اسرار دنیای قارچ: مغز عنکبوت به عنوان آنالوگ انسان

2024 نویسنده: Seth Attwood | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-16 16:03

در سال 2000، پروفسور توشیوکی ناکاگاکی، زیست شناس و فیزیکدان دانشگاه هوکایدو ژاپن، نمونه ای از یک قالب زرد رنگ را برداشت و آن را در ورودی هزارتویی قرار داد که برای آزمایش هوش و حافظه موش ها استفاده می شود. در انتهای دیگر پیچ و خم، یک حبه قند گذاشت. قارچ نه تنها راهی به قند پیدا کرد، بلکه از کوتاه ترین مسیر نیز برای این کار استفاده کرد.

قارچ ها به چه چیزی فکر می کنند؟

Physarum polycephalum بوی شکر می داد و شروع به فرستادن جوانه های خود در جستجوی آن کرد. تارهای عنکبوت قارچ در هر تقاطع پیچ و خم دوشاخه می شدند و آنهایی که به بن بست می افتادند چرخیدند و شروع به نگاه کردن به جهات دیگر کردند. برای چندین ساعت، تارهای قارچی مسیرهای پیچ و خم را پر کردند و در پایان روز یکی از آنها راه خود را به قند پیدا کرد.

پس از آن، توشیوکی و تیم محققانش تکه‌ای از تار عنکبوت قارچی را که در آزمایش اول شرکت کرده بود، برداشتند و آن را در ورودی نسخه‌ای از هزارتوی مشابه، همچنین با یک حبه قند در انتهای دیگر آن قرار دادند. اتفاقی که افتاد همه را شگفت زده کرد. در اولین لحظه، تار عنکبوت به دو شاخه تقسیم شد: یک جوانه بدون یک چرخش اضافی به سمت قند راه یافت، دیگری از دیواره هزارتو بالا رفت و مستقیماً از سقف، مستقیماً به سمت هدف عبور کرد. وب قارچ نه تنها جاده را به یاد آورد، بلکه قوانین بازی را نیز تغییر داد.

من جرأت کردم در برابر تمایل به رفتار با این موجودات مانند گیاهان مقاومت کنم. وقتی چندین سال تحقیقات قارچ را انجام می دهید، متوجه دو چیز می شوید. اول اینکه قارچ‌ها از آنچه به نظر می‌رسد به قلمرو حیوانات نزدیک‌تر هستند. دوم، گاهی اوقات به نظر می رسد که اقدامات آنها نتیجه یک تصمیم عمدی است. فکر می کردم باید به قارچ ها فرصت داد تا برای حل معماها تلاش کنند.

تحقیقات بیشتر توسط توشیوکی نشان داد که قارچ ها می توانند مسیرهای حمل و نقل را نیز برنامه ریزی کنند و بسیار سریعتر از مهندسان حرفه ای. توشیوکی نقشه ای از ژاپن گرفت و تکه های غذا را در مکان های مربوط به شهرهای بزرگ کشور قرار داد. او قارچ ها را "در توکیو" قرار داد. پس از 23 ساعت، آنها یک شبکه خطی از تار عنکبوت برای تمام قطعات غذا ساختند. نتیجه تقریباً شبیه سازی دقیق شبکه ریلی در اطراف توکیو است.

اتصال ده ها نقطه چندان دشوار نیست. اما اتصال آنها به طور موثر و اقتصادی به هیچ وجه آسان نیست. من معتقدم که تحقیقات ما نه تنها به ما در درک چگونگی بهبود زیرساخت کمک می کند، بلکه به نحوه ایجاد شبکه های اطلاعاتی کارآمدتر نیز کمک می کند.

معمای یک موجود دیگر

طبق برآوردهای محافظه کارانه، حدود 160 هزار گونه قارچ روی زمین وجود دارد که اکثر آنها توانایی های چشمگیری دارند.

به عنوان مثال، در چرنوبیل، قارچی کشف شد که از محصولات رادیواکتیو تغذیه می کند و در عین حال، هوای اطراف خود را تمیز می کند. این قارچ بر روی دیوار یک نیروگاه هسته ای تخریب شده یافت شد که سال ها پس از فاجعه به تولید تشعشعات ادامه داد که تمام حیات را در شعاع چند کیلومتری از بین می برد.

در حین کاوش در جنگل آمازون، دو دانشجوی زیست شناسی در دانشگاه ییل، قارچ Pestalotiopsis microspora را پیدا کردند که می تواند پلاستیک را تجزیه کند. این توانایی زمانی کشف شد که قارچ ظرف پتری را که در آن رشد کرده بود خورد.

تا به حال، نه علم و نه فناوری ما توانایی این را ندارند. آلودگی پلاستیک یکی از بزرگترین مشکلات فناوری است. امروز امید زیادی به این قارچ داریم. - پروفسور اسکات A. Strobl.

ژنتیک‌دانان مؤسسه بیوانرژی آمریکا موفق شدند گونه‌های قارچی قند طبیعی زایلوز را سریع‌تر هضم کنند.اهمیت بالقوه این کشف در ایجاد روشی جدید، ارزان و سریع برای تولید سوخت های زیستی پاک است.

به نظر می رسد، چگونه یک ارگانیسم "ابتدایی"، بدون مغز و محدود در حرکت، معجزه ای خارج از کنترل علم انجام می دهد؟

برای درک دنیای قارچ، ابتدا باید چیزی را روشن کنید. شیتاکه، پورتوبلو و شامپینیون تنها نام قارچ های خوراکی نیستند. هر یک از آنها یک موجود زنده است که نشان دهنده شبکه ای از میلیون ها نازک ترین تار عنکبوت در زیر زمین است. قارچ هایی که از زمین به بیرون نگاه می کنند، فقط «نوک انگشتان» این تار عنکبوت هستند، «ابزاری» که بدن با آن دانه هایش را پخش می کند. هر یک از این "انگشت" حاوی هزاران هاگ است. آنها توسط باد و حیوانات حمل می شوند. وقتی هاگ ها در زمین می افتند، تارهای جدیدی ایجاد می کنند و با قارچ های جدید جوانه می زنند.

این موجود اکسیژن تنفس می کند. از نظر بیولوژیکی آنقدر غیرمعمول است که به پادشاهی خود تعلق دارد و از حیوانات و گیاهان جدا شده است.

اما واقعاً در مورد این شکل زندگی چه می دانیم؟

ما نمی دانیم چه چیزی باعث می شود که سیستم زیرزمینی تار عنکبوت در یک لحظه خاص قارچ ها را به سطح زمین رها کند. چرا یک قارچ به سمت یک درخت و دیگری به سمت درخت دیگر رشد می کند. و چرا برخی از آنها سموم کشنده تولید می کنند، در حالی که برخی دیگر خوش طعم، سالم و معطر هستند. در برخی موارد، ما حتی نمی توانیم جدول زمانی توسعه آنها را پیش بینی کنیم. قارچ ها می توانند در عرض سه سال یا حتی 30 سال پس از یافتن هاگ آنها درخت مناسبی ظاهر شوند. به عبارت دیگر، ما حتی ابتدایی ترین چیزها را در مورد قارچ نمی دانیم. - مایکل پولن، محقق.

ملکه مردگان

ما درک قارچ ها را به دلیل ساختار تشریحی آنها دشوار می دانیم. وقتی یک گوجه فرنگی را در دست می گیرید، کل گوجه فرنگی را همانطور که هست در دست گرفته اید. اما نمی توانید قارچ را بچینید و ساختار آن را بررسی کنید. قارچ فقط میوه یک موجود بزرگ و پیچیده است. تار عنکبوت آنقدر نازک است که نمی توان آن را بدون آسیب رساندن به خاک پاک کرد. - اسگولا موتسپی، میکروبیولوژیست.

مشکل دیگر این است که اکثر قارچ های جنگلی را نمی توان اهلی کرد و رشد آن ها هم برای تحقیقات و هم برای اهداف صنعتی بسیار دشوار است.

آنها فقط بستر خاصی را انتخاب می کنند، خودشان تصمیم می گیرند چه زمانی جوانه بزنند. اغلب انتخاب آنها روی درختان قدیمی است که نمی توانند به مکان دیگری منتقل شوند. و حتی اگر صدها درخت مناسب را در جنگل بکاریم و میلیاردها هاگ را روی زمین بپاشیم، هیچ تضمینی وجود ندارد که قارچ را در زمان معقولی بدست آوریم. - مایکل پولن، محقق.

سیستم های تغذیه، رشد، تولیدمثل و تولید انرژی در قارچ ها کاملاً متفاوت از سیستم های موجود در حیوانات است. آنها کلروفیل ندارند و بنابراین بر خلاف گیاهان مستقیماً از انرژی خورشید استفاده نمی کنند. به عنوان مثال، شامپینیون، شیتاکه و پورتوبلو در بستری از گیاهان پژمرده رشد می کنند.

قارچ‌ها مانند حیوانات غذا را هضم می‌کنند، اما برخلاف آنها، غذا را خارج از بدن خود هضم می‌کنند: قارچ‌ها آنزیم‌هایی ترشح می‌کنند که مواد آلی را به اجزای آن تجزیه می‌کنند و سپس این مولکول‌ها را جذب می‌کنند.

اگر خاک معده کره زمین است، قارچ ها شیره گوارشی آن هستند. بدون توانایی آنها برای تجزیه و پردازش مواد آلی، زمین مدت ها پیش خفه می شد. مواد مرده بی‌پایان انباشته می‌شوند، چرخه کربن قطع می‌شود و همه موجودات زنده بدون غذا می‌مانند.

ما در تحقیقات خود بر زندگی و رشد تمرکز می کنیم، اما در طبیعت، مرگ و زوال به یک اندازه مهم هستند. قارچ ها حاکمان بلامنازع پادشاهی مرگ هستند. بنابراین، اتفاقا، تعداد زیادی از آنها در گورستان ها وجود دارد. اما بزرگترین راز انرژی بسیار زیاد قارچ هاست. قارچ‌هایی وجود دارند که می‌توانند آسفالت را بشکنند، در تاریکی بدرخشند، یک‌شبه یک دسته کامل زباله‌های پتروشیمی را پردازش کنند و آن‌ها را به یک محصول خوراکی و مغذی تبدیل کنند. قارچ Coprinopsis atramentaria می تواند بدن میوه دهی را در چند ساعت رشد دهد و سپس در یک روز به گودالی از جوهر سیاه تبدیل شود.

قارچ های توهم زا ذهن افراد را تغییر می دهند.قارچ های سمی هستند که می توانند فیل را بکشند. و تناقض این است که همه آنها حاوی مقادیر کمی کالری هستند که محققان معمولاً از آن برای اندازه گیری انرژی استفاده می کنند. به نظر می رسد روش اندازه گیری انرژی ما در اینجا مناسب نیست. کالری انرژی خورشیدی ذخیره شده در گیاهان را مشخص می کند. اما قارچ ها ارتباط ضعیفی با خورشید دارند. آنها در شب جوانه می زنند و در روز پژمرده می شوند. انرژی آنها چیزی کاملا متفاوت است.

- مایکل پولن، محقق.

اینترنت در زیر زمین

میسلیوم زیرساخت پیچیده ای است که تمام گیاهان جهان روی آن قرار دارند. در ده سانتی متر مکعب خاک می توان هشت کیلومتر از تار عنکبوت آن را یافت. پای انسان حدود نیم میلیون کیلومتر از تار عنکبوت های نزدیک را می پوشاند. - پل استمتز، قارچ شناس.

در این وب ها چه می گذرد؟

در اوایل دهه 1990، برای اولین بار این ایده مطرح شد که شبکه این تار عنکبوت نه تنها غذا و مواد شیمیایی را منتقل می کند، بلکه یک شبکه ارتباطی هوشمند و خودآموز است. با نگاه کردن حتی به بخش های کوچک این شبکه، به راحتی می توان یک ساختار آشنا را تشخیص داد. تصاویر گرافیکی اینترنت دقیقاً مشابه هستند. شبکه منشعب می شود و اگر یکی از شاخه ها خراب شود، به سرعت با راه حل جایگزین می شود. گره های آن که در مناطق استراتژیک واقع شده اند، به دلیل مکان های فعال کمتر، برق بهتری دارند و بزرگ می شوند. این وب ها دارای حساسیت هستند. و هر وب می تواند اطلاعات را به کل شبکه منتقل کند.

و هیچ "سرور مرکزی" وجود ندارد. هر وب مستقل است و اطلاعاتی که جمع آوری می کند می تواند در همه جهات به شبکه منتقل شود. بنابراین، مدل اولیه اینترنت در همه زمان ها وجود داشته است، فقط در زمین پنهان شده بود. - پل استمک، قارچ شناس

به نظر می رسد خود شبکه می تواند به طور نامحدود رشد کند. به عنوان مثال، در ایالت میشیگان، یک میسلیوم پیدا شد که در زیر زمین در مساحت 9 کیلومتر مربع رشد کرده است. تخمین زده می شود که قدمت آن حدود 2000 سال باشد.

چه زمانی شبکه تصمیم به پرورش قارچ می گیرد؟

گاهی اوقات دلیل آن خطر برای آینده شبکه است. اگر جنگل تغذیه کننده شبکه بسوزد، میسلیوم دریافت قند از ریشه درخت را متوقف می کند. سپس قارچ ها را در دورترین انتها جوانه می زند، به طوری که هاگ های قارچ را پخش می کنند، ژن های او را "آزاد می کنند" و به آنها فرصت پیدا کردن مکان جدیدی را می دهند. اینگونه بود که عبارت "قارچ پس از باران" ظاهر شد. باران پوسیدگی ارگانیک را از زمین پاک می کند و در اصل شبکه را از منبع انرژی خود محروم می کند - سپس شبکه "تیم های نجات" را با اختلاف در جستجوی یک پناهگاه جدید می فرستد.

کابوس برای حشرات

«یافتن خانه جدید» یکی دیگر از مواردی است که قارچ را از قلمرو حیوانات و گیاهان متمایز می کند. قارچ هایی وجود دارند که هاگ های خود را درست مانند میوه ها که دانه های خود را پخش می کنند، پخش می کنند. برخی دیگر فرمون هایی تولید می کنند که موجودات زنده را وادار می کند که به شدت به آنها تمایل پیدا کنند. گردآورندگان ترافل سفید از آن برای جستجوی خوک ها استفاده می کنند، زیرا بوی این قارچ ها شبیه به بوی گراز آلفا است.

با این حال، راه های پیچیده تر و بی رحمانه تری برای انتشار قارچ وجود دارد. مشاهده مورچه های غرب آفریقا از گونه Megaloponera foetens نشان می دهد که آنها هر ساله از درختان بلند بالا می روند و با چنان نیرویی آرواره های خود را به تنه فرو می کنند که پس از آن نمی توانند خود را آزاد کنند و می میرند. پیش از این هیچ موردی از خودکشی دسته جمعی مورچه ها وجود نداشت.

معلوم شد که حشرات برخلاف میل آنها عمل می کنند و شخص دیگری آنها را به مرگ می فرستد. دلیل آن کوچکترین هاگ قارچ הטומנטלה است که گاهی اوقات موفق می شود وارد دهان مورچه ها شود. زمانی که هاگ وارد سر حشره می شود، مواد شیمیایی را به مغز آن می فرستد. پس از آن، مورچه شروع به بالا رفتن از نزدیکترین درخت می کند و آرواره های خود را در پوست درخت فرو می برد. در اینجا، گویی که از یک کابوس بیدار شده است، شروع به تلاش برای رهایی خود می کند و در نهایت، خسته، می میرد. پس از حدود دو هفته، قارچ های הטומנטלה از سر او جوانه می زنند.

روی درختان کامرون می توانید صدها قارچ را ببینید که از بدن مورچه ها رشد می کنند.برای قارچ ها، این قدرت بر مغز وسیله ای برای تولید مثل است: آنها از پاهای مورچه برای بالا رفتن از درخت استفاده می کنند و ارتفاع به پخش هاگ آنها توسط باد کمک می کند. بنابراین آنها خانه های جدیدی پیدا می کنند و…. مورچه های جدید

قارچ زامبی تایلندی Ophiocordyceps unilateralis مورچه هایی را که از آن تغذیه می کنند تشویق می کند تا از برگ های برخی گیاهان بالا بروند. مسافتی که مورچه های آلوده برای این کار طی می کنند بسیار بیشتر از مسافت های زندگی عادی آنهاست و به همین دلیل حشرات با رسیدن به برگ ها از خستگی و گرسنگی می میرند و پس از دو هفته قارچ ها از بدن آنها بیرون می زند.

این موجودات شاید شگفت انگیزترین موجوداتی باشند که من دیده ام. ما معتقدیم که آنها مواد شیمیایی شبیه ال اس دی تولید می کنند، اما هنوز به داروهایی برخورد نکرده ایم که رفتارهایی را در جهت منافع شخصی القا کنند. - پروفسور دیوید هیوز.

هیوز قارچ هایی را کشف کرد که مغز عنکبوت ها، شپش ها و مگس ها را کنترل می کنند.

این تصادفی، انتخاب طبیعی یا محصول فرعی فرآیند دیگری نیست. این حشرات برخلاف میل خود به جایی که نباید باشند فرستاده می شوند، اما قارچ ها دوست دارند. وقتی مورچه‌های آلوده را به برگ‌های دیگر منتقل کردیم، قارچ‌ها به سادگی جوانه نمی‌زنند. - پروفسور دیوید هیوز

آنتی بیوتیک ها چگونه اختراع شدند

این واقعیت که قارچ ها می توانند سم های قوی تولید کنند، جنبه مثبتی نیز دارد. برخی از این سموم، سلاح های مؤثری در برابر دشمنان مشترک ما هستند. مثلا میکروب ها.

از 160 هزار گونه قارچ که بدن آنها حاوی ترکیبات شیمیایی پیچیده است، علم توانست تنها 20 گونه را رمزگشایی و تکثیر کند و در میان آنها چندین مورد از مهمترین داروها یافت شد.

دلیلی وجود دارد که قارچ ها دارو تولید می کنند. آنها همیشه در بدترین مکان ها، مرطوب، گرم، در مکان هایی که "کارخانه میکروب ها و ویروس ها" هستند، رشد می کنند. بیشتر گیاهان در برابر این عوامل محافظتی ندارند، اما قارچ ها مقاومت می کنند. داروی معروف Lipitor که یکی از معدود راه حل های شناخته شده برای مشکلات کلسترول و دیابت است، در قارچ قرمز چینی یافت شد. و قارچ های انوکی و شیتاکه در سبد داروهای دریافتی بیماران سرطانی در ژاپن گنجانده شده است. - الینور شاویت، میکرولژیست.

متأسفانه تنوع داروهای قارچی به طور مداوم در حال کاهش است. دلیل آن تخریب جنگل های چوبی به ویژه در حوزه آمازون است.

ما در کنار سایر اشکال حیات، قارچ ها را نیز از بین می بریم. تعداد انواع آنها به طور مداوم در حال کاهش است و این من را به دلایل کاملاً خودخواهانه نگران می کند. جهان یک هدیه خیره کننده ارائه کرده است - یک آزمایشگاه طبیعی عظیم برای تولید دارو. از پنی سیلین گرفته تا داروهای سرطان، ایدز، آنفولانزا و بیماری های پیری. مصریان باستان قارچ ها را به دلایلی "خدای مرگ" می نامیدند. امروز ما به طور مداوم در حال تخریب این آزمایشگاه هستیم … - پل استمتز، قارچ شناس.

Stemets در مورد قارچ fomitopsis صحبت می کند. این قارچ که در سال 1965 کشف شد، ثابت کرده است که یک درمان موثر برای سل است و امروزه تنها در پنج مکان در ایالات متحده رشد می کند. در اروپا، این قارچ به طور کامل ناپدید شده است.

با گروهی از متخصصان، ده ها بار به جنگل ها رفتیم و سعی کردیم چندین قارچ مشابه دیگر پیدا کنیم. پس از تلاش زیاد، بالاخره یک نمونه را پیدا کردیم که موفق شدیم آن را در آزمایشگاه رشد دهیم. چه کسی می داند که این قارچ در آینده چند نفر را نجات خواهد داد. - پل استمتز، قارچ شناس.

سال گذشته، Stemets به برنامه دفاع بیولوژیکی وزارت دفاع ایالات متحده پیوست و در جستجو و حفاظت از 300 گونه نادر قارچ کمک کرد.

ما آزمایشی انجام دادیم: چهار انبوه زباله جمع آوری کردیم. یکی توسط ما به عنوان کنترل استفاده شد. در دو مورد دیگر، مواد شیمیایی و بیولوژیکی را اضافه کردیم که زباله ها را تجزیه می کنند. بر روی دومی، هاگ قارچ اسپری شد. دو ماه بعد در بازگشت، سه انبوه کثیف تیره و یکی روشن پیدا کردیم که با صدها کیلوگرم قارچ رشد کرده بود… برخی از مواد سمی به مواد آلی تبدیل شدند.قارچ ها حشرات را جذب کردند، آنها تخم گذاشتند، که از آنها کرم ها بیرون آمدند، و سپس پرندگان ظاهر شدند - و کل این توده به یک تپه سبز پر از زندگی تبدیل شد. وقتی سعی کردیم در رودخانه های آلوده همین کار را انجام دهیم، به روند پاکسازی از سموم اشاره کردیم. در اینجا چیزی است که باید کشف کنید! شاید همه مشکلات آلودگی ما با قارچ مناسب حل شود. - پل استمتز، قارچ شناس.

مغز کجاست؟

توشیوکی می‌گوید: «یک تخمین این است که در قارچ‌ها به روشی مشابه عمل می‌کند.» از نقطه‌نظر بیولوژیکی، هر تار عنکبوت به‌طور جداگانه سیگنال‌های شیمیایی در مورد اینکه کجا باید برود و از چه چیزی اجتناب کند، دریافت می‌کند. مجموع این سیگنال ها نوعی سیستم تصمیم گیری را ایجاد می کند. به عبارت دیگر هوش قارچ در شبکه آن است. میلیون‌ها سال تکامل تحت سخت‌ترین شرایط را که در صدها هزار گونه مختلف ضرب شده است، به آن اضافه کنید، و به هر حال چیزی خواهید داشت که باید به اندازه کافی هوشمند باشد.»

- و این توضیح شما در مورد آنچه اتفاق می افتد است؟

- این آغاز است.