סודות עולם הפטריות: מוחו של העכביש כאנלוגי לאדם

2024 מְחַבֵּר: Seth Attwood | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-16 16:05

בשנת 2000, פרופסור טושיוקי נאקאגאקי, ביולוג ופיזיקאי מהאוניברסיטה היפנית של הוקאידו, לקח דגימה של עובש צהוב והניח אותה בכניסה למבוך המשמש לבדיקת האינטליגנציה והזיכרון של עכברים. בקצה השני של המבוך הוא הניח קוביית סוכר. הפטרייה לא רק מצאה דרך לסוכר, אלא גם השתמשה בשביל זה הקצר ביותר.

מה פטריות חושבות?

Physarum polycephalum הריח כמו סוכר והחל לשלוח את הנבטים שלו לחפש אותו. קורי העכביש של הפטרייה התפצלו בכל צומת של המבוך, ואלה שנפלו למבוי סתום הסתובבו והחלו להסתכל לכיוונים אחרים. במשך כמה שעות מילאו קורי פטריות את מעברי המבוך, ועד סוף היום מצאה אחת מהן את דרכה לסוכר.

לאחר מכן, טושיוקי וצוות החוקרים שלו לקחו חלק מקו העכביש של הפטרייה שהשתתפה בניסוי הראשון, והניחו אותה בכניסה של עותק של אותו מבוך, גם כן עם קוביית סוכר בקצה השני שלה. מה שקרה הדהים את כולם. ברגע הראשון התפצל קורי העכביש לשניים: נבט אחד עשה את דרכו אל הסוכר, ללא סיבוב אחד נוסף, השני טיפס על קיר המבוך וחצה אותו ישירות, לאורך התקרה, היישר אל המטרה. רשת הפטריות לא רק זכרה את הדרך, אלא גם שינתה את כללי המשחק.

העזתי להתנגד לנטייה להתייחס ליצורים האלה כמו לצמחים. כאשר אתה עושה מחקר פטריות במשך כמה שנים, אתה מתחיל לשים לב לשני דברים. ראשית, פטריות קרובות יותר לממלכת החיות ממה שזה נראה. שנית, מעשיהם נראים לעתים כתוצאה של החלטה מכוונת. חשבתי שצריך לתת לפטריות את האפשרות לנסות לפתור את החידות.

מחקר נוסף של Toshiyuki מצא שפטריות יכולות לתכנן גם נתיבי תחבורה והרבה יותר מהר ממהנדסים מקצועיים. טושיוקי לקח מפה של יפן והציב חתיכות מזון במקומות התואמים לערים הגדולות במדינה. הוא שם את הפטריות "בטוקיו". לאחר 23 שעות, הם בנו רשת ליניארית של קורי עכביש לכל חלקי המזון. התוצאה היא העתק כמעט מדויק של רשת הרכבות סביב טוקיו.

זה לא כל כך קשה לחבר כמה עשרות נקודות; אבל לחבר אותם בצורה יעילה והכי חסכונית זה בכלל לא קל. אני מאמין שהמחקר שלנו לא רק יעזור לנו להבין איך לשפר תשתית, אלא גם איך לבנות רשתות מידע יעילות יותר.

חידה של ישות אחרת

על פי הערכות שמרניות, ישנם כ-160 אלף זני פטריות על פני כדור הארץ, שלרובם יש יכולות מרשימות.

כך למשל, בצ'רנוביל התגלתה פטריה שניזונה ממוצרים רדיואקטיביים ובמקביל מנקה את האוויר סביבה. פטריה זו נמצאה על קיר תחנת כוח גרעינית שנהרסה, שבמשך שנים רבות לאחר האסון המשיכה לייצר קרינה שהורסת את כל החיים ברדיוס של מספר קילומטרים.

במהלך חקר יער האמזונס, שני סטודנטים לביולוגיה באוניברסיטת ייל מצאו את הפטרייה Pestalotiopsis microspora, שעלולה להשפיל פלסטיק. יכולת זו התגלתה כאשר הפטרייה אכלה את צלחת הפטרי בה היא גדלה.

עד עכשיו, לא המדע שלנו ולא הטכנולוגיה שלנו מסוגלים לזה. זיהום פלסטיק הוא אחת הבעיות הטכנולוגיות הגדולות ביותר. היום יש לנו תקוות גדולות לפטרייה הזו. - פרופסור סקוט א. סטרובל.

גנטיקאים מהמכון האמריקאי לביו-אנרגיה הצליחו לגרום לזן הפטריות לעכל את הסוכר הטבעי קסילוז מהר יותר.המשמעות הפוטנציאלית של תגלית זו טמונה ביצירת דרך חדשה, זולה ומהירה לייצור דלק ביולוגי נקי.

נראה, כיצד אורגניזם "פרימיטיבי", ללא מוח ומוגבל בתנועה, מבצע ניסים שאינם בשליטת המדע?

כדי לנסות להבין את עולם הפטרייה, תחילה עליך להבהיר משהו. שיטאקי, פורטובלו ושמפיניון הם לא רק שמות של פטריות מאכל. כל אחד מהם הוא אורגניזם חי, המייצג רשת של מיליוני קורי עכביש הדקים ביותר מתחת לאדמה. הפטריות שמציצות מהאדמה הן רק "קצות האצבעות" של קורי העכביש הללו, ה"כלים" שבעזרתם הגוף מפזר את זרעיו. כל "אצבע" כזו מכילה אלפי נבגים. הם נישאים על ידי הרוח והחיות. כאשר הנבגים נופלים לאדמה, הם יוצרים קורים חדשים ונובטים עם פטריות חדשות.

היצור הזה נושם חמצן. זה כל כך יוצא דופן מנקודת מבט ביולוגית שהוא שייך לממלכה שלו, מופרדת מבעלי חיים וצמחים כאחד.

אבל מה אנחנו באמת יודעים על צורת החיים הזו?

איננו יודעים מה גורם למערכת התת-קרקעית של קורי העכביש ברגע מסוים לשחרר פטריות אל פני האדמה; מדוע פטרייה אחת צומחת כלפי עץ אחד ואחרת כלפי אחר; ומדוע חלקם מייצרים רעלים קטלניים, בעוד שאחרים טעימים, בריאים וריחניים. במקרים מסוימים, איננו יכולים אפילו לחזות את ציר הזמן להתפתחותם. פטריות יכולות להופיע תוך שלוש שנים, או אפילו 30 שנה לאחר שהנבג שלהן מצא עץ מתאים. במילים אחרות, אנחנו לא יודעים אפילו את הדברים הבסיסיים ביותר על פטריות. - מייקל פולן, חוקר.

מלכת המתים

אנו מתקשים להבין פטריות בגלל המבנה האנטומי שלהן. כשאתה לוקח עגבנייה ביד, אתה מחזיק את כל העגבנייה ביד כפי שהיא. אבל אי אפשר לקטוף פטרייה ולבחון את המבנה שלה. פטריה היא רק פרי של אורגניזם גדול ומורכב. רשת קורי העכביש דקה מכדי שניתן יהיה לנקות אותה מאדמה מבלי לפגוע בה. - סגולה מוטספי, מיקרוביולוגית.

בעיה נוספת היא שלא ניתן לביית את רוב פטריות היער והן קשות מאוד לגידול, הן למחקר והן למטרות תעשייתיות.

הם בוחרים רק המלטה מסוימת, הם עצמם מחליטים מתי לנבוט. לעתים קרובות בחירתם נופלת על עצים ישנים שלא ניתן להעבירם למקום אחר. וגם אם נשתול מאות עצים מתאימים ביער ותרסס מיליארדי נבגים על האדמה, אין ערובה שנקבל את הפטריות בזמן סביר. - מייקל פולן, חוקר.

מערכות התזונה, הצמיחה, הרבייה והפקת האנרגיה בפטריות שונות לחלוטין מאלו שבבעלי חיים. אין להם כלורופיל ולכן, בניגוד לצמחים, הם לא משתמשים ישירות באנרגיה של השמש. שמפיניון, שיטאקי ופורטובלו, למשל, גדלים על המלטה של צמחים נבולים.

כמו חיות, פטריות מעכלות מזון, אך בניגוד אליהן, הן מעכלות מזון מחוץ לגופן: פטריות מפרישות אנזימים המפרקים חומר אורגני למרכיביו, ואז סופגות את המולקולות הללו.

אם אדמה היא הבטן של הגלובוס, אז פטריות הן מיצי העיכול שלו. ללא יכולתם לפרק ולעבד חומר אורגני, כדור הארץ היה נחנק מזמן. חומר מת יצטבר בלי סוף, מחזור הפחמן יופסק, וכל היצורים החיים יישארו ללא מזון.

אנו מתמקדים בחיים ובצמיחה במחקר שלנו, אבל בטבע, מוות וריקבון חשובים לא פחות. פטריות הן השליטים הבלתי מעורערים של ממלכת המוות. לכן, אגב, יש כל כך הרבה כאלה בבתי קברות. אבל הסוד הגדול ביותר הוא האנרגיה העצומה של הפטריות. ישנן פטריות שיכולות לפצח את האספלט, לזהור בחושך, לעבד חבורה שלמה של פסולת פטרוכימית בן לילה ולהפוך אותה למוצר אכיל ומזין. פטריית Coprinopsis atramentaria מסוגלת להצמיח גוף פרי תוך מספר שעות ואז, ביום אחד, להפוך לשלולית דיו שחורה.

פטריות הזיה משנות את דעתם של אנשים.יש פטריות רעילות שיכולות להרוג פיל. והפרדוקס הוא שכולם מכילים כמויות זעירות של קלוריות שחוקרים בדרך כלל משתמשים בהן כדי למדוד אנרגיה. נראה שהדרך שלנו למדוד אנרגיה לא מתאימה לכאן. קלוריות מאפיינות את אנרגיית השמש הנאגרת בצמחים. אבל פטריות קשורות באופן חלש לשמש. הם נובטים בלילה וקמלים במהלך היום. האנרגיה שלהם היא משהו אחר לגמרי.

- מייקל פולן, חוקר.

אינטרנט מתחת לאדמה

התפטיר הוא התשתית המורכבת שעליה נמצאים כל הצמחים בעולם. בעשרה סנטימטר מעוקב של אדמה, אפשר למצוא שמונה קילומטרים של קורי העכביש שלה. כף הרגל האנושית מכסה כחצי מיליון קילומטרים של קורי עכביש קרובים. - פול סטמטס, מיקולוג.

מה קורה ברשתים האלה?

בתחילת שנות ה-90 עלה לראשונה הרעיון שהרשת של קורי העכביש הללו לא רק מעבירה מזון וכימיקלים, אלא היא גם רשת תקשורת חכמה ולומדת את עצמה. על ידי התבוננות אפילו בחלקים קטנים של הרשת הזו, קל לזהות מבנה מוכר. התמונות הגרפיות של האינטרנט נראות בדיוק אותו הדבר. הרשת מסתעפת, ואם אחד הסניפים נכשל, אז הוא מוחלף במהירות על ידי דרכים לעקיפת הבעיה. הצמתים שלו, הממוקמים באזורים אסטרטגיים, מסופקים טוב יותר בכוח בגלל מקומות פחות פעילים, והם מוגדלים. לקורים האלה יש רגישות. וכל רשת יכולה להעביר מידע לכל הרשת.

ואין "שרת מרכזי". כל רשת היא עצמאית, והמידע שהיא אוספת ניתן להעביר לרשת לכל הכיוונים. כך, המודל הבסיסי של האינטרנט היה קיים בכל הזמנים, רק שהוא הסתתר באדמה. - פול סטמק, מיקולוג

נראה שהרשת עצמה יכולה לגדול ללא הגבלת זמן. לדוגמה, במדינת מישיגן, נמצא תפטיר, שצמח מתחת לאדמה על פני שטח של תשעה קמ ר. על פי ההערכות, גילו כ-2,000 שנה.

מתי מחליטים ברשת לגדל פטריות?

לעיתים הסיבה היא הסכנה לעתיד הרשת. אם היער שמזין את הרשת נשרף, התפטיר מפסיק לקבל סוכרים משורשי העצים. אחר כך היא מנביטה פטריות בקצוות הרחוקים ביותר שלה, כך שהן מפזרות נבגי פטריות, "משחררות" את הגנים שלה ונותנות להן הזדמנות למצוא מקום חדש. כך הופיע הביטוי "פטריות אחרי גשם". הגשם שוטף ריקבון אורגני מהאדמה ובעצם מונע מהרשת את מקור הכוח שלה - ואז שולחת הרשת "צוותי הצלה" עם מחלוקות בחיפוש אחר מקלט חדש.

סיוט לחרקים

"למצוא בית חדש" הוא עוד דבר שמבדיל בין פטריות לממלכות החי והצומח. יש פטריות שמפיצות את הנבגים שלהן בדיוק כמו שפירות מפיצים את הזרעים שלהן. אחרים מייצרים פרומונים שגורמים לדברים חיים להשתוקק אליהם באופן כפייתי. מלקטי כמהין לבנות משתמשים בו כדי לחפש חזירים, שכן הריח של הפטריות הללו דומה לזה של חזיר אלפא.

עם זאת, ישנן דרכים מורכבות ואכזריות יותר להפצת פטריות. תצפית על נמלים מערב אפריקאיות מהמין Megaloponera foetens תיעדה שהן מטפסות על עצים גבוהים מדי שנה, ובכוח כזה הן מחוררות את לסתותיהן לתוך הגזע שאחרי זה הן לא יכולות להשתחרר ולמות. בעבר לא היו מקרים של התאבדות המונית של נמלים.

התברר שחרקים פועלים בניגוד לרצונם, ומישהו אחר שולח אותם למוות. הסיבה היא הנבגים הקטנים ביותר של פטריית הטומנטלה, שלעיתים מצליחים להיכנס לפיות הנמלים. ברגע שהוא נמצא בראשו של החרק, הנבג שולח חומרים כימיים למוחו. לאחר מכן, הנמלה מתחילה לטפס על העץ הקרוב ביותר וצוללת את לסתותיה בקליפתה. כאן, כאילו מתעורר מסיוט, הוא מתחיל לנסות להשתחרר ובסופו של דבר מותש, מת. לאחר כשבועיים נובטות הטומנטלה פטריות מראשו.

על עצים בקמרון ניתן לראות מאות פטריות צומחות מגופות של נמלים.עבור פטריות, הכוח הזה על המוח הוא אמצעי רבייה: הם משתמשים ברגלי נמלה כדי לטפס על עץ, והגובה עוזר להתפשטות הנבגים שלהם על ידי הרוח; אז הם מוצאים לעצמם בתים חדשים ו… נמלים חדשות.

"פטריית הזומבים" התאילנדית Ophiocordyceps unilateralis מעודדת את הנמלים הניזונות ממנה לטפס על עלים של צמחים מסוימים. המרחק שהנמלים הנגועות עוברות לשם כך גדול בהרבה מהמרחקים בחייהן הרגילים, ולכן, לאחר שהגיעו לעלים, החרקים מתים מעייפות ורעב, ולאחר שבועיים נובטות פטריות מגופם.

היצורים האלה הם אולי המדהימים מכל שראיתי. אנחנו מאמינים שהם מייצרים כימיקלים דמויי LSD, אבל עדיין לא נתקלנו בתרופות שמעוררות התנהגות לאינטרסים של מישהו. - פרופסור דיוויד יוז.

יוז גילה פטריות השולטות במוחם של עכבישים, כינים וזבובים.

זה לא צירוף מקרים, ברירה טבעית או תוצרי לוואי של תהליך אחר. חרקים אלה נשלחים בניגוד לרצונם למקום שבו הם לא צריכים להיות, אבל פטריות אוהבות. כשהעברנו את הנמלים הנגועות לעלים אחרים, הפטריות פשוט לא נבטו. - פרופסור דיוויד יוז

איך הומצאה אנטיביוטיקה

יש גם צד חיובי לעובדה שפטריות יכולות לייצר רעלים חזקים. חלק מהרעלים הללו הם כלי נשק יעילים נגד אויבינו המשותפים. למשל, חיידקים.

מתוך 160 אלף מיני הפטריות, שגופן מכיל תרכובות כימיות מורכבות, הצליח המדע לפענח ולשחזר רק 20, וביניהם נמצאו כמה מהתרופות החשובות ביותר.

יש סיבה לכך שפטריות מייצרות תרופות. הם תמיד גדלים במקומות הגרועים ביותר, לחים, חמים, במקומות שהם "מפעלים של חיידקים ווירוסים". לרוב הצמחים אין הגנה מפני גורמים אלו, אך פטריות מתנגדות. התרופה הידועה ליפיטור, שהיא אחד הפתרונות המוכרים הבודדים לבעיות הכולסטרול והסוכרת, נמצאה בפטרייה הסינית האדומה. ופטריות אנוקי ושיטאקי כלולות בסל התרופות שמקבלים חולי סרטן ביפן. - אלינור שביט, מיקרולוגית.

למרבה הצער, מגוון תרופות הפטריות הולך ופוחת כל הזמן. הסיבה היא הרס יערות עצים, במיוחד באגן האמזונס.

יחד עם צורות חיים אחרות, אנו הורסים גם פטריות. מספר הזנים שלהם יורד כל הזמן וזה מדאיג אותי מסיבות אנוכיות בלבד. העולם הציג מתנה מהממת - מעבדה טבעית ענקית לייצור תרופות. מפניצילין ועד תרופות לסרטן, איידס, שפעת ומחלות סניליות. המצרים הקדמונים כינו פטריות "אל המוות" מסיבה מסוימת. היום אנחנו הורסים בעקביות את המעבדה הזו… - פול סטמטס, מיקולוג.

סטמטס מדבר על פטריית הפומיטופסיס. התגלתה בשנת 1965, פטריה זו הוכחה כתרופה יעילה לשחפת, וכיום היא גדלה רק בחמישה מקומות בארצות הברית. באירופה, הפטרייה הזו כבר נעלמה לחלוטין.

עם קבוצת מומחים הלכנו עשרות פעמים ליערות, בניסיון למצוא עוד כמה פטריות דומות. לאחר מאמצים רבים, סוף סוף מצאנו דגימה אחת שהצלחנו לגדל במעבדה. מי יודע כמה אנשים הפטרייה הזו תציל בעתיד. - פול סטמטס, מיקולוג.

בשנה שעברה, סטמטס הצטרף לתוכנית ההגנה הביולוגית של משרד ההגנה האמריקני וסייע בחיפוש ובשימור של 300 מינים נדירים של פטריות.

עשינו ניסוי: אספנו ארבע ערמות של אשפה. אחד שימש אותנו כשליטה; בשניים האחרים הוספנו חומרים כימיים וביולוגיים שמפרקים פסולת; מעל האחרונים רוססו נבגי פטריות. כשחזרנו כעבור חודשיים, מצאנו שלוש ערמות מבהילות כהות ואחת בהירה, מגודלת במאות קילוגרמים של פטריות… חלק מהחומרים הרעילים הפכו לאורגניים.הפטריות משכו חרקים, הן הטילו ביצים, מהן בקעו זחלים, ואז הופיעו הציפורים - וכל הערימה הזו הפכה לגבעה ירוקה ומלאת חיים. כשניסינו לעשות את אותו הדבר בנהרות מזוהמים, ציינו את תהליך הניקוי מרעלים. הנה מה לחקור! אולי ניתן לפתור את כל בעיות הזיהום שלנו עם הפטריות הנכונות. - פול סטמטס, מיקולוג.

איפה המוח?

"אחת ההערכות היא שזה עובד בצורה דומה בפטריות", אומר טושיוקי, "מנקודת מבט ביולוגית גרידא, כל קורי עכביש מקבל בנפרד אותות כימיים לגבי לאן ללכת וממה להימנע. סכום האותות הללו יוצר מעין מערכת קבלת החלטות. במילים אחרות, האינטליגנציה של הפטרייה נמצאת ברשת שלה. תוסיפו לזה מיליוני שנים של אבולוציה בתנאים הקשים ביותר, מוכפלים במאות אלפי מינים שונים, ויש לכם משהו שאמור להיות מספיק חכם בכל מקרה".

- וזה ההסבר שלך למה שקורה?

- זה ההתחלה.