Décision mycélienne de migrer

Nous avons montré que lorsque les mycéliums de P. velutina se développaient à partir de blocs de bois d’inoculum et colonisaient de nouvelles ressources de bois d’appât plus grandes, si l’interconnexion était ensuite rompue, le mycélium n’était souvent plus capable de se développer à partir de l’inoculum d’origine. Nous n’avons pas essayé de réisoler le champignon à partir de l’inoculum d’origine, nous ne pouvons donc pas être certains que le champignon ait complètement perdu sa viabilité dans l’inoculum d’origine. Cependant, les observations suggèrent certainement une migration plus ou moins complète des ressources mycéliennes actives de l’inoculum vers l’appât.

Comme prévu, les appâts plus grands ont induit une migration complète plus fréquemment que les petits appâts. Il est intéressant de noter que le volume seuil de l’appât qui a induit un changement dramatique dans la fréquence de la repousse à partir de l’inoculum original était quelque part entre 4 et 16 cm3, indépendamment du volume de l’inoculum (qui allait de 0,5 à 4 cm3). Ceci suggère que le facteur principal affectant la décision mycélienne de migrer complètement vers une nouvelle ressource est le volume réel de la nouvelle ressource plutôt que la taille relative de la nouvelle ressource par rapport à l’inoculum original, du moins dans la gamme de volume de bois testée dans la présente étude. Cela peut sembler contre-intuitif, puisque le modèle de croissance mycélienne n’a été déterminé que par l’état nutritionnel des ressources en bois, parce qu’un inoculum plus grand contient une plus grande quantité de carbone disponible pour le mycélium par rapport à un inoculum plus petit. Cependant, comme un mycélium est un système intégré, l’allocation coordonnée des ressources au sein d’un mycélium peut expliquer ce comportement. Le mycélium de P. velutina a tendance à allouer plus de phosphore aux grandes ressources en bois qu’aux petites, ce qui suggère que la colonisation précoce d’une grande ressource a un coût nutritionnel relativement plus élevé que celle d’une petite. Cela peut également expliquer pourquoi la migration mycélienne des grands inocula vers les appâts est déterminée par un volume d’appât relativement strict, alors que ce n’était pas le cas pour la migration des petits inocula. Étant donné un coût plus important pour maintenir une présence mycélienne dans les grands inocula que dans les petits inocula, la décision de garder ou de jeter un grand inoculum après avoir trouvé de nouvelles grandes ressources peut être fortement déterminée par l’économie nutritionnelle du mycélium, alors qu’avec les petits inocula, la décision de garder ou de jeter l’inoculum original peut être plus stochastique.

Bien que les taux de décomposition des blocs de bois n’aient pas été mesurés dans la présente étude, le taux de décomposition du bois dépendant de la taille peut également affecter la décision fongique de migrer ou non. Comme le taux de décomposition des petites particules de bois est généralement plus rapide que celui des grandes, la diminution plus rapide du contenu énergétique des petits blocs de bois peut inciter le mycélium à migrer complètement vers de nouvelles ressources plus tôt que pour les grands blocs. Ainsi, des périodes d’incubation supérieures à 48 jours peuvent modifier les relations entre la migration et la taille du bois.

Les concurrents microbiens dans le sol peuvent également affecter la décision de migrer ou non. Comme le sol utilisé dans le microcosme n’était pas stérilisé, les champignons focaux doivent défendre leurs blocs de bois contre une variété de concurrents microbiens dans le sol, ce qui a un coût énergétique. Un territoire de bois plus petit est plus difficile à défendre contre les mycéliums occupant un territoire plus grand , soutenant nos résultats montrant que le mycélium de P. velutina a quitté le plus petit inoculum plus souvent que les grands appâts.

Il n’est pas clair pourquoi la décision mycélienne de migrer dépendait d’une certaine gamme de taille d’appât, mais pas de la taille relative de l’appât à l’inoculum. Une raison possible est la limitation de la taille maximale possible du mycélium dans les microcosmes, quel que soit le volume des ressources en bois. Comme le bois est relativement pauvre en nutriments minéraux, par exemple l’azote et le phosphore, la plupart des nutriments nécessaires à l’établissement initial du mycélium dans les nouvelles ressources ligneuses seront transférés dans le mycélium en quête de nourriture, provenant du sol, stockés ou recyclés dans les ressources. Pour maintenir le rapport carbone/nutriments du mycélium, la quantité de source de carbone (bloc de bois) disponible pour un mycélium est déterminée par l’acquisition de nutriments, qui dépend largement de la taille du mycélium . Dans ce contexte, le volume seuil d’un appât qui déciderait un mycélium à migrer complètement changerait en fonction de la taille du microcosme, et doit être plus grand dans le champ où le mycélium de P. velutina colonise des débris ligneux grossiers plus grands . La petite taille des microcosmes peut également être la raison pour laquelle la distance entre l’inoculum et les blocs de bois d’appât n’a pas affecté les résultats de la présente étude. P. velutina est connu pour être un  » butineur à longue portée « , formant souvent des réseaux de cordons s’étendant sur plusieurs mètres. Les cordons de P. velutina peuvent transloquer le phosphore sur au moins 75 cm en 5 jours sur le terrain et probablement beaucoup plus loin et plus rapidement, étant donné le transfert du carbone à 18 cm de distance de l’inoculum en 20 minutes dans les microcosmes de laboratoire. Ces effets de la taille du microcosme et du temps d’incubation sur les décisions des champignons devraient être testés à l’avenir. En outre, les relations entre les décisions fongiques et les tailles des blocs de bois d’inoculum et d’appât devraient également être testées plus en détail en utilisant des blocs de bois avec une gamme de taille plus large et des intervalles de taille plus étroits, car la gamme de taille des blocs de bois n’était pas uniformément distribuée dans cette étude. Bien que l’utilisation d’un sol non stérilisé ait fourni un scénario réaliste, les systèmes ont été beaucoup plus simplifiés en évitant divers stress (tels que les fluctuations de température et d’humidité) et agents perturbateurs (tels que les arthropodes du sol). Ceux-ci peuvent également affecter l’économie nutritionnelle du mycélium et ainsi modifier le seuil de migration dans les écosystèmes naturels.

Mémoire mycélienne de la direction de la croissance

La réallocation de la biomasse mycélienne et de la croissance mycélienne dans la direction de l’appât, comme on l’a vu dans la période I, est conforme aux résultats précédents (examinés dans ). La découverte totalement nouvelle est la repousse dominante, dans la période II, du côté de l’inoculum qui avait été initialement joint à la ressource nouvellement colonisée dans la période I. Il s’agit d’une sorte de mémoire du mycélium. Il s’agit d’une sorte de mémoire des systèmes mycéliens pour la navigation spatiale et il est probable qu’elle soit avantageuse pour réparer rapidement les connexions endommagées du réseau, en repoussant vers soi et en poussant dans une direction où les ressources se sont avérées abondantes. Dans d’autres circonstances, l’exploration d’une nouvelle zone et l’évitement de l’effort dans une région précédemment explorée récemment, pourrait augmenter les chances de trouver de nouvelles ressources. En ce qui concerne les mécanismes, les appâts de bois plus grands et plus récents ont un flux plus important de nutriments vers eux, probablement attribuable à la demande métabolique importante d’un mycélium invasif dans du bois nouvellement colonisé. Des études précédentes ont montré que la perturbation destructive des réseaux de cordons de P. velutina, en retirant plusieurs appâts ou en coupant les cordons, provoquait une croissance polarisée dans la direction non perturbée. Une telle polarisation peut être attribuable aux hyphes non perturbés formant un  » puits dominant  » pour la translocation dans le système mycélien.

Dans la présente étude, il n’est pas approprié de dire que le mycélium s’est souvenu de la direction de l’appât puisque les effets de l’appât lui-même et de la différence de surface du sol entre le côté appât et le côté opposé n’ont pas pu être évalués séparément. De plus, l’absence d’un second contrôle comprenant des systèmes sans bloc de bois appâté ajouté ne nous a pas permis d’évaluer complètement les effets des blocs de bois appâtés sur la croissance des hyphes dans la période II. Cependant, la conception nous a permis de confirmer que les mycéliums n’avaient pas de préférence dans la direction de croissance avant l’ajout d’appât, et nous pouvons donc dire qu’il y avait une mémoire de la direction prédominante dans laquelle le mycélium s’est développé. Des études antérieures ont classé les mécanismes biotiques de la mémoire chez les organismes (ou essaims) sans système nerveux (central) en deux types : (1) la mémoire externe, qui détecte les signaux déposés dans l’environnement ; (2) la mémoire somatique, obtenue par le stockage des changements épigénétiques et/ou non génétiques de la physiologie cellulaire. Un exemple de (1) est la recherche de plasmodies de moisissures qui évitent les zones qui ont été précédemment explorées en détectant les dépôts de bave extracellulaire. Les fourmis, quant à elles, utilisent des phéromones pour attirer (plutôt que repousser) les individus conspécifiques sur des pistes, ce qui leur permet de partager des informations sur la nourriture, le nid ou l’endroit où se trouve leur partenaire. Cependant, une telle mémoire externe n’est pas susceptible d’être le cas dans la présente étude car les inocula ont été déplacés dans des plateaux de sol complètement frais sans aucun dépôt de l’activité précédente. En outre, des études antérieures de perturbation sans changement de plateau de sol n’ont montré aucune preuve d’effets positifs ou négatifs de la zone précédemment couverte de mycélium .

La preuve de la possibilité de (2), mémoire somatique, chez les champignons a été fournie dans une étude récente sur Saccharomyces cerevisiae, qui a montré que le changement transcriptomique épigénétique dans les cellules mères qui avaient subi un changement environnemental pouvait être transféré aux cellules filles, qui n’avaient pas connu le changement environnemental . En outre, les changements non génétiques induits par l’environnement, tels que les concentrations chimiques et la bioélectricité au sein d’une seule cellule, ou dans les réseaux de plusieurs cellules dans les organismes multicellulaires, peuvent également agir pour maintenir les souvenirs de la croissance polarisée ou de l’accoutumance si les cellules ont été stockées après une perturbation, une dormance ou des régénérations. La troisième possibilité pour expliquer la repousse préférentielle du côté de l’appât dans la présente étude est un effet de report de la distribution différentielle du mycélium dans le bloc de bois d’inoculum, sans aucun changement physiologique dans le mycélium avec plus de mycélium dans l’inoculum du côté le plus proche de l’appât. Il est également possible de considérer que cela fait partie d’un mécanisme de mémoire, car les mécanismes de mémoire dans le cerveau humain comprennent ce type de changement phénotypique non physiologique et non épigénétique dans la structure du réseau neuronal. Cependant, bien que nous comprenions qu’il puisse y avoir des conflits sémantiques dans le concept de mémoire non neuronale parmi les scientifiques, car il s’agit d’un domaine d’étude nouveau et en développement, nous pensons que la reconnaissance d’un tel effet de transfert comme un type de mémoire est une première étape dans l’étude de l’intelligence non neuronale (dans les termes de Solé et al. « cerveau liquide ») dans un sens plus large. Déterminer lesquels des mécanismes mentionnés ci-dessus sont impliqués dans une mémoire mycélienne dans notre système est le prochain défi expérimental.

Il est intéressant de constater que les plus grands inocula avaient tendance à mieux se souvenir de leur direction de croissance que les petits inocula dans la présente étude. Des études antérieures sur P. velutina ont également rapporté que le mycélium se développant à partir de grands blocs de bois (8 cm3) présentait une polarité plus forte dans le transfert de nutriments et la croissance par rapport au mycélium se développant à partir de blocs de bois plus petits. Cependant, les mécanismes de polarité et de mémoire dans le mycélium fongique ont été peu explorés et constituent un sujet difficile pour l’avenir. Quels que soient les mécanismes impliqués dans la mémoire du mycélium, les résultats présentés ici montrent que le mycélium de P. velutina s’est souvenu de sa direction de croissance après l’élimination complète des hyphes en croissance des inocula de bois. Reconnaître que le mycélium fongique possède une intelligence primitive avec une capacité de prise de décision et une mémoire est une étape importante vers la compréhension du comportement de fourrage mycélien, avec des conséquences sur la dynamique du carbone et des nutriments sur le sol forestier.