Svampvärldens hemligheter: spindelns hjärna som en analog till människan

2024 Författare: Seth Attwood | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-16 16:17

År 2000 tog professor Toshiyuki Nakagaki, en biolog och fysiker vid det japanska universitetet i Hokkaido, ett prov av en gul mögel och placerade den vid ingången till en labyrint som används för att testa intelligensen och minnet hos möss. I andra änden av labyrinten placerade han en sockerbit. Svampen hittade inte bara en väg till socker, utan använde också den kortaste vägen för detta.

Vad tänker svampar på?

Physarum polycephalum luktade socker och började skicka sina groddar på jakt efter det. Svampens spindelnät delade sig vid varje korsning av labyrinten, och de som föll i en återvändsgränd vände sig om och började titta åt andra håll. I flera timmar fyllde svampbanor labyrintgångarna, och mot slutet av dagen hittade en av dem vägen till socker.

Efter det tog Toshiyuki och hans team av forskare en bit av spindelnätet av svampen som deltog i det första experimentet och satte den vid ingången till en kopia av samma labyrint, också med en sockerbit i andra änden. Det som hände förvånade alla. I första ögonblicket förgrenade sig spindelväven i två: en grodd tog sig till sockret, utan ett enda extra varv, den andra klättrade på labyrintens vägg och korsade den direkt, längs med taket, rakt mot målet. Svampnätet kom inte bara ihåg vägen, utan ändrade också spelets regler.

Jag vågade motstå tendensen att behandla dessa varelser som växter. När man gör svampforskning i flera år börjar man märka två saker. För det första är svampar närmare djurriket än det verkar. För det andra verkar deras handlingar ibland vara resultatet av ett avsiktligt beslut. Jag tyckte att svampen borde få möjlighet att försöka lösa gåtorna.

Ytterligare forskning av Toshiyuki fann att svamp kan planera transportvägar lika bra och mycket snabbare än professionella ingenjörer. Toshiyuki tog en karta över Japan och placerade bitar av mat på platser som motsvarar större städer i landet. Han satte svampen "i Tokyo". Efter 23 timmar byggde de en linjär väv av spindelväv till alla matbitar. Resultatet är en nästan exakt kopia av järnvägsnätet runt Tokyo.

Det är inte så svårt att koppla ihop flera dussin punkter; men att koppla ihop dem effektivt och mest ekonomiskt är inte alls lätt. Jag tror att vår forskning inte bara kommer att hjälpa oss att förstå hur vi kan förbättra infrastrukturen, utan också hur vi bygger effektivare informationsnätverk.

GÅTA MED EN ANNAN VÄSELSE

Enligt konservativa uppskattningar finns det cirka 160 tusen stammar av svampar på jorden, av vilka de flesta har imponerande förmågor.

Till exempel i Tjernobyl upptäcktes en svamp som livnär sig på radioaktiva produkter och som samtidigt renar luften runt den. Denna svamp hittades på väggen av ett förstört kärnkraftverk, som under många år efter katastrofen fortsatte att producera strålning som förstör allt liv inom en radie av flera kilometer.

När de utforskade Amazonasskogen hittade två biologistudenter vid Yale University svampen Pestalotiopsis microspora, som kan bryta ned plast. Denna förmåga upptäcktes när svampen åt petriskålen som den odlades i.

Hittills är varken vår vetenskap eller vår teknik kapabel till detta. Plastföroreningar är ett av de största tekniska problemen. Idag har vi stora förhoppningar på denna svamp. - Professor Scott A. Strobl.

Genetiker från American Institute of Bioenergy lyckades få svampstammen att smälta det naturliga sockret xylos snabbare. Den potentiella betydelsen av denna upptäckt ligger i skapandet av ett nytt, billigt och snabbt sätt att producera rena biobränslen.

Det verkar, hur gör en "primitiv" organism, utan hjärna och begränsad i rörelse, mirakel utanför vetenskapens kontroll?

För att försöka förstå svampens värld måste du först klargöra något. Shiitake, portobello och champinjon är inte bara namnen på matsvampar. Var och en av dem är en levande organism, som representerar ett nätverk av miljontals tunnaste spindelväv under jorden. Svamparna som tittar upp ur marken är bara "fingertopparna" på dessa spindelväv, "verktygen" med vilka kroppen sprider sina frön. Varje sådant "finger" innehåller tusentals sporer. De bärs av vinden och djuren. När sporerna faller ner i jorden skapar de nya nät och gror med nya svampar.

Denna varelse andas syre. Den är så ovanlig ur biologisk synvinkel att den tillhör sitt eget rike, skild från både djur och växter.

Men vad vet vi egentligen om denna livsform?

Vi vet inte vad som får det underjordiska systemet av spindelväv att vid ett visst ögonblick släppa ut svamp till jordens yta; varför växer en svamp mot ett träd och en annan mot ett annat; och varför vissa av dem producerar dödliga gifter, medan andra är läckra, hälsosamma och väldoftande. I vissa fall kan vi inte ens förutsäga tidslinjen för deras utveckling. Svampar kan dyka upp om tre år, eller till och med 30 år efter att deras spor har hittat ett lämpligt träd. Vi kan med andra ord inte ens det mest grundläggande om svamp. - Michael Pollan, forskare.

DE DÖDA Drottningen

Vi har svårt att förstå svampar på grund av deras anatomiska struktur. När du tar en tomat i handen håller du hela tomaten i handen som den är. Men du kan inte plocka en svamp och undersöka dess struktur. En svamp är bara frukten av en stor och komplex organism. Spindelväven är för tunn för att kunna rensas från jord utan att skada den. – Sgula Motspi, mikrobiolog.

Ett annat problem är att de flesta skogssvampar inte går att tama och är mycket svåra att odla, både för forskning och för industriella ändamål.

De väljer bara en viss kull, de bestämmer själva när de ska gro. Ofta faller deras val på gamla träd som inte kan överföras till en annan plats. Och även om vi planterar hundratals lämpliga träd i skogen och sprejar miljarder sporer på marken så finns det ingen garanti för att vi får svampen i rimlig tid. - Michael Pollan, forskare.

Systemen för näring, tillväxt, reproduktion och energiproduktion hos svampar är helt annorlunda än hos djur. De har inte klorofyll och därför använder de, till skillnad från växter, inte direkt solens energi. Champinjoner, shiitake och portobello växer till exempel på en kull vissnade växter.

Liksom djur smälter svampar mat, men till skillnad från dem smälter de mat utanför sina kroppar: svampar utsöndrar enzymer som bryter ner organiskt material till dess komponenter och absorberar sedan dessa molekyler.

Om jord är jordens mage, så är svampar dess matsmältningssaft. Utan deras förmåga att bryta ner och bearbeta organiskt material skulle jorden ha kvävts för länge sedan. Död materia skulle ackumuleras i det oändliga, kolets kretslopp skulle avbrytas och allt levande skulle lämnas utan mat.

Vi fokuserar på liv och tillväxt i vår forskning, men i naturen är död och förfall lika viktiga. Svampar är de obestridda härskarna över dödsriket. Därför finns det förresten så många av dem på kyrkogårdar. Men den största hemligheten är svampens enorma energi. Det finns svampar som kan knäcka asfalten, lysa i mörkret, bearbeta en hel massa petrokemiskt avfall över natten och göra det till en ätbar och näringsrik produkt. Coprinopsis atramentaria-svampen kan växa en fruktkropp på några timmar och sedan, på en dag, förvandlas till en pöl av svart bläck.

Hallucinogena svampar ändrar människors uppfattning. Det finns giftiga svampar som kan döda en elefant. Och paradoxen är att de alla innehåller små mängder kalorier som forskare brukar använda för att mäta energi. Vårt sätt att mäta energi verkar inte passa här. Kalorier kännetecknar solenergi som lagras i växter. Men svamp är svagt förknippad med solen. De gror på natten och vissnar på dagen. Deras energi är något helt annat.

- Michael Pollan, forskare.

INTERNET UNDER JORDEN

Mycelet är den komplexa infrastrukturen där alla växter i världen finns. I tio kubikcentimeter jord kan du hitta åtta kilometer av dess spindelväv. Den mänskliga foten täcker ungefär en halv miljon kilometer av tätt placerade spindelväv. - Paul Stemets, mykolog.

Vad händer i dessa nät?

I början av 1990-talet dök idén först upp att nätet av dessa spindelväv inte bara förmedlade mat och kemikalier, utan också var ett intelligent och självlärande kommunikationsnätverk. Genom att titta på även små delar av detta nätverk är det lätt att känna igen en välbekant struktur. De grafiska bilderna på internet ser exakt likadana ut. Nätverket grenar, och om en av grenarna misslyckas, ersätts det snabbt av lösningar. Dess noder, belägna i strategiska områden, är bättre försörjda med ström på grund av mindre aktiva platser, och är förstorade. Dessa nät har känslighet. Och varje webb kan förmedla information till hela nätverket.

Och det finns ingen "central server". Varje webb är oberoende och informationen som den samlar in kan överföras till nätverket i alla riktningar. Således har grundmodellen för Internet funnits i alla tider, bara den gömde sig i marken. - Paul Stemec, mykolog

Nätverket i sig verkar kunna växa i det oändliga. Till exempel, i delstaten Michigan, hittades ett mycel som har växt under jorden över ett område på nio kvadratkilometer. Den beräknas vara omkring 2 000 år gammal.

När bestämmer nätverket sig för att odla svamp?

Ibland är orsaken faran för nätverkets framtid. Om skogen som matar nätverket brinner ut, slutar mycelet att ta emot socker från trädrötterna. Sedan gror hon svamp i dess mest avlägsna ändar, så att de sprider svampsporer, "frigör" hennes gener och ger dem möjlighet att hitta en ny plats. Så här dök uttrycket "svamp efter regn" upp. Regnet sköljer bort organisk röta från marken och berövar i huvudsak nätverket sin strömkälla - sedan skickar nätverket "räddningsteam" med dispyter på jakt efter en ny tillflyktsort.

MARDRÖM FÖR INSEKTER

"Att hitta ett nytt hem" är en annan sak som skiljer svamp från djur- och växtriket. Det finns svampar som sprider sina sporer precis som frukter sprider sina frön. Andra producerar feromoner som gör att levande varelser tvångsmässigt längtar efter dem. Vit tryffelsamlare använder den för att leta efter grisar, eftersom lukten av dessa svampar liknar den hos en alfasvin.

Det finns dock mer komplexa och grymma sätt att sprida svamp. Observation av de västafrikanska myrorna av arten Megaloponera foetens registrerade att de klättrar i höga träd varje år och med sådan kraft tränger de in sina käkar i stammen att de efter det inte kan frigöra sig och dö. Tidigare fanns det inga fall av masssjälvmord av myror.

Det visade sig att insekter agerar mot deras vilja, och någon annan skickar dem till döds. Orsaken är de minsta sporerna av svampen הטומנטלה, som ibland lyckas ta sig in i myrornas mun. Väl i insektens huvud skickar sporen kemikalier till dess hjärna. Efter det börjar myran att klättra i det närmaste trädet och kastar käkarna i barken. Här, som om han vaknar ur en mardröm, börjar han försöka frigöra sig och till slut, utmattad, dör. Efter ungefär två veckor spirar svampen ur hans huvud.

På träd i Kamerun kan du se hundratals svampar växa från myrors kroppar. För svampar är denna makt över hjärnan ett medel för reproduktion: de använder benen på en myr för att klättra i ett träd, och höjden hjälper spridningen av deras sporer med vinden; så de hittar nya hem och… nya myror.

Den thailändska "zombiesvampen" Ophiocordyceps unilateralis uppmuntrar myror som livnär sig på den att klättra på bladen på vissa växter. Avståndet som de infekterade myrorna reser för detta är mycket större än avstånden i deras normala liv, och därför, efter att ha nått löven, dör insekterna av trötthet och hunger, och efter två veckor växer svampar från deras kroppar.

Dessa varelser är kanske de mest fantastiska av alla jag har sett. Vi tror att de producerar LSD-liknande kemikalier, men vi har ännu inte stött på droger som framkallar beteende i någons intresse. - Professor David Hughes.

Hughes upptäckte svampar som styr hjärnan hos spindlar, löss och flugor.

Detta är inte en tillfällighet, naturligt urval eller biprodukter av en annan process. Dessa insekter skickas mot sin vilja dit de inte borde vara, men svampar gillar. När vi överförde de infekterade myrorna till andra blad, grodde svampen helt enkelt inte. - Professor David Hughes

HUR ANTIBIOTIKA UPPFINNS

Det finns också en positiv sida med att svamp kan producera starka gifter. Vissa av dessa gifter är effektiva vapen mot våra gemensamma fiender. Till exempel mikrober.

Av de 160 tusen arterna av svampar, vars kroppar innehåller komplexa kemiska föreningar, kunde vetenskapen dechiffrera och reproducera endast 20, och bland dem hittades flera av de viktigaste läkemedlen.

Det finns en anledning till att svamp producerar mediciner. De växer alltid på de värsta platserna, fuktiga, varma, på platser som är "fabriker av mikrober och virus." De flesta växter har inget skydd mot dessa faktorer, men svampar gör motstånd. Det välkända läkemedlet Lipitor, som är en av få kända lösningar på problemen med kolesterol och diabetes, hittades i den röda kinesiska svampen. Och enoki och shiitakesvamp ingår i korgen med läkemedel som cancerpatienter får i Japan. - Elinor Shavit, mikrolog.

Tyvärr minskar mängden svampmediciner hela tiden. Anledningen är förstörelsen av vedartade skogar, särskilt i Amazonas.

Tillsammans med andra livsformer förstör vi också svampar. Antalet av deras sorter minskar ständigt och detta oroar mig av rent själviska skäl. Världen har presenterat en fantastisk gåva - ett enormt naturligt laboratorium för tillverkning av läkemedel. Från penicillin till läkemedel mot cancer, AIDS, influensa och senila sjukdomar. De gamla egyptierna kallade svampar "dödens gud" av en anledning. Idag förstör vi konsekvent detta laboratorium … - Paul Stemets, mykolog.

Stemets pratar om fomitopsis-svampen. Denna svamp upptäcktes 1965 och har visat sig vara ett effektivt botemedel mot tuberkulos, och idag växer den bara på fem platser i USA. I Europa har denna svamp redan försvunnit helt.

Med en grupp specialister gick vi dussintals gånger till skogarna och försökte hitta flera liknande svampar. Efter mycket ansträngning hittade vi äntligen ett prov som vi lyckades odla i laboratoriet. Vem vet hur många människor denna svamp kommer att rädda i framtiden. - Paul Stemets, mykolog.

Förra året gick Stemets med i det amerikanska försvarsdepartementets biologiska försvarsprogram och hjälpte till med att söka och bevara 300 sällsynta svamparter.

Vi gjorde ett experiment: vi samlade fyra högar med sopor. En användes av oss som kontroll; i de andra två tillsatte vi kemiska och biologiska ämnen som bryter ner avfall; över den senare sprayades svampsporer. När vi återvände två månader senare hittade vi tre mörka stinkande högar och en ljus en, övervuxen med hundratals kilo svamp… Några av de giftiga ämnena förvandlades till organiska. Svamparna lockade insekter, de lade ägg, från vilka larver kläcktes, och sedan dök fåglarna upp - och hela denna hög förvandlades till en grön kulle full av liv. När vi försökte göra detsamma i förorenade floder, noterade vi processen att rena från gifter. Här är vad du ska utforska! Kanske kan alla våra föroreningsproblem lösas med rätt svamp. - Paul Stemets, mykolog.

VAR ÄR HJÄRNAN?

"En uppskattning är att det fungerar på liknande sätt i svamp," säger Toshiyuki. "Rent biologiskt sett får varje spindelnät individuellt kemiska signaler om vart man ska gå och vad man ska undvika. Summan av dessa signaler skapar ett slags beslutssystem. Svampens intelligens finns med andra ord i dess nätverk. Lägg till det miljontals år av evolution under de svåraste förhållandena, multiplicerat med hundratusentals olika arter, så har du något som borde vara smart nog ändå."

– Och det här är din förklaring till vad som händer?

- Det här är början.