Bí mật của thế giới nấm: Bộ não của nhện như một chất tương tự của con người

2024 Tác giả: Seth Attwood | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-16 16:20

Vào năm 2000, Giáo sư Toshiyuki Nakagaki, một nhà sinh vật học và vật lý học tại Đại học Hokkaido, Nhật Bản, đã lấy một mẫu nấm mốc màu vàng và đặt nó ở lối vào một mê cung dùng để kiểm tra trí thông minh và trí nhớ của chuột. Ở đầu kia của mê cung, anh đặt một viên đường. Nấm không chỉ tìm đường dẫn đến đường mà còn sử dụng con đường ngắn nhất cho việc này.

Nấm đang nghĩ gì?

Physarum polycephalum có mùi giống như đường và bắt đầu gửi các mầm của nó để tìm kiếm nó. Những mạng nhện của nấm chia thành hai bên ở mỗi ngã tư của mê cung, và những cái đã rơi vào ngõ cụt thì quay lại và bắt đầu nhìn sang các hướng khác. Trong vài giờ, mạng nấm mọc đầy các lối đi của mê cung, và đến cuối ngày, một trong số chúng tìm thấy đường tới đường.

Sau đó, Toshiyuki và nhóm các nhà nghiên cứu của ông đã lấy một mảnh mạng nhện của nấm tham gia thí nghiệm đầu tiên, và đặt nó ở lối vào của một bản sao của cùng mê cung, cũng với một khối đường ở đầu kia của nó. Điều gì đã xảy ra khiến mọi người vô cùng kinh ngạc. Trong khoảnh khắc đầu tiên, mạng nhện phân nhánh làm hai: một mầm lao ra đường mà không cần rẽ thêm một đoạn nào, mầm kia leo lên tường mê cung và trực tiếp băng qua, dọc theo trần nhà, thẳng đến mục tiêu. Web nấm không chỉ nhớ đường mà còn thay đổi luật chơi.

Tôi đã dám chống lại xu hướng coi những sinh vật này như thực vật. Khi bạn nghiên cứu về nấm trong vài năm, bạn bắt đầu nhận thấy hai điều. Đầu tiên, nấm gần với vương quốc động vật hơn tưởng tượng. Thứ hai, hành động của họ đôi khi dường như là kết quả của một quyết định có chủ ý. Tôi nghĩ những cây nấm nên được cho cơ hội để thử giải các câu đố.

Nghiên cứu sâu hơn của Toshiyuki phát hiện ra rằng nấm có thể lập kế hoạch các tuyến đường vận chuyển và nhanh hơn nhiều so với các kỹ sư chuyên nghiệp. Toshiyuki đã lấy một bản đồ của Nhật Bản và đặt các miếng thức ăn ở những nơi tương ứng với các thành phố lớn trong nước. Anh ấy đã đặt những cây nấm "ở Tokyo". Sau 23 giờ, họ xây dựng một mạng nhện tuyến tính cho tất cả các mẩu thức ăn. Kết quả là một bản sao gần như chính xác của mạng lưới đường sắt xung quanh Tokyo.

Nó không phải là khó khăn để kết nối vài chục điểm; nhưng việc kết nối chúng một cách hiệu quả và tiết kiệm nhất lại không hề dễ dàng. Tôi tin rằng nghiên cứu của chúng tôi sẽ không chỉ giúp chúng tôi hiểu cách cải thiện cơ sở hạ tầng mà còn cả cách xây dựng các mạng thông tin hiệu quả hơn.

RIDDLE CỦA MỘT NGƯỜI KHÁC

Theo các ước tính thận trọng, có khoảng 160 nghìn chủng nấm trên Trái đất, hầu hết trong số đó có những khả năng ấn tượng.

Ví dụ, ở Chernobyl, một loại nấm được phát hiện ăn các sản phẩm phóng xạ và đồng thời làm sạch không khí xung quanh nó. Loại nấm này được tìm thấy trên tường của một nhà máy điện hạt nhân bị phá hủy, trong nhiều năm sau thảm họa vẫn tiếp tục tạo ra bức xạ hủy diệt toàn bộ sự sống trong bán kính vài km.

Trong khi khám phá rừng Amazon, hai sinh viên ngành sinh học tại Đại học Yale đã tìm thấy loài nấm Pestalotiopsis microspora, có thể phân hủy nhựa. Khả năng này được phát hiện khi nấm ăn đĩa petri mà nó được trồng.

Cho đến nay, cả khoa học và công nghệ của chúng ta đều không thể làm được điều này. Ô nhiễm nhựa là một trong những vấn đề công nghệ lớn nhất. Ngày nay chúng tôi đặt nhiều hy vọng vào loại nấm này. - Giáo sư Scott A. Strobl.

Các nhà di truyền học từ Viện Năng lượng Sinh học Hoa Kỳ đã thành công trong việc làm cho chủng nấm tiêu hóa đường tự nhiên xylose nhanh hơn. Ý nghĩa tiềm năng của khám phá này nằm ở việc tạo ra một phương pháp mới, rẻ và nhanh chóng để sản xuất nhiên liệu sinh học sạch.

Có vẻ như, làm thế nào mà một sinh vật “nguyên thủy”, không có não và hạn chế về chuyển động, lại có thể thực hiện những điều kỳ diệu ngoài tầm kiểm soát của khoa học?

Để cố gắng hiểu thế giới của nấm, trước tiên bạn phải làm rõ điều gì đó. Shiitake, portobello và champignon không chỉ là tên của các loại nấm ăn được. Mỗi người trong số chúng là một sinh vật sống, đại diện cho một mạng lưới hàng triệu mạng nhện mỏng nhất dưới lòng đất. Những cây nấm nhô lên khỏi mặt đất chỉ là "đầu ngón tay" của những mạng nhện này, là "công cụ" để cơ thể phát tán hạt giống của nó. Mỗi “ngón tay” như vậy chứa hàng nghìn bào tử. Chúng được mang theo bởi gió và động vật. Khi bào tử rơi xuống đất, chúng tạo ra mạng nhện mới và nảy mầm với nấm mới.

Sinh vật này thở oxy. Theo quan điểm sinh học, nó thuộc về vương quốc riêng của nó, tách biệt khỏi cả động vật và thực vật.

Nhưng chúng ta thực sự biết gì về dạng sống này?

Chúng ta không biết điều gì đã thúc đẩy hệ thống mạng nhện ngầm tại một thời điểm nhất định thả nấm lên bề mặt trái đất; tại sao một loại nấm mọc đối với cây này và nấm khác đối với cây khác; và tại sao một số trong số chúng tạo ra chất độc chết người, trong khi những loại khác lại ngon, lành và thơm. Trong một số trường hợp, chúng tôi thậm chí không thể dự đoán được dòng thời gian cho sự phát triển của chúng. Nấm có thể xuất hiện sau ba năm, hoặc thậm chí 30 năm sau khi bào tử của chúng được tìm thấy ở một cây thích hợp. Nói cách khác, chúng ta không biết ngay cả những điều cơ bản nhất về nấm. - Michael Pollan, nhà nghiên cứu.

NỮ HOÀNG CỦA NGƯỜI ĐÃ CHẾT

Chúng tôi cảm thấy khó hiểu về nấm vì cấu trúc giải phẫu của chúng. Khi bạn cầm một quả cà chua trên tay, nghĩa là bạn đang cầm cả quả cà chua trong tay. Nhưng bạn không thể nhổ một cây nấm và kiểm tra cấu trúc của nó. Nấm chỉ là thành quả của một sinh vật lớn và phức tạp. Mạng nhện quá mỏng để có thể dọn sạch đất mà không làm hỏng nó. - Sgula Motspi, nhà vi sinh vật học.

Một vấn đề nữa là hầu hết các loại nấm rừng đều không thể thuần hóa và rất khó trồng, cho cả mục đích nghiên cứu và công nghiệp.

Chúng chỉ chọn một lứa nhất định, chúng tự quyết định thời điểm nảy mầm. Thường thì sự lựa chọn của họ rơi vào những cây cổ thụ không thể chuyển đi nơi khác. Và ngay cả khi chúng ta trồng hàng trăm cây thích hợp trong rừng và rải hàng tỷ bào tử xuống đất, không có gì đảm bảo rằng chúng ta sẽ thu được nấm vào một thời điểm hợp lý. - Michael Pollan, nhà nghiên cứu.

Các hệ thống dinh dưỡng, tăng trưởng, sinh sản và sản xuất năng lượng ở nấm hoàn toàn khác với ở động vật. Chúng không có chất diệp lục và do đó, không giống như thực vật, chúng không trực tiếp sử dụng năng lượng của mặt trời. Ví dụ, Champignons, shiitake và portobello, mọc trên một đám cây héo.

Giống như động vật, nấm tiêu hóa thức ăn, nhưng khác với chúng, chúng tiêu hóa thức ăn bên ngoài cơ thể: nấm tiết ra enzym phân hủy chất hữu cơ thành các thành phần của nó, sau đó hấp thụ các phân tử này.

Nếu đất là dạ dày của địa cầu, thì nấm là dịch tiêu hóa của nó. Nếu không có khả năng phân hủy và xử lý chất hữu cơ của chúng, trái đất đã chết ngạt từ lâu. Vật chất chết sẽ tích tụ vô tận, chu trình carbon sẽ bị gián đoạn, và tất cả các sinh vật sống sẽ bị bỏ lại mà không có thức ăn.

Chúng tôi tập trung vào sự sống và sự phát triển trong nghiên cứu của mình, nhưng về bản chất, cái chết và sự phân hủy đều quan trọng như nhau. Nấm là kẻ thống trị không thể tranh cãi của vương quốc chết chóc. Vì vậy, nhân tiện, có rất nhiều người trong số họ trong các nghĩa trang. Nhưng bí mật lớn nhất chính là nguồn năng lượng khổng lồ của những cây nấm. Có những loại nấm có thể làm nứt đường nhựa, phát sáng trong bóng tối, xử lý cả đống rác thải hóa dầu trong một đêm và biến nó thành một sản phẩm ăn được và bổ dưỡng. Nấm Coprinopsis atramentaria có thể phát triển thành quả trong vài giờ và sau đó, trong một ngày, biến thành một vũng mực đen.

Nấm gây ảo giác thay đổi suy nghĩ của mọi người. Có những loại nấm độc có thể giết chết một con voi. Và điều nghịch lý là chúng đều chứa một lượng calo rất nhỏ mà các nhà nghiên cứu thường dùng để đo năng lượng. Cách đo năng lượng của chúng tôi dường như không phù hợp ở đây. Calo đặc trưng cho năng lượng mặt trời được lưu trữ trong thực vật. Nhưng nấm có khả năng liên kết yếu với ánh nắng mặt trời. Chúng nảy mầm vào ban đêm và khô héo vào ban ngày. Năng lượng của họ là một cái gì đó hoàn toàn khác nhau.

- Michael Pollan, nhà nghiên cứu.

INTERNET DƯỚI TRÁI ĐẤT

Hệ sợi nấm là cơ sở hạ tầng phức tạp mà tất cả các loài thực vật trên thế giới đều nằm trên đó. Trong 10 cm khối đất, bạn có thể tìm thấy 8 km mạng nhện của nó. Bàn chân con người bao gồm khoảng nửa triệu km mạng nhện gần nhau. - Paul Stemets, nhà nghiên cứu thần học.

Điều gì đang xảy ra trong những trang web này?

Vào đầu những năm 1990, lần đầu tiên xuất hiện ý tưởng rằng mạng của những mạng nhện này không chỉ truyền tải thức ăn và hóa chất mà còn là một mạng lưới giao tiếp thông minh và tự học. Bằng cách nhìn vào các phần nhỏ của mạng lưới này, có thể dễ dàng nhận ra một cấu trúc quen thuộc. Hình ảnh đồ họa của Internet trông giống hệt nhau. Các nhánh mạng, và nếu một trong các nhánh bị lỗi, thì nó sẽ nhanh chóng được thay thế bằng các giải pháp thay thế. Các nút của nó, nằm ở các khu vực chiến lược, được cung cấp điện tốt hơn do ít hoạt động hơn và được mở rộng. Các mạng này có độ nhạy. Và mỗi web có thể truyền tải thông tin đến toàn bộ mạng.

Và không có "máy chủ trung tâm". Mỗi web là độc lập và thông tin mà nó thu thập có thể được truyền tới mạng theo mọi hướng. Như vậy, mô hình cơ bản của Internet đã tồn tại ở mọi thời điểm, chỉ là nó đang ẩn mình trong lòng đất. - Paul Stemec, bác sĩ ung thư

Bản thân mạng dường như có thể phát triển vô thời hạn. Ví dụ, ở bang Michigan, một sợi nấm đã được tìm thấy, đã phát triển dưới lòng đất trên diện tích chín km vuông. Nó được ước tính là khoảng 2.000 năm tuổi.

Khi nào nhà mạng quyết định trồng nấm?

Đôi khi lý do là mối nguy hiểm cho tương lai của mạng. Nếu mạng lưới ăn rừng bị cháy hết, sợi nấm sẽ ngừng nhận đường từ rễ cây. Sau đó, cô cho nấm nảy mầm ở những đầu xa nhất của nó, để chúng phát tán các bào tử nấm, "giải phóng" gen của cô và cho chúng cơ hội tìm thấy một nơi ở mới. Đây là cách mà thành ngữ "nấm sau mưa" xuất hiện. Mưa rửa trôi chất thối rữa hữu cơ khỏi mặt đất và về bản chất, làm mất đi nguồn năng lượng của mạng lưới - sau đó mạng lưới sẽ cử "đội cứu hộ" có tranh chấp đi tìm nơi ẩn náu mới.

NIGHTMARE CHO CÔN TRÙNG

"Tìm một ngôi nhà mới" là một điều khác để phân biệt nấm với giới động vật và thực vật. Có những loại nấm phát tán bào tử giống như hoa quả phát tán hạt. Những người khác tạo ra pheromone khiến sinh vật sống thèm muốn chúng một cách cưỡng chế. Những người hái lượm nấm truffle trắng sử dụng nó để tìm kiếm lợn, vì mùi của những loại nấm này giống mùi của lợn rừng alpha.

Tuy nhiên, có những cách lây lan của nấm phức tạp và tàn nhẫn hơn. Theo quan sát của loài kiến Tây Phi Megaloponera foetens ghi lại rằng chúng leo lên cây cao hàng năm và với lực như vậy chúng đâm xuyên hàm vào thân cây khiến chúng không thể tự giải thoát và chết. Trước đây, chưa có trường hợp kiến tự tử hàng loạt nào.

Hóa ra là côn trùng đang làm trái ý chúng, và ai đó đã tống chúng vào chỗ chết. Nguyên nhân là do các bào tử nhỏ nhất của nấm הטומנטלה, đôi khi chúng chui vào miệng kiến. Khi ở trong đầu côn trùng, bào tử sẽ gửi các chất hóa học đến não của nó. Sau đó, con kiến bắt đầu trèo lên cây gần nhất và cắm hàm vào vỏ cây. Ở đây, như thể tỉnh dậy sau một cơn ác mộng, anh ta bắt đầu cố gắng giải thoát bản thân và cuối cùng, kiệt sức, chết. Sau khoảng hai tuần, nấm sẽ mọc ra từ đầu anh ta.

Trên cây ở Cameroon, bạn có thể thấy hàng trăm cây nấm mọc lên từ xác của những con kiến. Đối với nấm, quyền năng trên não này là một phương tiện sinh sản: chúng sử dụng chân của một con kiến để leo lên cây, và chiều cao giúp phát tán bào tử của chúng nhờ gió; để họ tìm cho mình những ngôi nhà mới và…. kiến mới.

"Nấm thây ma" Thái Lan Ophiocordyceps simpleis khuyến khích những con kiến ăn nó trèo lên lá của một số loại cây nhất định. Khoảng cách mà những con kiến bị nhiễm bệnh di chuyển lớn hơn nhiều so với khoảng cách trong cuộc sống bình thường của chúng, và do đó, khi chạm tới lá, côn trùng chết vì mệt và đói, và sau hai tuần, nấm sẽ mọc ra từ cơ thể của chúng.

Những sinh vật này có lẽ là tuyệt vời nhất trong tất cả những gì tôi từng thấy. Chúng tôi tin rằng họ sản xuất các hóa chất giống LSD, nhưng chúng tôi chưa phát hiện ra các loại thuốc gây ra hành vi vì lợi ích của ai đó. - Giáo sư David Hughes.

Hughes đã phát hiện ra nấm kiểm soát não của nhện, chấy và ruồi.

Đây không phải là sự ngẫu nhiên, chọn lọc tự nhiên hay sản phẩm phụ của một quá trình khác. Những con côn trùng này được gửi đi ngược lại ý muốn của chúng đến nơi mà chúng không nên ở, nhưng nấm lại thích. Khi chúng tôi chuyển những con kiến bị nhiễm bệnh sang những chiếc lá khác, nấm đơn giản là không nảy mầm. - Giáo sư David Hughes

CÁCH CHỐNG THẤM ĐƯỢC PHÁT TRIỂN

Thực tế là nấm có thể tạo ra chất độc mạnh cũng có một mặt tích cực. Một số chất độc này là vũ khí hữu hiệu chống lại kẻ thù chung của chúng ta. Ví dụ, vi sinh vật.

Trong số 160 nghìn loài nấm, cơ thể của chúng chứa các hợp chất hóa học phức tạp, khoa học chỉ có thể giải mã và tái tạo 20 loài, và trong số đó có một số loại thuốc quan trọng nhất đã được tìm thấy.

Có một lý do tại sao nấm sản xuất thuốc. Chúng luôn phát triển ở những nơi tồi tệ nhất, ẩm ướt, nóng nực, ở những nơi được coi là “nhà máy của vi khuẩn và vi rút”. Hầu hết các loài thực vật không có lớp bảo vệ chống lại những yếu tố này, nhưng nấm lại kháng lại. Loại thuốc nổi tiếng Lipitor, một trong những giải pháp ít được biết đến cho các vấn đề về cholesterol và bệnh tiểu đường, được tìm thấy trong nấm đỏ Trung Quốc. Và enoki và nấm đông cô nằm trong giỏ thuốc được bệnh nhân ung thư ở Nhật Bản đón nhận. - Elinor Shavit, nhà vi sinh vật học.

Thật không may, sự đa dạng của các loại thuốc nấm liên tục giảm. Nguyên nhân là do rừng gỗ bị tàn phá, đặc biệt là ở lưu vực sông Amazon.

Cùng với các dạng sống khác, chúng ta cũng tiêu diệt nấm. Số lượng các giống của họ liên tục giảm và điều này làm tôi lo lắng vì những lý do hoàn toàn ích kỷ. Thế giới đã ban tặng một món quà tuyệt vời - một phòng thí nghiệm tự nhiên khổng lồ để sản xuất thuốc. Từ penicillin đến các loại thuốc điều trị ung thư, AIDS, cúm và các bệnh về già. Người Ai Cập cổ đại gọi nấm là "thần chết" là có lý do. Ngày nay, chúng tôi liên tục phá hủy phòng thí nghiệm này … - Paul Stemets, nhà nghiên cứu nấm học.

Stemets nói về nấm fomitopsis. Được phát hiện vào năm 1965, loại nấm này đã được chứng minh là một phương thuốc chữa bệnh lao hiệu quả, và ngày nay nó chỉ còn mọc ở 5 địa điểm ở Hoa Kỳ. Ở châu Âu, loại nấm này đã hoàn toàn biến mất.

Cùng với một nhóm chuyên gia, chúng tôi đã đi hàng chục lần vào các khu rừng, cố gắng tìm thêm vài cây nấm tương tự. Sau nhiều nỗ lực, cuối cùng chúng tôi đã tìm thấy một mẫu mà chúng tôi đã cố gắng phát triển trong phòng thí nghiệm. Biết đâu trong tương lai loại nấm này sẽ cứu được bao nhiêu người. - Paul Stemets, nhà nghiên cứu thần học.

Năm ngoái, Stemets đã tham gia chương trình bảo vệ sinh học của Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ và giúp đỡ trong việc tìm kiếm và bảo tồn 300 loài nấm quý hiếm.

Chúng tôi đã làm một thử nghiệm: chúng tôi thu thập bốn đống rác. Một đã được chúng tôi sử dụng như một điều khiển; trong hai loại còn lại, chúng tôi bổ sung các chất hóa học và sinh học để phân hủy chất thải; sau đó, các bào tử nấm được phun. Hai tháng sau quay lại, chúng tôi phát hiện ba đống nấm tối và một đống sáng, hàng trăm kg nấm mọc um tùm … Một số chất độc hại đã biến thành chất hữu cơ. Nấm thu hút côn trùng, chúng đẻ trứng, từ đó những con sâu bướm nở ra, rồi chim chóc xuất hiện - và cả đống này biến thành một ngọn đồi xanh tươi tràn đầy sức sống. Khi chúng tôi cố gắng làm điều tương tự ở những con sông bị ô nhiễm, chúng tôi ghi nhận quá trình làm sạch khỏi chất độc. Đây là những gì để khám phá! Có lẽ tất cả các vấn đề ô nhiễm của chúng ta có thể được giải quyết với những loại nấm phù hợp. - Paul Stemets, nhà nghiên cứu thần học.

LÃNH ĐẠO Ở ĐÂU?

Toshiyuki nói: “Một ước tính là nó hoạt động theo cách tương tự ở nấm,“Từ quan điểm sinh học thuần túy, mỗi mạng nhện riêng lẻ nhận được các tín hiệu hóa học về nơi cần đến và những gì cần tránh. Tổng các tín hiệu này tạo ra một loại hệ thống ra quyết định. Nói cách khác, trí thông minh của nấm nằm trong mạng lưới của nó. Thêm vào đó là hàng triệu năm tiến hóa trong những điều kiện khó khăn nhất, được nhân lên bởi hàng trăm nghìn loài khác nhau, và dù sao thì bạn cũng có một thứ đủ thông minh."

- Và đây là lời giải thích của bạn về những gì đang xảy ra?

- Đây là sự khởi đầu.