Sēņu pasaules noslēpumi: zirnekļa smadzenes kā cilvēka analogs

2024 Autors: Seth Attwood | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-16 16:11

2000. gadā Japānas Hokaido universitātes biologs un fiziķis profesors Tošijuki Nakagaki paņēma dzeltenās pelējuma paraugu un novietoja to pie ieejas labirintā, ko izmanto, lai pārbaudītu peļu intelektu un atmiņu. Otrā labirinta galā viņš nolika cukura kubiņu. Sēne ne tikai atrada ceļu uz cukuru, bet arī izmantoja tam īsāko ceļu.

Ko sēnes domā?

Physarum polycephalum smaržoja pēc cukura un sāka sūtīt savus asnus, lai to meklētu. Sēņu zirnekļu tīkli sadalījās katrā labirinta krustojumā, un tie, kas iekrita strupceļā, apgriezās un sāka skatīties citos virzienos. Vairākas stundas sēņu tīkli pildīja labirinta ejas, un dienas beigās viena no tām atrada ceļu uz cukuru.

Pēc tam Tošijuki un viņa pētnieku komanda paņēma sēnes, kas piedalījās pirmajā eksperimentā, zirnekļa tīkla gabalu un nolika pie tā paša labirinta kopijas ieejas, arī ar cukura kubiņu otrā galā. Notikušais visus pārsteidza. Pirmajā mirklī zirnekļtīkls sazarojās divās daļās: viens asns devās uz cukuru, bez neviena papildu pagrieziena, otrs uzkāpa labirinta sienā un šķērsoja to tieši, gar griestiem, taisni uz mērķi. Sēņu tīkls ne tikai atcerējās ceļu, bet arī mainīja spēles noteikumus.

Es uzdrošinājos pretoties tieksmei izturēties pret šiem radījumiem kā pret augiem. Veicot sēņu izpēti vairākus gadus, sāc pamanīt divas lietas. Pirmkārt, sēnes ir tuvāk dzīvnieku valstībai, nekā šķiet. Otrkārt, dažkārt šķiet, ka viņu darbības ir apzināta lēmuma rezultāts. Izdomāju, ka jādod iespēja sēnēm mēģināt atrisināt mīklas.

Turpmākie Toshiyuki pētījumi atklāja, ka sēnes var plānot transporta maršrutus arī daudz ātrāk nekā profesionāli inženieri. Toshiyuki paņēma Japānas karti un ievietoja pārtikas gabalus vietās, kas atbilst lielākajām valsts pilsētām. Viņš ielika sēnes "Tokijā". Pēc 23 stundām viņi izveidoja lineāru zirnekļu tīklu tīklu visiem pārtikas gabaliem. Rezultāts ir gandrīz precīza Tokijas dzelzceļa tīkla kopija.

Nav nemaz tik grūti savienot vairākus desmitus punktu; bet tos efektīvi un visekonomiskāk savienot nemaz nav viegli. Es uzskatu, ka mūsu pētījumi ne tikai palīdzēs mums saprast, kā uzlabot infrastruktūru, bet arī kā veidot efektīvākus informācijas tīklus.

CITAS BŪTNES MĪKLA

Pēc piesardzīgām aplēsēm, uz Zemes ir aptuveni 160 tūkstoši sēņu celmu, no kuriem lielākajai daļai ir iespaidīgas spējas.

Piemēram, Černobiļā tika atklāta sēne, kas barojas ar radioaktīviem produktiem un tajā pašā laikā attīra apkārtējo gaisu. Šī sēne tika atrasta uz iznīcinātas atomelektrostacijas sienas, kas daudzus gadus pēc katastrofas turpināja ražot starojumu, kas iznīcina visu dzīvību vairāku kilometru rādiusā.

Izpētot Amazones mežu, divi Jēlas universitātes bioloģijas studenti atrada sēnīti Pestalotiopsis microspora, kas var noārdīt plastmasu. Šī spēja tika atklāta, kad sēne ēda Petri trauciņu, kurā tā tika audzēta.

Līdz šim ne mūsu zinātne, ne mūsu tehnoloģija to nav spējīga. Plastmasas piesārņojums ir viena no lielākajām tehnoloģiskajām problēmām. Šodien mēs ļoti ceram uz šo sēnīti. - profesors Skots A. Štrobls.

Ģenētiķiem no Amerikas Bioenerģijas institūta izdevās panākt, ka sēņu celms ātrāk sagremo dabisko cukuru ksilozi. Šī atklājuma potenciālā nozīme ir jauna, lēta un ātra tīras biodegvielas ražošanas veida radīšanā.

Šķiet, kā “primitīvs” organisms bez smadzenēm un ierobežots kustībā dara brīnumus, ko zinātne nevar kontrolēt?

Lai mēģinātu izprast sēņu pasauli, vispirms kaut kas jānoskaidro. Šitaki, portobello un šampinjoni ir ne tikai ēdamo sēņu nosaukumi. Katrs no tiem ir dzīvs organisms, kas pārstāv miljoniem plānāko zirnekļtīklu tīklu pazemē. Sēnes, kas lūkojas ārā no zemes, ir tikai šo zirnekļu tīklu "pirkstu gali", "instrumenti", ar kuriem ķermenis izplata sēklas. Katrs šāds “pirksts” satur tūkstošiem sporu. Tos nes vējš un dzīvnieki. Kad sporas nokrīt zemē, tās izveido jaunus tīklus un dīgst ar jaunām sēnēm.

Šis radījums elpo skābekli. Tas ir tik neparasts no bioloģiskā viedokļa, ka pieder savai karaļvalstij, kas ir atdalīta gan no dzīvniekiem, gan no augiem.

Bet ko mēs īsti zinām par šo dzīvības formu?

Mēs nezinām, kas zirnekļu tīklu pazemes sistēmu noteiktā brīdī mudina izlaist sēnes uz zemes virsmas; kāpēc viena sēne aug pret vienu koku un otra pret otru; un kāpēc daži no tiem ražo nāvējošas indes, bet citi ir garšīgi, veselīgi un smaržīgi. Dažos gadījumos mēs pat nevaram paredzēt to attīstības laika grafiku. Sēnes var parādīties trīs gadu laikā vai pat 30 gadus pēc tam, kad to sporas ir atradušas piemērotu koku. Citiem vārdiem sakot, mēs nezinām pat elementārākās lietas par sēnēm. - Maikls Polans, pētnieks.

MIRUŠO KARALIENE

Mums ir grūti saprast sēnes to anatomiskās struktūras dēļ. Paņemot rokās tomātu, jūs turat rokā visu tomātu tādu, kāds tas ir. Bet jūs nevarat noplūkt sēni un pārbaudīt tās struktūru. Sēne ir tikai liela un sarežģīta organisma auglis. Zirnekļu tīklu tīkls ir pārāk plāns, lai to attīrītu no augsnes, to nesabojājot. - Sgula Motspi, mikrobioloģe.

Vēl viena problēma ir tā, ka lielāko daļu meža sēņu nav iespējams pieradināt un tās ir ļoti grūti audzēt gan pētniecības, gan rūpnieciskiem nolūkiem.

Viņi izvēlas tikai noteiktu metienu, paši izlemj, kad dīgt. Bieži vien viņu izvēle krīt uz veciem kokiem, kurus nevar pārvietot uz citu vietu. Un pat tad, ja mēs mežā iestādīsim simtiem piemērotu koku un izsmidzinām zemē miljardiem sporu, nav garantijas, ka sēnes saņemsim saprātīgā laikā. - Maikls Polans, pētnieks.

Sēnīšu barošanas, augšanas, vairošanās un enerģijas ražošanas sistēmas pilnīgi atšķiras no dzīvniekiem. Tiem nav hlorofila un tāpēc atšķirībā no augiem tie tieši neizmanto saules enerģiju. Šampinjoni, šitaki un portobello, piemēram, aug uz savītušu augu metiena.

Tāpat kā dzīvnieki, sēnes sagremo pārtiku, bet atšķirībā no tām sagremo pārtiku ārpus ķermeņa: sēnes izdala fermentus, kas sadala organiskās vielas to sastāvdaļās un pēc tam absorbē šīs molekulas.

Ja zeme ir zemeslodes kuņģis, tad sēnes ir tās gremošanas sulas. Bez to spējas sadalīties un pārstrādāt organiskās vielas, zeme jau sen būtu nosmakusi. Mirušās vielas uzkrātos bezgalīgi, oglekļa cikls tiktu pārtraukts, un visas dzīvās būtnes paliktu bez pārtikas.

Mēs savos pētījumos koncentrējamies uz dzīvību un izaugsmi, taču dabā nāve un pagrimums ir vienlīdz svarīgi. Sēnes ir neapstrīdami nāves valstības valdnieki. Tāpēc, starp citu, kapsētās viņu ir tik daudz. Bet lielākais noslēpums ir sēņu milzīgā enerģija. Ir sēnes, kas spēj saplaisāt asfaltu, spīdēt tumsā, pa nakti pārstrādāt veselu kaudzi naftas ķīmijas atkritumu un pārvērst tos par ēdamu un barojošu produktu. Coprinopsis atramentaria sēne dažu stundu laikā spēj izaudzēt augļķermeni un pēc tam vienas dienas laikā pārvērsties par melnas tintes peļķi.

Halucinogēnās sēnes maina cilvēku domas. Ir indīgas sēnes, kas var nogalināt ziloni. Un paradokss ir tāds, ka tie visi satur nelielu daudzumu kaloriju, ko pētnieki parasti izmanto enerģijas mērīšanai. Šķiet, ka mūsu enerģijas mērīšanas veids šeit neatbilst. Kalorijas raksturo augos uzkrāto saules enerģiju. Bet sēnes ir vāji saistītas ar sauli. Viņi dīgst naktī un novīst dienas laikā. Viņu enerģija ir kaut kas pavisam cits.

- Maikls Polans, pētnieks.

INTERNETS ZEM ZEMES

Micēlijs ir sarežģīta infrastruktūra, uz kuras atrodas visi pasaules augi. Desmit kubikcentimetros augsnes var atrast astoņus kilometrus tās zirnekļtīklu. Cilvēka pēda klāj apmēram pusmiljonu kilometru cieši izvietotu zirnekļu tīklu. - Pauls Stemets, mikologs.

Kas notiek šajos tīmekļos?

Deviņdesmito gadu sākumā pirmo reizi radās ideja, ka šo zirnekļu tīklu tīkls ne tikai pārraida pārtiku un ķīmiskās vielas, bet arī bija inteliģents un pašmācības saziņas tīkls. Aplūkojot pat nelielas šī tīkla sadaļas, ir viegli atpazīt pazīstamu struktūru. Interneta grafiskie attēli izskatās tieši tādi paši. Tīkls atzarojas, un, ja kāda no filiālēm neizdodas, to ātri aizstāj ar risinājumiem. Tās mezgli, kas atrodas stratēģiskajās zonās, ir labāk apgādāti ar strāvu mazāk aktīvo vietu dēļ un ir palielināti. Šiem tīkliem ir jutīgums. Un katrs tīmeklis var nodot informāciju visam tīklam.

Un nav "centrālā servera". Katrs tīmeklis ir neatkarīgs, un tā apkopoto informāciju var pārsūtīt uz tīklu visos virzienos. Tādējādi interneta pamatmodelis ir pastāvējis visos laikos, tikai tas slēpās zemē. - Pols Stemecs, mikologs

Pats tīkls, šķiet, var augt bezgalīgi. Piemēram, Mičiganas štatā tika atrasts micēlijs, kas izaudzis pazemē deviņu kvadrātkilometru platībā. Tiek lēsts, ka tas ir aptuveni 2000 gadu vecs.

Kad tīkls nolemj audzēt sēnes?

Dažreiz iemesls ir apdraudējums tīkla nākotnei. Ja tīklu barojošais mežs izdeg, micēlijs pārstāj saņemt cukurus no koku saknēm. Tad viņa diedzē sēnes to attālākajos galos, lai tās izplata sēnīšu sporas, "atbrīvo" viņas gēnus un dod iespēju atrast jaunu vietu. Tā radās izteiciens "sēnes pēc lietus". Lietus izskalo no zemes organisko puvi un būtībā atņem tīklam strāvas avotu – tad tīkls sūta "glābēju komandas" ar strīdiem jauna patvēruma meklējumos.

KUKAIŅU MURGS

"Jaunas mājas atrašana" ir vēl viena lieta, kas atšķir sēnes no dzīvnieku un augu valsts. Ir sēnes, kas izplata sporas tāpat kā augļi izplata sēklas. Citi ražo feromonus, kas liek dzīvām būtnēm pēc tiem piespiedu kārtā alkst. Balto trifeļu vācēji to izmanto cūku meklēšanai, jo šo sēņu smarža ir līdzīga alfa kuiļa smaržai.

Tomēr ir sarežģītāki un nežēlīgāki sēnīšu izplatīšanas veidi. Novērojot Rietumāfrikas sugas Megaloponera foetens skudras, tās katru gadu kāpj augstos kokos un ar tādu spēku iedur žokļus stumbrā, ka pēc tam nevar atbrīvoties un iet bojā. Iepriekš nebija skudru masveida pašnāvību gadījumu.

Izrādījās, ka kukaiņi rīkojas pret savu gribu, un kāds cits tos nosūta nāvē. Iemesls ir הטומנטלה sēnītes mazākās sporas, kuras reizēm izdodas nokļūt skudru mutēs. Nokļūstot kukaiņa galvā, sporas nosūta ķīmiskas vielas uz tā smadzenēm. Pēc tam skudra sāk kāpt tuvākajā kokā un iegremdē žokļus tā mizā. Šeit, it kā pamostoties no murga, viņš sāk mēģināt atbrīvoties un galu galā noguris nomirst. Pēc aptuveni divām nedēļām no viņa galvas izdīgst sēnes הטומנטלה.

Uz kokiem Kamerūnā var redzēt simtiem sēņu, kas aug no skudru ķermeņiem. Sēnēm šī vara pār smadzenēm ir vairošanās līdzeklis: tās izmanto skudras kājas, lai uzkāptu kokā, un augstums palīdz vējam izplatīties to sporām; tāpēc viņi atrod sev jaunas mājas un… jaunas skudras.

Taizemes "zombiju sēne" Ophiocordyceps unilateralis mudina skudras, kas ar to barojas, kāpt pa noteiktu augu lapām. Attālums, ko inficētās skudras šim nolūkam veic, ir daudz lielāks nekā attālumi viņu parastajā dzīvē, un tāpēc, sasnieguši lapas, kukaiņi mirst no noguruma un bada, un pēc divām nedēļām no viņu ķermeņa izdīgst sēnes.

Šīs radības, iespējams, ir visbrīnišķīgākās no visām, ko esmu redzējis. Mēs uzskatām, ka viņi ražo LSD līdzīgas ķīmiskas vielas, taču mēs vēl neesam sastapušies ar zālēm, kas rosinātu uzvedību kāda interesēs. - Profesors Deivids Hjūzs.

Hjūzs atklāja sēnītes, kas kontrolē zirnekļu, utu un mušu smadzenes.

Tā nav nejaušība, dabiskā atlase vai cita procesa blakusprodukti. Šie kukaiņi tiek sūtīti pret savu gribu tur, kur tiem nevajadzētu būt, bet sēnēm patīk. Kad inficētās skudras pārnesām uz citām lapām, sēnes vienkārši nedīgst. - Profesors Deivids Hjūzs

KĀ TIPA IZDALĪTAS ANTIBIOTIKAS

Tam ir arī pozitīvā puse, ka sēnes var radīt spēcīgas indes. Dažas no šīm indēm ir efektīvi ieroči pret mūsu kopējiem ienaidniekiem. Piemēram, mikrobi.

No 160 tūkstošiem sēņu sugu, kuru ķermeņi satur sarežģītus ķīmiskos savienojumus, zinātne spēja atšifrēt un pavairot tikai 20, un starp tām tika atrastas vairākas vissvarīgākās zāles.

Ir iemesls, kāpēc sēnes ražo zāles. Tie vienmēr aug vissliktākajās vietās, mitrās, karstās vietās, kur ir "mikrobu un vīrusu rūpnīcas". Lielākajai daļai augu nav aizsardzības pret šiem faktoriem, bet sēnītes pretojas. Sarkanajā ķīniešu sēnē tika atrasts plaši pazīstamais medikaments Lipitor, kas ir viens no nedaudzajiem zināmajiem risinājumiem holesterīna un diabēta problēmām. Un enoki un šitaki sēnes ir iekļautas zāļu grozā, ko Japānā saņem vēža pacienti. - Elinor Shavit, mikroloģe.

Diemžēl sēņu zāļu daudzveidība pastāvīgi samazinās. Iemesls ir koksnes mežu iznīcināšana, īpaši Amazones baseinā.

Kopā ar citām dzīvības formām mēs iznīcinām arī sēnes. Viņu šķirņu skaits pastāvīgi samazinās, un tas mani satrauc tīri savtīgu iemeslu dēļ. Pasaule ir prezentējusi satriecošu dāvanu - milzīgu dabas laboratoriju zāļu ražošanai. No penicilīna līdz zālēm pret vēzi, AIDS, gripu un senils slimībām. Senie ēģiptieši kāda iemesla dēļ sēnes sauca par "nāves dievu". Šodien mēs konsekventi iznīcinām šo laboratoriju … - Paul Stemets, mikologs.

Stemets stāsta par fomitopsis sēni. Šī sēne tika atklāta 1965. gadā, un tā ir izrādījusies efektīvs līdzeklis pret tuberkulozi, un šodien tā aug tikai piecās vietās Amerikas Savienotajās Valstīs. Eiropā šī sēne jau ir pilnībā izzudusi.

Ar speciālistu grupu desmitiem reižu devāmies mežos, mēģinot atrast vēl vairākas līdzīgas sēnes. Pēc lielām pūlēm beidzot atradām vienu paraugu, kuru izdevās izaudzēt laboratorijā. Kas zina, cik cilvēku šī sēne izglābs nākotnē. - Pauls Stemets, mikologs.

Pagājušajā gadā Stemets pievienojās ASV Aizsardzības departamenta bioloģiskās aizsardzības programmai un palīdzēja 300 retu sēņu sugu meklēšanā un saglabāšanā.

Mēs veicām eksperimentu: savācām četras atkritumu kaudzes. Vienu mēs izmantojām kā kontroli; pārējās divās mēs pievienojām ķīmiskas un bioloģiskas vielas, kas sadala atkritumus; pāri pēdējai tika izsmidzinātas sēņu sporas. Atgriežoties pēc diviem mēnešiem, atradām trīs tumšas sēnes un vienu košu, apaugušu ar simtiem kilogramu sēņu… Daļa toksisko vielu pārvērtās organiskās. Sēnes piesaistīja kukaiņus, tās dēja olas, no kurām izšķīlās kāpuri, un tad parādījās putni - un visa šī kaudze pārvērtās zaļā, dzīvības pilnā kalnā. Mēģinot darīt to pašu piesārņotajās upēs, mēs atzīmējām attīrīšanās procesu no indēm. Lūk, ko izpētīt! Iespējams, visas mūsu piesārņojuma problēmas var atrisināt ar pareizām sēnēm. - Pauls Stemets, mikologs.

KUR IR SMADZENES?

"Kāds aprēķins ir tāds, ka tas darbojas līdzīgi sēnēs," saka Toshiyuki. "No tīri bioloģiskā viedokļa katrs zirnekļa tīkls atsevišķi saņem ķīmiskus signālus par to, kurp doties un no kā izvairīties. Šo signālu summa rada sava veida lēmumu pieņemšanas sistēmu. Citiem vārdiem sakot, sēnes intelekts ir tās tīklā. Ja tam pievieno miljoniem gadu evolūcijas visgrūtākajos apstākļos, reizinot ar simtiem tūkstošu dažādu sugu, jūs iegūsit kaut ko, kam jebkurā gadījumā vajadzētu būt pietiekami gudram.

– Un tas ir tavs skaidrojums tam, kas notiek?

– Šis ir sākums.