27 декабря 2021
Мицелий© Kichigin/Shutterstock/FOTODOM
В издательстве АСТ выходит книга миколога Мерлина Шелдрейка. ТАСС публикует отрывок о том, как грибы обрабатывают информацию, поразительно напоминая этим нервную систему, но в то же время кое в чем от нее отличаясь
Полное название — «Запутанная жизнь. Как грибы меняют мир, наше сознание и наше будущее» — намекает, что Шелдрейк рассуждает о самых разных вещах. На деле охват тем в его книге еще шире, чем можно подумать. Шелдрейк пишет и о симбиотических связях, и о передаче сигналов в почве, и о теориях этноботаника и мистика Теренса Маккенны (между прочим, друга семьи Шелдрейков), философов Жиля Делеза и Феликса Гваттари. Мало кому такое под силу, а «Запутанная жизнь» — дебют! — в прошлом году попала сразу в несколько списков лучших научно-популярных книг.
В отрывке часто упоминаются гифы и мицелий. Гифы — это нитевидные структуры, которые в обиходе не вполне правильно называют корнем гриба, а мицелий — совокупность гиф.© Издательство АСТ
Есть еще много грибов, способных чувствовать и реагировать на свет (его направление, силу или цвет), температуру, влажность, запас питательных веществ, токсины и электрические поля. Подобно растениям, грибы могут «видеть» цвета всего спектра с помощью рецепторов, чувствительных к синему свету и, в отличие от растений, к красному свету; у грибов также имеются опсины (светочувствительные пигменты), присутствующие в колбочках и палочках глаз животных. Гифы могут также ощущать текстуру поверхностей: по данным исследования, молодые гифы грибка, вызывающего ржавчину фасоли, умеют «нащупывать» канавки глубиной в половину микрометра (это в три раза мельче углубления между лазерными дорожками компакт-диска) на искусственных поверхностях. Когда гифы соединяются, чтобы образовать плодовое тело гриба, они обретают чрезвычайную чувствительность к силе тяжести. И, как мы уже убедились, грибы используют бесчисленное множество каналов химической связи с другими организмами и друг с другом: когда они соединяются или вступают в половые связи, гифы отличают «себя» от «других», а также от разновидностей «других».
Грибы «варятся» в океане сенсорной информации. И каким-то образом гифы — направляемые кончиками — способны интегрировать многочисленные потоки данных и определять подходящую траекторию для роста. Люди, подобно большинству животных, используют мозг для интеграции сенсорных данных и принятия оптимальных решений. Стало быть, нам интересно локализовать такую интеграцию в организме. Мы хотим ответить на вопрос «где?», но если мы имеем дело с растениями и грибами, этот вопрос, вернее всего, останется без ответа. Грибницы и растения состоят из разных частей, но среди них нет уникальных. Там всего понемногу. Но как же тогда потоки сенсорной информации сливаются внутри грибницы? Как организмы, не имеющие мозга, сочетают ощущение и действие?
Ботаники пытались решить этот вопрос больше ста лет. В 1880 году Чарлз Дарвин и его сын Френсис опубликовали книгу «Движения растений». В заключительном разделе авторы предполагают, что так как кончики корней определяют траекторию роста, именно там интегрируются сигналы от разных частей организма. Кончики корней, писали отец и сын Дарвины, ведут себя «как мозг какого-нибудь низшего животного, <…> принимая сигналы от сенсорных органов и управляя несколькими движениями». Предположение Дарвинов вошло в обиход, но оно, мягко говоря, противоречиво. Не потому, что их наблюдения когда-либо оспаривались: понятно, что кончики действительно направляют движение корней, так же как верхушки растений направляют движение ростков над землей. Но что смущает ботаников, так это использование слова мозг. Некоторые из них считают, что такая постановка вопроса может привести нас к более полному пониманию жизни растений. Другим кажется нелепостью предполагать, что растения могут обладать органом, хоть сколько-то напоминающим мозг.
В каком-то смысле слово «мозг» не совсем точное. Основная идея отца и сына Дарвинов состояла в том, что кончики — которые направляют корни под землей и ростки растений над ней — должны быть средоточием потоков информации, местом интеграции сенсорики и моторики, где определяется подходящее направление роста. То же применимо к гифам грибов. Кончики гиф — это части мицелия, которые растут, меняют направление, ветвятся и сливаются друг с другом. Они делают бóльшую часть работы. И они многочисленны. Отдельная грибница может иметь от сотен до миллиардов кончиков гиф, взаимодействующих друг с другом и обрабатывающих информацию одновременно и в больших количествах.
На кончиках гиф и вправду могут соединяться потоки данных ради определения скорости и направления роста. Но как кончики гиф в одной части мицелия «узнают», что делают их «коллеги» с противоположной стороны грибницы? Мы вынуждены снова вернуться к головоломке Олссона. Его панеллюс (Panellus) мог координировать поведение разнесенных в пространстве частей за срок столь короткий, что невероятным было предположение о токе химических веществ от точки А до точки В как причине перемены. Мицелий некоторых видов грибов образует так называемые ведьмины круги: сеть охватом в сотни метров и возрастом в сотни лет вдруг провоцирует одновременное появление замкнутой цепочки плодовых тел. В экспериментах Бодди с мицелием грибов, вызывающих гниение древесины, только одна часть грибницы обнаружила кусок дерева, но вся она изменила поведение, притом очень быстро. Как устроена коммуникация внутри сети мицелия? Каким образом происходит быстрый перенос информации по сети грибницы?
Есть несколько возможностей. Некоторые исследователи предполагают, что сети мицелия могут передавать сигналы о развитии, используя изменения в давлении или интенсивности потока. Ведь мицелий по сути есть замкнутая гидравлическая система, подобная тормозной системе автомобиля: внезапное изменение давления в одной части может, в принципе, быстро проявиться в другой. Некоторые ученые заметили, что метаболическая деятельность, например накопление и выделение химических соединений внутри гиф, может иметь форму последовательных импульсов, которые могут помогать синхронизировать поведение всей сети. Что касается Олссона, то он обратил внимание на одну из других немногих возможностей, а именно электричество.
Давно известно, что животные используют электрические импульсы, или потенциалы действия, для связи между разными частями своих тел. Нейроны — удлиненные нервные клетки, передающие информацию посредством электрических импульсов, которые координируют поведение животных, — изучает отдельная наука, нейробиология. Хотя так называемое животное электричество — прерогатива не только животных, не они одни умеют генерировать потенциалы действия. Это под силу еще растениям, в том числе водорослям, а в 1970-е годы стало известно, что и некоторым видам грибов. Бактерии тоже проводят электричество. Кабельные бактерии образуют длинные электропроводные нити — нитевидные нанокристаллы. В 2015 году установили, что колонии бактерий могут координировать свою деятельность, используя для этого волны электрической активности, подобные потенциалам действия. Однако немногие микологи допускают, что это явление может играть важную роль в жизни грибов.
В середине 1990-х годов на том же факультете Лундского университета в Швеции, на котором работал Олссон, группа ученых вела исследование в области нейробиологии насекомых. Они проводили эксперименты по измерению активности нейронов, вводя тонкие стеклянные микроэлектроды в мозг моли. Олссон с их разрешения воспользовался их оборудованием, чтобы ответить на простой вопрос: что произойдет, если заменить в эксперименте мозг моли на грибной мицелий? Нейробиологи были заинтригованы. В принципе, грибные гифы должны быть хорошо приспособлены к проведению электрических импульсов. Они покрыты белками, которые изолируют их: электроволны в теории могут перемещаться на большие расстояния, не рассеиваясь. Нервные клетки животных имеют аналогичную защиту. Более того, клетки мицелия последовательно соединены друг с другом, что, возможно, позволило бы импульсам, возникшим в одной части сети, достигать другой ее части без сбоев.
Для своего эксперимента Олссон тщательно отобрал виды грибов. Он пришел к выводу, что если у грибов действительно существуют системы электрической связи, то обнаружить их будет легче у тех видов, которым приходится координировать поведение частей сети на далеких расстояниях. Чтобы эксперимент удался с большей вероятностью, он выбрал опенок, Armillaria, грибница которого — рекордсмен по протяженности (она покрывает километры) и по возрасту (растет тысячи лет). Когда Олссон вставил микроэлектроды в гифы гриба Armillaria, он обнаружил регулярные импульсы, схожие с потенциалами действия, которые выстреливали со скоростью, очень близкой к скорости сенсорных нейронов животных — приблизительно четыре импульса в секунду, — и которые перемещались вдоль гифы со скоростью как минимум полмиллиметра в секунду, что примерно в 10 раз быстрее, чем самая высокая скорость жидкости, измеренная в гифах грибов. Это заинтересовало его, хотя данные наблюдений и не доказывали, что электрические импульсы — основа системы быстрой передачи сигналов. Электрическая активность может играть в ней роль, только если она чувствительна к стимуляции. Олссон решил измерить реакцию гриба на куски дерева, которое служит пищей для этого вида. Он установил оборудование для проведения эксперимента и поместил кусок древесины на мицелий в нескольких сантиметрах от электродов. И обнаружил нечто невероятное. Когда дерево пришло в контакт с мицелием, интесивность импульсов удвоилась. Когда он убрал дерево, интенсивность пришла в норму. Чтобы убедиться, что грибы реагировали не на вес груза, он поместил на мицелий кусок несъедобного пластика такого же размера. Гриб не отреагировал.
Олссон продолжил эксперимент с разными видами грибов, включая микоризные, растущие на корневой системе растений, Pleurotus (вешенкой обыкновенной) и Serpula (серпулой плачущей, или домовым грибом, обнаруженном в печи Хэддон-Холла). Все они производили импульсы, подобные потенциалам действия, и откликались на большое количество раздражителей. Олссон выдвинул гипотезу: электрические сигналы для многих грибов — способ пересылать сообщения между различными частями мицелия «об источниках пищи, повреждениях, состояниях гриба или присутствии других существ вокруг него».
Многие нейробиологи, с которыми работал Олссон, очень воодушевились, осознав, что сети мицелия могут вести себя подобно мозгу. «Первыми отреагировали эти ребята, работавшие с насекомыми, — вспоминал Олссон. — Они стали фантазировать об этих огромных лесных грибницах, распространяющих электрические сигналы вокруг себя. Они вообразили, что грибница — это большой мозг, лежащий в лесу под землей». Признаюсь, я тоже не мог не заметить это бросающееся в глаза сходство. Выводы Олссона предполагали, что мицелий может образовывать фантастически сложные сети электрически возбудимых клеток. Мозг тоже является фантастически сложной сетью электрически возбудимых клеток.
«Я не думаю, что мицелий — это мозг, — объяснил мне Олссон. — Мне пришлось воздержаться от аналогий с ним. Как только произносят слово “мозг”, люди представляют себе мозг человека, который формирует речь и обрабатывает мысли, принимает решения». Его осторожность весьма обоснованна. «Мозг» — это ключевое слово, обремененное смыслами, по большей части относящимися к животному миру. «Когда мы говорим “мозг”, — продолжал Олссон, — мы думаем о мозге животных». Кроме того, он подчеркнул, что мозг ведет себя как таковой из-за того, как он устроен.
Архитектура мозга животных сильно отличается от архитектуры грибниц. В первом случае нейроны стыкуются с другими нейронами в синапсах, и там сигналы объединяются с другими сигналами. Молекулы-нейромедиаторы проходят через синапсы и позволяют различным нейронам вести себя по-разному — некоторые возбуждают нейроны, некоторые подавляют их. Сети мицелия не обладают такими особенностями.
Но если бы грибы не использовали электроволны для передачи сигналов по сети мицелия, разве мы не стали бы думать о мицелии как своеобразном прототипе мозга? По мнению Олссона, могут быть и другие способы регулирования электрических импульсов в сети мицелия, чтобы создать «электрические цепи, приемники сигнала и генераторы, подобные тем, что существуют в мозгу». У некоторых грибов гифы разделяются на отсеки септами с порами, проницаемость которых в точности регулируется. Когда пóра открывается или закрывается, изменяется сила сигнала, проходящего от одного отсека к другому, будь то химический или электрический сигнал или сигнал об изменении давления. Если внезапное изменение электрического заряда могло бы открыть или закрыть пору, размышлял Олссон, то всплеск частоты импульсов мог бы изменить путь прохождения через гифу последовательных сигналов, и так мицелий «запомнил» новый алгоритм. Более того, гифы ветвятся. Если два импульса сошлись бы в одном месте, оба влияли бы на проводимость пор, интегрируя сигналы из различных ветвей. «Не нужно хорошо разбираться в работе компьютеров, чтобы понять, что такие системы могут создавать точки принятия решений, — сказал мне Олссон. — Если соединить эти системы в гибкую и подвижную сеть, появляется возможность создать “мозг”, который способен учиться и запоминать». Он держался от слова «мозг» на безопасном расстоянии, заключая его в кавычки и подчеркивая тем самым, что использовал его в качестве метафоры.
https://nauka.tass.ru/nauka/12642287?utm_source=yxnews&utm_medium=desktop
