Навіщо і як застосовувати гриби?
Для початку варто потонати, що гриби, в першу чергу - царство живої природи,
Все, починаючи від печериць до цвілі на стелі - гриби.
Спільне дослідження за участю УніверситетуЗахідної Англії (UWE Bristol), Mogu Srl, Італійського інституту технологій (IIT) і Відкритого університету Каталонії (Universitat Oberta de Catalunya, UOC) продемонструвало, що гриби мають неймовірними властивостями. Вони дозволяють їм сприймати і обробляти такі зовнішні подразники, як світло, розтягнення, температура, присутність хімічних речовин і навіть електричні сигнали.
Вчені впевнені - це прокладе шлях до появинових грибкових матеріалів з безліччю цікавих характеристик, включаючи стійкість, довговічність, ремонтопридатність та пристосовність. Вивчаючи потенціал грибків як компонентів пристроїв, дослідження підтвердило можливість використання цих біоматеріалів як ефективних датчиків з нескінченною кількістю можливих застосувань. Нагадаємо, пристрої, що носяться - це свого роду мініатюрні комп'ютери: браслети, окуляри, годинники і навіть предмети одягу - з бездротовим локальним або віддаленим підключенням до інших комп'ютерів. Як правило, такі пристрої оснащені датчиками, що відстежують різні форми фізичної активності або параметри середовища, в якому користувач.
Гриби роблять розумні носяться пристрої ще розумнішими
Люди навряд чи вважатимуть грибки відповідним матеріаломдля виробництва гаджетів, особливо розумних пристроїв, таких як крокоміри або мобільні телефони. Носиться пристроїв потрібні складні схеми, які підключаються до датчиків і мають хоча б деяку обчислювальну потужність. Це досягається за допомогою складних процедур і спеціальних матеріалів. Грубо кажучи, саме вони і роблять їх «розумними». Співпраця професора Ендрю Адацкі і доктора Анни Ніколайду з UWE, Антоні Гандія, технічного директора Mogu Srl, професора Алессандро Чіолеріо з IIT і доктора наук Мохаммада Махді Дехшібі, дослідника з UOC продемонструвало, що до списку цих матеріалів можна додати гриби.
На що здатні гриби?
Справді, у нещодавньому дослідженні «Реагує грибок, придатний для носіння» (Reactive fungal wearable), представлене в журналі Biosystems, Вивчалася здатність вёшенок відчувати зовнішніподразники, які можуть виходити, наприклад, від людського тіла. Щоб перевірити здатність гриба реагувати як біоматеріал, дослідження аналізує і описує його роль як біосенсора, здатного розрізняти хімічні, механічні та електричні подразники.
«Гриби становлять найбільшу, найбільш широкопоширену і найстарішу групу живих організмів на планеті », - пояснює доктор Дехшібі, додавши:« Вони дуже швидко ростуть і зв'язуються з субстратом ». За словами дослідника з UOC, гриби навіть здатні обробляти інформацію так, як це роблять комп'ютери.
програмування грибів
Вчений упевнений, що гриби можна навіть«програмувати» — а саме їх геометрію і теоретико-графічну структуру мереж міцелію. Потім електричну активність грибів можна використовувати для реалізації обчислювальних схем. Звучить нереалістично? Розберемо, що таке міцелій.
Міцелій є вегетативним тіломгриба, яке має здатність змінювати свою будову, формуючи при цьому спеціальні органи, що забезпечують надійне прикріплення до субстрату, харчування і подальше розмноження. Насправді міцелій це не інше, як звична всім грибниця. З власне і починає виростати гриб, тому взявши, до прикладу, грибницю білого гриба або масляка, можна дуже успішно виростити їх в будь-якому, пристосованому для цього місці. А змінюючи його структуру у самих витоків змінити «поведінка гриба».
До речі, гриби не тільки реагують на стимули івідповідно запускають сигнали. Їх будова дозволяє вченим маніпулювати ними для виконання обчислювальних задач, іншими словами, для обробки інформації. В результаті можливість створення реальних комп'ютерних компонентів з грибкового матеріалу більше не наукова фантастика. Фактично, компоненти грибів будуть здатні вловлювати зовнішні сигнали і реагувати на них так, як ніколи раніше.
Навіщо використовувати гриби?
На перший погляд може здатися, щовикористовувати грибки - погана ідея. За ними потрібно доглядати, вони розкладаються, мають невелику стійкість, можуть виділяти запахи і так далі. Однак більшість з цих проблем вже вирішені! Як відзначають вчені, робота з живими організмами «взагалі пов'язана з певними труднощами». Маючи це в виду і проаналізувавши всі варіанти, команда в кінцевому підсумку вибрали для свого дослідження базидіоміцети, підрозділ царства грибів.
Несхожий на інші вид грибів - Basidiomycetes
Сьогодні науці відомо 36 класів грибів,об'єднаних у чотири відділи — вищих, недосконалих, нижчих та грибоподібних. Базидіоміцети (лат. Basidiomycetes) або базидіальні гриби - один з головних класів вищих грибів. Вони відрізняються від інших способом харчування та біологією. У них є добре розвинені гіфи з перегородками, в їхні клітини входить по два ядра, а характерною ознакою базидіоміцетів є утворення в гіменофоре-базидій. Це особливі органи спороношення, що складаються зі здутої термінальної клітини, з двома або чотирма спорами. Там екзогенно, тобто під впливом зовнішньої причини, зароджуються нерухомі базидіоспори — суперечки статевого розмноження).
міцелій
Ці гриби менше пов'язані з хворобами та іншимипроблемами, викликаними їх родичами при вирощуванні в приміщенні. Більш того, продукти на основі міцелію вже комерційно використовуються в будівництві. Таким грибам можна надати різні форми. Така будівництво схожа на будівництво з цементу, але для створення геометричного простору знадобиться всього від п'яти днів до двох тижнів. Крім того, гриби не завдають такої шкоди екології, як виробництво цементу. Фактично, враховуючи, що вони харчуються відходами щоб рости, їх можна вважати екологічно чистими.
Зображення великим планом гриба Amanita muscaria, широко відомий як мухомор, являє собою базідіоміцетний гриб.
«Грибна архітектура»
«Грибна архітектура» саме по собі поняття ненове. Існуючі стратегії в цій галузі включають вирощування організму до бажаної форми з використанням невеликих модулів, таких як цеглини, блоки або листи. Потім їх сушать, щоб убити організм, залишаючи стійке з'єднання без запаху.
Але, за словами експерта, в цьому напрямку можназробити ще один крок, якщо зберегти міцелій і інтегрувати його в наночастинки і полімери для розробки електронних компонентів. Комп'ютерна підкладка вирощується в текстильній формі для додання їй додаткової структури. За останнє десятиліття професор Адамацкі створив кілька прототипів сенсорних і обчислювальних пристроїв, що використовують слизову форму фізарума многоголового (Physarum polycephalum), включаючи різні процесори обчислювальної геометрії та гібридні електронні пристрої.
Геній цвілі Physarum Polycephalum
На перший погляд, Physarum polycephalum НЕвикликає особливого інтересу. Зростаюча в основному на продуктах розкладання в лісах, ця яскраво-жовта цвіль явно не наводить на спасенні думки. Ще менш вражаючим є структурна будова організму: одноклітинний, має лише залишкову кількість ДНК, протеїнів і ензимів, до того ж розростається з незначною швидкістю - всього 1 міліметр за годину.
Однак, незважаючи на всі перераховані недоліки,ця плазмодіальная Слизневе цвіль вважається в дивовижній ступеня розумної. Долаючи штучні лабіринти, відтворюючи складні, спроектовані людиною траєкторії, уникаючи при цьому тенденції до повторення, даний організм зосередив на собі увагу безлічі вчених по всьому світу ще на початку 2000-х років.
Плодові тіла слизової цвілі або міксоміцетів Physarum polycephalum виглядають як багатоголові гриби
Рішення проблеми найкоротшим шляхом
У 2001 році була сформована команда дослідників з Університету Хоккайдо (Японія), щоб вивчити здатність даного організму прокладати шляхи через лабіринти.
Зразок цвілі був розділений на кількафрагментів і потім рівномірно розміщений в поле лабіринту. Протягом декількох годин цвіль розрослася, зв'язавши всі розрізнені фрагменти і заповнивши практично всі можливі шляхи. А коли дослідники помістили невеликі шматочки вівсяних пластівців при вході і виході з лабіринту, сталося щось дивне.
Повільно, але вірно, слиз виповзла з кожноготупика лабіринту, і сконцентрувалася на найбільш ефективною траєкторії, що веде до їжі. «Окремі товсті венообразние форми», як писали дослідники, «що з'єднують дві точки траєкторією, максимально наближеною до найкоротшому шляху».
Як підсумок експерименту, вчені ухвалили, що даний організм має деякий зародковим подобою розуму.
Здатність до навчання і зміни поведінки
Physarum polycephalum вивчали в УніверситетіХоккайдо і сім років по тому. Тоді вони провели ще одне дослідження, спрямоване на вивчення можливості Слизневе організму передбачати і згадувати події, незважаючи на відсутність мозку.
В рамках експерименту зразок цвілі був поміщенийна лист пластику, після чого йому дозволили розростатися в спеціально створених ідеальних умовах (підвищена температура, вологість). Потім, з рівними інтервалами, зразок піддавався раптового впливу холодного і сухого повітря, в ході якого цвіль сильно уповільнює інтенсивність росту.
Жовта слизова цвіль, Physarum polycephalum, зростає над впав колодою.
Далі сталося щось несподіване:після декількох інтервалів, Слизневе цвіль початку «передбачати» момент, в який вона повинна була зазнати впливу холодного повітря, і заздалегідь сповільнювала своє зростання, щоб заощадити енергію.
В результаті дослідники встановили, що досліджуваний організм має здатність до навчання, незважаючи на повну відсутність будь-якого подібності мозку.
Здатність формування мереж
У 2010 році японські вчені знову став вивчати Physarum polycephalum - на цей раз вони хотіли з'ясувати, чи здатний цей організм формувати ефективні мережі.
Вони відтворили мініатюрну версію схемиТокійського залізничного транспорту, використовуючи вівсяні пластівці для позначки розташування міст і зразок Слизневе організму на шматочку вівса, який представляє собою Токіо. Варто відзначити, що будівництво цієї залізничної мережі було обумовлено особливостями природного рельєфу (горами, річками і т.д). Ці перешкоди були скурплезно відтворили за допомогою окремих джерел світла різної інтенсивності. Справа в тому, що плазмодії уникають яскравого освітлення.
Велика жовта пляма представляє Токіо і туточку, де спочатку був розміщений зразок Physarum; звідси слизова цвіль поширилася на маленькі білі крапки (що представляють собою основні прилеглі міста), і истончилась далі тільки до основних зв'язків між ними. На даний процес у організму пішло лише 26 годин.
Після численних випробувань дослідникиприйшли до висновку, що цвіль «показала характеристики, схожі з характеристиками залізничної мережі з точки зору вартості, транспортної ефективності та відмовостійкості», - і їй вдалося цього добитися шляхом створення «процесу селективного посилення бажаних маршрутів і одночасного видалення надлишкових зв'язків».
Використовуючи отримані результати, команда вчених розробила біологічно натхненну математичну модель адаптивного проектування мережі.
«Те, на що у людей пішло більше 100 років - складнасистема, що розробляється інженерами і містобудівниками - було відтворено цвіллю трохи більше, ніж за добу »- заявила біолог Хізер Барнетт на конференції TED, присвяченій цим організмам. «Міксоміцетів - аналог біологічного комп'ютера».
Майбутня робота і проблеми
Незважаючи на те, що у цій слизової цвілімножество преимуществ, тот факт, что она постоянно меняется, не позволяет создават из нее долгоживущие устройства, в итоге вычислительные способности слизистой плесени ограничиваются экспериментальными лабораторными установками.
Однак, за словами Дехшібі, базидіоміцетизавдяки своєму розвитку і поведінці більш доступні, менш сприйнятливі до інфекцій, більше за розміром і більш зручні в зверненні, ніж слизова цвіль. Крім того, з Pleurotus ostreatus можна легко експериментувати на відкритому повітрі, що відкриває можливості для нових застосувань. Це робить гриби ідеальною мішенню для створення живих комп'ютерних пристроїв майбутнього.
Проблеми використання грибів
Дослідник UOC заявив:«На мій погляд, нам все ще належить вирішити дві основні проблеми. Перша полягає в тому, щоб дійсно реалізувати обчислення [грибкової системи] з певною метою; іншими словами, обчислення, яке має сенс. Друга - охарактеризувати властивості грибних субстратів за допомогою логічного відображення, щоб розкрити істинний обчислювальний потенціал мереж міцелію ». Іншими словами, хоча ми знаємо, що у грибів є потенціал, вченим все ще потрібно з'ясувати, наскільки далеко він заходить і як його можна використовувати для практичних цілей.
Однак, можливо, чекати залишилося недовго.Початковий прототип, розроблений командою вчених, який є частиною дослідження, спростить майбутнє проектування і будівництво будівель з унікальними можливостями завдяки грибкових біоматеріалів. Цей інноваційний підхід сприяє використанню живого організму в якості будівельного матеріалу, який пристосований і для обчислень. Коли проект з дослідження грибів в якості матеріалів для носяться пристроїв завершиться в грудні 2022 року, в рамках проекту FUNGAR буде побудовано велике грибне будівлю в Данії та Італії, а також його зменшена версія на території кампуса Френчай UWE Bristol.
Прототип FUNGAR.
На сьогоднішній день з грибів зроблені тількиневеликі модулі - цеглу та листи. Однак НАСА також зацікавлене в цій ідеї і шукає способи побудувати бази на Місяці і Марсі, щоб відправляти неактивні суперечки на інші планети.
Що в підсумку?
«Життя всередині гриба може здатися вамдивним, але чому так дивно думати, що ми можемо жити всередині чогось живого? Це означало б дуже цікавий екологічний зрушення, який дозволив би нам покінчити з бетоном, склом і деревом. Тільки уявіть собі школи, офіси і лікарні, які постійно зростають і відновлюються. Це вершина стійкого життя ».
На думку авторів статті, мета грибковихкомп'ютерів не в заміні кремнієвих чіпів. Грибкові реакції для цього занадто повільні. Швидше, вони думають, що люди можуть використовувати міцелій, що росте в екосистемі, як «великомасштабний датчик навколишнього середовища». На їхню думку, грибкові мережі відстежують велику кількість потоків даних як частину свого повсякденного існування. Якби ми могли підключитися до мереж міцелію і інтерпретувати сигнали, які вони використовують для обробки інформації, ми могли б дізнатися більше про те, що відбувається в екосистемі.
Читати далі
Аборти і наука: що буде з дітьми, яких народять
Вчені розробляють оптичний квантовий комп'ютер нового типу
Названо рослина, якому не страшно зміна клімату. Їм харчується мільярд чоловік
Домен (надцарство) живих організмів, клітини яких містять ядро. Всі організми, крім прокаріотів (бактерій і архей), є ядерними.
інноваційна проектна компанія
Плеврот черепичастий, гливи устрична, або Устричний гриб (лат. Pleurotus ostreatus)
грибні нитки
спороносном шарі