dezastru a continuat să producă radiații care distrug toată viața pe o rază de câțiva kilometri.

În timp ce explorau pădurea Amazonului, doi studenți la biologie de la Universitatea Yale au găsit ciuperca Pestalotiopsis microspora, care poate degrada plasticul. Această abilitate a fost descoperită atunci când ciuperca a mâncat vasul Petri în care a fost crescută.

Până acum, nici știința și nici tehnologia noastră nu sunt capabile de acest lucru. Contaminarea cu plastic este una dintre cele mai mari probleme tehnologice. Astăzi avem mari speranțe în această ciupercă. - Profesorul Scott A. Strobl.

Geneticienii de la Institutul American de Bioenergie au reușit să facă tulpina de ciuperci să digere mai repede xiloza naturală de zahăr. Semnificația potențială a acestei descoperiri constă în crearea unui mod nou, ieftin și rapid de a produce biocombustibili curați.

S-ar părea, cum un organism „primitiv”, fără creier și limitat în mișcare, face miracole dincolo de controlul științei?

Pentru a încerca să înțelegeți lumea ciupercii, trebuie mai întâi să clarificați ceva. Shiitake, portobello și champignon nu sunt doar numele ciupercilor comestibile. Fiecare dintre ele este un organism viu, reprezentând o rețea de milioane de cele mai subțiri pânze de păianjen sub pământ. Ciupercile care se uită din pământ sunt doar „vârfurile degetelor” ale acestor pânze de păianjen, „uneltele” cu care organismul își răspândește semințele. Fiecare astfel de „deget” conține mii de spori. Sunt purtați de vânt și de animale. Când sporii cad în pământ, ei creează noi pânze și germinează cu noi ciuperci.

Această creatură respiră oxigen. Este atât de neobișnuit din punct de vedere biologic încât aparține propriului său regat, separat atât de animale, cât și de plante.

Dar ce știm cu adevărat despre această formă de viață?

Nu știm ce determină sistemul subteran de pânze de păianjen la un moment dat să elibereze ciuperci la suprafața pământului; de ce creste o ciuperca spre un copac si alta spre altul; și de ce unele dintre ele produc otrăvuri mortale, în timp ce altele sunt gustoase, sănătoase și parfumate. În unele cazuri, nici măcar nu putem prezice cronologia dezvoltării lor. Ciupercile pot apărea în trei ani, sau chiar la 30 de ani după ce sporii lor au găsit un copac potrivit. Cu alte cuvinte, nu știm nici măcar cele mai elementare lucruri despre ciuperci. - Michael Pollan, cercetător.

REGINA MORTULUI

Ne este greu să înțelegem ciupercile din cauza structurii lor anatomice. Când iei o roșie în mână, ții roșia întreagă în mână așa cum este. Dar nu poți smulge o ciupercă și să-i examinezi structura. O ciupercă este doar fructul unui organism mare și complex. Pânza de păianjen este prea subțire pentru a fi curățată de sol fără a o deteriora. - Sgula Motspi, microbiolog.

O altă problemă este că majoritatea ciupercilor de pădure nu pot fi domesticite și sunt foarte greu de cultivat, atât pentru cercetare, cât și pentru scopuri industriale.

Ei aleg doar un anumit așternut, ei înșiși decid când să germineze. Adesea, alegerea lor cade pe copaci bătrâni care nu pot fi transferați în alt loc. Și chiar dacă plantăm sute de copaci potriviți în pădure și stropim miliarde de spori pe pământ, nu există nicio garanție că vom obține ciupercile într-un timp rezonabil. - Michael Pollan, cercetător.

Sistemele de nutriție, creștere, reproducere și producție de energie la ciuperci sunt complet diferite de cele ale animalelor. Nu au clorofila si prin urmare, spre deosebire de plante, nu folosesc direct energia soarelui. Champignons, shiitake și portobello, de exemplu, cresc pe un așternut de plante ofilite.

La fel ca animalele, ciupercile digeră hrana, dar, spre deosebire de ele, ele digeră hrana în afara corpului lor: ciupercile secretă enzime care descompun materia organică în componentele sale, apoi absorb aceste molecule.

Dacă solul este stomacul globului, atunci ciupercile sunt sucurile sale digestive. Fără capacitatea lor de a descompune și procesa materia organică, pământul s-ar fi sufocat de mult. Materia moartă s-ar acumula la nesfârșit, ciclul carbonului ar fi întrerupt și toate viețuitoarele ar rămâne fără hrană.

Ne concentrăm pe viață și pe creștere în cercetările noastre, dar în natură, moartea și decăderea sunt la fel de importante. Ciupercile sunt conducătorii de necontestat ai împărăției morții. Prin urmare, apropo, sunt atât de mulți în cimitire. Dar cel mai mare secret este energia enormă a ciupercilor. Există ciuperci care pot sparge asfaltul, strălucește în întuneric, procesează o grămadă de deșeuri petrochimice peste noapte și le pot transforma într-un produs comestibil și nutritiv. Ciuperca Coprinopsis atramentaria este capabilă să crească un corp roditor în câteva ore și apoi, într-o zi, să se transforme într-o baltă de cerneală neagră.

Ciupercile halucinogene schimbă mințile oamenilor. Există ciuperci otrăvitoare care pot ucide un elefant. Și paradoxul este că toate conțin cantități mici de calorii pe care cercetătorii le folosesc de obicei pentru a măsura energia. Modul nostru de a măsura energia nu pare să se potrivească aici. Caloriile caracterizează energia solară stocată în plante. Dar ciupercile sunt slab asociate cu soarele. Ele germinează noaptea și se ofilesc ziua. Energia lor este cu totul altceva.

- Michael Pollan, cercetător.

INTERNET SUB PĂMÂNTUL

Miceliul este infrastructura complexă pe care se află toate plantele din lume. În zece centimetri cubi de sol, puteți găsi opt kilometri din pânzele sale de păianjen. Piciorul uman acoperă aproximativ o jumătate de milion de kilometri de pânze de păianjen apropiate. - Paul Stemets, micolog.

Ce se întâmplă în aceste rețele?

La începutul anilor 1990, a apărut pentru prima dată ideea că rețeaua acestor pânze de păianjen nu numai că transporta alimente și substanțe chimice, ci era și o rețea de comunicare inteligentă și auto-învățată. Privind chiar și secțiuni mici ale acestei rețele, este ușor de recunoscut o structură familiară. Imaginile grafice ale internetului arată exact la fel. Rețeaua se ramifică și, dacă una dintre ramuri eșuează, atunci este rapid înlocuită de soluții alternative. Nodurile sale, situate în zone strategice, sunt mai bine alimentate cu energie din cauza locurilor mai puțin active și sunt lărgite. Aceste rețele au sensibilitate. Și fiecare web poate transmite informații către întreaga rețea.

Și nu există un „server central”. Fiecare web este independentă, iar informațiile pe care le colectează pot fi transmise rețelei în toate direcțiile. Astfel, modelul de bază al internetului a existat în orice moment, doar că se ascundea în pământ. - Paul Stemec, micolog

Rețeaua în sine pare să poată crește la infinit. De exemplu, în statul Michigan, a fost găsit un miceliu, care a crescut sub pământ pe o suprafață de nouă kilometri pătrați. Se estimează că are o vechime de aproximativ 2.000 de ani.

Când decide rețeaua să cultive ciuperci?

Uneori motivul este pericolul pentru viitorul rețelei. Dacă pădurea care alimentează rețeaua se arde, miceliul nu mai primește zaharuri din rădăcinile copacilor. Apoi germinează ciuperci la cele mai îndepărtate capete, astfel încât acestea să răspândească spori de ciuperci, să-i „elibereze” genele și să le ofere posibilitatea de a găsi un nou loc. Așa a apărut expresia „ciuperci după ploaie”. Ploaia spală putregaiul organic din pământ și, în esență, privează rețeaua de sursa de energie - apoi rețeaua trimite „echipe de salvare” cu dispute în căutarea unui nou refugiu.

COȘMAR PENTRU INSECTE

„Găsirea unei noi căminuri” este un alt lucru care distinge ciupercile de regnurile animale și vegetale. Există ciuperci care își răspândesc sporii la fel cum fructele își răspândesc semințele. Alții produc feromoni care fac ca ființele vii să le dorească în mod compulsiv. Culegătorii de trufe albe îl folosesc pentru a căuta porci, deoarece mirosul acestor ciuperci este similar cu cel al unui mistreț alfa.

Cu toate acestea, există modalități mai complexe și mai crude de răspândire a ciupercilor. Observarea furnicilor din Africa de Vest din specia Megaloponera foetens a înregistrat că se cațără în copaci înalți în fiecare an și cu atâta forță își străpung fălcile în trunchi, încât după aceea nu pot să se elibereze și să moară. Anterior, nu au existat cazuri de sinucidere în masă a furnicilor.

S-a dovedit că insectele acționează împotriva voinței lor, iar altcineva le trimite la moarte. Motivul sunt cei mai mici spori ai ciupercii הטומנטלה, care uneori reușesc să intre în gura furnicilor. Odată ajuns în capul insectei, sporul trimite substanțe chimice în creierul său. După aceea, furnica începe să se cațere în cel mai apropiat copac și își cufundă fălcile în coajă. Aici, parcă s-ar fi trezit dintr-un coșmar, începe să încerce să se elibereze și, în final, epuizat, moare. După aproximativ două săptămâni, din capul lui răsar ciuperci הטומנטלה.

Pe copacii din Camerun, puteți vedea sute de ciuperci crescând din corpurile furnicilor. Pentru ciuperci, această putere asupra creierului este un mijloc de reproducere: ei folosesc picioarele unei furnici pentru a se catara într-un copac, iar înălțimea ajută la răspândirea sporilor lor de către vânt; așa că își găsesc case noi și… furnici noi.

„Ciuperca zombi” thailandeză Ophiocordyceps unilateralis încurajează furnicile care se hrănesc cu ea să urce pe frunzele anumitor plante. Distanța pe care o parcurg furnicile infectate pentru aceasta este mult mai mare decât distanțele din viața lor normală și, prin urmare, ajungând la frunze, insectele mor de oboseală și foame, iar după două săptămâni ciupercile răsar din corpul lor.

Aceste creaturi sunt poate cele mai uimitoare dintre toate pe care le-am văzut. Credem că produc substanțe chimice asemănătoare LSD-ului, dar încă nu am întâlnit medicamente care induc un comportament în interesul cuiva. - Profesorul David Hughes.

Hughes a descoperit ciuperci care controlează creierul păianjenilor, păduchilor și muștelor.

Aceasta nu este o coincidență, selecție naturală sau produse secundare ale unui alt proces. Aceste insecte sunt trimise împotriva voinței lor acolo unde nu ar trebui să fie, dar le place ciupercilor. Când am transferat furnicile infectate pe alte frunze, ciupercile pur și simplu nu au germinat. - Profesorul David Hughes

CUM AU FOST INVENTAT ANTIBIOTICIILE

Există, de asemenea, o latură pozitivă a faptului că ciupercile pot produce otrăvuri puternice. Unele dintre aceste otrăvuri sunt arme eficiente împotriva dușmanilor noștri comuni. De exemplu, microbi.

Din cele 160 de mii de specii de ciuperci, ale căror corpuri conțin compuși chimici complecși, știința a putut să descifreze și să reproducă doar 20, iar printre acestea au fost găsite câteva dintre cele mai importante medicamente.

Există un motiv pentru care ciupercile produc medicamente. Întotdeauna cresc în cele mai rele locuri, umede, fierbinți, în locuri care sunt „fabrici de microbi și viruși”. Majoritatea plantelor nu au protecție împotriva acestor factori, dar ciupercile rezistă. Cunoscutul medicament Lipitor, care este una dintre puținele soluții cunoscute la problemele colesterolului și diabetului, a fost găsit în ciuperca roșie chinezească. Și ciupercile enoki și shiitake sunt incluse în coșul de medicamente primit de bolnavii de cancer din Japonia. - Elinor Shavit, microlog.

Din păcate, varietatea medicamentelor cu ciuperci este în continuă scădere. Motivul este distrugerea pădurilor lemnoase, în special în bazinul Amazonului.

Alături de alte forme de viață, distrugem și ciupercile. Numărul soiurilor lor este în continuă scădere și acest lucru mă îngrijorează din motive pur egoiste. Lumea a prezentat un cadou uimitor - un imens laborator natural pentru fabricarea medicamentelor. De la penicilină la medicamente pentru cancer, SIDA, gripă și boli senile. Vechii egipteni au numit ciupercile „zeul morții” dintr-un motiv. Astăzi distrugem constant acest laborator… - Paul Stemets, micolog.

Stemets vorbește despre ciuperca fomitopsis. Descoperită în 1965, această ciupercă s-a dovedit a fi un remediu eficient pentru tuberculoză, iar astăzi crește doar în cinci locații din Statele Unite. În Europa, această ciupercă a dispărut deja complet.

Cu un grup de specialiști, am mers de zeci de ori în păduri, încercând să găsim mai multe ciuperci asemănătoare. După mult efort, am găsit în sfârșit o probă pe care am reușit să o creștem în laborator. Cine știe câți oameni va salva această ciupercă în viitor. - Paul Stemets, micolog.

Anul trecut, Stemets s-a alăturat programului de apărare biologică al Departamentului de Apărare al SUA și a ajutat la căutarea și conservarea a 300 de specii rare de ciuperci.

Am făcut un experiment: am adunat patru mormane de gunoi. Unul a fost folosit de noi ca control; în celelalte două, am adăugat substanțe chimice și biologice care descompun deșeurile; peste acestea din urmă s-au pulverizat spori de ciuperci. Revenind două luni mai târziu, am găsit trei mormane întunecate fetide și unul strălucitor, acoperit cu sute de kilograme de ciuperci… Unele dintre substanțele toxice s-au transformat în organice. Ciupercile au atras insecte, au depus ouă, din care au clocit omizi, apoi au apărut păsările - și toată această grămadă s-a transformat într-un deal verde plin de viață. Când am încercat să facem același lucru în râurile poluate, am observat procesul de curățare de otrăvuri. Iată ce să explorezi! Poate că toate problemele noastre de poluare pot fi rezolvate cu ciupercile potrivite. - Paul Stemets, micolog.

UNDE ESTE CREIERUL?

„O estimare este că funcționează în mod similar în ciuperci”, spune Toshiyuki. „Din punct de vedere pur biologic, fiecare pânză de păianjen primește individual semnale chimice despre unde să meargă și ce să evite. Suma acestor semnale creează un fel de sistem decizional. Cu alte cuvinte, inteligența ciupercii este în rețeaua ei. Adăugați la asta milioane de ani de evoluție în cele mai dificile condiții, înmulțite cu sute de mii de specii diferite și aveți ceva care oricum ar trebui să fie suficient de inteligent.”

- Și aceasta este explicația ta despre ceea ce se întâmplă?

- Acesta este începutul.