Mycelial decision to migrate

我々は、P.M.C.の菌糸が移動したとき、P. velutinaの菌糸が接種木材ブロックから成長し、新しい大きな餌木資源に結実したとき、その後に相互接続が断たれると、菌糸はもはや元の接種木材から成長できないことが多いことを示した。 我々は菌の再分離を試みなかったので、菌が元の接種物内で完全に生存能力を失ったかどうかは分からない。

予想通り、大きなベイト剤は小さなベイト剤よりも頻繁に完全な菌糸の移動を誘導した。 興味深いことに、元の接種物からの再成長の頻度に劇的な変化をもたらす餌の閾値は、接種物の体積（0.5～4 cm3）にかかわらず、4～16 cm3の間であった。 このことから、菌糸が新しい資源に完全に移行するかどうかの判断に影響を与える主な要因は、少なくとも本研究で試験した木材量の範囲内では、新しい資源と元の接種物の相対的な大きさよりも、新しい資源の実際の体積であることが示唆された。 これは、菌糸の伸長パターンが木材資源の栄養状態によってのみ決定されることから、直感に反するように思われるかもしれない。なぜなら、大きな接種物は、小さな接種物に比べて、菌糸が利用できる炭素の量が多いからである しかし，菌糸体は統合されたシステムであるため，菌糸体内の資源配分が協調的に行われることでこの挙動が説明できるかもしれない。 P. velutina の菌糸は大きな木材資源に小さな木材資源よりも多くのリンを割り当てる傾向があり、これは大きな資源の早期コロニー形成には小さな資源よりも相対的に大きな栄養コストがかかることを示唆している。 このことは、大きな菌床からベイト剤への菌糸の移行が、小さな菌床からの移行には当てはまらないのに、比較的厳格なベイト剤の量によって決定される理由も説明できるかもしれない。 大型の接種菌床では小型の接種菌床よりも菌糸の存在を維持するためのコストが大きいことから，新しい大型資源を見つけた後に大型接種菌床を維持するか廃棄するかの決定は，菌糸の栄養的経済性によって強く決定されるが，小型接種菌床の場合は元の接種菌を維持するか廃棄するかの決定がより確率的である可能性がある。

本研究では木材ブロックの崩壊率は測定できなかったが，サイズ依存性の木材崩壊率も菌が移動するかしないかの判断に影響を与えていると思われる． 一般に，小さい木材粒子の腐朽速度は大きい木材粒子よりも速いので，小さい木材ブロックのエネルギー含有量がより急速に減少することによって，菌糸は大きい木材からよりも早く新しい資源に完全に移行する可能性がある。 したがって、48日以上の培養期間は移動と木材の大きさの関係を変えるかもしれない。

土壌中の微生物の競合も移動するかどうかの判断に影響を与えるかもしれない。 マイクロコズムで使用した土壌は滅菌されていなかったため、焦点菌は土壌中の様々な微生物の競合相手から木材ブロックを守る必要があり、これにはエネルギー的なコストがかかっている。 その結果、P. velutinaの菌糸は大きなベイト剤よりも小さなベイト剤からより多く移動することがわかった。 その理由として，マイクロコズム内の木材資源の量に関わらず，菌糸の最大可能サイズが制限されていることが考えられる。 木材は窒素やリンなどのミネラル栄養素に比較的乏しいため，新しい木質資源内での初期菌糸形成に必要な栄養素のほとんどは，採餌菌糸中に移動し，土壌から由来する，資源内に貯蔵またはリサイクルされると思われる。 菌糸の炭素／栄養比を維持するために、菌糸が利用できる炭素源（ウッドブロック）の量は栄養獲得量によって決定されるが、これは菌糸の大きさに大きく依存する . このことから、菌糸が完全に移動することを決定する餌の閾値はマイクロコズムの大きさによって変化し、P. velutina菌糸がより大きな粗大木屑をコロニーとしているフィールドでは、より大きくなるはずである。 また，菌床と餌木ブロックの距離が本研究の結果に影響を与えなかったのは，マイクロコズムのサイズが小さかったためであると考えられる。 P. velutinaは「長距離採食者」として知られ、しばしば何メートルにも及ぶ索状ネットワークを形成する。 P. velutinaの索は、圃場では5日以内に少なくとも75 cmのリンを移動させることができ、実験室のマイクロコズムでは20分以内に接種物から18 cmの距離に炭素を移動させることから、おそらく非常に遠くまで、より速く移動させることができる。 このようなマイクロコズムのサイズと培養時間が真菌の判断に及ぼす影響については、今後、検証していく必要があると思われる。 さらに，本研究では，菌体ブロックの大きさが均一でなかったため，より広いサイズ範囲と狭いサイズ間隔で菌体ブロックと餌の大きさの関係をより詳細に検証する必要がある． 滅菌されていない土壌の使用は現実的なシナリオを提供したが、様々なストレス（温度や水分の変動など）や撹乱要因（土壌節足動物など）が防止されたシステムはより単純化された。 これらは菌糸の栄養経済にも影響を与え、自然生態系における移動閾値を変化させると考えられる。

Mycelial memory of direction of growth

Reallocation of mycelial biomass and mycelial growth in the direction of the bait, as seen in period I, is along with previous findings (reviewed in ).また、菌糸が餌の方向に成長することを記憶することは、これまでの知見に一致するものである。 しかし，全く新しい知見は，第I期に新たに植菌された資源と結合していた接種側からの再成長が，第II期には支配的であったことである。 これは、空間ナビゲーションのための菌糸システムの記憶のようなもので、自己に向かって再成長し、資源が豊富であることがわかった方向に成長することによって、損傷したネットワークのつながりを迅速に修復するのに有利であると考えられる。 また、新しい場所を探索し、最近探索した場所での努力を避けることで、新しい資源を発見できる可能性が高まるかもしれない。 メカニズムに関しては、より大きく、より新しい木材ベイトは、おそらく、新たにコロニーを形成した木材中の侵入菌糸の大きな代謝要求に起因する、より大きな栄養分のフラックスを持っている。 また，P. velutinaの索状組織を破壊し，いくつかのベイト剤を除去したり，索を切断したりすると，破壊されていない方向に偏った成長が起こることも明らかになった． 本研究では、ベイト剤自体の影響とベイト剤側と反対側の土壌面積の差を別々に評価することができなかったため、菌糸がベイト剤の方向を記憶したと言うことは適切ではない。 また、餌木ブロックを添加しない系からなる第2対照がないため、餌木ブロックが期間IIの菌糸成長に及ぼす影響を完全に評価することはできなかった。 しかし、餌を添加する前に菌糸の伸長方向に偏りがないことを確認できたので、菌糸の伸長方向の記憶があったと言える。 これまでの研究で、中枢神経系を持たない生物（あるいは群）の記憶のメカニズムは、以下の2種類に分類されている。 (1)環境中のシグナルを検出する外部記憶、(2)エピジェネティックあるいは非ジェネティックな細胞生理学的変化の記憶による体性記憶。 (1)の例として、粘菌の集食性形質細胞が、細胞外に付着した粘液を感知して、過去に探索したことのある場所を回避することが挙げられる。 一方、採餌アリは、痕跡フェロモンを用いて、餌や巣、仲間の位置に関する情報を共有できるようなコースに同種の個体を引き寄せる（反発させるのではない）。 しかし、本研究では、植物を完全に新しい土壌トレイに移し、以前の活動からの堆積物がないため、このような外部からの記憶はないと思われる。 さらに、土壌トレイを変更しない以前の撹乱研究では、以前菌糸で覆われていた場所のプラスまたはマイナスの影響を示す証拠はなかった。

菌類における（2）の体細胞記憶の可能性を示す証拠として、Saccharomyces cerevisiaeに関する最近の研究では、環境変化を経験した母細胞のエピゲノム転写変化が環境変化を経験していない娘細胞に移行することが示された . さらに、環境変化によって引き起こされる非遺伝的変化、例えば、単一細胞内の化学物質の濃度や生体電気、あるいは多細胞生物における複数の細胞にまたがるネットワークは、細胞が妨害、休眠、再生の後に保存されていた場合、極性成長あるいは習慣化の記憶の維持に働くこともあり得る。 本研究における餌側の優先的な再成長を説明する第三の可能性は、餌に近い側の接種物中の菌糸が多くなり、菌糸に生理的な変化がなくても、接種物木材ブロック内の菌糸の分布の差によるキャリーオーバー効果であると思われる。 また、ヒトの脳の記憶のメカニズムには、このような非生理的、非エピジェネティックな表現型レベルの神経細胞ネットワーク構造の変化が含まれていることから、これを記憶メカニズムの一部と考えることも妥当である . しかし、非神経細胞性記憶という概念は、新規かつ発展途上の研究分野であるため、研究者の間で意味上の対立があることは理解できるが、このようなキャリーオーバー効果を一種の記憶として認識することは、広義の非神経細胞性知能（ソレらの言葉では「液体の脳」）の研究の第一歩になると考えている。

本研究において、大きな菌糸体は小さな菌糸体よりも成長方向をよく覚えている傾向があったのは興味深いことであった。 P. velutinaの先行研究でも、大きな（8 cm3）ウッドブロックから生育した菌糸は、小さなウッドブロックから生育した菌糸と比較して、栄養移動と成長に強い極性を示したと報告されている。 しかし、真菌の菌糸における極性や記憶のメカニズムはあまり解明されておらず、今後の課題である。 菌糸の記憶に関わるメカニズムが何であれ、今回発表した結果は、P. velutinaの菌糸が、木材接種物から伸長した菌糸を完全に除去した後、その伸長方向を記憶していたことを示すものである。 このように、菌糸体が意思決定能力と記憶力を備えた原始的な知性を持っていることを認識することは、菌糸体の採餌行動を理解する上で重要なステップであり、林床の炭素や栄養の動態に影響を与えるものと考えられる。