Грибы оказались мастерами создания "торговых сетей": что выяснили ученые

Как известно, около 70% всех растений имеют гриба-симбиота, который помогает извлекать минералы из почвы, получая взамен жиры и сахара. Однако более пристальный взгляд показывает, что эти грибы к тому же формируют очень сложную и очень эффективную транспортную сеть.

Новое исследование было обнародовано в журнале Nature 26 февраля. Ученые создали роботизированную систему для детального наблюдения за 500 тысячами узлов грибной сети и обнаружили, что она весьма хорошо справляется с рядом сложных задач.

Авторы работы выяснили, что грибы создают так называемые "путешествующие волны", которые находят идеальный компромисс между эффективностью транспортирования полезных веществ и сокращением расходов на рост.

Как известно, грибы являются гетеротрофным организмом — то есть, подобно животным, получают питательные вещества извне, а не производят их сами (как растения). Однако у них нет специализированных органов для приема пищи, вместо этого они втягивают питательные вещества через поверхность своих нитей, именуемых "гифами". Далее через клеточную жидкость (цитоплазму) эти вещества передаются в другие участки гриба.

Поскольку почва в нормальных условиях не подвержена существенным перемещениям, то рано или поздно питательные вещества в одном из участков заканчиваются, что вынуждает передовые гифы двигаться дальше, покоряя новые фронтиры.

За принципом этого перемещения и наблюдали ученые. Они заметили, что передовые гифы распространялись в поисках питательных веществ, в то время как нити позади соединялись между собой в сети. Как оказалось, стратегия роста грибов оптимально сбалансирована — они не строят плотные сети, чтобы не тратить лишний углерод, и утолщаются в местах, через которые проходят большие объемы цитоплазмы.

Исследователи обнаружили, что гифы имеют строение, напоминающее трубопровод для передачи ресурсов. При том цитоплазма по этим "трубопроводам" движется с разной скоростью в зависимости от важности участка. При этом в некоторых местах питательные вещества могут двигаться в обе стороны одновременно, чтобы поддерживать растущие гифы и транспортировать добытые минералы к корням растений.

К слову, ученые пришли к выводу, что принцип построения маршрутов у грибов диктуется долгосрочной выгодой от "торговли" со своим растением. В противном случае они просто бы сфокусировались на питательных веществах в конкретном месте, а затем кочевали бы в другие места.

"Люди все больше полагаются на алгоритмы ИИ для создания эффективных и устойчивых цепочек поставок. Однако микоризные грибы решают эти проблемы уже более 450 миллионов лет", — сообщил соавтор работы Тоби Кирс.

При этом, грибы не только создавали эффективную сеть, но и постоянно ее перестраивали, чтобы сохранять ее эффективность.

"Мы обнаружили, что эти грибы постоянно адаптируют свои торговые маршруты, добавляя петли для сокращения расстояния и тем самым эффективно доставляя питательные вещества к корням растений", — добавил соавтор исследоввания Томас Шимизу.

Авторы работы считают, что дальнейшие исследования могут помочь человечеству в строительстве более эффективной инфраструктуры и транспортных сетей. Кроме того, это может подтолкнуть к поискам новых алгоритмов машинного обучения, для создания более эффективным моделей ИИ.

Как известно, подобные сети на нашей планете формируют не только грибы, но и слизевики. Эти удивительные создания уже помогли инженерам, но теперь их хотят использовать для моделирования космической паутины.