Тайните на света на гъбите: мозъкът на паяка като аналог на човешкия

2024 Автор: Seth Attwood | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-16 15:58

През 2000 г. професор Тошиюки Накагаки, биолог и физик от японския университет в Хокайдо, взе проба от жълта плесен и я постави на входа на лабиринт, който се използва за тестване на интелигентността и паметта на мишките. В другия край на лабиринта той постави кубче захар. Гъбата не само намери път към захарта, но и използва най-краткия път за това.

Какво мислят гъбите?

Physarum polycephalum миришеше на захар и започна да изпраща кълновете си да го търсят. Паяжините на гъбата се раздвояваха на всяка пресечка на лабиринта, а тези, които попадаха в задънена улица, се обръщаха и започваха да гледат в други посоки. В продължение на няколко часа мрежите от гъби изпълваха проходите в лабиринта и до края на деня една от тях намери своя път към захарта.

След това Тошиюки и неговият екип от изследователи взеха парче от паяжината на гъбата, която участва в първия експеримент, и го поставиха на входа на копие на същия лабиринт, също с кубче захар в другия му край. Случилото се удиви всички. В първия миг паяжината се разклони на две: едната кълнове си проправи път към захарта, без нито един допълнителен завой, другата се изкачи по стената на лабиринта и я прекоси направо, по тавана, право към целта. Гъбената мрежа не само запомни пътя, но и промени правилата на играта.

Осмелих се да се противопоставя на тенденцията да се отнасям към тези същества като към растения. Когато правите изследвания на гъби в продължение на няколко години, започвате да забелязвате две неща. Първо, гъбите са по-близо до животинското царство, отколкото изглежда. Второ, техните действия понякога изглеждат резултат от умишлено решение. Мислех, че на гъбите трябва да се даде възможност да се опитат да решат гатанките.

По-нататъшни изследвания на Toshiyuki установиха, че гъбите могат да планират транспортни маршрути и много по-бързо от професионалните инженери. Тошиюки взе карта на Япония и постави парчета храна на места, съответстващи на големите градове в страната. Той сложи гъбите "в Токио". След 23 часа те изградиха линейна мрежа от паяжини към всички парчета храна. Резултатът е почти точно копие на железопътната мрежа около Токио.

Не е толкова трудно да свържете няколко десетки точки; но свързването им ефективно и най-икономично не е никак лесно. Вярвам, че нашето изследване не само ще ни помогне да разберем как да подобрим инфраструктурата, но и как да изградим по-ефективни информационни мрежи.

ГАТАНА НА ДРУГО СЪЩЕСТВО

По консервативни оценки на Земята има около 160 хиляди щама гъби, повечето от които имат впечатляващи способности.

Например в Чернобил беше открита гъба, която се храни с радиоактивни продукти и в същото време пречиства въздуха около нея. Тази гъба е открита на стената на разрушена ядрена електроцентрала, която дълги години след бедствието продължава да произвежда радиация, която унищожава целия живот в радиус от няколко километра.

Докато изследвали гората на Амазонка, двама студенти по биология от Йейлския университет откриха гъбата Pestalotiopsis microspora, която може да разгради пластмасата. Тази способност е открита, когато гъбата е изяла петриевото блюдо, в което е отгледана.

Досега нито нашата наука, нито нашата технология са способни на това. Замърсяването с пластмаса е един от най-големите технологични проблеми. Днес имаме големи надежди за тази гъба. - Професор Скот А. Стробл.

Генетиците от Американския институт по биоенергия успяха да накарат щама на гъбите да смила естествената захар ксилоза по-бързо. Потенциалното значение на това откритие се крие в създаването на нов, евтин и бърз начин за производство на чисти биогорива.

Изглежда, как един „примитивен“организъм, без мозък и ограничен в движението, извършва чудеса извън контрола на науката?

За да се опитате да разберете света на гъбите, първо трябва да изясните нещо. Шийтаке, портобело и шампиньон не са само имената на ядливите гъби. Всеки от тях е жив организъм, представляващ мрежа от милиони най-тънки паяжини под земята. Гъбите, надничащи от земята, са само „върховете на пръстите“на тези паяжини, „инструментите“, с които тялото разнася семената си. Всеки такъв „пръст“съдържа хиляди спори. Те се носят от вятъра и животните. Когато спорите попаднат в земята, те създават нови мрежи и покълват с нови гъби.

Това същество диша кислород. То е толкова необичайно от биологична гледна точка, че принадлежи към собственото си царство, отделено както от животните, така и от растенията.

Но какво всъщност знаем за тази форма на живот?

Не знаем какво подтиква подземната система от паяжини в определен момент да пусне гъби на повърхността на земята; защо една гъба расте към едно дърво, а друга към друго; и защо някои от тях произвеждат смъртоносни отрови, а други са вкусни, здрави и ароматни. В някои случаи дори не можем да предвидим времевата линия за тяхното развитие. Гъбите могат да се появят след три години или дори 30 години след като тяхната спора е намерила подходящо дърво. С други думи, ние не знаем дори най-основните неща за гъбите. - Майкъл Полан, изследовател.

КРАЛИЦА НА МЪРТВИТЕ

Трудно ни е да разберем гъбите поради тяхната анатомична структура. Когато вземете домат в ръка, вие държите целия домат в ръката си такъв, какъвто е. Но не можете да откъснете гъба и да разгледате нейната структура. Гъбата е просто плод на голям и сложен организъм. Мрежата от паяжини е твърде тънка, за да бъде изчистена от почвата, без да се повреди. - Сгула Моцпи, микробиолог.

Друг проблем е, че повечето горски гъби не могат да бъдат опитомени и са много трудни за отглеждане, както за научни изследвания, така и за промишлени цели.

Избират само определена котила, сами решават кога да покълнат. Често изборът им пада върху стари дървета, които не могат да бъдат пренесени на друго място. И дори да засадим стотици подходящи дървета в гората и да напръскаме милиарди спори по земята, няма гаранция, че ще получим гъбите в разумно време. - Майкъл Полан, изследовател.

Системите за хранене, растеж, размножаване и производство на енергия при гъбите са напълно различни от тези при животните. Те нямат хлорофил и затова, за разлика от растенията, не използват директно енергията на слънцето. Шампиньоните, шийтаке и портобело, например, растат върху постеля от увехнали растения.

Подобно на животните, гъбите усвояват храната, но, за разлика от тях, те усвояват храната извън тялото си: гъбите отделят ензими, които разграждат органичната материя на нейните компоненти и след това абсорбират тези молекули.

Ако почвата е стомахът на земното кълбо, то гъбите са нейните храносмилателни сокове. Без способността им да разлагат и обработват органични вещества, земята отдавна би се задушила. Мъртвата материя ще се натрупва безкрайно, въглеродният цикъл ще бъде прекъснат и всички живи същества ще останат без храна.

Ние се фокусираме върху живота и растежа в нашите изследвания, но в природата смъртта и разпадането са еднакво важни. Гъбите са безспорните владетели на царството на смъртта. Следователно, между другото, има толкова много от тях в гробищата. Но най-голямата тайна е огромната енергия на гъбите. Има гъби, които могат да напукат асфалта, да светят в тъмното, да преработят цял куп нефтохимически отпадъци за една нощ и да ги превърнат в ядлив и хранителен продукт. Гъбата Coprinopsis atramentaria е в състояние да израсне плодно тяло за няколко часа и след това за един ден да се превърне в локва от черно мастило.

Халюциногенните гъби променят съзнанието на хората. Има отровни гъби, които могат да убият слон. И парадоксът е, че всички те съдържат малки количества калории, които изследователите обикновено използват за измерване на енергия. Нашият начин за измерване на енергия изглежда не се вписва тук. Калориите характеризират слънчевата енергия, съхранявана в растенията. Но гъбите са слабо свързани със слънцето. Те покълват през нощта и изсъхват през деня. Тяхната енергия е нещо съвсем различно.

- Майкъл Полан, изследовател.

ИНТЕРНЕТ ПОД ЗЕМЯТА

Мицелът е сложната инфраструктура, върху която са разположени всички растения в света. В десет кубични сантиметра почва можете да намерите осем километра от паяжините му. Човешкият крак покрива около половин милион километра тясно разположени паяжини. - Пол Стеметс, миколог.

Какво се случва в тези мрежи?

В началото на 90-те години за първи път се появи идеята, че мрежата от тези паяжини не само пренася храна и химикали, но е и интелигентна и самообучаваща се комуникационна мрежа. Разглеждайки дори малки участъци от тази мрежа, е лесно да разпознаете позната структура. Графичните изображения в интернет изглеждат абсолютно еднакви. Мрежата се разклонява и ако един от клоновете не успее, той бързо се заменя с заобиколни решения. Неговите възли, разположени в стратегически райони, са по-добре захранвани поради по-малко активни места и са увеличени. Тези мрежи имат чувствителност. И всяка мрежа може да предаде информация до цялата мрежа.

И няма "централен сървър". Всяка мрежа е независима и информацията, която събира, може да се предава към мрежата във всички посоки. По този начин основният модел на Интернет е съществувал по всяко време, само че се е криел в земята. - Пол Стемек, миколог

Самата мрежа изглежда може да расте безкрайно много. Например, в щата Мичиган е открит мицел, който е израснал под земята на площ от девет квадратни километра. Смята се, че е на около 2000 години.

Кога мрежата решава да отглежда гъби?

Понякога причината е опасността за бъдещето на мрежата. Ако гората, захранваща мрежата, изгори, мицелът спира да получава захари от корените на дърветата. Тогава тя покълва гъбите в най-отдалечените им краища, така че те да разпространяват гъбични спори, „освобождават“гените й и им дават възможност да намерят ново място. Така се появи изразът "гъби след дъжд". Дъждът отмива органичното гниене от земята и по същество лишава мрежата от нейния източник на енергия - тогава мрежата изпраща "спасителни екипи" със спорове в търсене на ново убежище.

КОШМАР ЗА НАСЕКОМИТЕ

„Намирането на нов дом“е друго нещо, което отличава гъбите от животинското и растителното царство. Има гъби, които разпространяват спорите си точно както плодовете разпространяват семената си. Други произвеждат феромони, които карат живите същества натрапчиво да жадуват за тях. Събирачите на бели трюфели го използват за търсене на прасета, тъй като миризмата на тези гъби е подобна на тази на алфа глиган.

Има обаче по-сложни и жестоки начини за разпространение на гъбички. Наблюденията на западноафриканските мравки от вида Megaloponera foetens показват, че всяка година се катерят по високи дървета и с такава сила пробиват челюстите си в ствола, че след това не могат да се освободят и умират. Преди това не е имало случаи на масово самоубийство на мравки.

Оказа се, че насекомите действат против волята си, а някой друг ги изпраща на смърт. Причината са най-малките спори на гъбата הטומנטלה, които понякога успяват да попаднат в устата на мравките. Веднъж в главата на насекомото, спората изпраща химикали до мозъка му. След това мравката започва да се катери на най-близкото дърво и забива челюстите си в кората му. Тук, сякаш се събужда от кошмар, той започва да се опитва да се освободи и в крайна сметка, изтощен, умира. След около две седмици от главата му поникват гъби הטומנטלה.

По дърветата в Камерун можете да видите стотици гъби, израстващи от телата на мравки. За гъбите тази власт над мозъка е средство за размножаване: те използват краката на мравка, за да се катерят на дърво, а височината спомага за разпространението на спорите им от вятъра; така си намират нови домове и… нови мравки.

Тайландската „гъба зомби“Ophiocordyceps unilateralis насърчава мравките, които се хранят с нея, да се катерят по листата на определени растения. Разстоянието, което заразените мравки изминават за това, е много по-голямо от разстоянията в нормалния им живот и следователно, достигайки листата, насекомите умират от умора и глад, а след две седмици от телата им поникват гъби.

Тези същества са може би най-невероятните от всички, които съм виждал. Вярваме, че произвеждат химикали, подобни на LSD, но все още не сме срещали лекарства, които предизвикват поведение в нечии интереси. - Професор Дейвид Хюз.

Хюз открива гъбички, които контролират мозъците на паяци, въшки и мухи.

Това не е съвпадение, естествен подбор или странични продукти от друг процес. Тези насекоми се изпращат против волята им там, където не трябва да бъдат, но гъбите харесват. Когато прехвърлихме заразените мравки на други листа, гъбите просто не покълнаха. - Професор Дейвид Хюз

КАК СА ИЗОБРЕТЕНИ АНТИБИОТИКИТЕ

Има и положителна страна на факта, че гъбите могат да произвеждат силни отрови. Някои от тези отрови са ефективни оръжия срещу нашите общи врагове. Например микроби.

От 160 хиляди вида гъби, чиито тела съдържат сложни химични съединения, науката успя да дешифрира и възпроизведе само 20 и сред тях бяха открити няколко от най-важните лекарства.

Има причина гъбите да произвеждат лекарства. Те винаги растат на най-лошите места, влажни, горещи, на места, които са „фабрики на микроби и вируси“. Повечето растения нямат защита срещу тези фактори, но гъбите се съпротивляват. В червената китайска гъба е открито добре познатото лекарство Lipitor, което е едно от малкото известни решения на проблемите с холестерола и диабета. А гъбите еноки и шийтаке са включени в кошницата с лекарства, получавани от пациенти с рак в Япония. - Елинор Шавит, микролог.

За съжаление, разнообразието от лекарства за гъби непрекъснато намалява. Причината е унищожаването на дървесни гори, особено в басейна на Амазонка.

Наред с други форми на живот ние унищожаваме и гъбите. Броят на техните разновидности непрекъснато намалява и това ме притеснява по чисто егоистични причини. Светът представи зашеметяващ подарък - огромна естествена лаборатория за производство на лекарства. От пеницилин до лекарства за рак, СПИН, грип и старчески заболявания. Древните египтяни са наричали гъбите "богът на смъртта" с причина. Днес ние последователно унищожаваме тази лаборатория… - Пол Стемец, миколог.

Стемец говори за гъбата фомитопсис. Открита през 1965 г., тази гъба се е доказала като ефективно средство за лечение на туберкулоза и днес расте само на пет места в Съединените щати. В Европа тази гъба вече е напълно изчезнала.

С група специалисти ходихме десетки пъти в горите, опитвайки се да намерим още няколко подобни гъби. След много усилия най-накрая намерихме една проба, която успяхме да отгледаме в лабораторията. Кой знае колко хора ще спаси тази гъба в бъдеще. - Пол Стеметс, миколог.

Миналата година Стемец се присъедини към програмата за биологична защита на Министерството на отбраната на САЩ и помогна в търсенето и опазването на 300 редки вида гъби.

Направихме експеримент: събрахме четири купища боклук. Единият беше използван от нас като контролен; в другите две добавихме химически и биологични вещества, които разлагат отпадъците; върху последния бяха пръскани спори от гъби. Връщайки се два месеца по-късно, открихме три тъмни зловонни купчини и една ярка, обрасла със стотици килограми гъби… Някои от токсичните вещества се превърнаха в органични. Гъбите привличаха насекоми, снасяха яйца, от които се излюпват гъсеници, а след това се появяват птиците - и цялата тази купчина се превръща в зелен хълм, пълен с живот. Когато се опитахме да направим същото в замърсени реки, отбелязахме процеса на прочистване от отрови. Ето какво да проучите! Може би всички наши проблеми със замърсяването могат да бъдат решени с правилните гъби. - Пол Стеметс, миколог.

КЪДЕ Е МОЗЪКЪТ?

„Една оценка е, че действа по подобен начин при гъбите,” казва Тошиюки. „От чисто биологична гледна точка, всяка паяжина поотделно получава химически сигнали за това къде да отиде и какво да избягва. Сумата от тези сигнали създава един вид система за вземане на решения. С други думи, интелигентността на гъбата е в нейната мрежа. Добавете към това милиони години еволюция при най-трудни условия, умножени по стотици хиляди различни видове, и ще получите нещо, което така или иначе трябва да бъде достатъчно умно."

- И това е вашето обяснение за случващото се?

- Това е началото.