Proč a jak používat houby?
Pro začátek stojí za to upřesnit, že houby jsou především královstvím živé přírody,
Všechno od hub po plísně na stropě jsou houby.
Společný výzkum za účasti univerzityZápadní Anglie (UWE Bristol), Mogu Srl, Italský technologický institut (IIT) a Universitat Oberta de Catalunya (UOC) prokázaly, že houby mají neuvěřitelné vlastnosti. Umožňují jim vnímat a zpracovávat vnější podněty, jako je světlo, protahování, teplota, přítomnost chemikálií a dokonce i elektrické signály.
Vědci jsou přesvědčeni, že to vydláždí cestu pro vznik nových houbových materiálů s mnoha zajímavými vlastnostmi, včetně odolnosti, trvanlivosti, udržovatelnosti a přizpůsobivosti.Zkoumáním potenciálu hub jako komponent nositelných zařízení studie potvrdila možnost využití těchto biomateriálů jako účinných senzorů s nekonečným počtem možných aplikací.Nositelná zařízení jsou druhem miniaturních počítačů: náramky, brýle, hodinky a dokonce i oděvy s bezdrátovým místním nebo vzdáleným připojením k jiným počítačům.Typicky jsou taková zařízení vybavena senzory, které monitorují různé formy fyzické aktivity nebo parametry prostředí, ve kterém se uživatel nachází.
Díky houbám jsou inteligentní nositelná zařízení ještě chytřejší
Lidé pravděpodobně nenajdou houby jako vhodný materiál.pro výrobu gadgetů, zejména chytrých zařízení, jako jsou krokoměry nebo mobilní telefony. Nositelná zařízení vyžadují složité obvody, které se připojují k senzorům a mají alespoň určitý výpočetní výkon. Toho je dosaženo sofistikovanými postupy a speciálními materiály. Zhruba řečeno, právě díky nim jsou „chytří“. Spolupráce Prof. Andrew Adatzki a Dr. Anna Nicolaidou z UWE, Anthony Gandia, CTO Mogu Srl, Prof.Alessandro Ciolerio z IIT a Ph.D. Mohammad Mahdi Dehshibi, výzkumný pracovník UOC, prokázala, že na seznam těchto materiálů lze přidat houby.
Čeho jsou houby schopné?
Ve skutečnosti nedávná studie „Reactive fungal wearable“ prezentovaná v časopise Biosystémy, schopnost hlívy ústřičné vnímat vnějšídráždivé látky, které mohou pocházet například z lidského těla. Aby se otestovala schopnost houby reagovat jako biomateriál, studie analyzuje a popisuje její roli jako biosenzoru schopného rozlišovat mezi chemickými, mechanickými a elektrickými podněty.
"Houby jsou největší a nejširší."nejrozšířenější a nejstarší skupina živých organismů na planetě, “vysvětluje Dr. Dehshibi a dodává:„ Rostou velmi rychle a váží se na substrát. “ Houby jsou podle vědce z UOC dokonce schopné zpracovávat informace tak, jak to dělají počítače.
Houbové programování
Vědec si je jistý, že houby dokonce být mohou„program“ — totiž jejich geometrie a teoreticko-grafická struktura sítí mycelia. Elektrickou aktivitu hub pak lze využít k realizaci výpočetních obvodů. Zní to nereálně? Podívejme se, co je to mycelium.
Mycelium je vegetativní tělohouba, která má schopnost měnit svou strukturu, přičemž tvoří speciální orgány, které zajišťují spolehlivé uchycení k substrátu, výživu a následné rozmnožování. Podhoubí ve skutečnosti není nic jiného než mycelium, které každý zná. Zde houba skutečně začíná růst, takže když vezmete například podhoubí hřibu nebo olejničky, můžete je velmi úspěšně pěstovat na jakémkoli místě vhodném k tomuto účelu. A změnou její struktury na samém počátku můžete změnit „chování houby“.
Mimochodem, houby reagují nejen na podněty asignály jsou odpovídajícím způsobem spouštěny. Jejich struktura umožňuje vědcům manipulovat s nimi při provádění výpočetních úkolů, jinými slovy při zpracování informací. Výsledkem je, že schopnost vytvářet skutečné počítačové komponenty z houbového materiálu již není sci-fi. Ve skutečnosti budou složky hub schopny zachytit a reagovat na vnější signály jako nikdy předtím.
Proč používat houby?
Na první pohled se to může zdátpoužívat houby je špatný nápad. Je třeba se o ně starat, rozkládají se, mají malou stabilitu, mohou vydávat zápach a podobně. Většina těchto problémů je však již vyřešena! Jak vědci poznamenávají, práce s živými organismy „je obecně spojena s určitými obtížemi“. S ohledem na to a po analýze všech možností si tým nakonec pro svou studii vybral basidiomycety, oddělení říše hub.
Druh houby na rozdíl od jiných - Basidiomycetes
Dnes věda zná 36 tříd hub,sjednoceny do čtyř divizí – nadřazené, nedokonalé, podřadné a houbovité. Basidiomycetes (lat. Basidiomycetes) nebo basidiomycetes jsou jednou z hlavních tříd vyšších hub. Liší se od ostatních ve stravě a biologii. Mají dobře vyvinuté hyfy se septy, jejich buňky obsahují dvě jádra a charakteristickým znakem bazidiomycet je tvorba basidií v hymenoforu. Jedná se o speciální sporulační orgány, skládající se z naběhlé terminální buňky se dvěma nebo čtyřmi sporami. Na nich se exogenně, tedy pod vlivem vnější příčiny, rodí nepohyblivé bazidiospory (spory pohlavního rozmnožování).
Mycelium
Tyto houby jsou méně spojovány s chorobami a jinýmiproblémy způsobené jejich příbuznými při pěstování v interiéru. Výrobky na bázi mycelia se navíc již ve stavebnictví komerčně používají. Tyto houby lze tvarovat různými způsoby. Tato konstrukce je podobná konstrukci z cementu, ale vytvoření geometrického prostoru bude trvat jen pět dní až dva týdny. Houby navíc nepoškozují životní prostředí natolik, jako produkce cementu. Ve skutečnosti, vzhledem k tomu, že se živí růstovým odpadem, lze je považovat za šetrné k životnímu prostředí.
Detailní obraz houby Amanita muscaria, běžně známé jako muchomůrka, je houba basidiomycete.
"Houbová architektura"
Samotná „houbová architektura“ neníNový. Stávající strategie v této oblasti zahrnují pěstování organismu do požadovaného tvaru pomocí malých modulů, jako jsou cihly, bloky nebo plechy. Poté se usuší, aby zabily tělo, přičemž stabilní sloučenina zůstane bez zápachu.
Podle odborníka je to však v tomto směru možnéUdělejte to o krok dále zachováním mycelia a jeho integrací do nanočástic a polymerů za účelem vývoje elektronických součástek. Počítačový substrát se pěstuje v textilní formě, aby získal další strukturu. Během uplynulého desetiletí profesor Adamatzki vytvořil několik prototypů senzorických a výpočetních zařízení využívajících slizovou formu polycefalu Physarum, včetně různých procesorů výpočetní geometrie a hybridních elektronických zařízení.
Génius plísně Physarum Polycephalum
Na první pohled není Physarum polycephalumje obzvláště zajímavý. Tato jasně žlutá forma, která roste hlavně na produktech rozkladu v lesích, zjevně nenaznačuje. Ještě méně působivá je strukturní struktura organismu: je jednobuněčný, má pouze zbytkové množství DNA, bílkovin a enzymů, navíc roste nepatrnou rychlostí - pouze 1 milimetr za hodinu.
Navzdory všem uvedeným nevýhodám všaktato plazmodiální forma na slimáky je pozoruhodně rozumná. Překonáním umělých labyrintů, obnovením složitých trajektorií vytvořených člověkem, přičemž se vyhnul tendenci k opakování, se tento organismus na počátku dvacátých let soustředil na pozornost mnoha vědců z celého světa.
Plodnice sliznice nebo myxomycete Physarum polycephalum vypadají jako vícehlavé houby
Řešení problému nejkratším způsobem
V roce 2001 byl vytvořen tým vědců z Hokkaido University (Japonsko), aby studovali schopnost tohoto organismu dělat cesty bludišti.
Vzorek formy byl rozdělen na několikfragmenty a poté rovnoměrně umístěny do bludiště. Během několika hodin se forma rozrostla, spojila všechny rozptýlené úlomky a zaplnila téměř každou možnou cestu. A když vědci umístili malé kousky ovesných vloček ke vstupu a výstupu z bludiště, stalo se něco úžasného.
Hlen pomalu, ale jistě vylezl ze všechslepá ulička bludiště a soustředila se na nejúčinnější trajektorii vedoucí k jídlu. „Oddělte tlusté žilní formy“, jak napsali vědci, „spojující dva body s trajektorií co nejblíže nejkratší cestě.“
V důsledku experimentu se vědci rozhodli, že tento organismus má určitý druh rudimentární podoby mysli.
Schopnost učit se a měnit chování
Physarum polycephalum studoval na univerzitěHokkaido a o sedm let později. Poté provedli další studii zaměřenou na studium schopnosti organismu slimáků předvídat a pamatovat si události, a to navzdory nepřítomnosti mozku.
V rámci experimentu byl umístěn vzorek formyna listu plastu, po kterém byl ponechán růst ve speciálně vytvořených ideálních podmínkách (vysoká teplota, vlhkost). Poté byl vzorek v pravidelných intervalech najednou vystaven studenému a suchému vzduchu, přičemž forma velmi zpomalila rychlost růstu.
Žlutá slizká plíseň, Physarum polycephalum, roste přes padlý kmen.
Pak se stalo něco neočekávaného:po několika intervalech začala slimáková forma „předpovídat“ okamžik, kdy bude vystavena chladnému vzduchu, a předem zpomalila svůj růst, aby šetřila energii.
Výsledkem bylo, že vědci zjistili, že studovaný organismus má schopnost učit se, a to navzdory úplné absenci jakéhokoli zdání mozku.
Síťové schopnosti
V roce 2010 začali japonští vědci znovu studovat Physarum polycephalum - tentokrát chtěli zjistit, zda je tento organismus schopen vytvářet účinné sítě.
Znovu vytvořili miniaturní verzi obvoduTokijské železnice pomocí ovesných vloček označily umístění měst a vzorek organismu slimáka na kousku ovsa představujícího Tokio. Stojí za zmínku, že výstavba skutečné železniční sítě byla způsobena zvláštnostmi přírodního reliéfu (hory, řeky atd.). Tyto překážky byly pečlivě znovu vytvořeny pomocí samostatných světelných zdrojů různé intenzity. Faktem je, že plasmodie se vyhýbají jasnému osvětlení.
Velká žlutá skvrna představuje Tokio a tobod, kde byl původně umístěn vzorek Physarum; odtud se slizká plíseň rozšířila na malé bílé tečky (představující hlavní blízká města) a ztenčila se jen na hlavní spojení mezi nimi. Tělu tento proces trval jen 26 hodin.
Po mnoha testech vědcidospěl k závěru, že forma „vykazovala charakteristiky podobné vlastnostem železniční sítě, pokud jde o náklady, efektivitu dopravy a odolnost“, a toho dosáhla vytvořením „procesu selektivního zesílení preferovaných tras při odstraňování nadbytečných spojů“.
Na základě těchto zjištění tým vyvinul biologicky inspirovaný matematický model pro návrh adaptivní sítě.
"Co lidem trvalo více než 100 let, je obtížné."systém, který vyvinuli inženýři a urbanisté, byl znovu vytvořen plísní za pouhý den, “uvedla biologka Heather Barnettová na konferenci TED o těchto organismech. „Myxomycetes - analog biologického počítače.“
Práce vpřed a výzvy
Navzdory tomu, že tato slizká formamnoho výhod, skutečnost, že se neustále mění, neumožňuje z něj vytvořit zařízení s dlouhou životností; v důsledku toho jsou výpočetní schopnosti hlenové formy omezeny na experimentální laboratorní zařízení.
Podle Dehshibiho však bazidiomycetydíky svému vývoji a chování jsou přístupnější, méně náchylní k infekcím, větší velikosti a pohodlnější manipulace než plísně sliznice. Kromě toho lze Pleurotus ostreatus snadno experimentovat s venkovním prostředím, což otevírá dveře novým aplikacím. Díky tomu jsou houby ideálním cílem pro budoucí žijící výpočetní zařízení.
Problémy s používáním hub
Výzkumník UOC uvedl:"Podle mého názoru stále musíme vyřešit dva hlavní problémy." Prvním je skutečně implementovat výpočet [fungálního systému] pro konkrétní účel; jinými slovy, výpočet, který dává smysl. Druhým je charakterizace vlastností houbových substrátů pomocí logických mapování k odhalení skutečného výpočetního potenciálu sítí mycelium. “ Jinými slovy, i když víme, že houby mají potenciál, vědci stále musí přijít na to, jak daleko to jde a jak je lze použít pro praktické účely.
Čekání však nemusí být dlouhé.Původní prototyp vyvinutý týmem vědců, který je součástí studie, zjednoduší budoucí design a konstrukci budov s jedinečnými schopnostmi díky houbovým biomateriálům. Tento inovativní přístup podporuje použití živého organismu jako stavebního materiálu, který je také přizpůsoben pro výpočet. Když bude v prosinci 2022 dokončen projekt výzkumu hub jako materiálů pro nositelná zařízení, postaví projekt FUNGAR velkou houbovou budovu v Dánsku a Itálii a menší verzi v areálu UWE Bristol Frenchai.
Prototyp FUNGAR.
Pouze k dnešnímu dnimalé moduly - cihly a plechy. NASA se však také o tuto myšlenku zajímá a hledá způsoby, jak vybudovat základny na Měsíci a Marsu, aby mohly zasílat neaktivní spory na jiné planety.
Jaký je konečný výsledek?
"Život uvnitř houby se ti může zdát."divné, ale proč je tak divné si myslet, že můžeme žít uvnitř něčeho živého? To by znamenalo velmi zajímavý ekologický posun, který by nám umožnil skoncovat s betonem, sklem a dřevem. Představte si, že školy, kanceláře a nemocnice neustále rostou a přestavují se. To je vrchol udržitelného života. “
Podle autorů článku, účel houbovépočítače nenahrazují křemíkové čipy. Plísňové reakce jsou na to příliš pomalé. Spíše si myslí, že lidé mohou využívat mycelium rostoucí v ekosystému jako „velkoplošný senzor prostředí“. Podle nich fungální sítě sledují velké množství datových toků jako součást své každodenní existence. Pokud bychom se mohli připojit k sítím mycelia a interpretovat signály, které používají ke zpracování informací, mohli bychom se dozvědět více o tom, co se děje v ekosystému.
Přečtěte si více
Potrat a věda: co se stane s dětmi, které porodí
Vědci vyvíjejí nový typ optického kvantového počítače
Pojmenována jako rostlina, která se nebojí změny klimatu. Živí miliardu lidí
Oblast (superkrálovství) živých organismů, jejichž buňky obsahují jádro. Všechny organismy, s výjimkou prokaryot (bakterie a archea), jsou jaderné.
inovativní designová společnost
Hlíva ústřičná, hlíva ústřičná nebo hlíva ústřičná (lat. Pleurotus ostreatus)
houbové nitě
vrstva nesoucí spory