Geheime van die sampioenwêreld: die spinnekop se brein as 'n analoog van die mens

2024 Outeur: Seth Attwood | [email protected]. Laas verander: 2023-12-16 15:56

In 2000 het professor Toshiyuki Nakagaki, 'n bioloog en fisikus aan die Japannese Universiteit van Hokkaido, 'n monster van 'n geel vorm geneem en dit by die ingang van 'n doolhof geplaas wat gebruik word om die intelligensie en geheue van muise te toets. Aan die ander kant van die doolhof het hy 'n suikerblokkie geplaas. Die sampioen het nie net 'n pad na suiker gevind nie, maar het ook die kortste pad hiervoor gebruik.

Wat dink sampioene?

Physarum polycephalum het na suiker geruik en het sy spruite begin stuur op soek daarna. Die spinnerakke van die sampioen het by elke kruising van die doolhof verdeel, en dié wat in 'n doodloopstraat geval het, het omgedraai en in ander rigtings begin kyk. Vir 'n paar uur het sampioenwebs die doolhofgange gevul, en teen die einde van die dag het een van hulle sy weg na suiker gevind.

Daarna het Toshiyuki en sy span navorsers’n stukkie van die spinnerak van die sampioen wat aan die eerste eksperiment deelgeneem het, geneem en dit by die ingang van’n kopie van dieselfde labirint neergesit, ook met’n suikerklontjie aan sy ander kant. Wat gebeur het, het almal verstom. In die eerste oomblik het die spinnerak in twee vertak: een spruit het sy pad na die suiker gemaak, sonder 'n enkele ekstra draai, die ander het die muur van die labirint geklim en dit direk gekruis, langs die plafon, reguit na die doel. Die sampioenweb het nie net die pad onthou nie, maar het ook die spelreëls verander.

Ek het dit gewaag om die neiging te weerstaan om hierdie wesens soos plante te behandel. Wanneer jy vir etlike jare sampioennavorsing doen, begin jy twee dinge raaksien. Eerstens is sampioene nader aan die diereryk as wat dit lyk. Tweedens blyk hul optrede soms die resultaat van 'n doelbewuste besluit te wees. Ek het gedink die sampioene moet die geleentheid gegun word om die raaisels te probeer oplos.

Verdere navorsing deur Toshiyuki het bevind dat sampioene ook vervoerroetes kan beplan en baie vinniger as professionele ingenieurs. Toshiyuki het 'n kaart van Japan geneem en stukkies kos geplaas op plekke wat ooreenstem met groot stede in die land. Hy het die sampioene “in Tokio” gesit. Na 23 uur het hulle 'n lineêre web van spinnerakke aan al die kosstukke gebou. Die resultaat is 'n byna presiese replika van die spoornetwerk rondom Tokio.

Dit is nie so moeilik om 'n paar dosyn punte te verbind nie; maar om hulle doeltreffend en mees ekonomies te verbind is glad nie maklik nie. Ek glo dat ons navorsing ons nie net sal help om te verstaan hoe om infrastruktuur te verbeter nie, maar ook hoe om doeltreffender inligtingsnetwerke te bou.

RAISEL VAN 'N ANDER WESE

Volgens konserwatiewe skattings is daar ongeveer 160 duisend stamme swamme op aarde, waarvan die meeste indrukwekkende vermoëns het.

Byvoorbeeld, in Tsjernobil is 'n sampioen ontdek wat op radioaktiewe produkte voed en terselfdertyd die lug rondom dit skoonmaak. Hierdie sampioen is op die muur van 'n vernietigde kernkragsentrale gevind, wat vir baie jare ná die ramp voortgegaan het om straling te produseer wat alle lewe binne 'n radius van etlike kilometer vernietig.

Terwyl hulle die Amasone-woud verken het, het twee biologiestudente aan die Yale-universiteit die swam Pestalotiopsis microspora gevind, wat plastiek kan afbreek. Hierdie vermoë is ontdek toe die swam die petriskottel geëet het waarin dit gekweek is.

Tot nou toe is nóg ons wetenskap nóg ons tegnologie daartoe in staat. Plastiekbesmetting is een van die grootste tegnologiese probleme. Vandag het ons groot verwagtinge vir hierdie swam. - Professor Scott A. Strobl.

Genetici van die Amerikaanse Instituut vir Bio-energie het daarin geslaag om die sampioenstam die natuurlike suikerxilose vinniger te laat verteer. Die potensiële betekenis van hierdie ontdekking lê in die skepping van 'n nuwe, goedkoop en vinnige manier om skoon biobrandstof te vervaardig.

Dit wil voorkom, hoe verrig 'n "primitiewe" organisme, sonder 'n brein en beperk in beweging, wonderwerke buite die beheer van die wetenskap?

Om die wêreld van die sampioen te probeer verstaan, moet jy eers iets uitklaar. Shiitake, portobello en sampioen is nie net die name van eetbare sampioene nie. Elkeen van hulle is 'n lewende organisme, wat 'n netwerk van miljoene dunste spinnerakke onder die grond verteenwoordig. Die sampioene wat uit die grond loer, is net die "vingerpunte" van hierdie spinnerakke, die "gereedskap" waarmee die liggaam sy sade versprei. Elke so 'n "vinger" bevat duisende spore. Hulle word deur die wind en diere gedra. Wanneer die spore in die grond val, skep hulle nuwe webbe en ontkiem met nuwe sampioene.

Hierdie wese asem suurstof in. Dit is so ongewoon uit 'n biologiese oogpunt dat dit aan sy eie koninkryk behoort, geskei van beide diere en plante.

Maar wat weet ons werklik van hierdie lewensvorm?

Ons weet nie wat die ondergrondse stelsel spinnerakke op 'n sekere oomblik aanspoor om sampioene na die oppervlak van die aarde vry te laat nie; hoekom groei een sampioen na een boom toe en 'n ander na 'n ander; en hoekom sommige van hulle dodelike gifstowwe produseer, terwyl ander smaaklik, gesond en geurig is. In sommige gevalle kan ons nie eers die tydlyn vir hul ontwikkeling voorspel nie. Sampioene kan binne drie jaar verskyn, of selfs 30 jaar nadat hul spoor 'n geskikte boom gevind het. Met ander woorde, ons weet nie eers die mees basiese dinge van sampioene nie. - Michael Pollan, navorser.

KONINGIN VAN DIE DOOD

Ons vind dit moeilik om sampioene te verstaan weens hul anatomiese struktuur. Wanneer jy 'n tamatie in jou hand neem, hou jy die hele tamatie in jou hand soos dit is. Maar jy kan nie 'n sampioen pluk en sy struktuur ondersoek nie. 'n Sampioen is net die vrug van 'n groot en komplekse organisme. Die spinnerakke is te dun om van grond skoongemaak te word sonder om dit te beskadig. - Sgula Motspi, mikrobioloog.

Nog 'n probleem is dat die meeste bossampioene nie mak gemaak kan word nie en baie moeilik is om te groei, beide vir navorsing en vir industriële doeleindes.

Hulle kies net 'n sekere werpsel, hulle besluit self wanneer om te ontkiem. Dikwels val hul keuse op ou bome wat nie na 'n ander plek oorgeplaas kan word nie. En al plant ons honderde geskikte bome in die bos en spuit ons biljoene spore op die grond, is daar geen waarborg dat ons die sampioene op 'n redelike tyd sal kry nie. - Michael Pollan, navorser.

Die stelsels van voeding, groei, voortplanting en energieproduksie by swamme verskil heeltemal van dié in diere. Hulle het nie chlorofil nie en daarom gebruik hulle, anders as plante, nie direk die energie van die son nie. Sampioene, sjiitake en portobello groei byvoorbeeld op 'n werpsel verlepte plante.

Soos diere verteer sampioene kos, maar anders as hulle verteer hulle kos buite hul liggame: sampioene skei ensieme af wat organiese materiaal in sy komponente ontbind en absorbeer dan hierdie molekules.

As grond die maag van die aardbol is, dan is sampioene die spysverteringsappe daarvan. Sonder hul vermoë om organiese materiaal te ontbind en te verwerk, sou die aarde lankal versmoor het. Dooie materie sou eindeloos ophoop, die koolstofsiklus sou onderbreek word, en alle lewende dinge sou sonder kos gelaat word.

Ons fokus op lewe en groei in ons navorsing, maar in die natuur is dood en verval ewe belangrik. Sampioene is die onbetwiste heersers van die koninkryk van die dood. Daarom, terloops, is daar so baie van hulle in begraafplase. Maar die grootste geheim is die enorme energie van die sampioene. Daar is sampioene wat die asfalt kan kraak, in die donker kan gloei, 'n hele klomp petrochemiese afval oornag kan verwerk en dit in 'n eetbare en voedsame produk kan verander. Die Coprinopsis atramentaria-swam is in staat om 'n vrugliggaam binne 'n paar uur te laat groei en dan, in een dag, in 'n plas swart ink te verander.

Hallusinogene sampioene verander mense se gedagtes. Daar is giftige sampioene wat 'n olifant kan doodmaak. En die paradoks is dat hulle almal klein hoeveelhede kalorieë bevat wat navorsers gewoonlik gebruik om energie te meet. Ons manier om energie te meet blyk nie hier te pas nie. Kalorieë kenmerk sonenergie wat in plante gestoor word. Maar sampioene word swak met die son geassosieer. Hulle ontkiem in die nag en verdor gedurende die dag. Hulle energie is iets heeltemal anders.

- Michael Pollan, navorser.

INTERNET ONDER DIE AARDE

Die miselium is die komplekse infrastruktuur waarop al die plante in die wêreld geleë is. In tien kubieke sentimeter grond kan jy agt kilometer van sy spinnerakke vind. Die menslike voet dek ongeveer 'n halfmiljoen kilometer se spinnerakke naby mekaar. - Paul Stemets, mikoloog.

Wat gaan in hierdie webs aan?

In die vroeë 1990's het die idee die eerste keer na vore gekom dat die web van hierdie spinnerakke nie net voedsel en chemikalieë oordra nie, maar ook 'n intelligente en selflerende kommunikasienetwerk is. Deur na selfs klein gedeeltes van hierdie netwerk te kyk, is dit maklik om 'n bekende struktuur te herken. Die grafiese beelde van die internet lyk presies dieselfde. Die netwerk vertak, en as een van die takke misluk, word dit vinnig vervang deur oplossings. Sy nodusse, geleë in strategiese gebiede, word beter van krag voorsien as gevolg van minder aktiewe plekke, en is vergroot. Hierdie webbe het sensitiwiteit. En elke web kan inligting aan die hele netwerk oordra.

En daar is geen "sentrale bediener" nie. Elke web is onafhanklik, en die inligting wat dit insamel, kan in alle rigtings na die netwerk oorgedra word. Die basiese model van die internet het dus te alle tye bestaan, net dit het in die grond weggekruip. - Paul Stemec, mikoloog

Dit lyk asof die netwerk self onbepaald kan groei. Byvoorbeeld, in die staat Michigan is 'n miselium gevind wat oor 'n oppervlakte van nege vierkante kilometer ondergronds gegroei het. Dit word na raming ongeveer 2 000 jaar oud.

Wanneer besluit die netwerk om sampioene te kweek?

Soms is die rede die gevaar vir die toekoms van die netwerk. As die woud wat die netwerk voed uitbrand, hou die miselium op om suikers van die boomwortels af te ontvang. Dan ontkiem sy sampioene aan sy verste punte, sodat hulle swamspore versprei, haar gene "bevry" en hulle die geleentheid gee om 'n nuwe plek te vind. Dit is hoe die uitdrukking "sampioene na reën" verskyn het. Die reën spoel organiese verrotting van die grond af en ontneem in wese die netwerk van sy kragbron – dan stuur die netwerk “reddingspanne” met dispute op soek na’n nuwe heenkome.

NAGMERRIE VIR INSEKTE

"Om 'n nuwe tuiste te vind" is nog 'n ding wat sampioene van die diere- en planteryk onderskei. Daar is sampioene wat hul spore versprei net soos vrugte hul sade versprei. Ander produseer feromone wat lewende dinge kompulsief na hulle laat smag. Wit truffelversamelaars gebruik dit om na varke te soek, aangesien die reuk van hierdie sampioene soortgelyk is aan dié van 'n alfavark.

Daar is egter meer komplekse en wrede maniere om swamme te versprei. Waarneming van die Wes-Afrikaanse miere van die spesie Megaloponera foetens het aangeteken dat hulle jaarliks in hoë bome klim, en met so 'n krag steek hulle hul kake in die stam dat hulle daarna nie hulself kan bevry nie en sterf. Voorheen was daar geen gevalle van massa-selfmoord van miere nie.

Dit het geblyk dat insekte teen hul wil optree, en iemand anders stuur hulle dood. Die rede is die kleinste spore van die הטומנטלה-swam, wat soms daarin slaag om in die miere se bekke te kom. Sodra dit in die insek se kop is, stuur die spoor chemikalieë na sy brein. Daarna begin die mier die naaste boom klim en steek sy kake in sy bas. Hier, asof hy uit 'n nagmerrie wakker word, begin hy homself probeer bevry en op die ou end, uitgeput, sterf. Na sowat twee weke spruit sampioene הטומנטלה uit sy kop.

Op bome in Kameroen kan jy honderde sampioene sien wat uit die liggame van miere groei. Vir swamme is hierdie mag oor die brein 'n middel van voortplanting: hulle gebruik die bene van 'n mier om in 'n boom te klim, en die hoogte help die verspreiding van hul spore deur die wind; so hulle vind vir hulself nuwe huise en … nuwe miere.

Die Thaise "zombie-sampioen" Ophiocordyceps unilateralis moedig die miere wat daarop vreet aan om die blare van sekere plante te klim. Die afstand wat die besmette miere hiervoor aflê, is baie groter as die afstande in hul normale lewe, en daarom, nadat hulle die blare bereik het, vrek die insekte van moegheid en honger, en na twee weke spruit sampioene uit hul liggame.

Hierdie wesens is miskien die wonderlikste van alles wat ek nog gesien het. Ons glo hulle produseer LSD-agtige chemikalieë, maar ons het nog nie dwelms teëgekom wat gedrag in iemand se belange veroorsaak nie. - Professor David Hughes.

Hughes het swamme ontdek wat die brein van spinnekoppe, luise en vlieë beheer.

Dit is nie toeval, natuurlike seleksie of neweprodukte van 'n ander proses nie. Hierdie insekte word teen hul wil gestuur na waar hulle nie moet wees nie, maar sampioene hou daarvan. Toe ons die besmette miere na ander blare oorgedra het, het die sampioene eenvoudig nie ontkiem nie. - Professor David Hughes

HOE ANTIBIOTIKA UITGEIN IS

Daar is ook 'n positiewe kant aan die feit dat sampioene sterk gifstowwe kan produseer. Sommige van hierdie gifstowwe is doeltreffende wapens teen ons gemeenskaplike vyande. Byvoorbeeld, mikrobes.

Van die 160 duisend spesies sampioene, waarvan die liggame komplekse chemiese verbindings bevat, kon die wetenskap slegs 20 ontsyfer en reproduseer, en onder hulle is verskeie van die belangrikste medisyne gevind.

Daar is 'n rede waarom sampioene medisyne produseer. Hulle groei altyd op die ergste plekke, klam, warm, op plekke wat "fabrieke van mikrobes en virusse" is. Die meeste plante het nie beskerming teen hierdie faktore nie, maar swamme weerstaan. Die bekende middel Lipitor, wat een van die min bekende oplossings vir die probleme van cholesterol en diabetes is, is in die rooi Chinese sampioen gevind. En enoki- en sjiitake-sampioene is ingesluit in die mandjie medisyne wat kankerpasiënte in Japan ontvang. - Elinor Shavit, mikrooloog.

Ongelukkig neem die verskeidenheid sampioenmedisyne voortdurend af. Die rede is die vernietiging van houtagtige woude, veral in die Amasone-bekken.

Saam met ander lewensvorme vernietig ons ook sampioene. Die aantal van hul variëteite neem voortdurend af en dit bekommer my om suiwer selfsugtige redes. Die wêreld het 'n pragtige geskenk aangebied - 'n groot natuurlike laboratorium vir die vervaardiging van dwelms. Van penisillien tot middels vir kanker, vigs, griep en seniele siektes. Die antieke Egiptenare het sampioene vir 'n rede "die god van die dood" genoem. Vandag vernietig ons hierdie laboratorium konsekwent … - Paul Stemets, mikoloog.

Stemets praat oor die fomitopsis-sampioen. Hierdie sampioen, wat in 1965 ontdek is, het bewys dat dit 'n doeltreffende middel vir tuberkulose is, en vandag groei dit net op vyf plekke in die Verenigde State. In Europa het hierdie sampioen reeds heeltemal verdwyn.

Saam met 'n groep spesialiste het ons tientalle kere na die woude gegaan en nog verskeie soortgelyke sampioene probeer vind. Na baie moeite het ons uiteindelik een monster gevind wat ons daarin geslaag het om in die laboratorium te groei. Wie weet hoeveel mense hierdie sampioen in die toekoms sal red. - Paul Stemets, mikoloog.

Stemets het verlede jaar by die Amerikaanse departement van verdediging se biologiese verdedigingsprogram aangesluit en gehelp met die soektog en bewaring van 300 skaars spesies sampioene.

Ons het 'n eksperiment gedoen: ons het vier hope vullis versamel. Een is deur ons as kontrole gebruik; in die ander twee het ons chemiese en biologiese stowwe bygevoeg wat afval ontbind; oor laasgenoemde is sampioenspore gespuit. Toe ons twee maande later teruggekeer het, het ons drie donker stinkende hope en een helder een gevind, toegegroei met honderde kilogram sampioene … Van die giftige stowwe het in organiese stowwe verander. Die sampioene het insekte gelok, hulle het eiers gelê, waaruit ruspes uitgebroei het, en toe verskyn die voëls - en hierdie hele hoop het in 'n groen heuwel vol lewe verander. Toe ons dieselfde probeer doen het in besoedelde riviere, het ons kennis geneem van die proses van skoonmaak van gifstowwe. Hier is wat om te verken! Miskien kan al ons besoedelingsprobleme met die regte sampioene opgelos word. - Paul Stemets, mikoloog.

WAAR IS DIE BREIN?

"Een skatting is dat dit op 'n soortgelyke manier in sampioene werk," sê Toshiyuki. "Uit 'n suiwer biologiese oogpunt ontvang elke spinnerak individueel chemiese seine oor waarheen om te gaan en wat om te vermy. Die som van hierdie seine skep 'n soort besluitnemingstelsel. Met ander woorde, die intelligensie van die sampioen is in sy netwerk. Voeg daarby miljoene jare se evolusie onder die moeilikste omstandighede, vermenigvuldig met honderdduisende verskillende spesies, en jy het iets wat in elk geval slim genoeg behoort te wees.”

- En dit is jou verduideliking van wat gebeur?

- Dit is die begin.