Tajemnice grzybowego świata: pajęczy mózg jako analogia ludzkiego

W 2000 roku profesor Toshiyuki Nakagaki, biolog i fizyk z japońskiego uniwersytetu z Hokkaido, pobrał próbkę żółtego pleśniowego grzyba i umieścił go przy wejściu do labiryntu wykorzystywanego do testowania inteligencji i pamięci myszy. Po drugiej stronie labiryntu umieścił kostkę cukru. Grzyb nie tylko znalazł sposób na cukier, ale także użył najkrótszej drogi do niego.

O czym myślą grzyby?

Physarum polycephalum poczuł zapach cukru i zaczął posyłać swoje odnogi na jego poszukiwanie. Pajęczyny grzyba rozdwajały się na każdym skrzyżowaniu labiryntu, a te z nich, które trafiły w ślepy zaułek odwróciły się i zaczęły szukać w innych korytarzach. W przeciągu kilku godzin grzybowe pajęczyny wypełniły przejścia labiryntu, i pod koniec dnia jedna z nich znalazła drogę do cukru.

Następnie Toshiyuki i jego zespół naukowców wzięli kawałek pajęczej sieci grzyba i umieścili ją przy wejściu do kopii tego samego labiryntu, również z kostką cukru na drugim końcu. To co się stało, zdumiało wszystkich. Nie można było oprzeć się wrażeniu aby potraktować te stworzenia nie jako rośliny. W pierwszej chwili pajęczyna podzieliła się na dwie części: jedna wyrosła na cukier, nie robiąc ani jednego dodatkowego zwrotu, druga wdrapała się na ścianę labiryntu i podążyła bezpośrednio po suficie, prosto do celu. Grzyb pająk nie tylko zapamiętał drogę, ale także zmienił zasady gry.

Odważyłem się aby potraktować te stworzenia nie jak rośliny. Kiedy robisz badania grzybów przez kilka lat, zaczynasz zwracać uwagę na dwie rzeczy. Po pierwsze, grzybom do świata zwierzęcego jest bliżej niż mogłoby to się wydawać. Po drugie, ich działania czasem wyglądają jak rezultat świadomego myślenia. Pomyślałem, że grzybom warto dać możliwość rozwiązania zagadek.

Dalsze badania przeprowadzone przez Toshiyukiego wykazały, że grzyby mogą planować trasy nie gorzej i znacznie szybciej niż profesjonalni inżynierowie. Toshiyuki zrobił mapę Japonii i umieścił kawałki jedzenia w miejscach odpowiadających głównym miastom kraju. Grzyby umieścił „na Tokio”. Po 23 godzinach zbudowały one sieć pajęczyn do wszystkich kawałków jedzenia. Rezultatem była prawie dokładna kopia sieci kolejowej wokół Tokio.

Nie tak trudno połączyć kilkadziesiąt punktów; ale skuteczne i ekonomiczne połączenie ich nie jest wcale takie łatwe. Wierzę, że nasze badania pomogą nie tylko zrozumieć, jak poprawić infrastrukturę, ale także jak zbudować bardziej wydajne sieci informacyjne.

ZAGADKA INNEGO BYTU

Według skromnych szacunków na Ziemi istnieje około 160 tysięcy szczepów grzybów, z których większość ma imponujące zdolności.

Na przykład w Czarnobylu odkryto grzyby, które jedzą produkty radioaktywne, a jednocześnie oczyszczają wokół powietrze. Grzyb został znaleziony na ścianie zniszczonej elektrowni atomowej, która przez wiele lat po katastrofie nadal wytwarzała promieniowanie, niszcząc całe życie w promieniu kilku kilometrów.

Odkrywając lasy Amazonki, dwóch studentów biologii z Uniwersytetu Yale odkryło grzyb Pestalotiopsis microspora, zdolny do rozkładu plastiku. Ta zdolność została odkryta, gdy grzyb zjadł pojemnik na próbkę, w której był uprawiany.

Do tej pory ani nasza nauka, ani nasza technologia nie są w stanie tego zrobić. Zanieczyszczenia tworzyw sztucznych to jeden z największych problemów technologicznych. Dzisiaj mamy duże nadzieje związane z tym grzybem. – profesor Skot A. Strobl.

Genetycy z Amerykańskiego Instytutu Bioenergii zadbali o to, aby szczep grzybów strawił naturalny cukier, ksylozę, szybciej. Potencjalne znaczenie tego odkrycia polega na stworzeniu nowej, taniej i szybkiej metody wytwarzania czystego biopaliwa. Pomyśleć, że „prymitywny” organizm, pozbawiony mózgu i ograniczony w ruchu, tworzy cuda, które nie podlegają nauce.

Aby spróbować zrozumieć świat grzyba, musimy najpierw coś wyjaśnić. Shiitake, portobello i champignon to nie tylko nazwy grzybów jadalnych. Każdy z nich jest żywym organizmem, reprezentującym sieć milionów najdelikatniejszych pajęczyn pod ziemią. Grzyby, które wyglądają z ziemi są tylko „opuszkami palców” tych sieci, „narzędziami”, za pomocą których ciało wydaje swoje nasiona. Każdy taki „palec” zawiera tysiące sporów. Są przenoszone przez wiatr i zwierzęta. Kiedy zarodniki wchodzą do ziemi, tworzą nowe sieci i wyrastają nowe grzyby.

Ta istota oddycha tlenem. Z biologicznego punktu widzenia jest to tak niezwykłe, że należy do własnego królestwa, oddzielając je zarówno od zwierząt, jak i od roślin.

Ale co tak naprawdę wiemy o tej formie życia?

Nie wiemy co skłania podziemny system pajęczynek w odpowiednim czasie do wypuszczenia grzyba na powierzchnię ziemi; dlaczego jeden grzyb rośnie koło jednego drzewa, a inny koło drugiego; i dlaczego jedne z nich wytwarzają śmiertelne trucizny, a inne są smaczne, pożyteczne i aromatyczne. W niektórych przypadkach nie możemy nawet przewidzieć harmonogramu ich rozwoju. Grzyby mogą pojawić się w ciągu trzech lat, a nawet 30 lat po tym, jak ich spór znalazł odpowiednie drzewo. Innymi słowy, nie znamy nawet najbardziej podstawowych rzeczy na temat grzybów. – Michael Pollan, badacz.

KRÓLOWA MARTWYCH (UMARŁYCH)

Trudno jest nam zrozumieć grzyby z powodu ich anatomicznej budowy. Kiedy weźmiemy pomidora do ręki, mamy go całego na dłoni, takim jakim on jest. Nie możemy wybrać grzyba i zbadać jego strukturę. Grzyb to tylko owoc dużego i złożonego organizmu. Sieć pajęczynek jest zbyt cienka, aby można ją było wydobyć z ziemi bez uszkodzenia. – Sgulla Motspi, mikrobiolog.

Innym problemem jest to, że większości grzybów leśnych nie można udomowić, są bardzo trudne do uprawy, zarówno w celach badawczych jak i przemysłowych.

Wybierają tylko pewien podkład i same decydują kiedy wyrastać. Często ich wybór przypada na stare drzewa, których nie można przenieść do innego miejsca. I nawet jeśli posadzimy setki odpowiednich drzew w lesie i będziemy podlewać miliardy zarodników na ziemi, nie będzie żadnej gwarancji, że grzyby wyrosną w rozsądnym czasie. – Michael Pollan, badacz.

Systemy żywienia, wzrostu, reprodukcji i produkcji energii w grzybach są zupełnie inne niż w przypadku zwierząt. Nie mają chlorofilu i dlatego, w odróżnieniu od roślin, nie wykorzystują bezpośrednio energię słoneczną. Pieczarki, shiitake i portobello rosną na przykład na zwiędłych, zgniłych roślinach.

Podobnie jak zwierzęta, grzyby trawią pokarm, ale w przeciwieństwie do nich, trawią pokarm poza swoim ciałem: grzyby wydzielają enzymy, które rozkładają materię organiczną w jej składniki, a następnie absorbują te cząsteczki.

Jeśli gleba jest żołądkiem kuli ziemskiej, grzyby są jej sokami trawiennymi. Bez ich zdolności do rozkładu i recyklingu materii organicznej, Ziemia dawno by się udusiła. Martwa materia gromadziłaby się w nieskończoność, cykl węglowy byłby przerwany, a całe życie pozostałoby bez pożywienia.

W naszych badaniach skupiamy się na życiu i wzroście, ale w naturze równie ważna jest śmierć i rozkład. Grzyby są niekwestionowanymi władcami królestwa śmierci. A tak przy okazji, jest ich bardzo wiele na cmentarzach. Największym sekretem jest ogromna energia grzybów. Są grzyby, które mogą skruszyć asfalt, świecić w ciemnościach, przetwarzać całą masę odpadów petrochemicznych i przekształcać je w produkty jadalne i pożywne. Grzyb Coprinopsis atramentaria jest w stanie wyhodować owoc w ciągu kilku godzin, a następnie w jeden dzień, zamienić się w kałużę czarnego atramentu.

Grzyby halucynogenne zmieniają ludzki umysł. Istnieją trujące grzyby, które mogą zabić słonia. Paradoks polega na tym, że wszystkie zawierają niewielką ilość kalorii, z którymi badacze zwykle wiążą energię. Nasz sposób mierzenia energii najwyraźniej nie jest tutaj odpowiedni. Kalorie charakteryzują energię słoneczną zmagazynowaną w roślinach. Ale grzyby są słabo związane ze słońcem. Kiełkują w nocy i więdną w ciągu dnia. Ich energia jest czymś zupełnie innym.

– Michael Pollan, badacz.

INTERNET POD ZIEMIĄ

Grzyb to złożona infrastruktura, w której znajdują się wszystkie rośliny na świecie. W dziesięciu centymetrach sześciennych ziemi można znaleźć osiem kilometrów pajęczyny. Stopę człowieka pokrywa około pół miliona blisko rozmieszczonych pajęczyn. – Paul Stemetz, mikolog.

Co dzieje się w tych pajęczynach?

Na początku lat 90 po raz pierwszy pojawił się pomysł, że sieć ta nie tylko transmituje żywność i chemikalia, ale jest także inteligentną i samo uczącą się siecią komunikacyjną. Biorąc pod uwagę nawet niewielką część tej sieci, łatwo jest rozpoznać znaną strukturę. Graficzny wizerunek Internetu wygląda tak samo. Sieć rozgałęzia się, i jeśli jedna z gałęzi się zepsuje, to szybko zostaje zastąpiona innymi drogami. Jej węzły, zlokalizowane w strategicznych obszarach, są  większe i lepiej zasilane w energie kosztem mniej aktywnych miejsc. Pajęczyny te są wrażliwe. Każda z tych nitek może przekazywać informacje do całej sieci.

I nie ma tu „centralnego serwera”. Każda pajęczyna jest niezależna, a zebrane informacje mogą być przesyłane do sieci we wszystkich kierunkach. Tak więc podstawowy model Internetu istniał przez cały czas, tylko ukrywał się pod ziemią. – Paul Stemetz, mikolog

Wydaje się, że sama sieć może się rozwinąć w nieskończoność. Na przykład w stanie Michigan znaleziono grzybnię, która wyrosła pod ziemią na obszarze dziewięciu kilometrów kwadratowych. Szacuje się, że jej wiek wynosi około 2000 lat.

Kiedy sieć postanawia wydać grzyby?

Czasami przyczyną jest zagrożenie dla przyszłej sieci. Jeśli las, który karmi sieć spłonie, grzybnia przestaje otrzymywać cukry z drzewiastych korzeni. Następnie kiełkuje grzyby na najbardziej odległych krańcach, aby rozprzestrzenić zarodniki, „uwolnić” jej geny i dać im szansę znalezienia nowego miejsca. Tak wyszło wyrażenie „grzyby po deszczu”. Deszcz zmywa materię organiczną z ziemi i, w rezultacie, pozbawia sieć źródła jej pożywienia – wtedy sieć wysyła „zespoły ratownicze” w sporach na poszukiwanie nowego schronienia.

KOSZMAR DLA OWADÓW

Okazało się, że owady działają wbrew ich woli, i ktoś inny wysyła je na śmierć. Powód – najmniejsze zarodniki grzyba cordyceps (maczużnik), który czasami dostaje się do mrówek. Będąc na głowie owada, spór wysyła chemiczne informacje do jego mózgu. Następnie mrówka zaczyna wspinać się na najbliższe drzewo i wbija szczęki w korę. Tutaj, jakby budząc się z koszmaru, zaczyna się uwalniać i w końcu wyczerpana ginie. Po około dwóch tygodniach cordyceps wyrasta z jej głowy.

Na drzewach w Kamerunie można zobaczyć setki grzybów wyrastających z ciał mrówek. W przypadku grzybów ta władza nad mózgiem jest ośrodkiem rozmnażania: używają one nóg mrówek do wspinania się na drzewa, a wysokość pomaga rozprzestrzeniać ich zarodniki z wiatrem; w ten sposób znajdują dla siebie nowe domy i … nowe mrówki.

Tajski „grzyb zombie” Ophiocordyceps unilateralis powoduje, że mrówki go żywią aby wspiąć się na liście niektórych roślin. Odległość drogi zainfekowanych mrówek jest znacznie większa niż odległość w normalnym życiu, tak więc po dotarciu do liści owady umierają z wyczerpania i głodu, a dwa tygodnie później grzyby wyrastają z ich ciał.

Stworzenia te są chyba jednymi z najbardziej zdumiewających ze wszystkich jakie widziałem. Uważam, że produkują substancje chemiczne takie jak LSD, ale nie spotkaliśmy jeszcze leków, które powodują zachowanie odpowiadające czyimś interesom. – Profesor David Hughes.

Hughes odkrył grzyby kontrolujące mózgi pająków, wszy i much.

To nie jest przypadek, dobór naturalny ani skutki uboczne innego procesu. Owady te są wysyłane tam gdzie chcą grzyby wbrew ich woli. Kiedy przenosiliśmy zainfekowane mrówki na inne liście, grzyby po prostu nie rosły. – Prof. David Hughes

JAK WYNALEZIONO ANTYBIOTYKI

Fakt, że grzyby mogą wytwarzać silne trucizny, jest pozytywny. Niektóre z tych trucizn są skuteczną bronią przeciwko naszym wspólnym wrogom. Na przykład mikrobom.

Źródłem najlepszych antybiotyków są grzyby. – Paul Stemetz, mikolog.

Spośród 160 tysięcy gatunków grzybów, których ciała zawierają złożone związki chemiczne, nauka była w stanie odszyfrować i rozmnożyć tylko 20, a wśród nich znaleziono kilka najważniejszych leków.

Jaki jest powód, dla którego grzyby wytwarzają leki? Zawsze rosną w najgorszych miejscach, w wilgoci, w upale, w miejscach, które są „fabrykami drobnoustrojów i wirusów”. Większość roślin nie ma ochrony przed tymi czynnikami, ale grzyby są odporne. Znany lek Lipitor, który jest jednym z niewielu znanych rozwiązań problemów związanych z cholesterolem i cukrzycą, znaleziono w chińskim czerwonym grzybie. Enoki i grzyby shiitake są zawarte w koszyku leków przyjmowanych przez pacjentów chorych na raka w Japonii. – Elinor Shavit, mikrolog.

Niestety, różnorodność leków grzybowych stale maleje. Powód – zniszczenie obszarów leśnych, zwłaszcza – w Amazonii.

Wraz z innymi formami życia niszczymy grzyby. Liczba ich odmian stale maleje i to martwi mnie z czysto egoistycznych powodów. Świat dostał wspaniały prezent – ogromne naturalne laboratorium do produkcji leków. Od penicyliny po raka, AIDS, grypę i choroby związane z wiekiem. Starożytni Egipcjanie nazywali grzyby „bogiem śmierci” z jakiegoś powodu. Dzisiaj konsekwentnie niszczymy to laboratorium … – Paul Stemets, mikolog.

Stemets opowiada o grzybie fomitopsis. Ten grzyb, znaleziony w 1965 roku, okazał się skutecznym lekarstwem na gruźlicę, a dziś rośnie tylko w pięciu miejscach w Stanach Zjednoczonych. W Europie ten grzyb całkowicie zniknął.

Z grupą ekspertów udaliśmy się do lasu kilkadziesiąt razy, próbując znaleźć jeszcze kilka takich grzybów. Po wielu wysiłkach znaleźliśmy próbkę, którą udało nam się wyhodować w laboratorium. Kto wie, ile osób uratuje ten grzyb w przyszłości. – Paul Stemetz, mikolog.

W ubiegłym roku Stemets przystąpił do programu ochrony biologicznej Departamentu Obrony Stanów Zjednoczonych i pomógł znaleźć i zachować 300 rzadkich gatunków grzybów.

Przeprowadziliśmy eksperyment: zebrano cztery sterty śmieci. Jedna była użyta przez nas jako kontrolna; w dwóch innych dodaliśmy substancje chemiczne i biologiczne rozkładające śmieci; ostatnią spryskaliśmy zarodnikami grzybów. Wracając dwa miesiące później, znaleźliśmy trzy ciemne cuchnące hałdy i jedną jasną, porośniętą setkami kilogramów grzybów … Niektóre toksyczne substancje zmieniły się w organiczne. Grzyby przyciągnęły owady, które składały jaja, z których wylęgły się gąsienice, a następnie pojawiły się ptaki – cały stos zamienił się w zielone, pełne życia wzgórze. Kiedy próbowaliśmy zrobić to samo w zanieczyszczonych rzekach, zauważyliśmy proces oczyszczania z trucizn. Oto co trzeba badać! Być może wszystkie nasze problemy z zanieczyszczeniem można rozwiązać za pomocą odpowiednich grzybów. – Paul Stemetz, mikolog.

A GDZIE JEST MÓZG?

„Według jednego z szacunków, u grzybów działa w podobny sposób – mówi Toshiyuki – Z punktu widzenia czysto biologicznego, każda pajęczynka osobno odbiera sygnały chemiczne o tym, gdzie powinna iść i czego unikać. Suma tych sygnałów tworzy rodzaj systemu decyzyjnego. Innymi słowy, inteligencja grzyba jest w jego sieci. Dodajmy do tego miliony lat ewolucji w najtrudniejszych warunkach, pomnożone przez setki tysięcy różnych gatunków, a otrzymamy coś, co w każdym razie powinno być wystarczająco inteligentne.”

– Czy to jest nasze wyjaśnianie tego co się dzieje?

– To dopiero początek.

^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^