Soppverdenens hemmeligheter: edderkoppens hjerne som en analog av mennesket

2024 Forfatter: Seth Attwood | [email protected]. Sist endret: 2023-12-16 16:13

I 2000 tok professor Toshiyuki Nakagaki, en biolog og fysiker ved det japanske universitetet i Hokkaido, en prøve av en gul muggsopp og plasserte den ved inngangen til en labyrint som brukes til å teste intelligensen og minnet til mus. I den andre enden av labyrinten plasserte han en sukkerbit. Soppen fant ikke bare en vei til sukker, men brukte også den korteste veien til dette.

Hva tenker sopp?

Physarum polycephalum luktet sukker og begynte å sende sine spirer på leting etter det. Edderkoppnettene til soppen delte seg i hvert skjæringspunkt i labyrinten, og de som falt i en blindvei snudde seg og begynte å se i andre retninger. I flere timer fylte soppnett labyrintgangene, og mot slutten av dagen fant en av dem veien til sukker.

Etter det tok Toshiyuki og teamet hans av forskere en bit av edderkoppnettet til soppen som deltok i det første eksperimentet, og satte det ved inngangen til en kopi av den samme labyrinten, også med en sukkerbit i den andre enden. Det som skjedde overrasket alle. I første øyeblikk forgrenet spindelveven seg i to: den ene spiren tok seg til sukkeret, uten en eneste ekstra sving, den andre klatret opp på labyrintens vegg og krysset den direkte, langs taket, rett til mål. Soppnettet husket ikke bare veien, men endret også spillereglene.

Jeg våget å motstå tendensen til å behandle disse skapningene som planter. Når du driver med soppforskning i flere år, begynner du å legge merke til to ting. For det første er sopp nærmere dyreriket enn det ser ut til. For det andre ser handlingene deres noen ganger ut til å være et resultat av en bevisst beslutning. Jeg tenkte at soppen burde få muligheten til å prøve å løse gåtene.

Ytterligere forskning av Toshiyuki fant at sopp kan planlegge transportruter også og mye raskere enn profesjonelle ingeniører. Toshiyuki tok et kart over Japan og plasserte matbiter på steder som tilsvarer store byer i landet. Han satte soppen «i Tokyo». Etter 23 timer bygde de en lineær vev av spindelvev til alle matbitene. Resultatet er en nesten nøyaktig kopi av jernbanenettet rundt Tokyo.

Det er ikke så vanskelig å koble sammen flere dusin punkter; men å koble dem effektivt og mest økonomisk er slett ikke lett. Jeg tror at forskningen vår ikke bare vil hjelpe oss å forstå hvordan vi kan forbedre infrastrukturen, men også hvordan vi bygger mer effektive informasjonsnettverk.

GÅTE OM ET ANNET VÆSEN

I følge konservative estimater er det rundt 160 tusen stammer av sopp på jorden, hvorav de fleste har imponerende evner.

I Tsjernobyl ble for eksempel oppdaget en sopp som lever av radioaktive produkter og samtidig renser luften rundt den. Denne soppen ble funnet på veggen til et ødelagt atomkraftverk, som i mange år etter katastrofen fortsatte å produsere stråling som ødelegger alt liv innenfor en radius på flere kilometer.

Mens de utforsket Amazonasskogen, fant to biologistudenter ved Yale University soppen Pestalotiopsis microspora, som kan bryte ned plast. Denne evnen ble oppdaget da soppen spiste petriskålen den ble dyrket i.

Til nå er verken vår vitenskap eller vår teknologi i stand til dette. Plastforurensning er et av de største teknologiske problemene. I dag har vi store forhåpninger til denne soppen. - Professor Scott A. Strobl.

Genetikere fra American Institute of Bioenergy lyktes i å få soppstammen til å fordøye den naturlige sukkerxylosen raskere. Den potensielle betydningen av denne oppdagelsen ligger i etableringen av en ny, billig og rask måte å produsere rent biodrivstoff på.

Det ser ut til, hvordan utfører en "primitiv" organisme, uten hjerne og begrenset i bevegelse, mirakler utenfor vitenskapens kontroll?

For å prøve å forstå soppens verden, må du først avklare noe. Shiitake, portobello og champignon er ikke bare navnene på spiselig sopp. Hver av dem er en levende organisme, som representerer et nettverk av millioner av tynneste spindelvev under jorden. Soppene som titter ut av bakken er bare "fingertuppene" til disse spindelvevene, "verktøyene" som kroppen sprer frøene sine med. Hver slik "finger" inneholder tusenvis av sporer. De bæres av vinden og dyrene. Når sporene faller i bakken, lager de nye nett og spirer med ny sopp.

Denne skapningen puster oksygen. Den er så uvanlig fra et biologisk synspunkt at den tilhører sitt eget rike, atskilt fra både dyr og planter.

Men hva vet vi egentlig om denne livsformen?

Vi vet ikke hva som får det underjordiske systemet av spindelvev i et bestemt øyeblikk til å frigjøre sopp til jordens overflate; hvorfor vokser en sopp mot ett tre og en annen mot et annet; og hvorfor noen av dem produserer dødelige giftstoffer, mens andre er velsmakende, sunne og velduftende. I noen tilfeller kan vi ikke engang forutsi tidslinjen for utviklingen deres. Sopp kan dukke opp om tre år, eller til og med 30 år etter at sporen deres har funnet et passende tre. Vi vet med andre ord ikke selv de mest grunnleggende tingene om sopp. - Michael Pollan, forsker.

DE DØDES DRONNING

Vi finner det vanskelig å forstå sopp på grunn av deres anatomiske struktur. Når du tar en tomat i hånden, holder du hele tomaten i hånden slik den er. Men du kan ikke plukke en sopp og undersøke strukturen. En sopp er bare frukten av en stor og kompleks organisme. Spindelveven er for tynn til å ryddes for jord uten å skade den. - Sgula Motspi, mikrobiolog.

Et annet problem er at de fleste skogssoppene ikke lar seg tamme og er svært vanskelige å dyrke, både for forskning og til industrielle formål.

De velger kun et visst kull, de bestemmer selv når de skal spire. Ofte faller valget deres på gamle trær som ikke kan overføres til et annet sted. Og selv om vi planter hundrevis av passende trær i skogen og sprøyter milliarder av sporer på bakken, er det ingen garanti for at vi får soppen i rimelig tid. - Michael Pollan, forsker.

Systemene for ernæring, vekst, reproduksjon og energiproduksjon hos sopp er helt annerledes enn hos dyr. De har ikke klorofyll og derfor, i motsetning til planter, bruker de ikke direkte solens energi. Champignoner, shiitake og portobello vokser for eksempel på et kull med visne planter.

Som dyr fordøyer sopp mat, men i motsetning til dem fordøyer de mat utenfor kroppen: sopp skiller ut enzymer som bryter ned organisk materiale til dets komponenter, og absorberer deretter disse molekylene.

Hvis jord er klodens mage, så er sopp dens fordøyelsessaft. Uten deres evne til å bryte ned og behandle organisk materiale, ville jorden ha kvalt for lenge siden. Død materie ville hope seg opp i det uendelige, karbonsyklusen ville bli avbrutt, og alle levende ting ville stå uten mat.

Vi fokuserer på liv og vekst i vår forskning, men i naturen er død og forfall like viktig. Sopp er de ubestridte herskerne over dødsriket. Derfor er det forresten så mange av dem på kirkegårder. Men den største hemmeligheten er den enorme energien til soppene. Det er sopp som kan knekke asfalten, lyse i mørket, behandle en hel haug med petrokjemisk avfall over natten og gjøre det om til et spiselig og næringsrikt produkt. Coprinopsis atramentaria-soppen er i stand til å vokse en fruktkropp på noen få timer og deretter, på en dag, bli til en sølepytt med svart blekk.

Hallusinogene sopp forandrer folks sinn. Det er giftig sopp som kan drepe en elefant. Og det paradoksale er at de alle inneholder små mengder kalorier som forskere vanligvis bruker til å måle energi. Vår måte å måle energi på ser ikke ut til å passe her. Kalorier karakteriserer solenergi lagret i planter. Men sopp er svakt forbundet med solen. De spirer om natten og visner om dagen. Energien deres er noe helt annet.

- Michael Pollan, forsker.

INTERNETT UNDER JORDEN

Mycelet er den komplekse infrastrukturen som alle plantene i verden befinner seg på. I ti kubikkcentimeter jord kan du finne åtte kilometer av spindelvevene. Den menneskelige foten dekker omtrent en halv million kilometer med spindelvev med tett avstand. - Paul Stemets, mykolog.

Hva skjer i disse nettene?

På begynnelsen av 1990-tallet dukket først ideen opp om at nettet av disse spindelvevene ikke bare formidlet mat og kjemikalier, men også var et intelligent og selvlærende kommunikasjonsnettverk. Ved å se på selv små deler av dette nettverket er det lett å gjenkjenne en kjent struktur. De grafiske bildene av internett ser helt like ut. Nettverket forgrener seg, og hvis en av grenene svikter, erstattes det raskt av løsninger. Nodene, som ligger i strategiske områder, er bedre forsynt med strøm på grunn av mindre aktive steder, og er forstørret. Disse nettene har følsomhet. Og hver nett kan formidle informasjon til hele nettverket.

Og det er ingen "sentral server". Hver nett er uavhengig, og informasjonen den samler inn kan overføres til nettverket i alle retninger. Dermed har den grunnleggende modellen til Internett eksistert til alle tider, bare den gjemte seg i bakken. - Paul Stemec, mykolog

Selve nettverket ser ut til å kunne vokse i det uendelige. For eksempel, i staten Michigan, ble det funnet et mycel som har vokst under jorden over et område på ni kvadratkilometer. Den er anslått å være rundt 2000 år gammel.

Når bestemmer nettverket seg for å dyrke sopp?

Noen ganger er årsaken faren for fremtiden til nettverket. Hvis skogen som mater nettverket brenner ut, slutter myceliet å motta sukker fra trerøttene. Så spirer hun sopp i dens fjerneste ende, slik at de sprer soppsporer, «frigjør» genene hennes og gir dem muligheten til å finne et nytt sted. Slik dukket uttrykket «sopp etter regn» opp. Regnet vasker bort organisk råte fra bakken og fratar i hovedsak nettverket sin strømkilde – så sender nettverket «redningsteam» med tvister på jakt etter et nytt tilfluktssted.

MARERITT FOR INSEKTER

«Å finne et nytt hjem» er en annen ting som skiller sopp fra dyre- og planteriket. Det er sopp som sprer sporene sine akkurat som frukt sprer frøene sine. Andre produserer feromoner som får levende ting til å begjære dem. Hvite trøffelsamlere bruker den til å søke etter griser, siden lukten av disse soppene ligner lukten til en alfasvin.

Imidlertid er det mer komplekse og grusomme måter å spre sopp på. Observasjon av de vestafrikanske maurene av arten Megaloponera foetens registrerte at de klatrer i høye trær hvert år, og med en slik kraft stikker de kjevene inn i stammen at de etter det ikke kan frigjøre seg og dø. Tidligere var det ingen tilfeller av masseselvmord av maur.

Det viste seg at insekter handler mot deres vilje, og noen andre sender dem til døden. Årsaken er de minste sporene av הטומנטלה-sopp, som noen ganger klarer å komme inn i munnen til mauren. En gang i insektets hode sender sporen kjemikalier til hjernen. Etter det begynner mauren å klatre i det nærmeste treet og stuper kjevene inn i barken. Her, som om han våknet fra et mareritt, begynner han å prøve å frigjøre seg og til slutt, utmattet, dør. Etter omtrent to uker spirer sopp הטומנטלה fra hodet hans.

På trær i Kamerun kan du se hundrevis av sopp vokse fra maurkropper. For sopp er denne makten over hjernen et middel til reproduksjon: de bruker bena til en maur for å klatre i et tre, og høyden hjelper spredningen av sporene deres med vinden; så de finner seg nye hjem og… nye maur.

Den thailandske "zombiesoppen" Ophiocordyceps unilateralis oppfordrer maurene som lever av den til å klatre i bladene til visse planter. Avstanden som de infiserte maurene reiser for dette er mye større enn avstandene i deres normale liv, og etter å ha nådd bladene dør insektene av tretthet og sult, og etter to uker spirer det sopp fra kroppene deres.

Disse skapningene er kanskje de mest fantastiske av alt jeg har sett. Vi tror de produserer LSD-lignende kjemikalier, men vi har ennå ikke kommet over medisiner som induserer atferd i noens interesser. - Professor David Hughes.

Hughes oppdaget sopp som kontrollerer hjernen til edderkopper, lus og fluer.

Dette er ikke tilfeldigheter, naturlig utvalg eller biprodukter av en annen prosess. Disse insektene sendes mot deres vilje dit de ikke burde være, men sopp liker. Da vi overførte de infiserte maurene til andre blader, spiret ikke soppen rett og slett. - Professor David Hughes

HVORDAN ANTIBIOTIKA BLEV OPPFINNET

Det er også en positiv side ved at sopp kan produsere sterke giftstoffer. Noen av disse giftene er effektive våpen mot våre felles fiender. For eksempel mikrober.

Av de 160 tusen soppartene, hvis kropper inneholder komplekse kjemiske forbindelser, var vitenskapen i stand til å dechiffrere og reprodusere bare 20, og blant dem ble flere av de viktigste medisinene funnet.

Det er en grunn til at sopp produserer medisiner. De vokser alltid på de verste stedene, fuktige, varme, på steder som er «fabrikker av mikrober og virus». De fleste planter har ikke beskyttelse mot disse faktorene, men sopp motstår. Det velkjente stoffet Lipitor, som er en av få kjente løsninger på problemene med kolesterol og diabetes, ble funnet i den røde kinesiske soppen. Og enoki og shiitake-sopp er inkludert i kurven med medisiner som mottas av kreftpasienter i Japan. - Elinor Shavit, mikrolog.

Dessverre er variasjonen av soppmedisiner stadig avtagende. Årsaken er ødeleggelsen av treskog, spesielt i Amazonasbassenget.

Sammen med andre livsformer ødelegger vi også sopp. Antallet av variantene deres synker stadig, og dette bekymrer meg av rent egoistiske grunner. Verden har presentert en fantastisk gave - et stort naturlig laboratorium for produksjon av medisiner. Fra penicillin til legemidler mot kreft, AIDS, influensa og senile sykdommer. De gamle egypterne kalte sopp "dødsguden" av en grunn. I dag ødelegger vi konsekvent dette laboratoriet … - Paul Stemets, mykolog.

Stemets snakker om fomitopsis-soppen. Denne soppen ble oppdaget i 1965 og har vist seg å være et effektivt middel mot tuberkulose, og i dag vokser den bare fem steder i USA. I Europa har denne soppen allerede forsvunnet helt.

Med en gruppe spesialister dro vi dusinvis av ganger til skogen og prøvde å finne flere lignende sopp. Etter mye innsats fant vi endelig en prøve som vi klarte å dyrke i laboratoriet. Hvem vet hvor mange mennesker denne soppen vil redde i fremtiden. - Paul Stemets, mykolog.

I fjor sluttet Stemets seg til det amerikanske forsvarsdepartementets biologiske forsvarsprogram og hjalp til med leting og bevaring av 300 sjeldne sopparter.

Vi gjorde et eksperiment: vi samlet fire hauger med søppel. Den ene ble brukt av oss som kontroll; i de to andre tilsatte vi kjemiske og biologiske stoffer som bryter ned avfall; over sistnevnte ble det sprøytet soppsporer. Da vi kom tilbake to måneder senere, fant vi tre mørke illeluktende hauger og en lys, overgrodd med hundrevis av kilo sopp … Noen av de giftige stoffene ble til organiske. Soppen tiltrakk seg insekter, de la egg, hvorfra larvene klekket ut, og så dukket fuglene opp - og hele denne haugen ble til en grønn bakke full av liv. Da vi prøvde å gjøre det samme i forurensede elver, la vi merke til prosessen med å rense fra giftstoffer. Her er hva du skal utforske! Kanskje kan alle våre forurensningsproblemer løses med riktig sopp. - Paul Stemets, mykolog.

HVOR ER Hjernen?

"Et anslag er at det fungerer på lignende måte i sopp," sier Toshiyuki. "Fra et rent biologisk synspunkt mottar hvert edderkoppnett individuelt kjemiske signaler om hvor de skal gå og hva de skal unngå. Summen av disse signalene skaper et slags beslutningssystem. Soppens intelligens er med andre ord i nettverket. Legg til det millioner av år med evolusjon under de vanskeligste forholdene, multiplisert med hundretusenvis av forskjellige arter, og du har noe som burde være smart nok uansett."

– Og dette er din forklaring på hva som skjer?

- Dette er begynnelsen.