Sienimaailman salaisuudet: hämähäkin aivot ihmisen analogina

2024 Kirjoittaja: Seth Attwood | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-16 16:04

Vuonna 2000 professori Toshiyuki Nakagaki, biologi ja fyysikko Japanilaisesta Hokkaidon yliopistosta, otti näytteen keltaisesta homeesta ja asetti sen sokkelon sisäänkäynnille, jota käytetään testaamaan hiirten älykkyyttä ja muistia. Labyrintin toiseen päähän hän asetti sokerikuution. Sieni ei vain löytänyt polkua sokeriin, vaan käytti myös lyhintä polkua tähän.

Mitä sienet ajattelevat?

Physarum polycephalum haisi sokerilta ja alkoi lähettää versojaan etsimään sitä. Sienen hämähäkin verkot haaroittuivat jokaisessa sokkelon risteyksessä, ja umpikujaan pudonneet kääntyivät ympäri ja alkoivat katsoa muihin suuntiin. Usean tunnin ajan sieniverkko täytti sokkelokäytäviä, ja päivän päätteeksi yksi niistä löysi tiensä sokeriin.

Sen jälkeen Toshiyuki ja hänen tutkijaryhmänsä ottivat palan ensimmäiseen kokeeseen osallistuneen sienen hämähäkin verkosta ja asettivat sen saman labyrintin kopion sisäänkäyntiin, jossa oli myös sokerikuutio toisessa päässä. Tapahtunut hämmästytti kaikkia. Ensimmäisessä hetkessä hämähäkinverkko haarautui kahtia: yksi verso matkasi sokerille ilman ainuttakaan lisäkäännöstä, toinen kiipesi labyrintin seinää pitkin ja ylitti sen suoraan, kattoa pitkin suoraan maaliin. Sieniverkko ei vain muistanut tietä, vaan myös muutti pelin sääntöjä.

Uskalsin vastustaa taipumusta kohdella näitä olentoja kuin kasveja. Kun tekee sienitutkimusta usean vuoden ajan, alkaa huomata kaksi asiaa. Ensinnäkin sienet ovat lähempänä eläinkuntaa kuin miltä näyttää. Toiseksi, heidän toimintansa näyttävät joskus olevan seurausta tahallisesta päätöksestä. Ajattelin, että sienille pitäisi antaa mahdollisuus yrittää ratkaista arvoituksia.

Toshiyukin lisätutkimuksessa havaittiin, että sienet voivat suunnitella kuljetusreittejä yhtä hyvin ja paljon nopeammin kuin ammattiinsinöörit. Toshiyuki otti Japanin kartan ja asetti ruokapalat maan suuria kaupunkeja vastaaviin paikkoihin. Hän laittoi sienet "Tokioon". 23 tunnin kuluttua he rakensivat lineaarisen hämähäkinseitin kaikille ruokapaloille. Tuloksena on lähes tarkka kopio Tokion ympärillä olevasta rautatieverkostosta.

Ei ole niin vaikeaa yhdistää useita kymmeniä pisteitä; mutta niiden yhdistäminen tehokkaasti ja edullisimmin ei ole ollenkaan helppoa. Uskon, että tutkimuksemme ei ainoastaan auta meitä ymmärtämään, kuinka infrastruktuuria voidaan parantaa, vaan myös kuinka rakentaa tehokkaampia tietoverkkoja.

ARVUTUS TOISESTA OLENNOSTA

Varovaisten arvioiden mukaan maapallolla on noin 160 tuhatta sienikantaa, joista suurimmalla osalla on vaikuttavia kykyjä.

Esimerkiksi Tšernobylistä löydettiin sieni, joka ruokkii radioaktiivisia tuotteita ja samalla puhdistaa ympäröivää ilmaa. Tämä sieni löydettiin tuhoutuneen ydinvoimalan seinältä, ja se jatkoi vuosia katastrofin jälkeen säteilyä, joka tuhosi kaiken elämän useiden kilometrien säteellä.

Kaksi Yalen yliopiston biologian opiskelijaa löysi Amazonin metsää tutkiessaan Pestalotiopsis microspora -sienen, joka voi hajottaa muovia. Tämä kyky havaittiin, kun sieni söi petrimaljan, jossa sitä kasvatettiin.

Toistaiseksi tieteemme tai teknologiamme eivät ole pystyneet tähän. Muovikontaminaatio on yksi suurimmista teknologisista ongelmista. Tänään meillä on suuria toiveita tämän sienen suhteen. - Professori Scott A. Strobl.

Geneetikot American Institute of Bioenergysta onnistuivat saamaan sienikannan sulattamaan luonnollista sokeriksyloosia nopeammin. Tämän löydön mahdollinen merkitys piilee uuden, halvan ja nopean tavan luoda puhtaita biopolttoaineita.

Vaikuttaa siltä, kuinka "alkukantainen" organismi, jolla ei ole aivoja ja jolla on rajoitettu liike, tekee ihmeitä, joita tiede ei voi hallita?

Yrittääksesi ymmärtää sienen maailmaa, sinun on ensin selvitettävä jotain. Shiitake, portobello ja champignon eivät ole vain syötävien sienien nimiä. Jokainen niistä on elävä organismi, joka edustaa miljoonien ohuimpien hämähäkinseittien verkostoa maan alla. Maasta kurkivat sienet ovat vain näiden hämähäkinseittien "sormenpäitä", "työkaluja", joilla keho levittää siemenensä. Jokainen tällainen "sormi" sisältää tuhansia itiöitä. Tuuli ja eläimet kantavat niitä. Kun itiöt putoavat maahan, ne muodostavat uusia verkkoja ja itävät uusien sienten kanssa.

Tämä olento hengittää happea. Se on biologiselta kannalta niin epätavallinen, että se kuuluu omaan valtakuntaansa erotettuna sekä eläimistä että kasveista.

Mutta mitä me todella tiedämme tästä elämänmuodosta?

Emme tiedä, mikä saa maanalaisen hämähäkinverkkojärjestelmän tietyllä hetkellä vapauttamaan sieniä maan pinnalle; miksi yksi sieni kasvaa yhtä puuta kohti ja toinen toista kohti; ja miksi jotkut niistä tuottavat tappavia myrkkyjä, kun taas toiset ovat maukkaita, terveellisiä ja tuoksuvia. Joissakin tapauksissa emme voi edes ennustaa niiden kehityksen aikajanaa. Sienet voivat ilmaantua kolmen vuoden kuluttua tai jopa 30 vuoden kuluttua siitä, kun niiden itiö on löytänyt sopivan puun. Toisin sanoen emme tiedä edes alkeellisia asioita sienistä. - Michael Pollan, tutkija.

KUOLLIEN KUNINGATAR

Meidän on vaikea ymmärtää sieniä niiden anatomisen rakenteen vuoksi. Kun otat tomaatin käteesi, pidät koko tomaattia kädessäsi sellaisenaan. Mutta et voi poimia sieniä ja tutkia sen rakennetta. Sieni on vain suuren ja monimutkaisen organismin hedelmä. Hämähäkinverkko on liian ohut, jotta se voidaan puhdistaa maaperästä vahingoittamatta sitä. - Sgula Motspi, mikrobiologi.

Toinen ongelma on, että useimpia metsäsieniä ei voida kotiuttaa ja niitä on erittäin vaikea kasvattaa sekä tutkimus- että teollisuustarkoituksiin.

He valitsevat vain tietyn pentueen, he itse päättävät milloin itävät. Usein heidän valintansa osuu vanhoihin puihin, joita ei voida siirtää toiseen paikkaan. Ja vaikka istuttaisimme metsään satoja sopivia puita ja ruiskuttaisimme miljardeja itiöitä maahan, ei ole takeita siitä, että saamme sienet kohtuulliseen aikaan. - Michael Pollan, tutkija.

Sienten ravitsemus-, kasvu-, lisääntymis- ja energiantuotantojärjestelmät ovat täysin erilaisia kuin eläinten. Niissä ei ole klorofylliä, ja siksi ne, toisin kuin kasvit, eivät käytä suoraan auringon energiaa. Kuihtuneiden kasvien pentueessa kasvaa esimerkiksi herkkusieni, shiitake ja portobello.

Kuten eläimet, sienet sulattavat ruokaa, mutta toisin kuin ne, ne sulattavat ruokaa kehonsa ulkopuolella: sienet erittävät entsyymejä, jotka hajottavat orgaanista ainetta komponenteiksi ja imevät sitten nämä molekyylit.

Jos maaperä on maapallon mahalaukku, niin sienet ovat sen ruoansulatusmehuja. Ilman niiden kykyä hajottaa ja käsitellä orgaanista ainetta maa olisi tukehtunut kauan sitten. Kuollutta ainetta kertyy loputtomasti, hiilen kierto keskeytyy ja kaikki elävät asiat jäisivät ilman ruokaa.

Keskitymme tutkimuksessamme elämään ja kasvuun, mutta luonnossa kuolema ja rappeutuminen ovat yhtä tärkeitä. Sienet ovat kuoleman valtakunnan kiistattomia hallitsijoita. Siksi niitä muuten on niin paljon hautausmailla. Mutta suurin salaisuus on sienten valtava energia. On sieniä, jotka voivat murskata asfaltin, hehkua pimeässä, käsitellä kokonaisen joukon petrokemian jätettä yössä ja muuttaa siitä syötäväksi ja ravitsevaksi tuotteeksi. Coprinopsis atramentaria -sieni pystyy kasvattamaan hedelmärungon muutamassa tunnissa ja muuttumaan sitten yhdessä päivässä mustan musteen lätäköksi.

Hallusinogeeniset sienet muuttavat ihmisten mielen. On myrkyllisiä sieniä, jotka voivat tappaa norsun. Ja paradoksi on, että ne kaikki sisältävät pieniä määriä kaloreita, joita tutkijat yleensä käyttävät energian mittaamiseen. Meidän tapamme mitata energiaa ei näytä sopivan tähän. Kalorit luonnehtivat kasveihin varastoitunutta aurinkoenergiaa. Mutta sienet liittyvät heikosti aurinkoon. Ne itävät yöllä ja kuihtuvat päivällä. Heidän energiansa on jotain aivan muuta.

- Michael Pollan, tutkija.

INTERNET MAAN ALALLA

Rihmasto on monimutkainen infrastruktuuri, jossa kaikki maailman kasvit sijaitsevat. Kymmenestä kuutiosenttimetristä maaperää löytyy kahdeksan kilometriä sen hämähäkinseittejä. Ihmisen jalka peittää noin puoli miljoonaa kilometriä lähekkäin olevia hämähäkinseittejä. - Paul Stemets, mykologi.

Mitä näissä verkoissa tapahtuu?

1990-luvun alussa syntyi ensimmäisen kerran ajatus, että näiden hämähäkinseittien verkko ei ainoastaan välittänyt ruokaa ja kemikaaleja, vaan se oli myös älykäs ja itseoppiva viestintäverkko. Pieniäkin osia tästä verkosta katsomalla on helppo tunnistaa tuttu rakenne. Internetin graafiset kuvat näyttävät täsmälleen samalta. Verkko haarautuu, ja jos jokin haara epäonnistuu, se korvataan nopeasti kiertotavoilla. Sen strategisilla alueilla sijaitsevat solmut ovat paremmin saaneet tehoa vähemmän aktiivisten paikkojen vuoksi ja niitä on laajennettu. Näillä verkoilla on herkkyyttä. Ja jokainen verkko voi välittää tietoa koko verkkoon.

Eikä ole olemassa "keskuspalvelinta". Jokainen verkko on itsenäinen ja sen keräämä tieto voidaan välittää verkkoon kaikkiin suuntiin. Internetin perusmalli on siis ollut olemassa koko ajan, vain se oli piilossa maassa. - Paul Stemec, mykologi

Itse verkosto näyttää pystyvän kasvamaan loputtomiin. Esimerkiksi Michiganin osavaltiosta löydettiin myseeli, joka on kasvanut maan alle yhdeksän neliökilometrin alueella. Sen arvioidaan olevan noin 2000 vuotta vanha.

Milloin verkosto päättää kasvattaa sieniä?

Joskus syynä on verkon tulevaisuuden vaara. Jos verkkoa ruokkiva metsä palaa loppuun, rihmasto lakkaa vastaanottamasta sokereita puiden juurista. Sitten hän itää sieniä niiden kaukaisimmista päistä, jotta ne levittävät sieni-itiöitä, "vapauttavat" hänen geeninsä ja antavat niille mahdollisuuden löytää uusi paikka. Näin ilmaus "sieniä sateen jälkeen" ilmestyi. Sade huuhtelee pois maasta orgaanisen mädan ja pohjimmiltaan riistää verkosta sen voimanlähteen - sitten verkosto lähettää "pelastusryhmiä" riitojen kanssa etsimään uutta turvapaikkaa.

PAINAMAINEN HYNTIENILLE

"Uuden kodin löytäminen" on toinen asia, joka erottaa sienet eläin- ja kasvikunnista. On sieniä, jotka levittävät itiöitään aivan kuten hedelmät levittävät siemeniä. Toiset tuottavat feromoneja, jotka saavat elävät olennot kaipaamaan niitä. Valkoisen tryffelin keräilijät käyttävät sitä sikojen etsimiseen, sillä näiden sienten tuoksu on samanlainen kuin alfavillisialla.

On kuitenkin olemassa monimutkaisempia ja julmempia tapoja levittää sieniä. Megaloponera foetens -lajin Länsi-Afrikan muurahaisten havainnointi merkitsi, että ne kiipeävät korkeisiin puihin joka vuosi ja tunkeutuvat leukansa runkoon sellaisella voimalla, että sen jälkeen ne eivät voi vapautua ja kuolla. Aikaisemmin muurahaisten joukkoitsemurhatapauksia ei ollut.

Kävi ilmi, että hyönteiset toimivat vastoin tahtoaan, ja joku muu lähettää heidät kuolemaan. Syynä ovat הטומנטלה-sienen pienimmät itiöt, jotka joskus onnistuvat päästä muurahaisten suuhun. Kun itiö on hyönteisen päässä, se lähettää kemikaaleja sen aivoihin. Sen jälkeen muurahainen alkaa kiivetä lähimpään puuhun ja upottaa leuansa sen kuoreen. Täällä, kuin herääessään painajaisesta, hän alkaa yrittää vapautua ja lopulta uupuneena kuolee. Noin kahden viikon kuluttua sienet הטומנטלה versovat hänen päästään.

Kamerunin puissa voit nähdä satoja sieniä kasvavan muurahaisten ruumiista. Sienille tämä aivojen valta on lisääntymiskeino: ne käyttävät muurahaisen jalkoja kiipeämään puuhun, ja korkeus edistää niiden itiöiden leviämistä tuulen mukana; niin he löytävät itselleen uudet kodit ja…. uusia muurahaisia.

Thaimaalainen "zombiesieni" Ophiocordyceps unilateralis rohkaisee sillä ruokkivia muurahaisia kiipeämään tiettyjen kasvien lehtiä. Etäisyys, jonka tartunnan saaneet muurahaiset kulkevat tätä varten, on paljon suurempi kuin heidän normaalielämänsä etäisyydet, ja siksi lehdille päästyään hyönteiset kuolevat väsymykseen ja nälkään, ja kahden viikon kuluttua niiden ruumiista versoa sieniä.

Nämä olennot ovat ehkä upeimmat kaikista näkemistäni. Uskomme, että ne tuottavat LSD:n kaltaisia kemikaaleja, mutta emme ole vielä törmänneet lääkkeisiin, jotka saavat aikaan käyttäytymistä jonkun etujen mukaisesti. - Professori David Hughes.

Hughes löysi sieniä, jotka hallitsevat hämähäkkien, täiden ja kärpästen aivoja.

Tämä ei ole sattumaa, luonnonvalintaa tai toisen prosessin sivutuotteita. Nämä hyönteiset lähetetään vastoin tahtoaan sinne, missä niiden ei pitäisi olla, mutta sienet pitävät. Kun siirsimme tartunnan saaneet muurahaiset muille lehdille, sienet eivät yksinkertaisesti itäneet. - Professori David Hughes

MITEN ANTIBIOOTIT KEKSITTIIN

Siinä on myös myönteinen puoli, että sienet voivat tuottaa voimakkaita myrkkyjä. Jotkut näistä myrkyistä ovat tehokkaita aseita yhteisiä vihollisiamme vastaan. Esimerkiksi mikrobit.

160 tuhannesta sienilajista, joiden rungot sisältävät monimutkaisia kemiallisia yhdisteitä, tiede pystyi tulkitsemaan ja jäljentämään vain 20, ja niiden joukosta löydettiin useita tärkeimpiä lääkkeitä.

Sienillä on syynsä tuottaa lääkkeitä. Ne kasvavat aina pahimmissa paikoissa, kosteissa, kuumissa paikoissa, jotka ovat "mikrobien ja virusten tehtaita". Useimmilla kasveilla ei ole suojaa näitä tekijöitä vastaan, mutta sienet vastustavat. Punaisesta kiinalaisesta sienestä löydettiin tunnettu lääke Lipitor, joka on yksi harvoista tunnetuista ratkaisuista kolesterolin ja diabeteksen ongelmiin. Ja enoki- ja shiitake-sienet ovat mukana Japanissa syöpäpotilaiden saamassa lääkekorissa. - Elinor Shavit, mikrobiologi.

Valitettavasti sienilääkkeiden valikoima vähenee jatkuvasti. Syynä on puumetsien tuhoutuminen erityisesti Amazonin altaalla.

Muiden elämänmuotojen ohella tuhoamme myös sieniä. Niiden lajikkeiden määrä vähenee jatkuvasti ja tämä huolestuttaa minua puhtaasti itsekkäistä syistä. Maailma on esittänyt upean lahjan - valtavan luonnollisen laboratorion lääkkeiden valmistukseen. Penisilliinistä syövän, AIDSin, flunssan ja seniilisairauksien hoitoon. Muinaiset egyptiläiset kutsuivat sieniä "kuoleman jumalaksi" syystä. Tänään tuhoamme jatkuvasti tätä laboratoriota… - Paul Stemets, mykologi.

Stemets puhuu fomitopsis-sienestä. Tämä vuonna 1965 löydetty sieni on osoittautunut tehokkaaksi lääkkeeksi tuberkuloosiin, ja nykyään se kasvaa vain viidellä paikkakunnalla Yhdysvalloissa. Euroopassa tämä sieni on jo kokonaan kadonnut.

Kävimme asiantuntijaryhmän kanssa metsissä kymmeniä kertoja yrittäen löytää lisää samanlaisia sieniä. Pitkän vaivannäön jälkeen löysimme lopulta yhden näytteen, jonka onnistuimme kasvattamaan laboratoriossa. Kuka tietää kuinka monta ihmistä tämä sieni pelastaa tulevaisuudessa. - Paul Stemets, mykologi.

Stemets liittyi viime vuonna Yhdysvaltain puolustusministeriön biologiseen puolustusohjelmaan ja auttoi 300 harvinaisen sienilajien etsinnässä ja suojelussa.

Teimme kokeen: keräsimme neljä kasaa roskaa. Käytimme yhtä kontrollina; kahdessa muussa lisäsimme kemiallisia ja biologisia aineita, jotka hajottavat jätettä; jälkimmäisen päälle ruiskutettiin sieni-itiöitä. Palattuamme kaksi kuukautta myöhemmin löysimme kolme tummaa haisevaa kasaa ja yhden kirkkaan, jossa oli satoja kiloja sieniä… Osa myrkyllisistä aineista muuttui luomuksi. Sienet houkuttelivat hyönteisiä, ne munivat munia, joista toukat kuoriutuivat, ja sitten linnut ilmestyivät - ja koko tämä kasa muuttui vihreäksi kukkulaksi, joka oli täynnä elämää. Kun yritimme tehdä samaa saastuneissa joissa, huomasimme myrkyistä puhdistuvan prosessin. Tässä on mitä kannattaa tutkia! Ehkä kaikki saasteongelmamme voidaan ratkaista oikeilla sienillä. - Paul Stemets, mykologi.

MISSÄ AIVOT ON?

"Yksi arvio on, että se toimii samalla tavalla sienissä", Toshiyuki sanoo. "Puhtaasti biologisesta näkökulmasta jokainen hämähäkinverkko vastaanottaa erikseen kemiallisia signaaleja siitä, minne mennä ja mitä välttää. Näiden signaalien summa luo eräänlaisen päätöksentekojärjestelmän. Toisin sanoen sienen älykkyys on sen verkostossa. Kun siihen lisätään miljoonia vuosia evoluutiota vaikeimmissa olosuhteissa, kerrottuna sadoilla tuhansilla erilaisilla lajeilla, saat jotain, jonka pitäisi joka tapauksessa olla tarpeeksi älykäs."

- Ja tämä on selityksenne tapahtumista?

- Tämä on alku.