أسرار عالم الفطر: دماغ العنكبوت كنظير للإنسان

2024 مؤلف: Seth Attwood | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-16 15:57

في عام 2000 ، أخذ البروفيسور توشيوكي ناكاجاكي ، عالم الأحياء والفيزيائي بجامعة هوكايدو اليابانية ، عينة من قالب أصفر ووضعها عند مدخل متاهة تُستخدم لاختبار ذكاء وذاكرة الفئران. في الطرف الآخر من المتاهة وضع مكعب سكر. لم يجد الفطر طريقًا للسكر فحسب ، بل استخدم أيضًا أقصر طريق لذلك.

بماذا يفكر الفطر؟

كانت رائحة Physarum polycephalum مثل السكر وبدأت في إرسال براعمها بحثًا عنها. تنقسمت شبكات العنكبوت الخاصة بالفطر عند كل تقاطع من المتاهة ، وتلك التي سقطت في طريق مسدود استدارت وبدأت تنظر في اتجاهات أخرى. لعدة ساعات ، ملأت شبكات الفطر ممرات المتاهة ، وبحلول نهاية اليوم وجد أحدهم طريقه إلى السكر.

بعد ذلك ، أخذ توشيوكي وفريقه من الباحثين قطعة من شبكة العنكبوت من الفطر الذي شارك في التجربة الأولى ، ووضعوها عند مدخل نسخة من نفس المتاهة ، مع وجود مكعب سكر في نهايتها الأخرى أيضًا. ما حدث أذهل الجميع. في اللحظة الأولى ، تشعب نسيج العنكبوت إلى قسمين: أحد البرعم يشق طريقه إلى السكر ، دون دوران إضافي واحد ، والآخر يتسلق جدار المتاهة ويعبرها مباشرة ، على طول السقف ، مباشرة إلى الهدف. لم تتذكر شبكة الفطر الطريق فحسب ، بل غيّرت أيضًا قواعد اللعبة.

لقد تجرأت على مقاومة النزعة إلى معاملة هذه المخلوقات مثل النباتات. عندما تجري بحثًا عن الفطر لعدة سنوات ، تبدأ في ملاحظة شيئين. أولاً ، الفطر أقرب إلى مملكة الحيوان مما يبدو. ثانيًا ، تبدو أفعالهم أحيانًا وكأنها نتيجة قرار متعمد. اعتقدت أنه يجب إعطاء الفطر الفرصة لمحاولة حل الألغاز.

وجد المزيد من البحث الذي أجراه توشيوكي أن الفطر يمكن أن يخطط لطرق النقل أيضًا وأسرع بكثير من المهندسين المحترفين. التقط توشيوكي خريطة لليابان ووضع قطعًا من الطعام في أماكن تتوافق مع المدن الرئيسية في البلاد. وضع الفطر "في طوكيو". بعد 23 ساعة ، قاموا ببناء شبكة خطية من أنسجة العنكبوت لجميع قطع الطعام. والنتيجة هي نسخة طبق الأصل من شبكة السكك الحديدية حول طوكيو.

ليس من الصعب ربط عشرات النقاط ؛ لكن ربطها بكفاءة وبشكل اقتصادي ليس بالأمر السهل على الإطلاق. أعتقد أن بحثنا لن يساعدنا فقط على فهم كيفية تحسين البنية التحتية ، ولكن أيضًا كيفية بناء شبكات معلومات أكثر كفاءة.

انتزاع من كائن آخر

وبحسب تقديرات متحفظة ، يوجد حوالي 160 ألف سلالة من الفطريات على الأرض ، معظمها لديها قدرات مبهرة.

على سبيل المثال ، في تشيرنوبيل ، تم اكتشاف فطر يتغذى على المنتجات المشعة وفي نفس الوقت ينظف الهواء المحيط به. تم العثور على هذا الفطر على جدار محطة للطاقة النووية المدمرة ، والتي استمرت لسنوات عديدة بعد الكارثة في إنتاج إشعاع يقضي على الحياة كلها داخل دائرة نصف قطرها عدة كيلومترات.

أثناء استكشاف غابة الأمازون ، وجد اثنان من طلاب البيولوجيا في جامعة ييل فطر Pestalotiopsis microspora ، والذي يمكن أن يتحلل من البلاستيك. تم اكتشاف هذه القدرة عندما أكل الفطر طبق بتري الذي نما فيه.

حتى الآن ، لا علمنا ولا تقنيتنا قادرة على ذلك. يعد التلوث بالبلاستيك من أكبر المشكلات التكنولوجية. اليوم لدينا آمال كبيرة لهذه الفطريات. - الأستاذ سكوت أ. ستروبل.

نجح علماء الوراثة من المعهد الأمريكي للطاقة الحيوية في جعل سلالة الفطر تهضم سكر الزيلوز الطبيعي بشكل أسرع.تكمن الأهمية المحتملة لهذا الاكتشاف في إنشاء طريقة جديدة ورخيصة وسريعة لإنتاج الوقود الحيوي النظيف.

يبدو ، كيف يمكن لكائن حي "بدائي" ، بدون دماغ ومحدود الحركة ، أن يقوم بمعجزات خارجة عن سيطرة العلم؟

لمحاولة فهم عالم الفطر ، يجب عليك أولاً توضيح شيء ما. شيتاكي وبورتوبيلو وشامبينيون ليسوا فقط أسماء عيش الغراب الصالح للأكل. كل واحد منهم هو كائن حي ، يمثل شبكة من الملايين من أنحف خيوط العنكبوت تحت الأرض. إن الفطر الذي يطل من الأرض هو مجرد "أطراف أصابع" من خيوط العنكبوت هذه ، "الأدوات" التي ينشر بها الجسم بذوره. كل "إصبع" يحتوي على آلاف الجراثيم. تحملهم الريح والحيوانات. عندما تسقط الجراثيم على الأرض ، فإنها تخلق شبكات جديدة وتنبت بفطر جديد.

هذا المخلوق يتنفس الأكسجين. إنه أمر غير معتاد من الناحية البيولوجية لدرجة أنه ينتمي إلى مملكته الخاصة ، المنفصلة عن كل من الحيوانات والنباتات.

لكن ما الذي نعرفه حقًا عن شكل الحياة هذا؟

لا نعرف ما الذي يدفع نظام خيوط العنكبوت تحت الأرض في لحظة معينة إلى إطلاق عيش الغراب على سطح الأرض ؛ لماذا ينمو عيش الغراب باتجاه شجرة وأخرى نحو أخرى؟ ولماذا ينتج بعضهم سموم قاتلة والبعض الآخر لذيذ وصحي ورائع. في بعض الحالات ، لا يمكننا حتى التنبؤ بالجدول الزمني لتطورها. يمكن أن يظهر الفطر في غضون ثلاث سنوات ، أو حتى بعد 30 عامًا من اكتشاف بوغه شجرة مناسبة. بمعنى آخر ، نحن لا نعرف حتى أبسط الأشياء عن عيش الغراب. - مايكل بولان ، باحث.

ملكة الموت

نجد صعوبة في فهم الفطر بسبب تركيبته التشريحية. عندما تأخذ الطماطم في يدك ، فأنت تمسك الطماطم بأكملها في يدك كما هي. لكن لا يمكنك قطف فطر وفحص بنيته. الفطر هو مجرد ثمرة كائن حي كبير ومعقد. شبكة خيوط العنكبوت رقيقة جدًا بحيث لا يمكن تنظيفها من التربة دون إتلافها. - سغولا موتسبي ، عالمة ميكروبيولوجي.

مشكلة أخرى هي أن معظم عيش الغراب في الغابات لا يمكن تدجينه ومن الصعب جدًا زراعته ، سواء للأغراض البحثية أو الصناعية.

إنهم يختارون فضلات معينة فقط ، ويقررون بأنفسهم متى ينبتون. غالبًا ما يقع اختيارهم على الأشجار القديمة التي لا يمكن نقلها إلى مكان آخر. وحتى لو زرعنا المئات من الأشجار المناسبة في الغابة ورشنا بلايين من الجراثيم على الأرض ، فليس هناك ما يضمن أننا سنحصل على عيش الغراب في وقت معقول. - مايكل بولان ، باحث.

تختلف أنظمة التغذية والنمو والتكاثر وإنتاج الطاقة في الفطريات تمامًا عن تلك الموجودة في الحيوانات. ليس لديهم الكلوروفيل ، وبالتالي ، على عكس النباتات ، لا يستخدمون طاقة الشمس بشكل مباشر. على سبيل المثال ، تنمو نباتات الفطر ، شيتاكي ، وبورتوبيلو على فضلات من النباتات الذابلة.

مثل الحيوانات ، الفطر يهضم الطعام ، ولكن على عكسهم ، يهضم الطعام خارج أجسامهم: يفرز عيش الغراب إنزيمات تحلل المادة العضوية إلى مكوناتها ، ثم تمتص هذه الجزيئات.

إذا كانت التربة هي معدة الكرة الأرضية ، فإن الفطر هو عصاراتها الهضمية. بدون قدرتها على تحلل ومعالجة المواد العضوية ، لكانت الأرض قد اختنقت منذ فترة طويلة. سوف تتراكم المادة الميتة إلى ما لا نهاية ، وسوف تنقطع دورة الكربون ، وستترك جميع الكائنات الحية بدون طعام.

نحن نركز على الحياة والنمو في بحثنا ، ولكن في الطبيعة ، فإن الموت والانحلال لهما نفس القدر من الأهمية. الفطر هم حكام مملكة الموت بلا منازع. لذلك ، بالمناسبة ، يوجد الكثير منهم في المقابر. لكن السر الأكبر هو الطاقة الهائلة للفطر. هناك عيش الغراب الذي يمكن أن يكسر الأسفلت ، يتوهج في الظلام ، يعالج مجموعة كاملة من نفايات البتروكيماويات بين عشية وضحاها وتحويلها إلى منتج مغذي وصالح للأكل. يمكن لفطر Coprinopsis atramentaria أن ينمو جسمًا مثمرًا في غضون ساعات قليلة ثم يتحول في يوم واحد إلى بركة من الحبر الأسود.

الفطر المهلوس يغير عقول الناس.هناك عيش الغراب السام الذي يمكن أن يقتل الفيل. والمفارقة هي أنها تحتوي جميعها على كميات ضئيلة من السعرات الحرارية التي يستخدمها الباحثون عادة لقياس الطاقة. لا يبدو أن طريقتنا في قياس الطاقة مناسبة هنا. تتميز السعرات الحرارية بالطاقة الشمسية المخزنة في النباتات. لكن الفطر ضعيف مرتبط بالشمس. تنبت في الليل وتذبل أثناء النهار. طاقتهم شيء مختلف تمامًا.

- مايكل بولان ، باحث.

الإنترنت تحت الأرض

الميسليوم هي البنية التحتية المعقدة التي توجد عليها جميع النباتات في العالم. في عشرة سنتيمترات مكعبة من التربة ، يمكنك أن تجد ثمانية كيلومترات من أنسجة العنكبوت. تغطي القدم البشرية حوالي نصف مليون كيلومتر من خيوط العنكبوت المتقاربة. - بول ستيميتس ، أخصائي الفطريات.

ما الذي يحدث في هذه الشبكات؟

في أوائل التسعينيات ، ظهرت فكرة أن شبكة خيوط العنكبوت هذه لا تنقل المواد الغذائية والمواد الكيميائية فحسب ، بل كانت أيضًا شبكة اتصالات ذكية وذاتية التعلم. من خلال النظر إلى أقسام صغيرة من هذه الشبكة ، من السهل التعرف على بنية مألوفة. تبدو الصور الرسومية للإنترنت متشابهة تمامًا. فروع الشبكة ، وفي حالة فشل أحد الفروع ، يتم استبدالها بسرعة بالحلول البديلة. يتم تزويد العقد الخاصة به ، الموجودة في مناطق استراتيجية ، بشكل أفضل بالطاقة نظرًا لوجود أماكن أقل نشاطًا ، كما يتم توسيعها. هذه الشبكات لديها حساسية. ويمكن لكل ويب نقل المعلومات إلى الشبكة بالكامل.

ولا يوجد "خادم مركزي". كل موقع ويب مستقل ، ويمكن نقل المعلومات التي يجمعها إلى الشبكة في جميع الاتجاهات. وهكذا ، فإن النموذج الأساسي للإنترنت كان موجودًا في جميع الأوقات ، إلا أنه كان يختبئ في الأرض. - بول ستيميك ، أخصائي الفطريات

يبدو أن الشبكة نفسها قادرة على النمو إلى ما لا نهاية. على سبيل المثال ، في ولاية ميشيغان ، تم العثور على أفطورة نمت تحت الأرض على مساحة تسعة كيلومترات مربعة. يقدر عمره بحوالي 2000 سنة.

متى تقرر الشبكة زراعة الفطر؟

أحيانًا يكون السبب هو الخطر على مستقبل الشبكة. إذا احترقت الغابة التي تغذي الشبكة ، تتوقف الفطريات عن تلقي السكريات من جذور الشجرة. ثم تنبت عيش الغراب في أقصى أطرافه ، بحيث تنشر الأبواغ الفطرية ، وتحرر جيناتها وتعطيها الفرصة للعثور على مكان جديد. هكذا ظهر تعبير "عيش الغراب بعد المطر". يزيل المطر العفن العضوي عن الأرض ، وفي جوهره ، يحرم الشبكة من مصدر قوتها - ثم ترسل الشبكة "فرق إنقاذ" في خلافات بحثًا عن ملجأ جديد.

كابوس الحشرات

"العثور على منزل جديد" شيء آخر يميز الفطر عن ممالك الحيوان والنبات. هناك عيش الغراب ينشر أبواغه مثلما تنشر الثمار بذورها. ينتج البعض الآخر الفيرومونات التي تجعل الكائنات الحية تتوق إليها بشكل إلزامي. يستخدمه جامعو الكمأة البيضاء للبحث عن الخنازير ، حيث تشبه رائحة هذا الفطر رائحة خنزير ألفا.

ومع ذلك ، هناك طرق أكثر تعقيدًا ووحشية لنشر الفطريات. سجلت مراقبة نمل غرب إفريقيا من النوع Megaloponera foetens أنهم يتسلقون الأشجار الطويلة كل عام ، وبهذه القوة يخترقون فكيهم في الجذع بحيث لا يستطيعون بعد ذلك تحرير أنفسهم ويموتون. في السابق ، لم تكن هناك حالات انتحار جماعي للنمل.

اتضح أن الحشرات تعمل ضد إرادتها ، ويقوم شخص آخر بإرسالها حتى الموت. والسبب هو أصغر أبواغ الفطر הטומנטלה، التي تدير بعض الأحيان للوصول الى أفواه النمل. بمجرد وصول الجراثيم إلى رأس الحشرة ، ترسل البوغ مواد كيميائية إلى دماغها. بعد ذلك ، تبدأ النملة في تسلق أقرب شجرة وتغرق فكها في لحائها. هنا ، كما لو كان يستيقظ من كابوس ، يبدأ بمحاولة تحرير نفسه ، وفي النهاية ، منهك ، يموت. بعد حوالي أسبوعين ، تنبت عيش الغراب من رأسه.

على الأشجار في الكاميرون ، يمكنك أن ترى مئات الفطر ينمو من أجسام النمل.بالنسبة للفطريات ، فإن هذه القوة على الدماغ هي وسيلة للتكاثر: فهي تستخدم أرجل النملة لتسلق الشجرة ، ويساعد الارتفاع على انتشار جراثيمها بفعل الرياح ؛ لذلك يجدون لأنفسهم منازل جديدة و…. النمل الجديد.

يشجع Ophiocordyceps الأحادي الجانب "فطر الزومبي" التايلاندي النمل الذي يتغذى عليه لتسلق أوراق بعض النباتات. المسافة التي يقطعها النمل المصاب لهذا الغرض أكبر بكثير من المسافات في حياتهم الطبيعية ، وبالتالي ، بعد أن وصلت إلى الأوراق ، تموت الحشرات من التعب والجوع ، وبعد أسبوعين ينبت الفطر من أجسامها.

ربما تكون هذه المخلوقات هي الأكثر روعة من كل ما رأيته. نعتقد أنها تنتج مواد كيميائية شبيهة بـ LSD ، لكننا لم نصادف بعد الأدوية التي تحفز السلوك لصالح شخص ما. - البروفيسور ديفيد هيوز.

اكتشف هيوز الفطريات التي تتحكم في أدمغة العناكب والقمل والذباب.

هذا ليس من قبيل الصدفة ، أو الانتقاء الطبيعي ، أو نتيجة ثانوية لعملية أخرى. يتم إرسال هذه الحشرات ضد إرادتها إلى حيث لا ينبغي أن تكون ، ولكن مثل الفطر. عندما نقلنا النمل المصاب إلى أوراق أخرى ، لم ينبت الفطر ببساطة. - البروفيسور ديفيد هيوز

كيف تم اختراع المضادات الحيوية

هناك أيضًا جانب إيجابي لحقيقة أن الفطر يمكن أن ينتج سمومًا قوية. بعض هذه السموم أسلحة فعالة ضد أعدائنا المشتركين. على سبيل المثال ، الميكروبات.

من بين 160 ألف نوع من عيش الغراب ، تحتوي أجسامها على مركبات كيميائية معقدة ، تمكن العلم من فك تشفير وإعادة إنتاج 20 نوعًا فقط ، ومن بينها تم العثور على العديد من الأدوية الأكثر أهمية.

هناك سبب لانتاج الفطر الأدوية. إنها تنمو دائمًا في أسوأ الأماكن ، رطبة ، وساخنة ، في أماكن "مصانع الميكروبات والفيروسات". معظم النباتات ليس لديها حماية ضد هذه العوامل ، ولكن الفطريات تقاوم. تم العثور على عقار ليبيتور المعروف ، وهو أحد الحلول القليلة المعروفة لمشاكل الكوليسترول والسكري ، في الفطر الصيني الأحمر. وأدرج فطر enoki و shiitake في سلة الأدوية التي يتلقاها مرضى السرطان في اليابان. - إلينور شافيت ، اخصائية ميكروية.

لسوء الحظ ، تتناقص مجموعة أدوية الفطر باستمرار. والسبب هو تدمير الغابات الخشبية وخاصة في حوض الأمازون.

جنبًا إلى جنب مع أشكال الحياة الأخرى ، نقوم أيضًا بتدمير الفطر. يتناقص عدد أصنافهم باستمرار وهذا يقلقني لأسباب أنانية بحتة. قدم العالم هدية مذهلة - مختبر طبيعي ضخم لتصنيع الأدوية. من البنسلين إلى أدوية السرطان والإيدز والأنفلونزا وأمراض الشيخوخة. أطلق المصريون القدماء على الفطر اسم "إله الموت" لسبب ما. اليوم نقوم باستمرار بتدمير هذا المختبر … - بول ستيميتس ، أخصائي الفطريات.

يتحدث Stemets عن فطر fomitopsis. تم اكتشاف هذا الفطر في عام 1965 ، وقد ثبت أنه علاج فعال لمرض السل ، واليوم ينمو فقط في خمسة مواقع في الولايات المتحدة. في أوروبا ، اختفى هذا الفطر تمامًا.

مع مجموعة من المتخصصين ، ذهبنا عشرات المرات إلى الغابات ، في محاولة للعثور على العديد من أنواع الفطر المماثلة. بعد بذل الكثير من الجهد ، وجدنا أخيرًا عينة واحدة تمكنا من نموها في المختبر. من يدري عدد الأشخاص الذين سينقذهم هذا الفطر في المستقبل. - بول ستيميتس ، أخصائي الفطريات.

في العام الماضي ، انضم Stemets إلى برنامج الدفاع البيولوجي التابع لوزارة الدفاع الأمريكية وساعد في البحث عن 300 نوع نادر من الفطر والحفاظ عليها.

قمنا بتجربة: جمعنا أربعة أكوام من القمامة. تم استخدام واحد من قبلنا كعنصر تحكم ؛ في النوعين الآخرين ، أضفنا مواد كيميائية وبيولوجية تعمل على تحلل النفايات ؛ على الأخير ، تم رش جراثيم الفطر. بالعودة بعد شهرين ، وجدنا ثلاثة أكوام نتنة قاتمة وواحدة ساطعة ، مليئة بمئات الكيلوجرامات من عيش الغراب … بعض المواد السامة تحولت إلى مواد عضوية.اجتذب عيش الغراب الحشرات ، ووضعوا البيض ، الذي فقس منه اليرقات ، ثم ظهرت الطيور - وتحولت هذه الكومة بأكملها إلى تل أخضر مليء بالحياة. عندما حاولنا أن نفعل الشيء نفسه في الأنهار الملوثة ، لاحظنا عملية التطهير من السموم. إليك ما يجب استكشافه! ربما يمكن حل جميع مشاكل التلوث لدينا باستخدام الفطر المناسب. - بول ستيميتس ، أخصائي الفطريات.

أين المخ؟

يقول توشيوكي: "أحد التقديرات هو أنه يعمل بطريقة مماثلة في الفطر. من وجهة نظر بيولوجية بحتة ، تتلقى كل شبكة عنكبوتية إشارات كيميائية على حدة حول المكان الذي يجب أن تذهب إليه وما يجب تجنبه. مجموع هذه الإشارات يخلق نوعًا من نظام اتخاذ القرار. بمعنى آخر ، ذكاء الفطر موجود في شبكته. أضف إلى ذلك ملايين السنين من التطور في ظل أصعب الظروف ، مضروبة بمئات الآلاف من الأنواع المختلفة ، وستحصل على شيء يجب أن يكون ذكيًا بدرجة كافية على أي حال ".

- وهذا شرحك لما يحدث؟

- هذه البداية.