Защо и как да използваме гъби?
Като начало си струва да споменем, че гъбите, на първо място, са царството на живата природа,
Всичко от шампиньоните до мухъла по тавана са гъби.
Съвместни изследвания с участието на университетаЗападна Англия (UWE Bristol), Mogu Srl, Италианският технологичен институт (IIT) и Universitat Oberta de Catalunya (UOC) демонстрираха, че гъбите имат невероятни свойства. Те им позволяват да възприемат и обработват външни дразнители като светлина, разтягане, температура, наличие на химикали и дори електрически сигнали.
Учените са уверени, че това ще проправи пътя за появатанови гъбични материали с много интересни характеристики, включително стабилност, издръжливост, възможност за ремонт и адаптивност. Чрез изследване на потенциала на гъбите като компоненти на носими устройства, проучването потвърди потенциала на тези биоматериали да бъдат използвани като ефективни сензори с безкраен брой възможни приложения. Нека ви напомним, че носимите устройства са вид миниатюрни компютри: гривни, очила, часовници и дори дрехи - с безжична локална или отдалечена връзка с други компютри. Обикновено такива устройства са оборудвани със сензори, които следят различни форми на физическа активност или параметри на околната среда, в която се намира потребителят.
Гъбите правят интелигентните носими устройства още по-умни
Хората едва ли ще намерят гъбички като подходящ материал.за производство на приспособления, особено интелигентни устройства като крачкомери или мобилни телефони. Носимите устройства изискват сложни вериги, които се свързват със сензори и имат поне известна обработваща мощност. Това се постига чрез сложни процедури и специални материали. Грубо казано, те са това, което ги прави "умни". Сътрудничеството на проф. Андрю Adatzki и д-р Anna Nicolaidou от UWE, Anthony Gandia, технически директор на Mogu Srl, проф. Алесандро Ciolerio от IIT и доктор Mohammad Mahdi Dehshibi, изследовател в UOC, демонстрира, че гъбите могат да бъдат добавени към списъка на тези материали.
На какво са способни гъбите?
Всъщност едно скорошно проучване „Реактивни гъбички за носене“, представено в списанието Биосистеми, способността на стридите да усещат външнидразнители, които могат да идват например от човешкото тяло. За да се тества способността на гъбичките да реагират като биоматериал, изследването анализира и описва ролята му на биосензор, способен да прави разлика между химични, механични и електрически стимули.
„Гъбите са най-големите, най-широко разпространенитенай-широко разпространената и най-старата група живи организми на планетата “, обяснява д-р Дехшиби и добавя:„ Те растат много бързо и се свързват със субстрата. “ Гъбите дори са способни да обработват информация по начина, по който го правят компютрите, според изследовател от UOC.
Програмиране на гъби
Ученият е сигурен, че гъбите дори могат да бъдат„програма“ — а именно тяхната геометрия и теоретико-графична структура на мицелни мрежи. След това електрическата активност на гъбите може да се използва за реализиране на изчислителни вериги. Звучи нереалистично? Нека да разгледаме какво представлява мицелът.
Мицелът е вегетативното тялогъба, която има способността да променя структурата си, като същевременно образува специални органи, които осигуряват надеждно прикрепване към субстрата, хранене и последващо възпроизвеждане. Всъщност мицелът не е нищо повече от познатия на всички мицел. Това е мястото, където гъбата всъщност започва да расте, така че като вземете например мицела на манатарка или маслена кутия, можете много успешно да ги отглеждате на всяко подходящо за целта място. И като промените нейната структура в самия произход, можете да промените „поведението на гъбата“.
Между другото, гъбите не само реагират на стимули исигналите се задействат съответно. Тяхната структура позволява на учените да ги манипулират, за да изпълняват изчислителни задачи, с други думи, да обработват информация. В резултат на това способността да се създават истински компютърни компоненти от гъбичен материал вече не е научна фантастика. Всъщност компонентите на гъбичките ще могат да улавят и реагират на външни сигнали, както никога досега.
Защо да използвам гъби?
На пръв поглед може да изглежда такаизползването на гъби е лоша идея. Те трябва да се грижат, те се разлагат, имат малка стабилност, могат да излъчват миризми и т.н. Повечето от тези проблеми обаче вече са решени! Както отбелязват учените, работата с живи организми „като цяло е свързана с определени трудности“. Имайки предвид това и след като анализира всички опции, екипът в крайна сметка избра базидиомицетите, подразделение на гъбичното царство, за своето изследване.
Вид гъба, различна от другите - Базидиомицети
Днес науката познава 36 класа гъби,обединени в четири дяла - горен, несъвършен, низш и гъбоподобен. Базидиомицетите (лат. Basidiomycetes) или базидиомицетите са един от основните класове висши гъби. Те се различават от другите по своята диета и биология. Имат добре развити хифи със септи, клетките им съдържат две ядра, а характерна особеност на базидиомицетите е образуването на базидии в хименофора. Това са специални спорулационни органи, състоящи се от подута крайна клетка с две или четири спори. Върху тях екзогенно, т.е. под въздействието на външна причина, се раждат неподвижни базидиоспори (спори на полово размножаване).
Мицел
Тези гъби са по-малко свързани с болести и другипроблеми, причинени от техните роднини при отглеждане на закрито. Освен това продуктите на основата на мицел вече се използват търговски в строителството. Тези гъби могат да се оформят по различни начини. Тази конструкция е подобна на конструкцията на цимент, но ще отнеме само пет дни до две седмици, за да се създаде геометричното пространство. Освен това гъбите не вредят толкова на околната среда, колкото производството на цимент. Всъщност, като се има предвид, че се хранят с отпадъци, за да растат, те могат да се считат за екологични.
Изображение отблизо на гъбата Amanita muscaria, известна като мухоморка, е базидиомицетна гъба.
"Гъбна архитектура"
"Гъбна архитектура" сама по себе си не еново. Съществуващите стратегии в тази област включват отглеждане на организъм до желаната форма с помощта на малки модули като тухли, блокове или листове. След това се изсушават, за да убият тялото, оставяйки стабилното съединение без мирис.
Но според експерта в тази посока е възможнонаправете още една крачка напред, като запазите мицела и го интегрирате в наночастици и полимери, за да развиете електронни компоненти. Компютърният субстрат се отглежда в текстилна форма, за да му придаде допълнителна структура. През последното десетилетие професор Адамацки създаде няколко прототипа на сензорни и изчислителни устройства, използващи слузестата форма на полицефалия Physarum, включително различни процесори за изчислителна геометрия и хибридни електронни устройства.
Геният на плесента Physarum Polycephalum
На пръв поглед Physarum polycephalum не е такапредставлява особен интерес. Отглеждайки се главно върху продукти от разлагането в горите, тази ярко жълта плесен очевидно не предполага. Още по-малко впечатляваща е структурната структура на организма: той е едноклетъчен, има само остатъчно количество ДНК, протеини и ензими, освен това расте с незначителна скорост - само 1 милиметър на час.
Въпреки всички изброени недостатъци,този плазмодиален калъп за охлюви е забележителен. Преодолявайки изкуствените лабиринти, пресъздавайки сложни, създадени от човека траектории, като същевременно избягва тенденцията към повторение, този организъм фокусира върху себе си вниманието на много учени по света в началото на 2000-те.
Плодоносните тела от лигавица на мухъл или миксомицет Physarum polycephalum изглеждат като многоглави гъби
Решаване на проблема по най-краткия начин
През 2001 г. беше сформиран екип от изследователи от университета Хокайдо (Япония), за да се изследва способността на този организъм да прави пътеки през лабиринти.
Пробата на формата е разделена на няколкофрагменти и след това равномерно поставени в полето на лабиринта. В рамките на няколко часа мухълът беше пораснал, свързвайки заедно всички разпръснати фрагменти и запълвайки почти всички възможни пътеки. И когато изследователите поставиха малки парченца овесени ядки на входа и изхода на лабиринта, се случи нещо невероятно.
Бавно, но сигурно слузът пълзеше от всичкизадънена улица на лабиринта и се концентрира върху най-ефективната траектория, водеща до храна. „Отделни дебели веноподобни форми“, както писаха изследователите, „свързващи две точки с траектория, възможно най-близо до най-краткия път“.
В резултат на експеримента учените решили, че този организъм притежава някакъв вид елементарно подобие на ума.
Способност за учене и промяна на поведението
Physarum polycephalum учи в университетаХокайдо и седем години по-късно. След това те проведоха друго проучване, насочено към изучаване на способността на организма на охлювите да предсказва и помни събития, въпреки липсата на мозък.
Като част от експеримента беше поставена пробна формавърху лист пластмаса, след което се оставя да расте в специално създадени идеални условия (висока температура, влажност). След това на редовни интервали пробата внезапно беше изложена на студен и сух въздух, по време на който плесента значително забави скоростта на растеж.
Жълт лигав мухъл, Physarum polycephalum, расте над паднал дънер.
Тогава се случи нещо неочаквано:след няколко интервала мухълът започна да "предсказва" момента, в който ще бъде изложен на студения въздух, и забави растежа си предварително, за да спести енергия.
В резултат на това изследователите установяват, че изследваният организъм има способността да се учи, въпреки пълното отсъствие на каквото и да е подобие на мозъка.
Способност за работа в мрежа
През 2010 г. японски учени отново започнаха да изучават Physarum polycephalum - този път искаха да разберат дали този организъм е способен да формира ефективни мрежи.
Те пресъздадоха миниатюрна версия на веригатаТокийските железници използват овесени ядки, за да маркират местоположенията на градовете и проба от организъм на охлюви върху парче овес, представляваща Токио Струва си да се отбележи, че изграждането на истинска железопътна мрежа се дължи на особеностите на естествения релеф (планини, реки и др.). Тези препятствия бяха пресъздадени щателно с помощта на отделни източници на светлина с различна интензивност. Факт е, че плазмодиите избягват ярко осветление.
Голямото жълто петно представлява Токио и товаточката, където първоначално е бил поставен образецът на Physarum; оттук лигавата плесен се разпространи на малки бели точки (представляващи основните близки градове) и се изтъни допълнително само до основните връзки между тях. Този процес отне на тялото само 26 часа.
След многобройни тестове изследователитезаключи, че матрицата „показва характеристики, подобни на характеристиките на железопътната мрежа по отношение на разходите, транспортната ефективност и устойчивост“, и постигна това, като създаде „процес за селективно подобряване на предпочитаните маршрути, като същевременно премахва излишните връзки“.
Използвайки констатациите, екипът разработи биологично вдъхновен математически модел за адаптивен мрежов дизайн.
„Това, което отне на хората повече от 100 години, е трудносистемата, разработена от инженери и градостроители, е пресъздадена от плесен за малко повече от един ден “, каза биологът Хедър Барнет по време на TED конференция за тези организми. "Миксомицети - аналог на биологичен компютър."
Работете напред и предизвикателства
Въпреки факта, че този лигав мухълмного предимства, фактът, че той непрекъснато се променя, не позволява да се създават дълголетни устройства от него; в резултат на това изчислителните възможности на мукозната плесен са ограничени до експериментални лабораторни съоръжения.
Въпреки това, според Dehshibi, базидиомицетипоради своето развитие и поведение, те са по-достъпни, по-малко податливи на инфекции, по-големи по размер и по-удобни за боравене от лигавицата. Освен това с Pleurotus ostreatus може лесно да се експериментира на открито, отваряйки вратата за нови приложения. Това прави гъбите идеална цел за бъдещи живи компютърни устройства.
Проблеми с използването на гъби
Изследовател на UOC заяви:„Според мен имаме да решим още два основни проблема. Първият е да се приложи изчислението [на гъбичната система] за конкретна цел; с други думи, изчисление, което има смисъл. Второто е да се характеризират свойствата на субстратите от гъби, като се използват логически карти, за да се разкрие истинският изчислителен потенциал на мицеловите мрежи. " С други думи, макар да знаем, че гъбите имат потенциал, учените все още трябва да разберат докъде стигат и как могат да се използват за практически цели.
Чакането обаче може да не е дълго.Първоначалният прототип, разработен от екип от учени, който е част от изследването, ще опрости бъдещото проектиране и изграждане на сгради с уникални възможности благодарение на гъбичните биоматериали. Този иновативен подход насърчава използването на жив организъм като строителен материал, който също е пригоден за изчисления. Когато проектът за изследване на гъби като материали за носими устройства приключи през декември 2022 г., проектът FUNGAR ще построи голяма гъбарска сграда в Дания и Италия, както и по-малка версия в кампуса на UWE Bristol Frenchai.
Прототип FUNGAR.
Към днешна дата самомалки модули - тухли и листове. НАСА обаче също се интересува от идеята и търси начини да изгради бази на Луната и Марс, за да изпрати неактивни спорове на други планети.
Какъв е долният ред?
„Животът в гъбата може да ви се стористранно, но защо е толкова странно да мислим, че можем да живеем вътре в нещо живо? Това би означавало много интересна екологична промяна, която ще ни позволи да премахнем бетона, стъклото и дървото. Представете си училища, офиси и болници, които непрекъснато се разрастват и възстановяват. Това е върхът на устойчивия живот. "
Според авторите на статията целта на гъбичкитекомпютрите не са заместители на силиконовите чипове. Гъбичните реакции са твърде бавни за това. Те по-скоро смятат, че хората могат да използват мицела, който расте в екосистема, като „мащабен сензор за околната среда“. Според тях гъбичните мрежи проследяват голям брой потоци от данни като част от ежедневието си. Ако бихме могли да се свържем с мицеловите мрежи и да интерпретираме сигналите, които те използват за обработка на информация, бихме могли да научим повече за случващото се в екосистемата.
Прочетете още
Аборт и наука: какво ще се случи с децата, които ще раждат
Учените разработват нов тип оптичен квантов компютър
Име на растение, което не се страхува от изменението на климата. Храни милиард души
Домен (супер-царство) на живи организми, чиито клетки съдържат ядро. Всички организми, с изключение на прокариотите (бактерии и археи), са ядрени.
иновативна дизайнерска компания
Стрида гъба, стрида гъба или стрида гъба (лат. Pleurotus ostreatus)
гъбени конци
спороносен слой