Гриб, который умеет решать головоломки: masterok

masterok

Гриб, который умеет решать головоломки

Mar 06, 2015 11:36

В середине прошлого века, ученые биологи выделили новое царство живых организмов - грибы. Раньше их относили к растениям, но на самом деле, это гораздо более сложные и непонятные организмы, чем можно подумать. Как показывают исследования, некоторые грибы обладают… Интеллектом.

Physarum polycephalum (Физарум многоголовый) - так называется гриб-слизевик, который способен находить выход из лабиринта, сидеть на диете, строить высокоэффективную транспортную сеть… и всё это - без малейших намеков на мозг и нервную систему.

Давайте узнаем про это подробнее ..

Физарум живет в сырых местах, имеет ярко-желтую окраску и питается, переваривая бактерии, грибные споры и микробов. Гриб умеет передвигаться с места на место. Он использует так называемые «челночные перемещения». Его протоплазма постоянно перетекает сначала вперед, а потом назад. Один такой «двигательный» цикл занимает около двух минут.

Ученые утверждают, что Физарум по уровню интеллекта близок к высшим из социально организованных насекомых (например, к муравьям). Так, группа японских исследователей во главе с Тосиюки Накагаки из Университета Хоккайдо выяснила, что этот слизевик может решать головоломки. Гриб способен самостоятельно находить выход из лабиринта и передвигаться к еде, выбирая для этого кратчайший из возможных путей.

Кроме того, слизевик умеет просчитывать события. Ученые многократно помещали его в неблагоприятные условия (повышенная сухость и пониженная температура) с интервалом в 60 минут. Каждый раз гриб проявлял ответную реакцию. Но когда ученые прекратили издеваться над Физарумом, через 60-минут он всё равно отреагировал, хотя и продолжал находиться в благоприятных условиях.

Физарум не ест, что попало. Гриб поддерживает определенный баланс белков и углеводов в организме. Он употребляет только ту пищу, которая сбалансирована по питательным веществам, требующимся ему именно сейчас.

Физарум может образовывать транспортные сети, сравнимые по эффективности с железной дорогой. В 2010 году японские ученые провели эксперимент - они разбросали по рельефной карте Токио и 36 близлежащих городах овсяные хлопья. Чтобы добраться до еды, гриб разросся в сеть, «сравнимую по эффективности, отказоустойчивости и экономии» с железнодорожной системой Японии. Похожие результаты были получены в Великобритании, Испании и Португалии.

Сородича Физарума, желтый гриб-слизевик Fuligo septica в некоторых деревнях Мексики собирают и жарят, как яичницу. В США слизевик Fuligo septica называют «собачья рвота». А в древней Скандинавии считали, что Fuligo septica - рвота мифических существ троллокошек (troll cat - кошачий тролль, существо, внешне напоминающее кролика, которое, согласно поверьям, воровало в скандинавских деревнях молоко прямо из-под коровы).

Плазмодий активно перемещается в направлении источников пищи, т. е. обладает положительным трофотаксисом. Он движется в направлении более влажных мест и навстречу току воды (положительные гидро- и реотаксисы).

Пользуясь этой особенностью плазмодия, его можно «выманить», например, из пня.Для этого нужно поместить от края пня в глубь его наклонно полоску стекла, а сверху нее положить фильтровальную бумагу, конец которой погрузить в сосуд с водой. Ток воды может вызвать вползание плазмодия по стеклу, тогда можно не только рассмотреть его под микроскопом, но и проследить, с какой скоростью он перемещается.

Фото 4.

Движущие силы токов плазмы в плазмодии еще сравнительно мало изучены. Однако существует предположение, что движение связано с изменением вязкости специального белка - миксомиозина - при заимодействии с АТФ. АТФ (аденозинтрифосфат) используется во всех реакциях обмена любой клетки живого организма, требующих затраты энергии. Наличие миксомиозина, так же как и АТФ, непосредственно доказано в плазмодии слизевика многоголового. Интересно, что, по-видимому, реакция этих двух веществ протекает так же, как реакция АТФ с актомиозином в мышцах животных и человека.
В прозрачном при краевом слое цитоплазмы, свободном от органелл, с помощью электронного микроскопа были обнаружены чрезвычайно тонкие нити, находящиеся в непосредственном контакте с оболочкой. Было высказано предположение, что сокращение этих нитей также связано с токамицитоплазмы и движением плазмодия.

Токи цитоплазмы в плазмодии можно непосредственно наблюдать под микроскопом. При этом в направлении движения у плазмодия возникают выросты, напоминающие псевдоподии простейших животных, и общий объем цитоплазмы всегда оказывается большим на переднем по движению конце плазмодия. Такая полярность плазмодия, по-видимому, тесно связана с концентрацией калия, т. е. большие концентрации возникают на переднем конце мигрирующего плазмодия. Измерена скорость движения плазмодия. Она довольно значительна, достигая 0,1-0,4 мм в минуту.

Фото 5.

Интересно, что при неблагоприятных условиях (большая сухость субстрата, низкие температуры,отсутствие пищи и т. п.) плазмодий может превращаться в утолщенную, твердеющую массу - склероций.Такие склероции могут очень длительно сохранять жизнеспособность и опять превращаться в плазмодий.Известен случай превращения в плазмодий склероция слизевика фулиго, пролежавшего в гербарии 20 лет!

Проследить в природной обстановке цикл развития какого-нибудь слизевика - увлекательное занятие не только для биолога, но для всякого человека, любящего природу. Оказывается, в какой-то момент жизни,определяемый окружающими условиями и главным образом соответствующим состоянием самого плазмодия, отрицательный фототаксис у него меняется на положительный и он сам выползает на поверхность, к свету. Вот тут и можно найти на пнях или просто на земле, на мху слизистые массы различных окрасок - плазмодии. Можно наблюдать за дальнейшим развитием плазмодия на месте илиочень бережно, стараясь не повредить, взять его с собой вместе с субстратом, на котором он был найден.Буквально на глазах начнутся чудесные превращения. Весь плазмодий преобразуется в спороношения,различные у разных видов слизевиков. Иногда этот процесс длится всего несколько часов, иногда занимает примерно двое суток.

Фото 6.

Вот еще интересные исследования. Широко используемый в электронике термин «чип» обозначает миниатюрное электронное устройство - интегральную схему, изготовленную из полупроводникового кристалла. Майский выпуск журнала New Scientist (17 мая 2007 г.) сообщил, что группе ученых из университета Саутгемптона (Великобритания) удалось сконструировать необычный чип, управляемый не проводами и транзисторами, а живым грибом, слизевиком многоголовым (Physarum polycephalum). Это многоядерный одноклеточный организм с ярко-желтым телом, длина которого может достигать 1,5 м. Чип подключается к компьютеру через обычный интерфейс USB.

Использованный в чипе слизевик широко распространен. Типичными местообитаниями этого вида являются разлагающиеся листья и древесина в прохладных, тенистых, сырых лесах умеренного пояса. Он хорошо известен специалистам, поскольку является одним из простейших эукариот крупных размеров и нередко используется в экспериментальных исследованиях подвижности клеток, в частности амебоидного движения.

Шестиногий робот Physarum polycephalum

Physarum polycephalum относится к настоящим слизевикам (Myxomycetes). Исторически их классифицируют как бесклеточные плесневые грибы, но генетически они наиболее близки клеточным слизевикам (Acrasiales), такими как диктиостелиум (Dictyostelium discoideum). Вместе они образуют супергруппу Amoebozoa, которая также включает амёб с широкими псевдоподиями и пелобионтов (жгутиковых амёб без митохондрий, например Pelomyxa prima). Некоторые авторы современных систем живых организмов относят этот слизистый гриб к животным, обозначая их как Mycetozoa.

Слизевик многоголовый питается спорами грибов, бактериями и другими микроорганизмами, которых поглощает всей поверхностью. Вегетативное тело физарума представляет собой многоядерный протопласт, не имеющий клеточной оболочки. Такое образование называют синтицием, а тело организма - плазмодием. Плазмодий слизевика перемещается подобно гигантской амёбе, как бы перетекающей по поверхности. Его перемещение определяют как возвратно-поступательное. Оно характеризуется ритмическим током протоплазмы назад-вперед с периодом около 2 мин. Плазмодий перемещается по направлено к источнику пищи и влаги (трофо- и гидротаксис) и избегает света.

Гидротаксис плазмодия используют для обнаружения слизевика в субстрате, например пне. Авторы второго тома «Жизни растений» (М.: Просвещение, 1976) рекомендуют поместить наклонно от края пня вглубь его полоску стекла, на которую кладут фильтровальную бумагу. Конец этой бумаги погружают в сосуд с водой. Ток воды может вызвать вползание плазмодия слизевика на стекло.

Создатели биочипа воспользовались положительной реакцией слизевика на пищу и отрицательной на свет. Тело слизевика многоголового поместили в специальную емкость, к которой были подведены несколько трубок. По ним слизевика снабжали питательными веществами, а сам гриб был окружен многочисленными электродами, фиксирующими реакцию организма. Вместе с ними живой организм образовал своеобразный сенсор - биочип.

Биочип обнаруживал присутствие органических соединений в жидкостях в течение всего лишь нескольких секунд. Таким образом, биочип со слизевиком может быть использован для практически мгновенного определения наличия в жидкости различных веществ, в том числе и ядовитых.

В настоящее время гриб может жить внутри чипа около недели, хотя исследователи надеются увеличить продолжительность его жизни.

Создатели биочипа вместе с коллегами из университета Кобэ (Япония) ранее сконструировали маленького шестиногого робота, для управления движением которого использовалась отрицательная реакции слизевика на свет, о чем сообщалось в журнале New Scientist в начале 2006 г. Шесть плазмодиев поместили в пластмассовую форму в виде шестиконечной звезды. Каждый из этих лучей с плазмодием через компьютер был соединен с ногой маленького робота, в которую был встроен миниатюрный двигатель. Если на один из плазмодиев попадал свет, он стремился переместиться в тень. Это перемещение через компьютер передавалась двигателю в ноге робота, которая начинала двигаться.

Фото 7.