Tajne svijeta gljiva: paukov mozak kao analog čovjeka

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Zadnja promjena: 2023-12-16 16:06

Godine 2000. profesor Toshiyuki Nakagaki, biolog i fizičar s japanskog sveučilišta Hokkaido, uzeo je uzorak žute plijesni i stavio ga na ulaz u labirint koji se koristi za testiranje inteligencije i pamćenja miševa. Na drugi kraj labirinta stavio je kocku šećera. Gljiva nije samo pronašla put do šećera, već je za to koristila i najkraći put.

O čemu razmišljaju gljive?

Physarum polycephalum je zaudarao na šećer i počeo je slati svoje klice u potragu za njim. Paukove mreže gljive razdvojile su se na svakom raskrižju labirinta, a one koje su pale u slijepu ulicu okrenule su se i počele gledati u drugim smjerovima. Mreže gljiva su nekoliko sati ispunjavale prolaze labirinta, a do kraja dana jedna od njih pronašla je put do šećera.

Nakon toga, Toshiyuki i njegov tim istraživača uzeli su komadić paukove mreže gljive koja je sudjelovala u prvom eksperimentu i stavili ga na ulaz kopije istog labirinta, također s kockom šećera na drugom kraju. Ono što se dogodilo zadivilo je sve. U prvom trenutku paučina se razgranala na dva dijela: jedna se klica probila do šećera, bez ijednog dodatnog zavoja, druga se popela na zid labirinta i prešla je izravno, uz strop, ravno do cilja. Mreža gljiva nije samo zapamtila cestu, već je promijenila i pravila igre.

Usudio sam se oduprijeti sklonosti da se prema tim stvorenjima ponašam kao prema biljkama. Kada istražite gljive nekoliko godina, počinjete primjećivati dvije stvari. Prvo, gljive su bliže životinjskom carstvu nego što se čini. Drugo, ponekad se čini da su njihovi postupci rezultat namjerne odluke. Mislio sam da gljivama treba dati priliku da pokušaju riješiti zagonetke.

Daljnje istraživanje koje je proveo Toshiyuki pokazalo je da gljive također mogu planirati transportne rute i to mnogo brže od profesionalnih inženjera. Toshiyuki je uzeo kartu Japana i smjestio komade hrane na mjesta koja odgovaraju većim gradovima u zemlji. Stavio je gljive "u Tokyo". Nakon 23 sata, izgradili su linearnu mrežu od paučine na svim komadima hrane. Rezultat je gotovo točna replika željezničke mreže oko Tokija.

Nije tako teško povezati nekoliko desetaka točaka; ali njihovo učinkovito i najekonomičnije povezivanje nije nimalo jednostavno. Vjerujem da će nam naše istraživanje pomoći ne samo da razumijemo kako poboljšati infrastrukturu, već i kako izgraditi učinkovitije informacijske mreže.

ZAGONETKA DRUGOG BIĆA

Prema konzervativnim procjenama, na Zemlji postoji oko 160 tisuća sojeva gljiva, od kojih većina ima impresivne sposobnosti.

Na primjer, u Černobilu je otkrivena gljiva koja se hrani radioaktivnim proizvodima i istovremeno čisti zrak oko sebe. Ova gljiva pronađena je na zidu uništene nuklearne elektrane, koja je dugi niz godina nakon katastrofe nastavila proizvoditi zračenje koje uništava sav život u radijusu od nekoliko kilometara.

Istražujući amazonsku šumu, dva studenta biologije na Sveučilištu Yale pronašli su gljivicu Pestalotiopsis microspora, koja može razgraditi plastiku. Ova sposobnost je otkrivena kada je gljiva pojela petrijevu zdjelu u kojoj je uzgajana.

Do sada ni naša znanost ni naša tehnologija to nisu sposobne. Onečišćenje plastikom jedan je od najvećih tehnoloških problema. Danas polažemo velike nade u ovu gljivu. - Profesor Scott A. Strobl.

Genetičari s Američkog instituta za bioenergiju uspjeli su soj gljiva brže probaviti prirodnu šećernu ksilozu. Potencijalni značaj ovog otkrića leži u stvaranju novog, jeftinog i brzog načina proizvodnje čistih biogoriva.

Čini se, kako "primitivni" organizam, bez mozga i ograničenog kretanja, čini čuda izvan kontrole znanosti?

Da biste pokušali razumjeti svijet gljiva, prvo morate nešto razjasniti. Shiitake, portobello i šampinjoni nisu samo nazivi jestivih gljiva. Svaki od njih je živi organizam, koji predstavlja mrežu milijuna najtanje paučine pod zemljom. Gljive koje vire iz zemlje samo su "vrhovi prstiju" ove paučine, "alati" kojima tijelo širi svoje sjemenke. Svaki takav "prst" sadrži tisuće spora. Nose ih vjetar i životinje. Kad spore padnu u zemlju, stvaraju nove mreže i klijaju novim gljivama.

Ovo stvorenje udiše kisik. Toliko je neobična s biološke točke gledišta da pripada vlastitom kraljevstvu, odvojeno i od životinja i od biljaka.

Ali što zapravo znamo o ovom obliku života?

Ne znamo što tjera podzemni sustav paučine u određenom trenutku da pusti gljive na površinu zemlje; zašto jedna gljiva raste prema jednom stablu, a druga prema drugom; i zašto neki od njih proizvode smrtonosne otrove, a drugi su ukusni, zdravi i mirisni. U nekim slučajevima ne možemo ni predvidjeti vremenski okvir njihovog razvoja. Gljive se mogu pojaviti za tri godine, ili čak 30 godina nakon što njihova spora pronađe odgovarajuće stablo. Drugim riječima, o gljivama ne znamo ni ono najosnovnije. - Michael Pollan, istraživač.

KRALJICA MRTVIH

Teško nam je razumjeti gljive zbog njihove anatomske strukture. Kada uzmete rajčicu u ruku, držite cijelu rajčicu u ruci kakva jest. Ali ne možete ubrati gljivu i ispitati njezinu strukturu. Gljiva je samo plod velikog i složenog organizma. Mreža paučine je pretanka da bi se očistila od zemlje, a da se ne ošteti. - Sgula Motspi, mikrobiolog.

Drugi problem je što se većina šumskih gljiva ne može pripitomiti i vrlo je teško uzgajati, kako za istraživačke tako i za industrijske svrhe.

Biraju samo određeno leglo, sami odlučuju kada će klijati. Često njihov izbor pada na stara stabla koja se ne mogu prenijeti na drugo mjesto. Pa čak i ako posadimo stotine odgovarajućih stabala u šumi i raspršimo milijarde spora po tlu, nema garancije da ćemo gljive dobiti u razumnom roku. - Michael Pollan, istraživač.

Sustavi prehrane, rasta, razmnožavanja i proizvodnje energije u gljiva potpuno su drugačiji od onih u životinja. Nemaju klorofil i stoga, za razliku od biljaka, ne koriste izravno energiju sunca. Šampinjoni, shiitake i portobello, primjerice, rastu na leglu uvenulih biljaka.

Poput životinja, gljive probavljaju hranu, ali, za razliku od njih, probavljaju hranu izvan svog tijela: gljive luče enzime koji razgrađuju organsku tvar na njene komponente, a zatim apsorbiraju te molekule.

Ako je tlo želudac svijeta, onda su gljive njegovi probavni sokovi. Bez njihove sposobnosti razgradnje i obrade organske tvari, zemlja bi se davno ugušila. Mrtva bi se tvar akumulirala beskrajno, ciklus ugljika bi se prekinuo, a sva bi živa bića ostala bez hrane.

U našem istraživanju fokusiramo se na život i rast, ali u prirodi su smrt i propadanje jednako važni. Gljive su neprikosnoveni vladari kraljevstva smrti. Stoga ih, inače, ima toliko na grobljima. Ali najveća tajna je ogromna energija gljiva. Postoje gljive koje mogu pucati po asfaltu, svijetliti u mraku, preko noći preraditi cijelu hrpu petrokemijskog otpada i pretvoriti ga u jestiv i hranjiv proizvod. Gljiva Coprinopsis atramentaria je u stanju izrasti plodno tijelo za nekoliko sati, a zatim se u jednom danu pretvoriti u lokvicu crne tinte.

Halucinogene gljive mijenjaju mišljenje ljudi. Postoje otrovne gljive koje mogu ubiti slona. A paradoks je da svi sadrže male količine kalorija koje istraživači obično koriste za mjerenje energije. Čini se da se naš način mjerenja energije ovdje ne uklapa. Kalorije karakteriziraju sunčevu energiju pohranjenu u biljkama. Ali gljive su slabo povezane sa suncem. Noću klijaju, a danju venu. Njihova energija je nešto sasvim drugo.

- Michael Pollan, istraživač.

INTERNET ISPOD ZEMLJE

Micelij je složena infrastruktura na kojoj se nalaze sve biljke na svijetu. U deset kubičnih centimetara tla nalazi se osam kilometara njegove paučine. Ljudsko stopalo pokriva oko pola milijuna kilometara blisko raspoređene paučine. - Paul Stemets, mikolog.

Što se događa u ovim mrežama?

Početkom 1990-ih prvi put se pojavila ideja da mreža ovih paučina ne samo da prenosi hranu i kemikalije, već je i inteligentna komunikacijska mreža koja se sama uči. Gledajući čak i male dijelove ove mreže, lako je prepoznati poznatu strukturu. Grafičke slike na internetu izgledaju potpuno isto. Mreža se grana, a ako jedna od grana ne uspije, brzo je zamjenjuju zaobilazna rješenja. Njegovi čvorovi, smješteni u strateškim područjima, bolje su opskrbljeni električnom energijom zbog manje aktivnih mjesta, te su povećani. Ove mreže imaju osjetljivost. I svaki web može prenijeti informacije cijeloj mreži.

I nema "centralnog poslužitelja". Svaki web je neovisan, a informacije koje prikuplja mogu se prenijeti na mrežu u svim smjerovima. Dakle, osnovni model interneta postojao je u svako doba, samo što se skrivao u zemlji. - Paul Stemec, mikolog

Čini se da sama mreža može rasti unedogled. Na primjer, u državi Michigan pronađen je micelij koji je rastao pod zemljom na površini od devet četvornih kilometara. Procjenjuje se da je star oko 2000 godina.

Kada se mreža odlučuje za uzgoj gljiva?

Ponekad je razlog opasnost za budućnost mreže. Ako šuma koja hrani mrežu pregori, micelij prestaje primati šećere iz korijena drveća. Tada ona klija gljive na svojim najudaljenijim krajevima, tako da šire spore gljivica, "oslobode" njezine gene i daju im priliku da pronađu novo mjesto. Tako se pojavio izraz "gljive nakon kiše". Kiša ispire organsku trulež sa zemlje i, u biti, oduzima mreži izvor energije - tada mreža šalje "spasilačke timove" sa sporovima u potrazi za novim utočištem.

NOĆNA MORA ZA INSEKTE

„Pronaći novi dom“još je jedna stvar koja razlikuje gljive od životinjskog i biljnog carstva. Postoje gljive koje šire svoje spore kao što voće širi svoje sjemenke. Drugi proizvode feromone zbog kojih živa bića kompulzivno žude za njima. Sakupljači bijelih tartufa koriste ga za traženje svinja, jer je miris ovih gljiva sličan onom alfa vepra.

Međutim, postoje složeniji i okrutniji načini širenja gljivica. Promatranjem zapadnoafričkih mrava vrste Megaloponera foetens zabilježeno je da se svake godine penju na visoka stabla, te takvom snagom zabiju čeljusti u deblo da se nakon toga ne mogu osloboditi i uginu. Ranije nije bilo slučajeva masovnog samoubojstva mrava.

Pokazalo se da kukci djeluju protiv svoje volje, a netko ih drugi šalje u smrt. Razlog su najmanje spore gljivice הטומנטלה, koje ponekad uspiju ući u usta mrava. Jednom u glavi kukca, spora šalje kemikalije u njegov mozak. Nakon toga, mrav se počinje penjati na najbliže stablo i zariva čeljusti u njegovu koru. Ovdje, kao da se budi iz noćne more, počinje se pokušavati osloboditi i na kraju, iscrpljen, umire. Nakon otprilike dva tjedna iz njegove glave niču gljive הטומנטלה.

Na drveću u Kamerunu možete vidjeti stotine gljiva koje rastu iz tijela mrava. Za gljive je ta moć nad mozgom sredstvo reprodukcije: koriste noge mrava da se popnu na stablo, a visina pomaže širenju njihovih spora vjetrom; pa nađu sebi nove domove i… novi mravi.

Tajlandska "zombi gljiva" Ophiocordyceps unilateralis potiče mrave koji se hrane njome da se penju na lišće određenih biljaka. Udaljenost koju zaraženi mravi za to prijeđu mnogo je veća od udaljenosti u njihovom normalnom životu, pa stoga, došavši do lišća, insekti umiru od umora i gladi, a nakon dva tjedna iz njihova tijela izniknu gljive.

Ova stvorenja su možda najnevjerojatnija od svih koje sam vidio. Vjerujemo da proizvode kemikalije slične LSD-u, ali još nismo naišli na lijekove koji izazivaju ponašanje u nečijem interesu. - Profesor David Hughes.

Hughes je otkrio gljive koje kontroliraju mozak pauka, ušiju i muha.

To nije slučajnost, prirodna selekcija ili nusproizvodi nekog drugog procesa. Ovi insekti se šalju protiv svoje volje tamo gdje ne bi trebali biti, ali gljive vole. Kada smo zaražene mrave prenijeli na drugo lišće, gljive jednostavno nisu proklijale. - Profesor David Hughes

KAKO SU IZUMLJENI ANTIBIOTICI

Postoji i pozitivna strana činjenice da gljive mogu proizvesti jake otrove. Neki od ovih otrova su učinkovito oružje protiv naših zajedničkih neprijatelja. Na primjer, mikrobi.

Od 160 tisuća vrsta gljiva, čija tijela sadrže složene kemijske spojeve, znanost je uspjela dešifrirati i reproducirati samo 20, a među njima je pronađeno nekoliko najvažnijih lijekova.

Postoji razlog zašto gljive proizvode lijekove. Uvijek rastu na najgorim mjestima, vlažnim, vrućim, na mjestima koja su "tvornice mikroba i virusa". Većina biljaka nema zaštitu od ovih čimbenika, ali gljive odolijevaju. U crvenoj kineskoj gljivi pronađen je poznati lijek Lipitor, koji je jedno od rijetkih poznatih rješenja za probleme kolesterola i dijabetesa. A enoki i shiitake gljive uvrštene su u košaricu lijekova koje primaju oboljeli od raka u Japanu. - Elinor Shavit, mikrolog.

Nažalost, raznolikost lijekova od gljiva stalno se smanjuje. Razlog je uništavanje drvenastih šuma, posebice u amazonskom bazenu.

Uz ostale oblike života uništavamo i gljive. Broj njihovih sorti se stalno smanjuje i to me zabrinjava iz čisto sebičnih razloga. Svijet je predstavio zadivljujući dar - ogroman prirodni laboratorij za proizvodnju lijekova. Od penicilina do lijekova za rak, AIDS, gripu i senilne bolesti. Stari Egipćani su gljive s razlogom nazivali "bogom smrti". Danas dosljedno uništavamo ovaj laboratorij … - Paul Stemets, mikolog.

Stemets govori o gljivi fomitopsis. Otkrivena 1965. godine, ova se gljiva pokazala kao učinkovit lijek za tuberkulozu, a danas raste samo na pet lokacija u Sjedinjenim Državama. U Europi je ova gljiva već potpuno nestala.

Sa grupom stručnjaka išli smo na desetke puta u šume, pokušavajući pronaći još nekoliko sličnih gljiva. Nakon mnogo truda, konačno smo pronašli jedan uzorak koji smo uspjeli uzgojiti u laboratoriju. Tko zna koliko će ljudi ova gljiva spasiti u budućnosti. - Paul Stemets, mikolog.

Prošle godine Stemets se pridružio programu biološke obrane američkog Ministarstva obrane i pomogao u potrazi i očuvanju 300 rijetkih vrsta gljiva.

Napravili smo eksperiment: skupili smo četiri gomile smeća. Jedan smo koristili kao kontrolu; u druga dva dodali smo kemijske i biološke tvari koje razgrađuju otpad; preko potonjeg su prskane spore gljiva. Vrativši se dva mjeseca kasnije, pronašli smo tri tamne smrdljive hrpe i jednu svijetlu, obraslu stotinama kilograma gljiva… Neke od otrovnih tvari pretvorile su se u organske. Gljive su privlačile kukce, polagale su jaja iz kojih su se izlegle gusjenice, a onda su se pojavile ptice - i cijela se ova hrpa pretvorila u zeleno brdo puno života. Kada smo pokušali učiniti isto u zagađenim rijekama, zabilježili smo proces čišćenja od otrova. Evo što treba istražiti! Možda se svi naši problemi onečišćenja mogu riješiti pravim gljivama. - Paul Stemets, mikolog.

GDJE JE MOZAK?

"Jedna procjena je da djeluje na sličan način u gljivama", kaže Toshiyuki. "S čisto biološke točke gledišta, svaka paukova mreža pojedinačno prima kemijske signale o tome kamo treba ići, a što izbjegavati. Zbroj tih signala stvara svojevrsni sustav donošenja odluka. Drugim riječima, inteligencija gljive je u njezinoj mreži. Dodajte na to milijune godina evolucije u najtežim uvjetima, pomnožene sa stotinama tisuća različitih vrsta, i imat ćete nešto što bi ionako trebalo biti dovoljno pametno."

- I ovo je vaše objašnjenje što se događa?

- Ovo je početak.