Rahsia dunia cendawan: otak labah-labah sebagai analog manusia

2024 Pengarang: Seth Attwood | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2023-12-16 16:12

Pada tahun 2000, Profesor Toshiyuki Nakagaki, ahli biologi dan fizik di Universiti Jepun Hokkaido, mengambil sampel acuan kuning dan meletakkannya di pintu masuk ke labirin yang digunakan untuk menguji kecerdasan dan ingatan tikus. Di hujung labirin yang lain, dia meletakkan kiub gula. Cendawan bukan sahaja menemui laluan ke gula, tetapi juga menggunakan laluan terpendek untuk ini.

Apa yang difikirkan oleh cendawan?

Physarum polycephalum berbau seperti gula dan mula menghantar pucuknya untuk mencarinya. Sarang labah-labah cendawan bercabang di setiap persimpangan labirin, dan mereka yang jatuh ke jalan buntu berpusing dan mula melihat ke arah lain. Selama beberapa jam, sarang cendawan memenuhi laluan maze, dan pada penghujung hari salah seorang daripada mereka menemui gula.

Selepas itu, Toshiyuki dan pasukan penyelidiknya mengambil sekeping sarang labah-labah cendawan yang mengambil bahagian dalam eksperimen pertama, dan meletakkannya di pintu masuk salinan labirin yang sama, juga dengan kiub gula di hujungnya yang lain. Apa yang berlaku mengejutkan semua orang. Pada saat pertama, sarang labah-labah bercabang menjadi dua: satu pucuk menuju ke gula, tanpa satu pusingan tambahan, yang satu lagi memanjat dinding labirin dan melintasinya terus, di sepanjang siling, terus ke gol. Jaring cendawan bukan sahaja mengingati jalan raya, tetapi juga mengubah peraturan permainan.

Saya berani menentang kecenderungan untuk melayan makhluk ini seperti tumbuhan. Apabila anda melakukan penyelidikan cendawan selama beberapa tahun, anda mula perasan dua perkara. Pertama, cendawan lebih dekat dengan kerajaan haiwan daripada yang kelihatan. Kedua, tindakan mereka kadang-kadang kelihatan sebagai hasil keputusan yang disengajakan. Saya fikir cendawan perlu diberi peluang untuk mencuba menyelesaikan teka-teki.

Penyelidikan lanjut oleh Toshiyuki mendapati bahawa cendawan boleh merancang laluan pengangkutan juga dan lebih cepat daripada jurutera profesional. Toshiyuki mengambil peta Jepun dan meletakkan cebisan makanan di tempat-tempat yang sepadan dengan bandar-bandar utama di negara itu. Dia meletakkan cendawan "di Tokyo". Selepas 23 jam, mereka membina sarang labah-labah linear untuk semua kepingan makanan. Hasilnya ialah replika rangkaian kereta api yang hampir tepat di sekitar Tokyo.

Ia tidak begitu sukar untuk menyambung beberapa dozen mata; tetapi menghubungkan mereka dengan cekap dan paling menjimatkan adalah sama sekali tidak mudah. Saya percaya bahawa penyelidikan kami bukan sahaja akan membantu kami memahami cara menambah baik infrastruktur, tetapi juga cara membina rangkaian maklumat yang lebih cekap.

TEKA-TEKI MAKHLUK LAIN

Menurut anggaran konservatif, terdapat kira-kira 160 ribu jenis kulat di Bumi, yang kebanyakannya mempunyai kebolehan yang mengagumkan.

Sebagai contoh, di Chernobyl, cendawan ditemui yang memakan produk radioaktif dan, pada masa yang sama, membersihkan udara di sekelilingnya. Cendawan ini ditemui di dinding loji tenaga nuklear yang musnah, yang selama bertahun-tahun selepas bencana itu terus menghasilkan radiasi yang memusnahkan semua kehidupan dalam radius beberapa kilometer.

Semasa meneroka hutan Amazon, dua pelajar biologi di Universiti Yale menemui kulat Pestalotiopsis microspora, yang boleh merendahkan plastik. Keupayaan ini ditemui apabila kulat memakan cawan petri di mana ia ditanam.

Sehingga kini, sains mahupun teknologi kita tidak mampu melakukan ini. Pencemaran plastik adalah salah satu masalah teknologi terbesar. Hari ini kita menaruh harapan yang tinggi untuk kulat ini. - Profesor Scott A. Strobl.

Pakar genetik dari American Institute of Bioenergy berjaya membuat strain cendawan mencerna gula asli xilosa dengan lebih cepat. Kepentingan potensi penemuan ini terletak pada penciptaan cara baharu, murah dan pantas untuk menghasilkan biobahan api bersih.

Nampaknya, bagaimana organisma "primitif", tanpa otak dan pergerakan terhad, melakukan keajaiban di luar kawalan sains?

Untuk cuba memahami dunia cendawan, anda mesti terlebih dahulu menjelaskan sesuatu. Shiitake, portobello dan champignon bukan sahaja nama cendawan yang boleh dimakan. Setiap daripada mereka adalah organisma hidup, mewakili rangkaian berjuta-juta sarang labah-labah paling nipis di bawah tanah. Cendawan yang mengintai keluar dari tanah hanyalah "hujung jari" sarang labah-labah ini, "alat" yang digunakan tubuh untuk menyebarkan benihnya. Setiap "jari" itu mengandungi beribu-ribu spora. Mereka dibawa oleh angin dan haiwan. Apabila spora jatuh ke dalam tanah, mereka mencipta jaring baru dan bercambah dengan cendawan baru.

Makhluk ini menghirup oksigen. Ia sangat luar biasa dari sudut pandangan biologi bahawa ia tergolong dalam kerajaannya sendiri, dipisahkan daripada haiwan dan tumbuhan.

Tetapi apa yang kita benar-benar tahu tentang bentuk kehidupan ini?

Kita tidak tahu apa yang mendorong sistem bawah tanah sarang labah-labah pada masa tertentu untuk melepaskan cendawan ke permukaan bumi; mengapa satu cendawan tumbuh ke arah satu pokok dan satu lagi ke arah yang lain; dan mengapa sesetengah daripadanya menghasilkan racun yang mematikan, manakala yang lain sedap, sihat dan wangi. Dalam sesetengah kes, kami tidak dapat meramalkan garis masa untuk perkembangan mereka. Cendawan boleh muncul dalam tiga tahun, atau bahkan 30 tahun selepas spora mereka telah menemui pokok yang sesuai. Dalam erti kata lain, kita tidak tahu walaupun perkara paling asas tentang cendawan. - Michael Pollan, penyelidik.

RATU MATI

Kami mendapati sukar untuk memahami cendawan kerana struktur anatominya. Apabila anda mengambil tomato di tangan anda, anda memegang seluruh tomato di tangan anda sebagaimana adanya. Tetapi anda tidak boleh memetik cendawan dan memeriksa strukturnya. Cendawan hanyalah buah daripada organisma yang besar dan kompleks. Jaringan sarang labah-labah terlalu nipis untuk dibersihkan daripada tanah tanpa merosakkannya. - Sgula Motspi, ahli mikrobiologi.

Masalah lain ialah kebanyakan cendawan hutan tidak boleh dijinakkan dan sangat sukar untuk ditanam, baik untuk penyelidikan mahupun untuk tujuan industri.

Mereka memilih hanya sampah tertentu, mereka sendiri yang memutuskan bila untuk bercambah. Selalunya pilihan mereka jatuh pada pokok tua yang tidak boleh dipindahkan ke tempat lain. Dan walaupun kita menanam ratusan pokok yang sesuai di dalam hutan dan menyembur berbilion-bilion spora ke tanah, tidak ada jaminan bahawa kita akan mendapat cendawan pada masa yang munasabah. - Michael Pollan, penyelidik.

Sistem pemakanan, pertumbuhan, pembiakan dan pengeluaran tenaga dalam kulat adalah berbeza sama sekali daripada haiwan. Mereka tidak mempunyai klorofil dan oleh itu, tidak seperti tumbuhan, mereka tidak secara langsung menggunakan tenaga matahari. Champignons, shiitake dan portobello, sebagai contoh, tumbuh di atas tumbuhan yang layu.

Seperti haiwan, cendawan mencerna makanan, tetapi, tidak seperti mereka, mereka mencerna makanan di luar badan mereka: cendawan merembeskan enzim yang mengurai bahan organik ke dalam komponennya, dan kemudian menyerap molekul ini.

Jika tanah adalah perut dunia, maka cendawan adalah jus pencernaannya. Tanpa keupayaan mereka untuk mengurai dan memproses bahan organik, bumi akan sesak nafas sejak dahulu lagi. Bahan mati akan terkumpul tanpa henti, kitaran karbon akan terganggu, dan semua hidupan akan ditinggalkan tanpa makanan.

Kami memberi tumpuan kepada kehidupan dan pertumbuhan dalam penyelidikan kami, tetapi secara semula jadi, kematian dan kerosakan adalah sama penting. Cendawan adalah penguasa kerajaan kematian yang tidak dapat dipertikaikan. Oleh itu, dengan cara ini, terdapat begitu banyak daripada mereka di tanah perkuburan. Tetapi rahsia terbesar adalah tenaga besar cendawan. Terdapat cendawan yang boleh memecahkan asfalt, bersinar dalam gelap, memproses sejumlah besar sisa petrokimia semalaman dan mengubahnya menjadi produk yang boleh dimakan dan berkhasiat. Kulat Coprinopsis atramentaria mampu menumbuhkan badan berbuah dalam beberapa jam dan kemudian, dalam satu hari, bertukar menjadi lopak dakwat hitam.

Cendawan halusinogen mengubah fikiran orang. Terdapat cendawan beracun yang boleh membunuh seekor gajah. Dan paradoksnya ialah semuanya mengandungi sejumlah kecil kalori yang biasanya digunakan oleh penyelidik untuk mengukur tenaga. Cara kami mengukur tenaga nampaknya tidak sesuai di sini. Kalori mencirikan tenaga suria yang disimpan dalam tumbuhan. Tetapi cendawan lemah dikaitkan dengan matahari. Mereka bercambah pada waktu malam dan layu pada siang hari. Tenaga mereka adalah sesuatu yang sama sekali berbeza.

- Michael Pollan, penyelidik.

INTERNET DI BAWAH BUMI

Miselium adalah infrastruktur kompleks yang menempatkan semua tumbuhan di dunia. Dalam sepuluh sentimeter padu tanah, anda boleh menemui lapan kilometer sarang labah-labahnya. Kaki manusia meliputi kira-kira setengah juta kilometer sarang labah-labah yang jaraknya rapat. - Paul Stemets, ahli mikologi.

Apa yang berlaku dalam web ini?

Pada awal 1990-an, idea mula-mula muncul bahawa web sarang labah-labah ini bukan sahaja menyampaikan makanan dan bahan kimia, tetapi juga merupakan rangkaian komunikasi yang bijak dan pembelajaran kendiri. Dengan melihat walaupun bahagian kecil rangkaian ini, mudah untuk mengenali struktur biasa. Imej grafik internet kelihatan sama. Cawangan rangkaian, dan jika salah satu cawangan gagal, maka ia akan digantikan dengan cepat dengan penyelesaian. Nodnya, terletak di kawasan strategik, lebih baik dibekalkan dengan kuasa kerana tempat yang kurang aktif, dan diperbesarkan. Web ini mempunyai sensitiviti. Dan setiap web boleh menyampaikan maklumat ke seluruh rangkaian.

Dan tidak ada "pelayan pusat". Setiap web adalah bebas, dan maklumat yang dikumpulnya boleh dihantar ke rangkaian dalam semua arah. Oleh itu, model asas Internet telah wujud pada setiap masa, hanya ia bersembunyi di dalam tanah. - Paul Stemec, ahli mikologi

Rangkaian itu sendiri nampaknya boleh berkembang tanpa had. Sebagai contoh, di negeri Michigan, miselium ditemui, yang telah tumbuh di bawah tanah di kawasan seluas sembilan kilometer persegi. Dianggarkan berusia sekitar 2,000 tahun.

Bilakah rangkaian memutuskan untuk menanam cendawan?

Kadang-kadang sebabnya adalah bahaya kepada masa depan rangkaian. Jika hutan yang memberi makan kepada rangkaian terbakar, miselium berhenti menerima gula dari akar pokok. Kemudian dia menumbuhkan cendawan di hujungnya yang paling jauh, supaya mereka menyebarkan spora kulat, "membebaskan" gennya dan memberi mereka peluang untuk mencari tempat baru. Ini adalah bagaimana ungkapan "cendawan selepas hujan" muncul. Hujan menghanyutkan reput organik dari tanah dan, pada dasarnya, menghilangkan rangkaian sumber kuasanya - kemudian rangkaian menghantar "pasukan penyelamat" dengan pertikaian untuk mencari perlindungan baru.

MIMPI ngeri UNTUK SERANGGA

"Mencari rumah baru" adalah satu lagi perkara yang membezakan cendawan daripada kerajaan haiwan dan tumbuhan. Terdapat cendawan yang menyebarkan sporanya seperti buah-buahan menyebarkan bijinya. Yang lain menghasilkan feromon yang membuat makhluk hidup secara kompulsif mengidamnya. Pengumpul truffle putih menggunakannya untuk mencari babi, kerana bau cendawan ini serupa dengan bau babi alfa.

Walau bagaimanapun, terdapat cara yang lebih kompleks dan kejam untuk menyebarkan kulat. Pemerhatian terhadap semut Afrika Barat dari spesies Megaloponera foetens mencatatkan bahawa mereka memanjat pokok yang tinggi setiap tahun, dan dengan kekuatan sedemikian mereka menusuk rahang mereka ke dalam batang sehingga selepas itu mereka tidak dapat membebaskan diri dan mati. Sebelum ini, tiada kes bunuh diri beramai-ramai semut.

Ternyata serangga bertindak bertentangan dengan kehendak mereka, dan orang lain menghantarnya hingga mati. Sebabnya ialah spora terkecil kulat הטומנטלה, yang kadangkala berjaya masuk ke dalam mulut semut. Sekali di kepala serangga, spora menghantar bahan kimia ke otaknya. Selepas itu, semut mula memanjat pokok terdekat dan menjunam rahangnya ke dalam kulitnya. Di sini, seolah-olah bangun dari mimpi ngeri, dia mula cuba membebaskan dirinya dan, pada akhirnya, keletihan, mati. Selepas kira-kira dua minggu, cendawan הטומנטלה tumbuh dari kepalanya.

Di atas pokok di Cameroon, anda boleh melihat beratus-ratus cendawan tumbuh dari badan semut. Bagi kulat, kuasa ke atas otak ini adalah cara pembiakan: mereka menggunakan kaki semut untuk memanjat pokok, dan ketinggian membantu penyebaran spora mereka oleh angin; jadi mereka mendapati diri mereka rumah baru dan…. semut baru.

Ophiocordyceps unilateralis "cendawan zombie" Thai menggalakkan semut yang memakannya memanjat daun tumbuhan tertentu. Jarak yang dilalui semut yang dijangkiti untuk ini adalah jauh lebih besar daripada jarak dalam kehidupan normal mereka, dan oleh itu, setelah mencapai daun, serangga mati kerana keletihan dan kelaparan, dan selepas dua minggu cendawan tumbuh dari badan mereka.

Makhluk ini mungkin yang paling menakjubkan dari semua yang saya lihat. Kami percaya mereka menghasilkan bahan kimia seperti LSD, tetapi kami masih belum menemui ubat yang mendorong tingkah laku untuk kepentingan seseorang. - Profesor David Hughes.

Hughes menemui kulat yang mengawal otak labah-labah, kutu dan lalat.

Ini bukan kebetulan, pemilihan semula jadi, atau hasil sampingan daripada proses lain. Serangga ini dihantar bertentangan dengan kehendak mereka ke tempat yang tidak sepatutnya, tetapi cendawan suka. Apabila kami memindahkan semut yang dijangkiti ke daun lain, cendawan tidak bercambah. - Profesor David Hughes

BAGAIMANA ANTIBIOTIK DICIPTA

Terdapat juga sisi positif fakta bahawa cendawan boleh menghasilkan racun yang kuat. Sebahagian daripada racun ini adalah senjata yang berkesan terhadap musuh kita yang biasa. Contohnya, mikrob.

Daripada 160 ribu spesies cendawan, yang badannya mengandungi sebatian kimia yang kompleks, sains hanya dapat mentafsir dan membiak hanya 20, dan di antaranya beberapa ubat yang paling penting ditemui.

Terdapat sebab cendawan menghasilkan ubat-ubatan. Mereka sentiasa tumbuh di tempat yang paling teruk, lembap, panas, di tempat yang merupakan "kilang mikrob dan virus." Kebanyakan tumbuhan tidak mempunyai perlindungan terhadap faktor-faktor ini, tetapi kulat menentang. Ubat terkenal Lipitor, yang merupakan salah satu daripada beberapa penyelesaian yang diketahui untuk masalah kolesterol dan diabetes, ditemui dalam cendawan Cina merah. Dan cendawan enoki dan shiitake termasuk dalam bakul ubat yang diterima oleh pesakit kanser di Jepun. - Elinor Shavit, pakar mikro.

Malangnya, kepelbagaian ubat cendawan sentiasa berkurangan. Sebabnya ialah kemusnahan hutan berkayu, terutamanya di lembangan Amazon.

Bersama-sama dengan bentuk hidupan lain, kita juga memusnahkan cendawan. Bilangan varieti mereka sentiasa berkurangan dan ini membimbangkan saya atas sebab-sebab yang mementingkan diri sendiri. Dunia telah menyampaikan hadiah yang menakjubkan - makmal semula jadi yang besar untuk pembuatan ubat-ubatan. Dari penisilin kepada ubat untuk kanser, AIDS, selesema dan penyakit nyanyuk. Orang Mesir kuno memanggil cendawan "dewa kematian" atas sebab tertentu. Hari ini kami secara konsisten memusnahkan makmal ini … - Paul Stemets, ahli mikologi.

Stemets bercakap tentang cendawan fomitopsis. Ditemui pada tahun 1965, cendawan ini telah terbukti sebagai ubat yang berkesan untuk batuk kering, dan hari ini ia hanya tumbuh di lima lokasi di Amerika Syarikat. Di Eropah, cendawan ini telah hilang sepenuhnya.

Dengan sekumpulan pakar, kami pergi berpuluh-puluh kali ke hutan, cuba mencari beberapa lagi cendawan yang serupa. Selepas banyak usaha, kami akhirnya menemui satu sampel yang berjaya kami tanam di makmal. Mana tahu berapa ramai yang akan dijimatkan oleh cendawan ini pada masa hadapan. - Paul Stemets, ahli mikologi.

Tahun lepas, Stemets menyertai program pertahanan biologi Jabatan Pertahanan AS dan membantu dalam pencarian dan pemuliharaan 300 spesies cendawan yang jarang ditemui.

Kami melakukan percubaan: kami mengumpul empat timbunan sampah. Satu telah digunakan oleh kami sebagai kawalan; dalam dua yang lain, kami menambah bahan kimia dan biologi yang mengurai sisa; atas yang terakhir, spora cendawan disembur. Kembali dua bulan kemudian, kami menemui tiga timbunan busuk yang gelap dan satu yang cerah, ditumbuhi ratusan kilogram cendawan … Sebahagian daripada bahan toksik bertukar menjadi organik. Cendawan menarik serangga, mereka bertelur, dari mana ulat menetas, dan kemudian burung muncul - dan seluruh timbunan ini berubah menjadi bukit hijau yang penuh dengan kehidupan. Apabila kami cuba melakukan perkara yang sama di sungai yang tercemar, kami perhatikan proses pembersihan daripada racun. Inilah perkara yang perlu diterokai! Mungkin semua masalah pencemaran kita boleh diselesaikan dengan cendawan yang betul. - Paul Stemets, ahli mikologi.

MANA OTAK?

"Satu anggaran ialah ia berfungsi dengan cara yang sama dalam cendawan," kata Toshiyuki. "Dari sudut pandangan biologi semata-mata, setiap sarang labah-labah secara individu menerima isyarat kimia tentang ke mana hendak pergi dan perkara yang perlu dielakkan. Jumlah isyarat ini mewujudkan sejenis sistem membuat keputusan. Dengan kata lain, kecerdasan cendawan berada dalam rangkaiannya. Tambah berjuta-juta tahun evolusi itu di bawah keadaan yang paling sukar, didarabkan dengan ratusan ribu spesies yang berbeza, dan anda mempunyai sesuatu yang sepatutnya cukup pintar."

- Dan ini adalah penjelasan anda tentang apa yang berlaku?

- Ini adalah permulaan.