Geheimnisse der Pilzwelt: Das Spinnengehirn als Analogon des Menschen

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-16 16:01

Im Jahr 2000 nahm Professor Toshiyuki Nakagaki, ein Biologe und Physiker an der japanischen Universität von Hokkaido, eine Probe eines gelben Schimmels und platzierte ihn am Eingang eines Labyrinths, das verwendet wird, um die Intelligenz und das Gedächtnis von Mäusen zu testen. Am anderen Ende des Labyrinths platzierte er einen Zuckerwürfel. Der Pilz fand nicht nur den Weg zum Zucker, sondern nutzte dafür auch den kürzesten Weg.

Was denken Pilze?

Physarum polycephalum roch nach Zucker und fing an, seine Sprossen auf die Suche zu schicken. Die Spinnweben des Pilzes gabelten sich an jeder Kreuzung des Labyrinths, und diejenigen, die in eine Sackgasse fielen, drehten sich um und begannen, in andere Richtungen zu schauen. Mehrere Stunden lang füllten Pilznetze die Labyrinthgänge, und am Ende des Tages fand eines von ihnen seinen Weg zum Zucker.

Danach nahmen Toshiyuki und sein Forscherteam ein Stück des Spinnennetzes des Pilzes, der am ersten Experiment teilnahm, und legten es an den Eingang einer Kopie des gleichen Labyrinths, ebenfalls mit einem Zuckerwürfel am anderen Ende. Was passiert ist, hat alle überrascht. Im ersten Moment verzweigte sich das Spinnennetz in zwei Teile: Ein Spross gelangte ohne eine zusätzliche Drehung zum Zucker, der andere kletterte die Wand des Labyrinths hinauf und überquerte es direkt, entlang der Decke, direkt zum Ziel. Das Pilznetz erinnerte sich nicht nur an die Straße, sondern veränderte auch die Spielregeln.

Ich wagte es, der Tendenz zu widerstehen, diese Kreaturen wie Pflanzen zu behandeln. Wenn Sie mehrere Jahre lang Pilzforschung betreiben, bemerken Sie zwei Dinge. Erstens sind Pilze dem Tierreich näher als es scheint. Zweitens scheinen ihre Handlungen manchmal das Ergebnis einer bewussten Entscheidung zu sein. Ich dachte, man sollte den Pilzen die Möglichkeit geben, die Rätsel zu lösen.

Weitere Untersuchungen von Toshiyuki ergaben, dass Pilze auch Transportwege planen können und viel schneller als professionelle Ingenieure. Toshiyuki nahm eine Karte von Japan und platzierte Essensstücke an Orten, die den großen Städten des Landes entsprachen. Er legte die Pilze "in Tokio". Nach 23 Stunden bauten sie ein lineares Netz aus Spinnweben um alle Lebensmittelstücke. Das Ergebnis ist eine nahezu exakte Nachbildung des Schienennetzes rund um Tokio.

Mehrere Dutzend Punkte zu verbinden ist gar nicht so schwer; aber sie effizient und wirtschaftlich zu verbinden ist gar nicht so einfach. Ich glaube, dass unsere Forschung uns nicht nur helfen wird zu verstehen, wie die Infrastruktur verbessert, sondern auch effizientere Informationsnetze aufgebaut werden können.

RÄTSEL EINES ANDEREN WESENS

Nach konservativen Schätzungen gibt es auf der Erde etwa 160.000 Pilzstämme, von denen die meisten beeindruckende Fähigkeiten haben.

In Tschernobyl wurde beispielsweise ein Pilz entdeckt, der sich von radioaktiven Produkten ernährt und gleichzeitig die Luft um ihn herum reinigt. Dieser Pilz wurde an der Wand eines zerstörten Atomkraftwerks gefunden, das nach der Katastrophe noch viele Jahre lang Strahlung produzierte, die im Umkreis von mehreren Kilometern alles Leben vernichtete.

Bei der Erkundung des Amazonaswaldes fanden zwei Biologiestudenten der Yale University den Pilz Pestalotiopsis microspora, der Plastik abbauen kann. Diese Fähigkeit wurde entdeckt, als der Pilz die Petrischale aß, in der er angebaut wurde.

Bisher sind weder unsere Wissenschaft noch unsere Technik dazu in der Lage. Plastikverschmutzung ist eines der größten technologischen Probleme. Heute setzen wir große Hoffnungen in diesen Pilz. - Professor Scott A. Strobl.

Genetikern des American Institute of Bioenergy ist es gelungen, die Pilzsorte dazu zu bringen, den natürlichen Zucker Xylose schneller zu verdauen. Die potenzielle Bedeutung dieser Entdeckung liegt in der Schaffung eines neuen, kostengünstigen und schnellen Weges zur Herstellung sauberer Biokraftstoffe.

Es scheint, wie kann ein „primitiver“Organismus ohne Gehirn und eingeschränkt in Bewegung Wunder vollbringen, die sich der Kontrolle der Wissenschaft entziehen?

Um die Welt des Pilzes zu verstehen, müssen Sie zunächst etwas klären. Shiitake, Portobello und Champignon sind nicht nur die Namen von Speisepilzen. Jeder von ihnen ist ein lebender Organismus, der ein Netzwerk von Millionen dünnster Spinnweben unter der Erde darstellt. Die aus dem Boden ragenden Pilze sind nur die "Fingerspitzen" dieser Spinnweben, die "Werkzeuge", mit denen der Körper seine Samen ausbreitet. Jeder dieser „Finger“enthält Tausende von Sporen. Sie werden von Wind und Tieren getragen. Wenn die Sporen in den Boden fallen, bilden sie neue Netze und keimen mit neuen Pilzen.

Diese Kreatur atmet Sauerstoff. Aus biologischer Sicht ist es so ungewöhnlich, dass es zu einem eigenen Reich gehört, getrennt von Tieren und Pflanzen.

Aber was wissen wir wirklich über diese Lebensform?

Wir wissen nicht, was das unterirdische System der Spinnweben zu einem bestimmten Zeitpunkt dazu veranlasst, Pilze an die Erdoberfläche freizusetzen; warum wächst ein Pilz zu einem Baum und ein anderer zu einem anderen; und warum einige von ihnen tödliche Gifte produzieren, während andere lecker, gesund und duftend sind. In einigen Fällen können wir nicht einmal den Zeitplan für ihre Entwicklung vorhersagen. Pilze können in drei Jahren oder sogar 30 Jahren erscheinen, nachdem ihre Spore einen geeigneten Baum gefunden hat. Mit anderen Worten, wir wissen nicht einmal die grundlegendsten Dinge über Pilze. - Michael Pollan, Forscher.

KÖNIGIN DER TOTEN

Wir finden es schwierig, Pilze aufgrund ihrer anatomischen Struktur zu verstehen. Wenn Sie eine Tomate in die Hand nehmen, halten Sie die ganze Tomate so wie sie ist in der Hand. Aber man kann keinen Pilz pflücken und seine Struktur untersuchen. Ein Pilz ist nur die Frucht eines großen und komplexen Organismus. Das Spinnwebennetz ist zu dünn, um von Erde befreit zu werden, ohne es zu beschädigen. - Sgula Motspi, Mikrobiologin.

Ein weiteres Problem besteht darin, dass die meisten Waldpilze nicht domestiziert werden können und sowohl für Forschungszwecke als auch für industrielle Zwecke sehr schwer zu züchten sind.

Sie wählen nur einen bestimmten Wurf aus, sie entscheiden selbst, wann sie keimen. Oft fällt ihre Wahl auf alte Bäume, die nicht an einen anderen Ort gebracht werden können. Und selbst wenn wir Hunderte von geeigneten Bäumen im Wald pflanzen und Milliarden von Sporen auf den Boden sprühen, gibt es keine Garantie, dass wir die Pilze zu einem vernünftigen Zeitpunkt bekommen. - Michael Pollan, Forscher.

Die Systeme der Ernährung, des Wachstums, der Fortpflanzung und der Energieproduktion bei Pilzen unterscheiden sich grundlegend von denen bei Tieren. Sie enthalten kein Chlorophyll und nutzen daher im Gegensatz zu Pflanzen die Sonnenenergie nicht direkt. Champignons, Shiitake und Portobello zum Beispiel wachsen auf einem Wurf verwelkter Pflanzen.

Wie Tiere verdauen Pilze Nahrung, aber im Gegensatz zu ihnen verdauen sie Nahrung außerhalb ihres Körpers: Pilze sezernieren Enzyme, die organisches Material in ihre Bestandteile zerlegen und dann diese Moleküle absorbieren.

Wenn Erde der Magen der Welt ist, dann sind Pilze ihre Verdauungssäfte. Ohne ihre Fähigkeit, organisches Material zu zersetzen und zu verarbeiten, wäre die Erde längst erstickt. Tote Materie würde sich endlos ansammeln, der Kohlenstoffkreislauf würde unterbrochen und alle Lebewesen würden ohne Nahrung bleiben.

Wir konzentrieren uns in unserer Forschung auf Leben und Wachstum, aber in der Natur sind Tod und Verfall gleichermaßen wichtig. Pilze sind die unbestrittenen Herrscher des Reiches des Todes. Daher gibt es übrigens so viele davon auf Friedhöfen. Aber das größte Geheimnis ist die enorme Energie der Pilze. Es gibt Pilze, die den Asphalt knacken, im Dunkeln leuchten, über Nacht einen ganzen Haufen petrochemischer Abfälle verarbeiten und daraus ein essbares und nahrhaftes Produkt machen. Der Pilz Coprinopsis atramentaria kann in wenigen Stunden einen Fruchtkörper ausbilden und sich dann an einem Tag in eine Pfütze aus schwarzer Tinte verwandeln.

Halluzinogene Pilze verändern die Meinung der Menschen. Es gibt giftige Pilze, die einen Elefanten töten können. Und das Paradoxe ist, dass sie alle winzige Mengen an Kalorien enthalten, die Forscher normalerweise verwenden, um Energie zu messen. Unsere Art, Energie zu messen, scheint hier nicht zu passen. Kalorien charakterisieren die in Pflanzen gespeicherte Sonnenenergie. Aber Pilze werden schwach mit der Sonne in Verbindung gebracht. Sie keimen nachts und welken tagsüber. Ihre Energie ist etwas ganz anderes.

- Michael Pollan, Forscher.

INTERNET UNTER DER ERDE

Das Myzel ist die komplexe Infrastruktur, auf der sich alle Pflanzen der Welt befinden. In zehn Kubikzentimeter Boden finden sich acht Kilometer seiner Spinnweben. Der menschliche Fuß bedeckt etwa eine halbe Million Kilometer eng beieinander liegende Spinnweben. - Paul Stemets, Mykologe.

Was geht in diesen Webs vor?

Anfang der 1990er Jahre entstand erstmals die Idee, dass das Netz dieser Spinnweben nicht nur Lebensmittel und Chemikalien transportiert, sondern auch ein intelligentes und selbstlernendes Kommunikationsnetzwerk ist. Schon bei kleinen Ausschnitten dieses Netzes erkennt man leicht eine bekannte Struktur. Die grafischen Darstellungen des Internets sehen genau gleich aus. Die Netzwerkzweige, und wenn einer der Zweige ausfällt, wird er schnell durch Workarounds ersetzt. Seine Knotenpunkte, die sich in strategischen Bereichen befinden, werden aufgrund weniger aktiver Orte besser mit Strom versorgt und vergrößert. Diese Netze sind empfindlich. Und jedes Web kann Informationen an das gesamte Netzwerk übermitteln.

Und es gibt keinen "zentralen Server". Jedes Web ist unabhängig und die gesammelten Informationen können in alle Richtungen an das Netzwerk übertragen werden. Das Grundmodell des Internets hat also zu allen Zeiten existiert, nur hat es sich im Boden versteckt. - Paul Stemec, Mykologe

Das Netzwerk selbst scheint unbegrenzt wachsen zu können. Im Bundesstaat Michigan beispielsweise wurde ein Myzel gefunden, das auf einer Fläche von neun Quadratkilometern unterirdisch gewachsen ist. Sein Alter wird auf etwa 2.000 Jahre geschätzt.

Wann beschließt das Netzwerk, Pilze anzubauen?

Manchmal liegt der Grund in der Gefahr für die Zukunft des Netzes. Wenn der Wald, der das Netzwerk versorgt, ausbrennt, erhält das Myzel keinen Zucker mehr aus den Baumwurzeln. Dann lässt sie Pilze an ihren entferntesten Enden keimen, damit sie Pilzsporen verbreiten, ihre Gene „befreien“und ihnen die Möglichkeit geben, einen neuen Platz zu finden. So entstand der Ausdruck "Pilze nach dem Regen". Der Regen wäscht organische Fäulnis vom Boden und entzieht dem Netz sozusagen seine Energiequelle – dann schickt das Netz „Rettungsteams“mit Streitigkeiten auf die Suche nach einem neuen Refugium.

Albtraum für Insekten

„Ein neues Zuhause finden“ist eine weitere Sache, die Pilze aus dem Tier- und Pflanzenreich unterscheidet. Es gibt Pilze, die ihre Sporen verbreiten, so wie Früchte ihre Samen verbreiten. Andere produzieren Pheromone, die Lebewesen dazu bringen, sich zwanghaft nach ihnen zu sehnen. Weiße Trüffelsammler suchen damit nach Schweinen, da der Geruch dieser Pilze dem eines Alpha-Ebers ähnelt.

Es gibt jedoch komplexere und grausamere Wege, Pilze zu verbreiten. Beobachtungen der westafrikanischen Ameisen der Art Megaloponera foetens haben ergeben, dass sie jedes Jahr auf hohe Bäume klettern und mit solcher Kraft ihre Kiefer in den Stamm bohren, dass sie sich danach nicht mehr befreien und sterben können. Zuvor gab es keine Fälle von Massenselbstmord von Ameisen.

Es stellte sich heraus, dass Insekten gegen ihren Willen handeln und jemand anderes sie in den Tod schickt. Der Grund sind die kleinsten Sporen des -Pilzes, die es manchmal schaffen, in das Maul der Ameisen zu gelangen. Einmal im Kopf des Insekts, sendet die Spore Chemikalien an sein Gehirn. Danach beginnt die Ameise, auf den nächsten Baum zu klettern und taucht ihre Kiefer in die Rinde ein. Hier beginnt er, wie aus einem Albtraum erwachend, sich zu befreien und stirbt am Ende erschöpft. Nach etwa zwei Wochen sprießen Pilze הטומנטלה aus seinem Kopf.

Auf Bäumen in Kamerun können Sie Hunderte von Pilzen sehen, die aus den Körpern von Ameisen wachsen. Für Pilze ist diese Macht über das Gehirn ein Mittel zur Fortpflanzung: Sie klettern mit den Beinen einer Ameise auf einen Baum, und die Höhe hilft, ihre Sporen durch den Wind zu verbreiten; so finden sie sich ein neues Zuhause und…. neue Ameisen.

Der thailändische "Zombie-Pilz" Ophiocordyceps unilateralis ermutigt die Ameisen, die sich von ihm ernähren, auf die Blätter bestimmter Pflanzen zu klettern. Die Entfernung, die die infizierten Ameisen dafür zurücklegen, ist viel größer als die Entfernungen in ihrem normalen Leben, und deshalb sterben die Insekten, nachdem sie die Blätter erreicht haben, an Müdigkeit und Hunger, und nach zwei Wochen sprießen Pilze aus ihrem Körper.

Diese Kreaturen sind vielleicht die erstaunlichsten, die ich je gesehen habe. Wir glauben, dass sie LSD-ähnliche Chemikalien produzieren, aber wir sind noch nicht auf Medikamente gestoßen, die ein Verhalten im Interesse von jemandem hervorrufen. - Professor David Hughes.

Hughes entdeckte Pilze, die das Gehirn von Spinnen, Läusen und Fliegen kontrollieren.

Dies ist kein Zufall, keine natürliche Auslese oder Nebenprodukte eines anderen Prozesses. Diese Insekten werden gegen ihren Willen dorthin geschickt, wo sie nicht sein sollten, sondern wie Pilze. Als wir die infizierten Ameisen auf andere Blätter übertragen haben, keimten die Pilze einfach nicht. - Professor David Hughes

WIE ANTIBIOTIKA ERFUNDEN WURDEN

Die Tatsache, dass Pilze starke Gifte produzieren können, hat auch eine positive Seite. Einige dieser Gifte sind wirksame Waffen gegen unsere gemeinsamen Feinde. Mikroben zum Beispiel.

Von den 160.000 Pilzarten, deren Körper komplexe chemische Verbindungen enthalten, konnte die Wissenschaft nur 20 entziffern und reproduzieren, und unter ihnen wurden mehrere der wichtigsten Medikamente gefunden.

Es gibt einen Grund, warum Pilze Medikamente produzieren. Sie wachsen immer an den schlimmsten Orten, feucht, heiß, an Orten, die "Fabriken von Mikroben und Viren" sind. Die meisten Pflanzen haben keinen Schutz gegen diese Faktoren, aber Pilze widerstehen. Im roten chinesischen Pilz wurde das bekannte Medikament Lipitor gefunden, das eine der wenigen bekannten Lösungen für die Probleme von Cholesterin und Diabetes ist. Und Enoki- und Shiitake-Pilze gehören zu den Medikamenten, die Krebspatienten in Japan erhalten. - Elinor Shavit, Mikrologin.

Leider nimmt die Vielfalt der Pilzmedikamente ständig ab. Grund ist die Zerstörung von Waldwäldern, insbesondere im Amazonasbecken.

Neben anderen Lebensformen vernichten wir auch Pilze. Die Zahl ihrer Sorten nimmt ständig ab und das beunruhigt mich aus rein egoistischen Gründen. Die Welt hat ein atemberaubendes Geschenk überreicht - ein riesiges Naturlabor für die Herstellung von Medikamenten. Von Penicillin bis hin zu Medikamenten gegen Krebs, AIDS, Grippe und Alterskrankheiten. Die alten Ägypter nannten Pilze nicht ohne Grund "den Gott des Todes". Heute zerstören wir dieses Labor konsequent … - Paul Stemets, Mykologe.

Stemets spricht über den Fomitopsis-Pilz. Dieser 1965 entdeckte Pilz hat sich als wirksames Heilmittel gegen Tuberkulose erwiesen und wächst heute nur an fünf Standorten in den Vereinigten Staaten. In Europa ist dieser Pilz bereits vollständig verschwunden.

Mit einer Gruppe von Spezialisten gingen wir dutzende Male in die Wälder und versuchten, weitere ähnliche Pilze zu finden. Nach viel Mühe haben wir endlich eine Probe gefunden, die wir im Labor züchten konnten. Wer weiß, wie viele Menschen dieser Pilz in Zukunft retten wird. - Paul Stemets, Mykologe.

Letztes Jahr trat Stemets dem biologischen Verteidigungsprogramm des US-Verteidigungsministeriums bei und half bei der Suche und Erhaltung von 300 seltenen Pilzarten.

Wir haben ein Experiment gemacht: Wir haben vier Müllhaufen gesammelt. Einer wurde von uns als Kontrolle verwendet; in den anderen beiden haben wir chemische und biologische Stoffe hinzugefügt, die Abfall zersetzen; über letztere wurden Pilzsporen gesprüht. Als wir zwei Monate später zurückkamen, fanden wir drei dunkle, stinkende Haufen und einen hellen, überwuchert mit Hunderten von Kilogramm Pilzen … Einige der giftigen Substanzen wurden zu organischen. Die Pilze zogen Insekten an, sie legten Eier, aus denen Raupen schlüpften, und dann erschienen die Vögel - und dieser ganze Haufen verwandelte sich in einen grünen Hügel voller Leben. Als wir versuchten, dasselbe in verschmutzten Flüssen zu tun, bemerkten wir den Prozess der Reinigung von Giften. Hier ist, was Sie erkunden können! Vielleicht können alle unsere Verschmutzungsprobleme mit den richtigen Pilzen gelöst werden. - Paul Stemets, Mykologe.

WO IST DAS GEHIRN?

„Eine Schätzung geht davon aus, dass es bei Pilzen ähnlich funktioniert“, sagt Toshiyuki, „aus rein biologischer Sicht erhält jedes Spinnennetz individuell chemische Signale, wohin es gehen soll und was zu vermeiden ist. Aus der Summe dieser Signale entsteht eine Art Entscheidungssystem. Mit anderen Worten, die Intelligenz des Pilzes steckt in seinem Netzwerk. Hinzu kommen Millionen Jahre Evolution unter schwierigsten Bedingungen, multipliziert mit Hunderttausenden verschiedener Arten, und man hat etwas, das sowieso schlau genug sein sollte.“

- Und das ist Ihre Erklärung für das, was passiert?

- Das ist der Anfang.