Warum und wie man Pilze benutzt?
Zunächst ist es erwähnenswert, dass Pilze in erster Linie das Reich der lebendigen Natur sind.
Alles, von Champignons bis hin zu Schimmel an der Decke, sind Pilze.
Gemeinsame Forschung unter Beteiligung der UniversitätWest-England (UWE Bristol), Mogu Srl, das Italienische Institut für Technologie (IIT) und die Universitat Oberta de Catalunya (UOC) haben alle gezeigt, dass Pilze unglaubliche Eigenschaften haben. Sie ermöglichen es ihnen, externe Reize wie Licht, Dehnung, Temperatur, Vorhandensein von Chemikalien und sogar elektrische Signale wahrzunehmen und zu verarbeiten.
Wissenschaftler sind zuversichtlich, dass dies den Weg für die Entstehung ebnen wirdneue Pilzmaterialien mit vielen interessanten Eigenschaften, darunter Stabilität, Haltbarkeit, Reparierbarkeit und Anpassungsfähigkeit. Durch die Untersuchung des Potenzials von Pilzen als Bestandteile tragbarer Geräte bestätigte die Studie das Potenzial dieser Biomaterialien für den Einsatz als wirksame Sensoren mit einer endlosen Anzahl möglicher Anwendungen. Wir möchten Sie daran erinnern, dass tragbare Geräte eine Art Miniaturcomputer sind: Armbänder, Brillen, Uhren und sogar Kleidungsstücke – mit drahtloser lokaler oder Remote-Verbindung zu anderen Computern. Typischerweise sind solche Geräte mit Sensoren ausgestattet, die verschiedene Formen körperlicher Aktivität oder Umgebungsparameter, in denen sich der Benutzer befindet, überwachen.
Pilze machen intelligente Wearables noch intelligenter
Es ist unwahrscheinlich, dass Menschen Pilze als geeignetes Material finden.für die Herstellung von Geräten, insbesondere intelligenten Geräten wie Schrittzählern oder Mobiltelefonen. Tragbare Geräte erfordern komplexe Schaltkreise, die mit Sensoren verbunden sind und zumindest eine gewisse Verarbeitungsleistung aufweisen. Dies wird durch ausgefeilte Verfahren und spezielle Materialien erreicht. Grob gesagt machen sie sie "schlau". Die Zusammenarbeit von Prof. Andrew Adatzki und Dr.Anna Nicolaidou von UWE, Anthony Gandia, CTO von Mogu Srl, Prof. Alessandro Ciolerio von IIT und Ph.D. Mohammad Mahdi Dehshibi, Forscher an der UOC, hat gezeigt, dass Pilze in die Liste dieser Materialien aufgenommen werden können.
Was können Pilze?
Tatsächlich wurde eine aktuelle Studie mit dem Titel „Reactive fungal wearable“ in der Zeitschrift vorgestellt.Biosysteme, die Fähigkeit von Austernpilzen, äußerlich zu spürenReizstoffe, die beispielsweise aus dem menschlichen Körper stammen können. Um die Fähigkeit des Pilzes zu testen, als Biomaterial zu reagieren, analysiert und beschreibt die Studie seine Rolle als Biosensor, der in der Lage ist, zwischen chemischen, mechanischen und elektrischen Reizen zu unterscheiden.
„Pilze sind die größten und am weitesten verbreitetenDie am weitesten verbreitete und älteste Gruppe lebender Organismen auf dem Planeten ", erklärt Dr. Dehshibi und fügt hinzu:" Sie wachsen sehr schnell und binden an das Substrat. " Laut einem Forscher an der UOC können Pilze sogar Informationen wie Computer verarbeiten.
Pilzprogrammierung
Der Wissenschaftler ist sich sicher, dass es sogar Pilze geben kann„Programm“ – nämlich ihre Geometrie und theoretisch-grafische Struktur von Myzelnetzwerken. Die elektrische Aktivität der Pilze kann dann zur Implementierung von Rechenschaltungen genutzt werden. Klingt unrealistisch? Schauen wir uns an, was Myzel ist.
Das Myzel ist der vegetative KörperPilz, der die Fähigkeit besitzt, seine Struktur zu verändern und gleichzeitig spezielle Organe zu bilden, die eine zuverlässige Bindung an das Substrat, Ernährung und anschließende Fortpflanzung gewährleisten. Tatsächlich ist Myzel nichts anderes als das jedem bekannte Myzel. Hier beginnt der Pilz tatsächlich zu wachsen. Wenn Sie also beispielsweise das Myzel eines Steinpilzes oder eine Öldose nehmen, können Sie ihn an jedem dafür geeigneten Ort sehr erfolgreich züchten. Und indem Sie seine Struktur an den Ursprüngen ändern, können Sie das „Verhalten des Pilzes“ ändern.
Pilze reagieren übrigens nicht nur auf Reize undSignale werden entsprechend ausgelöst. Ihre Struktur ermöglicht es Wissenschaftlern, sie zu manipulieren, um Rechenaufgaben auszuführen, dh Informationen zu verarbeiten. Infolgedessen ist die Fähigkeit, echte Computerkomponenten aus Pilzmaterial herzustellen, keine Science-Fiction mehr. Tatsächlich können die Bestandteile von Pilzen wie nie zuvor externe Signale aufnehmen und darauf reagieren.
Warum Pilze verwenden?
Auf den ersten Blick mag es so scheinenDie Verwendung von Pilzen ist eine schlechte Idee. Sie müssen gepflegt werden, sie zersetzen sich, sind wenig stabil, können Gerüche abgeben und so weiter. Die meisten dieser Probleme sind jedoch bereits gelöst! Wie Wissenschaftler anmerken, ist die Arbeit mit lebenden Organismen „im Allgemeinen mit gewissen Schwierigkeiten verbunden“. Vor diesem Hintergrund und nach der Analyse aller Optionen entschied sich das Team schließlich für Basidiomyceten, eine Abteilung des Pilzreichs, für seine Studie.
Eine Pilzart im Gegensatz zu anderen Basidiomyceten
Heute kennt die Wissenschaft 36 Pilzklassen,vereint in vier Abteilungen – überlegen, unvollkommen, minderwertig und pilzartig. Basidiomyceten (lat. Basidiomyceten) oder Basidiomyceten sind eine der Hauptklassen höherer Pilze. Sie unterscheiden sich von anderen in ihrer Ernährung und Biologie. Sie haben gut entwickelte Hyphen mit Septen, ihre Zellen enthalten zwei Kerne und ein charakteristisches Merkmal von Basidiomyceten ist die Bildung von Basidien im Hymenophor. Dabei handelt es sich um spezielle Sporenbildungsorgane, bestehend aus einer aufgequollenen Endzelle mit zwei oder vier Sporen. Auf ihnen werden exogen, also unter dem Einfluss einer äußeren Ursache, unbewegliche Basidiosporen (Sporen der sexuellen Fortpflanzung) geboren.
Myzel
Diese Pilze sind weniger mit Krankheiten und anderen assoziiertProbleme, die von ihren Verwandten verursacht werden, wenn sie in Innenräumen wachsen. Darüber hinaus werden Produkte auf Myzelbasis bereits kommerziell im Bauwesen eingesetzt. Diese Pilze können auf verschiedene Arten geformt werden. Diese Konstruktion ähnelt einer Zementkonstruktion, es dauert jedoch nur fünf Tage bis zwei Wochen, um den geometrischen Raum zu schaffen. Außerdem schädigen Pilze die Umwelt weniger als die Herstellung von Zement. In der Tat können sie als umweltfreundlich angesehen werden, da sie sich zum Wachsen von Abfällen ernähren.
Eine Nahaufnahme des Pilzes Amanita muscaria, allgemein bekannt als Fliegenpilz, ist ein Basidiomycetenpilz.
"Pilzarchitektur"
"Pilzarchitektur" selbst ist keineNeu. Bestehende Strategien in diesem Bereich umfassen das Wachstum eines Organismus in die gewünschte Form unter Verwendung kleiner Module wie Ziegel, Blöcke oder Platten. Sie werden dann getrocknet, um den Körper abzutöten, wobei die stabile Verbindung geruchlos bleibt.
Nach Ansicht des Experten ist dies jedoch möglichGehen Sie noch einen Schritt weiter, indem Sie das Myzel konservieren und in Nanopartikel und Polymere integrieren, um elektronische Komponenten zu entwickeln. Das Computersubstrat wird in textiler Form gezüchtet, um ihm zusätzliche Struktur zu verleihen. In den letzten zehn Jahren hat Professor Adamatzki mehrere Prototypen von Sensor- und Computergeräten unter Verwendung der Schleimform des Physarum polycephalum erstellt, darunter verschiedene Prozessoren für Computergeometrie und elektronische Hybridgeräte.
Das Genie des Schimmelpilzes Physarum Polycephalum
Auf den ersten Blick ist Physarum polycephalum nichtist von besonderem Interesse. Dieser leuchtend gelbe Schimmelpilz wächst hauptsächlich auf Zersetzungsprodukten in Wäldern und ist eindeutig kein Hinweis. Noch weniger beeindruckend ist die Strukturstruktur des Organismus: Er ist einzellig, enthält nur eine Restmenge an DNA, Proteinen und Enzymen und wächst mit einer unbedeutenden Geschwindigkeit - nur 1 Millimeter pro Stunde.
Trotz aller aufgeführten NachteileDiese plasmodiale Schneckenform ist bemerkenswert nützlich. Dieser Organismus überwand künstliche Labyrinthe, stellte komplexe, von Menschen konstruierte Flugbahnen wieder her und vermied gleichzeitig die Tendenz zur Wiederholung. Anfang der 2000er Jahre konzentrierte sich dieser Organismus auf sich selbst und konzentrierte sich auf die Aufmerksamkeit vieler Wissenschaftler auf der ganzen Welt.
Fruchtkörper aus Schleimschimmel oder Myxomyceten Physarum polycephalum sehen aus wie mehrköpfige Pilze
Das Problem auf kürzestem Weg lösen
Im Jahr 2001 wurde ein Forscherteam der Hokkaido-Universität (Japan) gebildet, um die Fähigkeit dieses Organismus zu untersuchen, Wege durch Labyrinthe zu finden.
Die Formprobe wurde in mehrere Teile geteiltFragmente und dann gleichmäßig in das Labyrinthfeld gelegt. Innerhalb weniger Stunden war der Schimmel gewachsen, band alle verstreuten Fragmente zusammen und füllte fast jeden möglichen Weg. Und als die Forscher kleine Haferflockenstücke am Eingang und Ausgang des Labyrinths platzierten, passierte etwas Erstaunliches.
Langsam aber sicher kroch der Schleim aus allen herausSackgasse des Labyrinths und konzentrierte sich auf die effizienteste Flugbahn, die zum Essen führte. "Trennen Sie dicke venenartige Formen", wie die Forscher schrieben, "und verbinden Sie zwei Punkte mit einer Flugbahn, die dem kürzesten Weg so nahe wie möglich kommt."
Als Ergebnis des Experiments entschieden die Wissenschaftler, dass dieser Organismus einen gewissen rudimentären Anschein von Intelligenz besitzt.
Fähigkeit zu lernen und Verhalten zu ändern
Physarum polycephalum studierte an der UniversitätHokkaido und sieben Jahre später. Dann führten sie eine weitere Studie durch, um die Fähigkeit des Schneckenorganismus zu untersuchen, Ereignisse trotz des Fehlens eines Gehirns vorherzusagen und sich daran zu erinnern.
Im Rahmen des Experiments wurde eine Formprobe platziertauf einer Plastikfolie, wonach es unter speziell geschaffenen idealen Bedingungen (hohe Temperatur, Luftfeuchtigkeit) wachsen durfte. Dann wurde die Probe in regelmäßigen Abständen plötzlich kalter und trockener Luft ausgesetzt, wobei die Form die Wachstumsrate stark verlangsamte.
Ein gelber schleimiger Schimmelpilz, Physarum polycephalum, wächst über einem umgestürzten Baumstamm.
Dann passierte etwas Unerwartetes:Nach mehreren Intervallen begann die Schneckenform, den Moment "vorherzusagen", in dem sie der kalten Luft ausgesetzt werden sollte, und verlangsamte im Voraus ihr Wachstum, um Energie zu sparen.
Infolgedessen stellten die Forscher fest, dass der untersuchte Organismus trotz des völligen Fehlens eines Anscheines eines Gehirns lernfähig ist.
Netzwerkfähigkeit
Im Jahr 2010 begannen japanische Wissenschaftler erneut, Physarum polycephalum zu untersuchen - diesmal wollten sie herausfinden, ob dieser Organismus in der Lage ist, effektive Netzwerke zu bilden.
Sie haben eine Miniaturversion der Schaltung nachgebautTokyo Railways verwendet Haferflocken, um die Standorte von Städten und eine Probe eines Schneckenorganismus auf einem Stück Hafer zu markieren, das Tokio darstellt. Es ist erwähnenswert, dass der Bau eines echten Eisenbahnnetzes auf die Besonderheiten des natürlichen Reliefs (Berge, Flüsse usw.) zurückzuführen ist. Diese Hindernisse wurden mit separaten Lichtquellen unterschiedlicher Intensität akribisch nachgebildet. Tatsache ist, dass Plasmodien helles Licht vermeiden.
Der Große Gelbe Fleck repräsentiert Tokio und dasder Punkt, an dem die Physarum-Probe ursprünglich platziert wurde; Von hier aus breitete sich der schleimige Schimmel auf kleine weiße Punkte aus (die die wichtigsten nahe gelegenen Städte darstellen) und wurde nur bis zu den Hauptverbindungen zwischen ihnen weiter dünner. Dieser Vorgang dauerte nur 26 Stunden.
Nach zahlreichen Tests haben die Forscherkam zu dem Schluss, dass die Form "ähnliche Eigenschaften wie das Schienennetz in Bezug auf Kosten, Transporteffizienz und Ausfallsicherheit aufweist", und erreichte dies durch die Schaffung eines "Prozesses zur selektiven Verstärkung bevorzugter Strecken bei gleichzeitiger Entfernung redundanter Verbindungen".
Anhand der Erkenntnisse entwickelte das Team ein biologisch inspiriertes mathematisches Modell für das adaptive Netzwerkdesign.
„Was Menschen mehr als 100 Jahre gekostet hat, ist schwierigDas von Ingenieuren und Stadtplanern entwickelte System wurde in etwas mehr als einem Tag durch Schimmelpilze nachgebildet “, sagte die Biologin Heather Barnett auf einer TED-Konferenz über diese Organismen. "Myxomyceten - ein Analogon eines biologischen Computers."
Arbeiten Sie voraus und fordern Sie heraus
Trotz der Tatsache, dass diese schleimige FormViele Vorteile, die Tatsache, dass es sich ständig ändert, erlauben es nicht, langlebige Geräte daraus zu erstellen. Infolgedessen sind die Rechenfähigkeiten von Schleimschimmel auf experimentelle Laboreinrichtungen beschränkt.
Laut Dehshibi jedoch BasidiomycetenAufgrund ihrer Entwicklung und ihres Verhaltens sind sie zugänglicher, weniger anfällig für Infektionen, größer und bequemer zu handhaben als Schleimschimmel. Darüber hinaus kann mit Pleurotus ostreatus problemlos im Freien experimentiert werden, was die Tür für neue Anwendungen öffnet. Dies macht Pilze zu einem idealen Ziel für zukünftige lebende Computergeräte.
Probleme bei der Verwendung von Pilzen
Ein UOC-Forscher erklärte:„Meiner Meinung nach haben wir noch zwei Hauptprobleme zu lösen. Die erste besteht darin, die Berechnung [des Pilzsystems] tatsächlich für einen bestimmten Zweck durchzuführen; Mit anderen Worten, eine Berechnung, die Sinn macht. Die zweite besteht darin, die Eigenschaften von Pilzsubstraten mithilfe logischer Abbildungen zu charakterisieren, um das wahre Rechenpotential von Myzel-Netzwerken aufzudecken. “ Mit anderen Worten, obwohl wir wissen, dass Pilze Potenzial haben, müssen Wissenschaftler noch herausfinden, wie weit es geht und wie es für praktische Zwecke verwendet werden kann.
Das Warten kann jedoch nicht lange dauern.Der erste Prototyp, der von einem Wissenschaftlerteam entwickelt wurde und Teil der Studie ist, wird die zukünftige Planung und den Bau von Gebäuden mit einzigartigen Fähigkeiten dank pilzlicher Biomaterialien vereinfachen. Dieser innovative Ansatz fördert die Verwendung eines lebenden Organismus als Baumaterial, das auch für die Berechnung geeignet ist. Wenn das Projekt zur Erforschung von Pilzen als Materialien für tragbare Geräte im Dezember 2022 abgeschlossen ist, wird das FUNGAR-Projekt ein großes Pilzgebäude in Dänemark und Italien sowie eine kleinere Version auf dem UWE Bristol Frenchai-Campus errichten.
Prototyp FUNGAR.
Bisher nurkleine Module - Ziegel und Bleche. Die NASA ist jedoch auch an der Idee interessiert und sucht nach Möglichkeiten, Stützpunkte auf dem Mond und dem Mars zu errichten, um inaktive Streitigkeiten auf andere Planeten zu schicken.
Was ist das Endergebnis?
„Das Leben in einem Pilz mag dir erscheinenseltsam, aber warum ist es so seltsam zu denken, dass wir in etwas Lebendigem leben können? Dies wäre eine sehr interessante ökologische Veränderung, die es uns ermöglichen würde, Beton, Glas und Holz zu beseitigen. Stellen Sie sich vor, Schulen, Büros und Krankenhäuser wachsen und bauen ständig wieder auf. Dies ist der Höhepunkt eines nachhaltigen Lebens. "
Laut den Autoren des Artikels ist der Zweck des PilzesBei Computern geht es nicht darum, Siliziumchips zu ersetzen. Pilzreaktionen sind dafür zu langsam. Sie glauben vielmehr, dass Menschen das in einem Ökosystem wachsende Myzel als "großflächigen Umweltsensor" nutzen können. Demnach verfolgen Pilznetzwerke eine große Anzahl von Datenströmen als Teil ihres täglichen Lebens. Wenn wir uns mit Myzel-Netzwerken verbinden und die Signale interpretieren könnten, die sie zur Verarbeitung von Informationen verwenden, könnten wir mehr darüber erfahren, was im Ökosystem vor sich geht.
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