Svampeverdenens hemmeligheder: edderkoppens hjerne som en analog af mennesket

2024 Forfatter: Seth Attwood | [email protected]. Sidst ændret: 2023-12-16 16:01

I 2000 tog professor Toshiyuki Nakagaki, en biolog og fysiker ved det japanske universitet i Hokkaido, en prøve af en gul skimmelsvamp og placerede den ved indgangen til en labyrint, der bruges til at teste muses intelligens og hukommelse. I den anden ende af labyrinten placerede han en sukkerbit. Svampen fandt ikke kun en vej til sukker, men brugte også den korteste vej til dette.

Hvad tænker svampe på?

Physarum polycephalum lugtede af sukker og begyndte at sende sine spirer på jagt efter det. Svampens edderkoppespind delte sig ved hvert kryds i labyrinten, og dem, der faldt i en blindgyde, vendte sig om og begyndte at kigge i andre retninger. I flere timer fyldte svampevæv labyrinten, og sidst på dagen fandt en af dem vej til sukker.

Derefter tog Toshiyuki og hans team af forskere et stykke af edderkoppens spind af svampen, der deltog i det første eksperiment, og satte det ved indgangen til en kopi af den samme labyrint, også med en sukkerterning i den anden ende. Det der skete overraskede alle. I det første øjeblik forgrenede spindelvævet sig i to: Den ene spire kom til sukkeret, uden en eneste ekstra omgang, den anden klatrede op på labyrintens væg og krydsede den direkte, langs loftet, lige til målet. Svampenettet huskede ikke kun vejen, men ændrede også spillereglerne.

Jeg vovede at modstå tendensen til at behandle disse væsner som planter. Når du laver svampeforskning i flere år, begynder du at lægge mærke til to ting. For det første er svampe tættere på dyreriget, end det ser ud til. For det andet ser deres handlinger nogle gange ud til at være resultatet af en bevidst beslutning. Jeg syntes, at svampene skulle have mulighed for at forsøge at løse gåderne.

Yderligere forskning foretaget af Toshiyuki viste, at svampe også kan planlægge transportruter og meget hurtigere end professionelle ingeniører. Toshiyuki tog et kort over Japan og placerede stykker mad på steder svarende til større byer i landet. Han satte svampene "i Tokyo". Efter 23 timer byggede de et lineært spindelvæv til alle madstykkerne. Resultatet er en næsten nøjagtig kopi af jernbanenettet omkring Tokyo.

Det er ikke så svært at forbinde flere dusin punkter; men at forbinde dem effektivt og mest økonomisk er slet ikke let. Jeg tror, at vores forskning ikke kun vil hjælpe os med at forstå, hvordan vi kan forbedre infrastrukturen, men også hvordan vi opbygger mere effektive informationsnetværk.

GÅDE OM ET ANDET VÆSEN

Ifølge konservative skøn er der omkring 160 tusind stammer af svampe på Jorden, hvoraf de fleste har imponerende evner.

For eksempel blev der i Tjernobyl opdaget en svamp, der lever af radioaktive produkter og samtidig renser luften omkring den. Denne svamp blev fundet på væggen af et ødelagt atomkraftværk, som i mange år efter katastrofen fortsatte med at producere stråling, der ødelægger alt liv inden for en radius af flere kilometer.

Mens de udforskede Amazonas-skoven, fandt to biologistuderende ved Yale University svampen Pestalotiopsis microspora, som kan nedbryde plastik. Denne evne blev opdaget, da svampen spiste petriskålen, som den blev dyrket i.

Indtil nu er hverken vores videnskab eller vores teknologi i stand til dette. Plastforurening er et af de største teknologiske problemer. I dag har vi store forhåbninger til denne svamp. - Professor Scott A. Strobl.

Det lykkedes for genetikere fra American Institute of Bioenergy at få svampestammen til at fordøje den naturlige sukkerxylose hurtigere. Den potentielle betydning af denne opdagelse ligger i skabelsen af en ny, billig og hurtig måde at producere rene biobrændstoffer på.

Det ser ud til, hvordan en "primitiv" organisme, uden hjerne og begrænset i bevægelse, udføre mirakler uden for videnskabens kontrol?

For at prøve at forstå svampens verden, skal du først afklare noget. Shiitake, portobello og champignon er ikke kun navnene på spiselige svampe. Hver af dem er en levende organisme, der repræsenterer et netværk af millioner af tyndeste spindelvæv under jorden. Svampene, der kigger op af jorden, er blot "fingerspidserne" af disse spindelvæv, de "redskaber", som kroppen spreder sine frø med. Hver sådan "finger" indeholder tusindvis af sporer. De bliver båret af vinden og dyrene. Når sporerne falder i jorden, skaber de nye spind og spirer med nye svampe.

Dette væsen indånder ilt. Den er så usædvanlig ud fra et biologisk synspunkt, at den tilhører sit eget rige, adskilt fra både dyr og planter.

Men hvad ved vi egentlig om denne livsform?

Vi ved ikke, hvad der får det underjordiske system af spindelvæv på et bestemt tidspunkt til at frigive svampe til jordens overflade; hvorfor vokser en svamp mod et træ og en anden mod et andet; og hvorfor nogle af dem producerer dødelige gifte, mens andre er velsmagende, sunde og velduftende. I nogle tilfælde kan vi ikke engang forudsige tidslinjen for deres udvikling. Svampe kan dukke op om tre år, eller endda 30 år efter, at deres spore har fundet et passende træ. Vi ved med andre ord ikke engang de mest basale ting om svampe. - Michael Pollan, forsker.

DE DØDES DRONNING

Vi har svært ved at forstå svampe på grund af deres anatomiske struktur. Når du tager en tomat i hånden, holder du hele tomaten i hånden, som den er. Men du kan ikke plukke en svamp og undersøge dens struktur. En svamp er kun frugten af en stor og kompleks organisme. Spindelvævet er for tyndt til at blive ryddet for jord uden at beskadige det. - Sgula Motspi, mikrobiolog.

Et andet problem er, at de fleste skovsvampe ikke kan tæmmes og er meget svære at dyrke, både til forskning og til industrielle formål.

De vælger kun et bestemt kuld, de bestemmer selv, hvornår de skal spire. Ofte falder deres valg på gamle træer, der ikke kan overføres til et andet sted. Og selvom vi planter hundredvis af egnede træer i skoven og sprøjter milliarder af sporer på jorden, er der ingen garanti for, at vi får svampene på et rimeligt tidspunkt. - Michael Pollan, forsker.

Systemerne for ernæring, vækst, reproduktion og energiproduktion hos svampe er helt anderledes end hos dyr. De har ikke klorofyl og derfor bruger de i modsætning til planter ikke direkte solens energi. Champignoner, shiitake og portobello vokser for eksempel på et kuld af visne planter.

Ligesom dyr fordøjer svampe mad, men i modsætning til dem fordøjer de mad uden for deres kroppe: svampe udskiller enzymer, der nedbryder organisk stof i dets komponenter og absorberer derefter disse molekyler.

Hvis jord er klodens mave, så er svampe dens fordøjelsessaft. Uden deres evne til at nedbryde og behandle organisk stof ville jorden være kvalt for længe siden. Dødt stof ville akkumulere uendeligt, kulstofkredsløbet ville blive afbrudt, og alle levende ting ville stå uden mad.

Vi fokuserer på liv og vækst i vores forskning, men i naturen er død og forfald lige så vigtigt. Svampe er dødsrigets ubestridte herskere. Derfor er der i øvrigt så mange af dem på kirkegårde. Men den største hemmelighed er svampenes enorme energi. Der er svampe, som kan knække asfalten, lyse i mørket, behandle en hel masse petrokemisk affald natten over og gøre det til et spiseligt og nærende produkt. Coprinopsis atramentaria-svampen er i stand til at vokse en frugtkrop på få timer og derefter på en dag blive til en pøl af sort blæk.

Hallucinogene svampe ændrer folks sind. Der er giftige svampe, der kan dræbe en elefant. Og det paradoksale er, at de alle indeholder små mængder kalorier, som forskere normalt bruger til at måle energi. Vores måde at måle energi på ser ikke ud til at passe her. Kalorier karakteriserer solenergi lagret i planter. Men svampe er svagt forbundet med solen. De spirer om natten og visner om dagen. Deres energi er noget helt andet.

- Michael Pollan, forsker.

INTERNET UNDER JORDEN

Myceliet er den komplekse infrastruktur, hvorpå alle planter i verden er placeret. I ti kubikcentimeter jord kan du finde otte kilometer af dens spindelvæv. Den menneskelige fod dækker omkring en halv million kilometer tæt anbragte spindelvæv. - Paul Stemets, mykolog.

Hvad sker der i disse net?

I begyndelsen af 1990'erne opstod ideen om, at nettet af disse spindelvæv ikke kun transporterede mad og kemikalier, men også var et intelligent og selvlærende kommunikationsnetværk. Ved at se på selv små dele af dette netværk er det let at genkende en velkendt struktur. De grafiske billeder af internettet ser nøjagtigt ens ud. Netværket forgrener sig, og hvis en af grenene svigter, så erstattes det hurtigt af løsninger. Dens noder, der er placeret i strategiske områder, er bedre forsynet med strøm på grund af mindre aktive steder og er forstørret. Disse net har følsomhed. Og hver web kan formidle information til hele netværket.

Og der er ingen "central server". Hvert web er uafhængigt, og de oplysninger, det indsamler, kan overføres til netværket i alle retninger. Således har den grundlæggende model af internettet eksisteret til alle tider, kun den gemte sig i jorden. - Paul Stemec, mykolog

Netværket i sig selv ser ud til at kunne vokse i det uendelige. For eksempel blev der i staten Michigan fundet et mycelium, som er vokset under jorden over et område på ni kvadratkilometer. Det anslås at være omkring 2.000 år gammelt.

Hvornår beslutter netværket sig for at dyrke svampe?

Nogle gange er årsagen faren for netværkets fremtid. Hvis skoven, der fodrer netværket, brænder ud, holder myceliet op med at modtage sukker fra træets rødder. Så spirer hun svampe i dens fjerneste ender, så de spreder svampesporer, "frigør" hendes gener og giver dem mulighed for at finde et nyt sted. Sådan opstod udtrykket "svampe efter regn". Regnen skyller organisk råd væk fra jorden og fratager i det væsentlige netværket dets strømkilde - så sender netværket "redningshold" med stridigheder på jagt efter et nyt tilflugtssted.

MARERIDT FOR INSEKTER

"At finde et nyt hjem" er en anden ting, der adskiller svampe fra dyre- og planteriget. Der er svampe, der spreder deres sporer ligesom frugter spreder deres frø. Andre producerer feromoner, der får levende væsener til at begære dem. Hvide trøffelsamlere bruger den til at søge efter grise, da duften af disse svampe ligner lugten af en alfa-svin.

Der er dog mere komplekse og grusomme måder at sprede svampe på. Observation af de vestafrikanske myrer af arten Megaloponera foetens registrerede, at de klatrer i høje træer hvert år, og med en sådan kraft trænger de deres kæber ind i stammen, at de derefter ikke kan frigøre sig og dø. Tidligere var der ingen tilfælde af masseselvmord af myrer.

Det viste sig, at insekter handler mod deres vilje, og en anden sender dem ihjel. Årsagen er de mindste sporer af הטומנטלה-svampen, som nogle gange formår at komme ind i myrernes mund. En gang i insektets hoved sender sporen kemikalier til dens hjerne. Derefter begynder myren at klatre op i det nærmeste træ og kaster kæberne ned i barken. Her, som om han vågner op fra et mareridt, begynder han at forsøge at befri sig selv og til sidst, udmattet, dør. Efter cirka to uger spirer svampe הטומנטלה ud af hans hoved.

På træer i Cameroun kan du se hundredvis af svampe vokse fra myrer. For svampe er denne magt over hjernen et middel til reproduktion: de bruger benene på en myre til at klatre i et træ, og højden hjælper spredningen af deres sporer med vinden; så de finder sig nye hjem og…. nye myrer.

Den thailandske "zombiesvamp" Ophiocordyceps unilateralis tilskynder de myrer, der lever af den, til at klatre på bladene af visse planter. Afstanden, som de inficerede myrer rejser for dette, er meget større end afstandene i deres normale liv, og derfor dør insekterne af træthed og sult efter at have nået bladene, og efter to uger spirer svampe fra deres kroppe.

Disse skabninger er måske de mest fantastiske af alle, jeg har set. Vi tror, de producerer LSD-lignende kemikalier, men vi er endnu ikke stødt på stoffer, der fremkalder adfærd i nogens interesser. - Professor David Hughes.

Hughes opdagede svampe, der styrer hjernen hos edderkopper, lus og fluer.

Dette er ikke tilfældigheder, naturlig udvælgelse eller biprodukter af en anden proces. Disse insekter sendes mod deres vilje derhen, hvor de ikke burde være, men svampe kan lide. Da vi overførte de inficerede myrer til andre blade, spirede svampene simpelthen ikke. - Professor David Hughes

HVORDAN ANTIBIOTIKA BLEV OPFINDET

Der er også en positiv side ved, at svampe kan producere stærke gifte. Nogle af disse giftstoffer er effektive våben mod vores fælles fjender. For eksempel mikrober.

Af de 160 tusind arter af svampe, hvis kroppe indeholder komplekse kemiske forbindelser, var videnskaben i stand til at dechifrere og reproducere kun 20, og blandt dem blev flere af de vigtigste lægemidler fundet.

Der er en grund til, at svampe producerer medicin. De vokser altid på de værste steder, fugtige, varme, på steder, der er "fabrikker af mikrober og vira." De fleste planter har ikke beskyttelse mod disse faktorer, men svampe modstår. Det velkendte lægemiddel Lipitor, som er en af de få kendte løsninger på problemerne med kolesterol og diabetes, blev fundet i den røde kinesiske svamp. Og enoki og shiitakesvampe er inkluderet i kurven med medicin, som kræftpatienter modtager i Japan. - Elinor Shavit, mikrolog.

Desværre er mangfoldigheden af svampemedicin konstant faldende. Årsagen er ødelæggelsen af trærige skove, især i Amazonas-bassinet.

Sammen med andre livsformer ødelægger vi også svampe. Antallet af deres varianter er konstant faldende, og det bekymrer mig af rent egoistiske årsager. Verden har præsenteret en fantastisk gave - et enormt naturligt laboratorium til fremstilling af lægemidler. Fra penicillin til medicin mod kræft, AIDS, influenza og senile sygdomme. De gamle egyptere kaldte svampe "dødsguden" af en grund. I dag ødelægger vi konsekvent dette laboratorium … - Paul Stemets, mykolog.

Stemets fortæller om fomitopsis-svampen. Opdaget i 1965 har denne svamp vist sig at være et effektivt middel mod tuberkulose, og i dag vokser den kun fem steder i USA. I Europa er denne svamp allerede helt forsvundet.

Sammen med en gruppe specialister gik vi snesevis af gange til skovene for at prøve at finde flere lignende svampe. Efter megen indsats fandt vi endelig en prøve, som vi formåede at dyrke i laboratoriet. Hvem ved, hvor mange mennesker denne svamp vil redde i fremtiden. - Paul Stemets, mykolog.

Sidste år sluttede Stemets sig til det amerikanske forsvarsministeriums biologiske forsvarsprogram og hjalp med at søge og bevare 300 sjældne arter af svampe.

Vi lavede et eksperiment: vi samlede fire dynger af affald. Den ene blev brugt af os som kontrol; i de to andre tilføjede vi kemiske og biologiske stoffer, der nedbryder affald; over sidstnævnte blev der sprøjtet svampesporer. Da vi vendte tilbage to måneder senere, fandt vi tre mørke stinkende dynger og en lys, bevokset med hundredvis af kilo svampe … Nogle af de giftige stoffer blev til organiske. Svampene tiltrak insekter, de lagde æg, hvorfra larver klækkede, og så dukkede fuglene op - og hele denne bunke blev til en grøn bakke fuld af liv. Da vi forsøgte at gøre det samme i forurenede floder, bemærkede vi processen med at rense for giftstoffer. Her er hvad du skal udforske! Måske kan alle vores forureningsproblemer løses med de rigtige svampe. - Paul Stemets, mykolog.

HVOR ER Hjernen?

"Et skøn er, at det virker på lignende måde i svampe," siger Toshiyuki. "Fra et rent biologisk synspunkt modtager hvert edderkoppespind individuelt kemiske signaler om, hvor de skal gå hen, og hvad de skal undgå. Summen af disse signaler skaber en slags beslutningssystem. Svampens intelligens er med andre ord i dens netværk. Læg dertil millioner af års evolution under de sværeste forhold, ganget med hundredtusindvis af forskellige arter, og du har noget, der alligevel burde være smart nok."

- Og det er din forklaring på, hvad der sker?

- Det her er begyndelsen.