Micélium migrációs döntése

Mutatjuk, hogy amikor a P. velutina az oltványfatömbökből nőttek ki és új, nagyobb csalifaforrásokat kolonizáltak, ha az összeköttetést később megszakították, a micélium gyakran már nem tudott kinőni az eredeti oltványból. Nem kíséreltük meg a gomba újbóli elkülönítését az eredeti inokulumból, így nem lehetünk biztosak abban, hogy a gomba teljesen elvesztette-e életképességét az eredeti inokulumon belül. A megfigyelések azonban minden bizonnyal az aktív micéliumforrások többé-kevésbé teljes vándorlására utalnak az inokulumból a csalira.

Az előrejelzések szerint a nagyobb csalik gyakrabban indukáltak teljes vándorlást, mint a kisebb csalik. Érdekes módon a csali küszöbmennyisége, amely drámai változást idézett elő az eredeti inokulumból való visszanövés gyakoriságában, valahol 4 és 16 cm3 között volt, függetlenül az inokulum mennyiségétől (amely 0,5 és 4 cm3 között mozgott). Ez arra utal, hogy az elsődleges tényező, amely befolyásolja a micélium azon döntését, hogy teljesen átvándoroljon egy új erőforrásba, az új erőforrás tényleges térfogata, nem pedig az új erőforrásnak az eredeti inokulumhoz viszonyított mérete, legalábbis a jelen vizsgálatban vizsgált fatérfogat-tartományban. Ez ellentmondásosnak tűnhet, mivel a micélium elvándorlási mintázatát csak a faforrások tápláltsági állapota határozta meg, mivel egy nagyobb inokulum nagyobb mennyiségű, a micélium számára elérhető szenet tartalmaz, mint egy kisebb inokulum . Mivel azonban a micélium egy integrált rendszer, a micéliumon belüli koordinált erőforrás-elosztás magyarázhatja ezt a viselkedést. A P. velutina micélium hajlamos több foszfort allokálni a nagy faforrásokhoz, mint a kisebbekhez , ami arra utal, hogy egy nagyobb erőforrás korai kolonizációjának viszonylag nagyobb táplálkozási költsége van, mint egy kisebbnek. Ez magyarázhatja azt is, hogy a micélium vándorlását a nagy oltóanyagból a csalétekbe miért határozza meg viszonylag szigorúan a csalétek mennyisége, míg a kis oltóanyagból történő vándorlásnál nem ez volt a helyzet. Mivel a micélium jelenlétének fenntartása nagyobb költséggel jár a nagy inokulákban, mint a kisebb inokulákban, a nagy inokulum megtartására vagy eldobására vonatkozó döntést az új nagy erőforrások megtalálása után erősen meghatározhatja a micélium táplálkozási gazdaságossága, míg a kis inokulák esetében az eredeti inokulum megtartására vagy eldobására vonatkozó döntés inkább sztochasztikus lehet.

Bár a jelen vizsgálatban nem mértük a fatömbök pusztulási sebességét, a fa méretfüggő pusztulási sebessége szintén befolyásolhatja a gombák döntését arról, hogy vándorolnak-e vagy sem. Mivel a kisebb fadarabok bomlási sebessége általában gyorsabb, mint a nagyobbaké , a kisebb fatömbök gyorsabban csökkenő energiatartalma arra késztetheti a micéliumot, hogy hamarabb vándoroljon át teljesen új erőforrásokba, mint a nagyobbakból. Így a 48 napnál hosszabb inkubációs időszakok megváltoztathatják a vándorlás és a fa mérete közötti összefüggéseket.

A talajban lévő mikrobiális versenytársak szintén befolyásolhatják a vándorlásra vonatkozó döntést. Mivel a mikrokozmoszban használt talaj nem volt sterilizálva, a fókuszgombáknak a talajban lévő különféle mikrobiális versenytársaktól kell megvédeniük a fatömbjeiket, aminek energetikai költségei vannak. A kisebb faterületet nehezebb megvédeni a nagyobb területet elfoglaló micéliumokkal szemben , ami alátámasztja eredményeinket, amelyek szerint a P. velutina micélium gyakrabban hagyta el a legkisebb inokulumot, mint a nagy csalikat.

Nem világos, hogy a micélium vándorlásra vonatkozó döntése miért függött a csali méretének egy bizonyos tartományától, de nem a csali és az inokulum relatív méretétől. Mivel a fa viszonylag szegény ásványi tápanyagokban, pl. nitrogénben és foszforban, a legtöbb tápanyag, amely a micélium kezdeti megtelepedéséhez szükséges az új fás erőforrásokban, a táplálékkereső micéliumban transzlokálódik, a talajból származik, az erőforrásokban tárolódik vagy újrahasznosul. A micélium szén-tápanyag arányának fenntartása érdekében a micélium számára rendelkezésre álló szénforrás (fatömb) mennyiségét a tápanyagszerzés határozza meg, amely nagymértékben függ a micélium méretétől . Ebben az összefüggésben a csali küszöbmennyisége, amely a micéliumot a teljes elvándorlás mellett döntene, a mikrokozmosz méretétől függően változik, és nagyobbnak kell lennie azon a területen, ahol a P. velutina micélium nagyobb durva fatörmeléket kolonizál . A mikrokozmoszok kis mérete lehet az oka annak is, hogy a jelen vizsgálatban az inokulum és a csali fatömbök közötti távolság nem befolyásolta az eredményeket. A P. velutina “hosszútávú táplálkozóként” ismert, gyakran több méteres zsinórhálózatot alkotva. A P. velutina zsinórok 5 nap alatt legalább 75 cm-re képesek transzlokálni a foszfort a szabadföldön, és valószínűleg sokkal messzebbre és gyorsabban, mivel laboratóriumi mikrokozmoszokban 20 perc alatt az inokulumtól 18 cm távolságra szállítják a szenet. A mikrokozmosz méretének és az inkubációs időnek a gombák döntésére gyakorolt hatását a jövőben tesztelni kell. Továbbá a gombák döntése és az inokulum és a csalifa tömbök mérete közötti összefüggéseket részletesebben is tesztelni kell szélesebb mérettartományú és szűkebb méretintervallumú fatömbökkel, mivel a fatömbök mérettartománya ebben a vizsgálatban nem volt egyenletesen elosztva. Bár a sterilizálatlan talaj használata reális forgatókönyvet biztosított, a rendszerek sokkal egyszerűbbek voltak a különböző stresszhatások (például a hőmérséklet és a nedvesség ingadozása) és a zavaró tényezők (például a talajban élő ízeltlábúak) megakadályozásával. Ezek befolyásolhatják a micélium táplálkozásgazdaságát is, és így megváltoztathatják a vándorlási küszöböt a természetes ökoszisztémákban.

A micélium memóriája a növekedés irányáról

A micélium biomasszájának és a micélium növekedésének a csali irányába történő átcsoportosítása, ahogyan az I. periódusban megfigyelhető volt, összhangban van a korábbi eredményekkel (áttekintve a ). A teljesen új megállapítás a II. periódusban a domináns újranövekedés a beoltott oldalról, amely eredetileg az I. periódusban csatlakozott az újonnan kolonizált erőforráshoz. Ez a micéliumrendszerek egyfajta memóriája a térbeli navigációra, és valószínűleg előnyös lehet a sérült hálózati kapcsolatok gyors javításában azáltal, hogy önmaguk felé visszanövekszik, és abba az irányba növekszik, ahol az erőforrások bőségesnek bizonyultak. Más körülmények között egy új terület felfedezése és az erőfeszítés elkerülése egy korábban nemrég felfedezett régióban növelheti az új erőforrások megtalálásának esélyét. Ami a mechanizmusokat illeti, a nagyobb és újabb facsaládok nagyobb tápanyagáramlással rendelkeznek feléjük , ami valószínűleg az invazív micélium nagy metabolikus igényének tulajdonítható az újonnan kolonizált fában . Korábbi tanulmányok megállapították, hogy a P. velutina zsinórhálózatának destruktív zavarása, több csalétek eltávolítása vagy a zsinórok elvágása , a zavartalan irányban polarizált növekedést okozott. Az ilyen polarizáció annak tudható be, hogy a zavartalan hifák “domináns-nyelőt” képeznek a micéliumrendszeren belüli transzlokációhoz.

A jelen vizsgálatban nem helyénvaló azt mondani, hogy a micélium emlékezett a csali irányára, mivel magának a csalinak és a talajfelület különbségének hatásait a csali oldala és az ellenkező oldal között nem lehetett külön értékelni. Továbbá, mivel nem állt rendelkezésre egy második kontroll, amely a hozzáadott csalifa blokk nélküli rendszereket tartalmazta, nem tudtuk teljes mértékben értékelni a csalifa blokkok hatását a II. periódusban a levéltetvek növekedésére. A kialakítás azonban lehetővé tette számunkra annak megerősítését, hogy a micéliumok a csali hozzáadása előtt nem részesítették előnyben a növekedés irányát, és így azt mondhatjuk, hogy a micélium fejlődésének uralkodó iránya emlékezetes volt. Korábbi tanulmányok a (központi) idegrendszerrel nem rendelkező szervezetek (vagy rajok) memóriájának biotikus mechanizmusait két típusba sorolták : (1) külső memória, amely a környezetben lerakódott jeleket érzékeli; (2) szomatikus memória, amely a sejtfiziológia epigenetikai és/vagy nem genetikai változásainak tárolásával érhető el. Az (1) példája a nyálkás penészgombák kereső plazmodiumai, amelyek a lerakódott extracelluláris nyálkát érzékelve elkerülik a korábban felfedezett területeket. Másrészt a kereső hangyák nyomjelző feromonokat használnak arra, hogy vonzzák (ahelyett, hogy taszítanák) a konzpecifikus egyedeket a nyomvonalakra, ami lehetővé teszi a táplálékra, a fészek vagy a társak helyére vonatkozó információk megosztását . A jelen vizsgálatban azonban valószínűleg nem ilyen külső emlékezetről van szó, mivel az inokulákat teljesen friss talajtálcákba helyezték át, ahol nem voltak korábbi tevékenységből származó lerakódások. Továbbá, a korábbi zavarási vizsgálatok a talajtálca megváltoztatása nélkül nem mutattak bizonyítékot a korábban micéliummal borított terület pozitív vagy negatív hatásaira .

A (2), a szomatikus memória lehetőségére a gombáknál bizonyítékot szolgáltatott a Saccharomyces cerevisiae-n végzett közelmúltbeli vizsgálat, amely kimutatta, hogy a környezeti változást átélt anyasejtek epigenetikus transzkriptomikai változása átvihető a környezeti változást nem átélt leánysejtekre . Továbbá, a környezet által indukált nem genetikai változások, mint például a kémiai koncentrációk és a bioelektromosság egyetlen sejten belül , vagy a többsejtű organizmusok többsejtű hálózataiban , szintén hathatnak a polarizált növekedés vagy a megszokás emlékeinek fenntartására, ha a sejteket zavarás, nyugalmi állapot vagy regeneráció után tárolták. A harmadik lehetőség a jelen vizsgálatban a csali felőli preferenciális újranövekedés magyarázatára a micélium eltérő eloszlásának átviteli hatása az inokulum fatömbön belül, anélkül, hogy a micéliumban bármilyen fiziológiai változás következne be, a csalihoz legközelebbi oldalon több micélium van az inokulumban. Azért is jogos ezt egy memória mechanizmus részének tekinteni, mert az emberi agyban a memória mechanizmusai közé tartozik a neuronális hálózat szerkezetének ilyen jellegű, nem fiziológiai, nem epigenetikai fenotípusos szintű változása . Bár elismerjük, hogy a tudósok között szemantikai konfliktusok lehetnek a nem neuronális memória fogalmában, mivel ez egy új és fejlődő kutatási terület , úgy gondoljuk, hogy az ilyen átviteli hatás egyfajta memóriaként való elismerése az első lépés a tágabb értelemben vett nem neuronális intelligencia (Solé et al. szavaival élve “folyékony agy”) tanulmányozásában. Annak meghatározása, hogy a fent említett mechanizmusok közül melyek vesznek részt a mi rendszerünkben a micéliumi memóriában, a következő kísérleti kihívás.

Érdekes, hogy a nagyobb inokulák a jelen vizsgálatban hajlamosak voltak jobban emlékezni a növekedésük irányára, mint a kisebb inokulák. A P. velutinával végzett korábbi vizsgálatok arról is beszámoltak, hogy a nagy (8 cm3 -es) fatömbökből növő micélium erősebb polaritást mutatott a tápanyagátadásban és a növekedésben, mint a kisebb fatömbökből növő micélium. A gombák micéliumában a polaritás és a memória mechanizmusait azonban kevéssé vizsgálták, és ez a jövő kihívást jelentő témája. Bármilyen mechanizmusok is játszanak szerepet a micélium memóriájában, az itt bemutatott eredmények azt mutatják, hogy a P. velutina micéliuma emlékezett a növekedési irányára, miután a kinövő hifákat teljesen eltávolították a faimikulából. Annak felismerése, hogy a gombák micéliuma primitív intelligenciával, döntéshozatali képességgel és memóriával rendelkezik, fontos lépés a micélium táplálékkereső viselkedésének megértése felé, ami következményekkel jár az erdőfenék szén- és tápanyagdinamikájára nézve.