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数億年前、菌類は新たに出現した陸地に定着し始めました。木々や他の植物の中に潜み、土壌を這い回りながら、目に見えない領域を徐々に広げていきました。動物でも植物でもない菌類は、自然界最大の王国の一つである菌界の一員なんです。
これは多様な家族で、白クジラよりも大きな巨人から、塵の粒ほどの小さなキノコまで、はるかに多くの種類が存在します。彼らは大氷河期や大規模な種の絶滅、最初の人類の出現を乗り越えてきました。それは、最も過酷な条件に適応し、ほぼすべての生態環境に定着できるユニークな知性を発達させたからなんです。
今、菌類は世界中の研究所に糸状体を広げています。彼らの素晴らしい才能、つまり建設者、指揮者、ネットワークエンジニア、化学者としての能力が研究者たちを刺激しているんです。一部の科学者たちは、こういった原始的でありながら非常に洗練された生物の驚くべき能力を活用して、土壌汚染や砂漠化、さらには通信ネットワークの脆弱性といった喫緊の課題を解決することを夢見ています。
私たちが目を離した途端、大量の菌類が私たちの料理を侵食し、最高の料理でさえカビだらけにしてしまいます。おそらく、この嫌な習性が、菌類が長年にわたって恐れられ嫌悪されてきた理由なんでしょう。でも、1930年代後半にメロンに生えた単純なカビからペニシリンが生まれ、何百万人もの命を救ったことで、人々は菌類を違った目で見るようになりました。
ええ、素晴らしいですね。今では、菌類は価値ある代表者を見出したようです。その中でも最もカリスマ性のある一人が、アメリカの菌類学者ポール・スタメッツです。何十年もの間、菌類とその強力な分子を間近で知ってきた彼の頭の中は、それらをどのように活用できるかというアイデアでいっぱいです。医療分野はその多くのうちの一つに過ぎません。
菌類が人間だけでなく環境も癒すとしたらどうでしょう？私の人生で大きな気づきの一つは、私たちと同じように生息地にも免疫システムがあるということです。でも、キノコはその両者の架け橋なんです。今、私たちが持っている知識、それは私だけでなく、世界中に数千人いる他の菌類学者たちも同じですが、これらの菌類やキノコが持続可能な生息地を作り出す方法で進化してきたという深い理解があります。
持続可能な生息地がなければ、あなたも私も存在できません。だから、これらのキノコには、私たちに食べ物や薬、そして持続可能な生態系を与えてくれる生息地を作り出す、母性的な影響力があるんです。
菌類について、私たちは実際に何を知っているのでしょうか？森の落ち葉の下からちらりと顔を覗かせる茎と傘以外に。
彼らの本当の姿は、私たちの足元に隠れています。時には何十キロメートルもあらゆる方向に伸びる、非常に密度の高いネットワークの形で。ポール・スタメッツは、菌糸の白いマットに菌類の主な力と最大の約束が集中していると確信しています。
菌糸は実質的にどこにでもあります。ここの土の下にもあるんです。この白い菌糸が見えますね。この菌糸がキノコを生み出すんです。つながっているのがわかりますね。この菌糸がキノコを生成するんです。菌糸にはテロワールもあります。素晴らしい香りがします。菌糸は島を形成し、非常に密度が高いんです。
彼らは木から出てくる破片を貪り食い、最終的に土壌を作り出します。でも、これらは生息地を通じて常に移動している菌糸のレンズなんです。だから、土壌環境は非常にダイナミックで、常に動いています。
私たちは自然に対してとても偏狭な見方をしています。生息地の上を一歩一歩歩いていきます。一歩踏み出すたびに、菌糸はその後に跳ね上がります。だから、私が足を下ろして歩いていくと、菌糸はあなたの足跡の後に跳ね上がり、あなたが作り出した新しい木の破片や小枝を食べようとするんです。
これらの細い菌糸の糸を止めることはできません。表面にくっつくのではなく、最も硬い物質の中心部にまで入り込んでいくんです。彼らの疲れを知らない分解への献身がなければ、地球はとっくに大量の有機物のがらくたに埋もれてしまっていたでしょう。
では、なぜ彼らの驚くべき能力を利用して、有毒廃棄物を取り除かないのでしょうか？結局のところ、それは単なる別の菌類の餌に過ぎないんです。それがポール・スタメッツが菌根修復法を発明した前提でした。これは一部の分解者菌類の菌糸を使用する土壌浄化技術です。
分解のプロセス、つまり分子の分解の一形態は、大きな分子を小さな分子に解きほぐし、分解します。それらは生態学的コミュニティの他のメンバーにとって非常に有用なんです。分解のそのプロセスには、有毒廃棄物を分解するのに使える多くの異なる特性があります。
だから、地球が毒物にさらされ、生息地の侵食、人口過剰、森林伐採、土壌の健全性の喪失に苦しんでいる時、キノコはそれらすべての問題に対処できるユニークな特性を持っているんです。それも単一のグループでね。私がそれをとてもワクワクするものだと感じるのは、解決策が文字通り足元にあるからなんです。
ええ、それでええと思います、ジェイ。生態毒性学者のメグ・ピンザーは、長年ポール・スタメッツと菌根修復実験で協力しています。
汚染された堆積物を加え続けてください。
菌糸が高度に毒性の高い石油誘導体であるPAHの消費に集中することを確実にするために、数片の木片を前菜として使用する一種の高速ガストロノミック誘導コースで訓練されています。
残りを上に載せましょうか？
もちろんです。
この容器にはPAHで汚染された堆積物が入っています。中規模実験の考え方は、汚染された土壌の存在下で、これらのアルダーチップに染み込ませた菌糸を成長させることです。これがここにある材料で、暗い黒い物質です。
アイデアは、汚染された堆積物の間に菌類のチップをサンドイッチ状に挟むことです。菌糸の層を底に置き、上に層を置くと、1週間か2週間ほどで菌糸が成長して互いに見つけ合います。そうすることで、ここに示されている黒い物質である汚染された堆積物を通って成長しているんです。
これを行うことで、文字通り堆積物中のPAHを食べているんです。
メグ・ピンザーが訓練している菌株は、研究室を超えて広範囲に行動する可能性があります。太平洋岸北西部には何百もの放棄された工業用地があり、数十年にわたって炭化水素濃度が蓄積され、時には油流出よりも高くなっています。
環境エンジニアのハワード・スプラウスは、これらの産業廃墟の一つ、以前はトラックのメンテナンス施設だった場所で菌根修復のパイロットプロジェクトを始めました。
少し固まっているようですね。
研究室では、多くの種類の化合物が多くの異なる種類のキノコによって分解されています。
これらのキノコを外の大きな世界に持ち出すと、土壌に存在する他のすべての生物と競争しなければならず、あらゆる種類の環境で生きていかなければなりません。これが、研究室で効果的に仕事をこなすものと、外で機能するものを分けるんです。
これらのキノコは生きています。これを土壌に入れると、この生物を土壌に入れることになり、それは生き続けます。これが自然界でキノコがすることなんです。自然界では、これらのキノコは年中365日土壌で成長しています。私たちは地面の上を歩いていますが、ほとんどの場合、何が起こっているのかさえ知りません。
彼らは飢えていて、食べるのを決して止めません。
分解者菌類の貪欲さを示すために、菌糸が接種された木片のトレーラー1台分で、汚染された土地の5倍の量を浄化できるんです。
でも、炭化水素はどうなったのでしょうか？どんな手品で毒素が消えたのでしょうか？この謎の鍵は生物自体の中に、その比類のない生物学的機械の中にあります。
菌糸が修復に非常に適している理由は、それらが非常に頑丈な種だからです。カニのようなキチン質の細胞壁を持っており、これによって非常に敵対的な環境でも増殖することができます。非常に極端な温度、高温や低温の環境、高塩分から低塩分の環境でも生存できるんです。
このキチン質の細胞壁が毒物から彼らを守り、毒物と同じ環境にいながら、一緒にいる汚染物質によって殺されないようにしているんです。
画面に見えるこの小さな白い泡は細胞外酵素です。これは本当に重要です。なぜなら、これが菌糸が油を消化する方法だからです。これらの細胞外酵素を分泌するんです。酵素の波が油に向かって移動し、油をどんどん小さな分子に分解し始めます。
プレート上の単純な菌糸のような、こんなにシンプルなものが、環境の中でとても有毒で問題のある汚染物質を分解する力を持っているということは、本当に驚くべきことだと思います。
それはとてもエレガントなプロセスです。私たちはそれがどのように機能するのかさえ、本当には理解していないと思います。でも、基本的には、この単純なツール、この菌類システムが環境に出て行って、人々がサイトを浄化するのにはるかに有益なものにすることを可能にしているだけなんです。
それがこんなにシンプルで、エレガントな小さなプロセスで、有毒な状態からより毒性の低い状態に変えることができるなんて、信じがたいことです。
なぜ土壌浄化を菌類の酵素に任せたいのでしょうか？化学物質の方が速く作用し、時にはコストが低く、土地の種類に関係なく機能するのに。
ええ、それはいいですね、ポール。
ええ、もう少し下げてください。
ハワード・スプラウスは、現場の試験区域でプロセスが完了したときに答えを見つけます。
ああ、これは面白いですね。ここにたくさんのミミズがいます。
それはいい兆候です。
もしもっと下がれば、この土壌をどこでも使えるようになりますよ。
ここには堆肥化された菌糸があります。
これは何かにいいはずです。においを嗅いでみましょう。
私には土のにおいがします。
微生物修復技術では、ここで得られるものは、汚染物質がなくなっているんです。菌類は仕事を終えると死にます。そして、菌類が始めた分解プロセスは他の土壌微生物によって続けられ、最終的に始めたときよりも豊かな土壌になるんです。
1年後には、ここを見ると、少なくとも草で覆われているはずです。緑化が進むでしょう。
この土地で何をしたいと想像しても、それをするのに十分健康な状態になっているはずです。
ポール・スタメッツとメイク・ピンザーが行った最初の一連の実験の終わりには、以前は汚染されていた土地に見事な肉厚のヒラタケの塊が生え始めていました。
そして白雪姫のリンゴとは違って、その魅力的な白い肉には毒の痕跡はありませんでした。
熟練の手品師のように、菌類の酵素はただ物質を消失させるだけでなく、それを別のものに変えたんです。
人類は何千年もの間、この驚くべき錬金術を利用して、パンからブリオッシュ、味噌から日本酒、ビールからロックフォールチーズまで、さまざまな主食を生産してきました。
今や、菌類の酵素は増加する多くの工業プロセスの中心となっています。
これらの巨大な発酵槽で、デンマークの企業ノボザイムズは何百万ヘクトリットルもの酵素スープを調理しています。これらは紙やサングラス、化粧品やカーディガン、さらには白さを増すとされる洗濯用洗剤の代替製造方法に使用できるんです。
この多国籍企業のコペンハーゲンの研究所で、菌類学者のミハルコ・ササの仕事は、最も効果的な菌類酵素を特定しテストすることです。
洗剤業界向けに長年酵素を生産してきましたが、時には条件が変わることがあります。
これは非常に良い例です。なぜなら、少なくともこの世界の一部では、より低温で洗濯をしたいと考えているからです。
だから、水の温度は希望的に下がるでしょう。もちろん、それはより多くのエネルギーを節約します。だからそれは素晴らしいアイデアです。
しかし、これは洗剤用の新しい酵素を見つける必要があることを意味します。
最も優秀な化学者でさえ、専門分野があります。
アスペルギルスとそのアミラーゼ、トリコデルマとそのセルラーゼ、フミコラとそのクラッカナーゼ、フザリウムとそのリパーゼ。グリーンケミストリーの世界へようこそ。
これらの菌類はすべて見た目が非常に異なりますが、見た目が異なるだけでなく、生理学的にも非常に異なります。なぜなら、それらはすべて異なるタイプの酵素を生産することができるからです。
だから、例えばセルラーゼを探しているなら、このような菌類を見るかもしれません。
しかし、リパーゼを探しているなら、別の菌類を見るでしょう。
リパーゼは、例えば洗剤に使用されます。なぜなら、料理をして食事を作るときに、服に脂肪のシミがつくことがあるからです。
そして、それらの脂肪のシミはもちろん脂質に基づいています。
だから、洗剤にリパーゼがあれば、服についた脂質のシミを除去するでしょう。
1960年代に、ノボザイムズの科学者たちは、洗濯用洗剤を家庭の至福の象徴とした有名な貪欲な酵素を発見しました。それ以来、彼らはますます洗練された酵素カクテルを生み出し続けています。
この研究の中心にあるのは、ノボザイムズの最大の宝物です。
何万もの菌株が窒素の雲の中で眠っています。
グリーンランドの凍土から火山の斜面、ボルネオのジャングルまで、ミハルコ・ササは産業界で見られるのと同じ極端な条件下で生き残ることができる種を絶え間なく探し求めています。
しかし、稀少な宝石が時として都市の境界線のすぐ外にあることもあります。
このような地域では、何千もの菌類の種を見つけることができるでしょう。
そしてそのうちの多くは、まだ記述されていません。つまり、私たちは実際にそれらの名前が何か、何と呼ばれているかを知らないんです。
しかし、どこに行っても、菌類はどこにでもいます。寒いところであっても、砂漠であっても、もちろん亜熱帯や熱帯地方であっても。
だから、彼らはどこにでもいるんです。
問題は、どうやって見つけ、どうやって分離するかということです。
よどんだ池の水には、汚染化学物質の欠点なしにハンドバッグの革を柔らかくする酵素が含まれているかもしれません。
しかし、それでもまだ磨かれ、飼いならされる必要があります。
単純な酵素をスツカノバイトに変える任務は、タンパク質設計者に与えられます。
彼らは菌類の酵素を切り貼りし、組み立てます。
例えば、極端な温度に耐えることができるタンパク質を、脂質を分解することができる酵素に移植します。
結果は、キメラ、つまりさまざまな特性を組み合わせ、通常の化学連鎖の一つのリンクを完璧に置き換えるスーパー酵素です。
だから、私たちの社会は石油に大きく依存していると言えるでしょう。
そして、私はそれが一つの応用分野、あるいは今日の社会で石油ベースの多くのプロセスを酵素で置き換えることができる一つの場所だと思います。
そして、たぶん一つの例は、代わりにバイオプラスチックを見つけることかもしれません。
そしてこれは多分良い例かもしれません。
私は毎日これらのペトリ皿を使用しています。これらはもちろん、プラスチック製です。
そして、私たちはプラスチックの代わりに、酵素に基づいたよりよい解決策を見つけることができるかもしれません。
私は確信しています。私たちはあらゆる種類の応用を見つけるでしょう。
置き換えることができるあらゆる種類の化学的、有毒な化学的応用を、菌類からの酵素で置き換えることができるでしょう。
これらの素晴らしい菌類の化学者たちは今、価値ある挑戦に直面しています。
私たちが日常生活で依存している千一の物を異なる方法で生産することを可能にする、より汚染の少ないグリーンケミストリーを開発することです。
しかし、菌類はすでに次の征服すべき土地に目を向けています。根本的な改革が必要な他の時代遅れのモデルに。
菌類は長い間、どこにでも入り込む迷惑な習慣のために、寄生虫や食客と見なされてきました。
そして集約農業は、殺虫剤で畑から彼らを追い払うために最善を尽くしてきました。
しかし、もし昨日の敵が明日の味方だったらどうでしょうか？
自然界には、植物の根の中に肉眼では見えない何百万もの微小な菌類が生息しています。
そして、菌根共生として知られるこの関係がなければ、大多数の植物は単純に生き残ることができないでしょう。
トゥールーズのCNRSのギヨーム・ベッカートは、この独特のパートナーシップについてもっと知るために、あらゆる角度から植物の根を調べています。
20年前に観察を始めたときと同じくらい、今も魅了されています。何時間でもできそうです。
特別な気分です。なぜなら、これらの根とこの菌類が成長するのを見ることができる幸運な数少ない人の一人だからです。
通常、それは顕微鏡的で、完全に目に見えず、アクセスできず、地下の植物の根系の近くにあります。
しかし、ここでは新しい世界を発見しているんです。
小さなチェッカーボードのように見える黄色の背景は根です。
緑色の蛍光物質は菌類です。
根細胞の間を縫うように通り、時には細胞を植民地化します。
内部を植民地化するんです。
ここで、それがどれだけ広がっているかがわかります。
菌類はちょこちょこ歩きません。
いいえ、実際に植物組織に入り込み、一つの細胞から次の細胞へとこれらの樹枝状体を生産するんです。
植物が進んで菌類に侵入されることを許すのは、逆説的に思えるかもしれません。
しかし、共生では、植物は侵入者を思いとどまらせるどころか、実際にレッドカーペットを敷くんです。
根細胞の中心に糸が潜り込むのを許し、非常に分岐した構造である樹枝状体を作り出します。
両方のパートナーは、この密接な関係に重大な利害関係を持っています。なぜなら、この大きく拡大されたインターフェースは、植物が光合成から得た糖と、菌類が土壌の深部から採掘したミネラルと水を交換する場所だからです。
植物が不動の、静的な生物であり、すぐ周りにある利用可能な資源を利用できなければならないというのは、当たり前のことです。
他の場所でリソースを探すことはできません。
だから、彼らは菌類を使って探索し、調査し、採掘し、成長に必要な水と必須ミネラルを取り戻すんです。
研究では、植物が実際に互いにコミュニケーションを取ることができることも示されています。つまり、菌類を導管として、それらをつなぐ生物として使用して、分子や炭素代謝物さえも交換できるんです。
もし私たちが植物を高価な化学肥料の点滴に頼らせ続けるのではなく、代わりに菌類のパートナーを使って土壌資源を最大限に活用するのを手伝いたいのであれば、共生プロセスをコントロールすることが不可欠です。
しかし、そのためには、菌類が植物とコミュニケーションを取るために使用するコードを解読する必要があります。
あなたは菌語を話せますか？
ギヨーム・ベッカートのチームは、共生への道を開く分子シグナル、つまりmyc因子を特定することで、それを学んできました。
土壌に生息する微生物の密集したジャングルの中で正しいパートナーを見つけることは、微小な生物と植物の両方にとって生死を分ける問題です。
埋め込まれたスパイのように、2つの仲間は分子化学物質で構成された暗号化された言語を使用して、お互いを認識しコミュニケーションを取ります。
植物は正しい菌類を引き付けるように設計されたホルモンの雲を拡散させます。
それに応えて、後者は有名なmyc因子を放出し、植物に免疫防御システムを作動させないよう警告し、菌類のアプローチを容易にする細い側根を押し出すよう促します。
私たちの研究作業は、もちろん収量を増やすことなく、はるかに少量のリン酸肥料を使用する方法を見つけようとする長期プロジェクトの一部です。
だから、賭け金は高いんです。
myc因子は特効薬ではありません。
しかし、主要な穀物作物でさえ、菌根共生を利用するのに役立つ可能性があります。
実際の作物です。そして。
トゥールーズの科学者たちは、共生菌を畑に再導入することで、地球に食糧を供給しながら、バランスのとれた生態系を維持することができる新しい緑の革命を促進することを望んでいます。
セネガル北西部のサヘル地帯では、これらの微小な共生菌に投資された希望はさまざまな形をとっています。
こんな乾燥した環境に菌類が生息していると誰が考えるでしょうか？
しかし、そこにはあります。砂の中で眠っている胞子が。
科学者たちは、グレートグリーンウォールの研究において、これらの頑強な生存者との同盟に期待をかけています。これは、ダカールからジブチまで7000キロメートルにわたって再植林し、進行する砂漠を押し戻すことを目的とした野心的な汎アフリカ計画です。
この小さな、砂漠からの胞子の粉が植生のサイクルを開始できるなんて想像するのは難しいですね。
しかし、それはまさにグレートグリーンウォールの後方基地の一つであるダカールのベル・エア研究所の科学者たちが期待していることなんです。これらは単純な実験で、一定数の菌株を選択し、異なる菌類の菌株に対する植物の反応を調べます。
そうすることで、最も効率的なものを選びます。ここではトウモロコシ、そこではササゲ、そしてあそこではコメです。
次に、ナツメヤシの木での試験に移ります。
私たちが選んだグロムス・アグリガトゥムという菌株は、私たちが育てたものです。
何十もの菌類の菌株をスクリーニングし、これが最も効率的であることがわかりました。
砂の中で生き残るグロムス・アグリガトゥムという菌類と、特においしい果実を持つナツメヤシの木は、非常によく合っているように見えます。そのため、アマドゥ・バーのチームは再植林の取り組みのパイロット種としてこれを選びました。
グロムスの耐久力と、独特の接続能力は、最も過酷な条件下でさえ木々が繁栄できる最高のチャンスを提供します。
菌根化は、畑に移植された若い苗木の生存率を高めるでしょう。
数年後、接種された苗木は明らかに接種されていないものよりもはるかに多くの果実を生産するでしょう。
若い苗木を菌根化する利点は、植物が根の表面積を増やし、リンや窒素などの栄養素を土壌からより良く吸収できるようにすることです。
若い苗木とそのグロムスのパートナーは非常に弱々しく見えます。
しかし、彼らには待ち受ける荒れ果てた土地に新しい命をもたらすという重要な使命を果たすための開拓者の熱意があります。
長い旅の後、ナツメヤシの木と彼らの菌類の仲間たちは、セネガル北部のフェルロ州に到着します。
ここは、グレートグリーンウォールの実験サイトの一つで、この協力関係が野生の厳しさにどう耐えるかをテストできます。
これはゴラ品種で、天然リン酸で肥料を与え、接種しました。
そしてこれは接種も肥料も与えていないナツメヤシの木の対照群です。
そして、これらは菌類だけを接種し、リン酸を加えていないナツメヤシの苗木です。
選ばずに6本取ってください。
フェルロのパイロット実験は、ダカールの研究所の科学者たちにとって、特に乾燥し栄養に乏しい砂質土壌におけるグロムスの効果をテストする唯一の機会を提供しています。
近隣の村の女性たちにとって、この痩せた苗木は広大な果樹園の約束を持っています。それはナツメヤシの木の恩恵だけでなく、木陰で育つことができる他の農作物の恩恵ももたらすでしょう。
そして最後に、長い間ナツメヤシの木だけをパートナーとして生きてきたグロムスは、ネットワークを拡大するのを助けてくれるあらゆる植物とつながることだけを考えています。
このネットワークはナツメヤシの木の根系を超えて拡大するでしょう。
菌糸のネットワークは他の植物を植民地化し続ける可能性が高いです。
このネットワークがナツメヤシの木から近くの野菜作物や、ササゲのような農作物に栄養を運ぶのを想像するのは簡単です。
ナツメヤシの木から得た糖分を餌にして、グロムスは新しい糸を送り出し、取引を続けられる他のホスト植物を探します。
近くの植物から次の植物へと移動し、それらをつなげて植物コミュニティを形成します。
木とその菌類のパートナーの同盟は、このシステムで重要な役割を果たします。それは必要な場所にミネラルと糖分を分配するからです。
これは徐々に特に効果的な地下取引システムを確立します。
各新しい植物は糖分のリソースを貢献し、その見返りとして、ネットワークの利点を享受します。これによってネットワークは無限に拡大し続けることができるんです。
植えてから2年後には果実が見え始めるでしょう。
そして、このナツメヤシの木の制御された菌根化の実験的使用は、セネガル、ブルキナファソ、マリ、そして同じ砂漠化に直面している他の国々に広がる可能性があります。
何が起こるか見てみましょう。
グレートグリーンウォールプロジェクトに動員された菌類のネットワークは、何億年も前に植物が乾燥地の条件に適応することを可能にした古代のスコアに従って、サヘルを再び緑化する良い賭けのように見えます。
世界の他の地域では、増殖する菌類のネットワークが新技術の世界に浸透しています。研究所は、現代社会が機能できない多くのネットワークの脆弱性に対抗しようとしています。
Fisarum polycephalumという巧妙な粘菌は、一流大学を卒業したわけではありませんが、その信じられないほどの工学的才能によって、オックスフォード大学のマーク・フリッカーはイギリスの鉄道網の交通流を改善するためにその助けを求めることにしました。
私たちはこれらのオートフレークの上に粘菌を設置し、イギリスの主要都市がおおよそある場所に置いて、成長させました。
そしてそれはネットワークを形成し、そのネットワークは少し鉄道網のように見えます。ロンドンから放射状に伸びるルートが見えます。西部地方に向かってブリストルまで行き、そしてスコットランドに向かう西海岸線があり、プレストンを通っています。そこが粘菌が今のところ成長できた限界です。
上へ…
Fisarumが何世代もの技術者たちが完成させるのに何世代もかかった鉄道網をわずか48時間で再現する巧みな能力は別として、マーク・フリッカーは、Fisarumがしばしばそれらの技術者たちとはまったく異なる選択をしたという事実に興味をそそられ、刺激を受けています。
ほとんどの場合、直接のつながりが形成され始めます。つまり、可能なすべての経路の中から最短のものを選びます。
ただし、まだいくつかの追加の交差接続が残っています。
それが回復力です。それらの余分なリンクを持つことはコストがかかりますが、リンクの1つが切断されても、まだ物質を運ぶことができる別のルートがあることを意味します。
これは、このポイントがこれらすべてにつながっているだけでなく、真ん中を通る近道もあり、遠く離れたものにも直接つながっていることを意味します。
だから、これらの生物学的システムから学べる非常に興味深いことの1つは、システムが経験する可能性のあるショックの種類に対して、適切な冗長性の量は何かということだと思います。
時には小さなショックがあり、あまり冗長性は必要ありませんが、時々多くのダメージが発生する場合は、システムにより多くの冗長性、より多くの代替経路が必要になるでしょう。
人間のシステムに対して適切なレベルがどれくらいなのかはわかりません。しかし、生物学的生物が採用したルールの種類を理解できるかもしれません。
この方程式で与えられます。だから、
インテリジェントな菌類システムを支配する法則を明らかにするために、イギリスの研究者たちは独自のネットワーク、菌類ネットワークを確立しました。
数学者、物理学者、コンピューター科学者、生物学者たちは、異なるアプローチを組み合わせることで、一定数の定数やルールを強調できることを望んでいます。
しかし、誰かが現代社会を動かす新しいネットワークを革命的に変える魔法の公式を思いつく前に、森の地下のような非常に競争の激しい環境で、菌類がどのようにしてそのような効率的なネットワークを発達させることができたのかを観察するためのフィールド調査が必要です。
私たちは、菌糸ネットワークの構造の専門家であるリン・ボディ生物学者とウェールズの森で落ち合い、彼女とチームが奇妙な実験を行っているところを見ています。
ああ、これは大きなシステムになりそうですね。
土の中深くまで入り込んでいるので、発掘するのが難しくなりそうです。
まず格子を置きましょうか？
それはいいですね。
私たちはこの菌糸束システムを発掘しました。おそらくMegacolibia platyphyllaという菌類だと思いますが、後でDNA配列解析をすればわかるでしょう。
私たちは異なる領域がどこにあるのかをマッピングしようとしています。
菌類がどのように異なる有機資源とつながっているかを知りたいんです。
例えば、この場合、それはドングリです。
そこに別のドングリがあります。
小さな枝の一部。
これらはすべてネットワーク内でつながっています。
菌類はこれらから栄養を摂取し、これらのリソース内の栄養素はネットワーク内で転移し、システム全体に移動するでしょう。
これは、栄養素がシステムの一部から別の部分にどのように転送されるかを理解するのに役立ちます。
そして、どのようにして損傷から保護されるか、そしてもし損傷を受けた場合、転移や輸送の異なるルート、ネットワーク内での接続方法があるかを理解するのに役立ちます。
これはおそらく、森の床を通って広がる非常に大きな菌糸ネットワークのほんの一部に過ぎません。
19センチメートル。
一部の菌類のネットワークは、地下で驚くべき規模に達することができます。
例えば、ミシガンで発見されたNarmularia bulbosaは、数千年かけて鯨ほどの重さになり、15ヘクタール以上の面積をカバーするようになりました。
しかし、なぜ菌類はこのような広大な領域を包含するような星形のネットワークを選択するのでしょうか？
周りを見回すと、枝や小枝があちこちに散らばっているのがわかりますが、それらは互いに触れ合っていません。つまり、それらの間には隙間があります。
空間に隙間があり、もちろん時間にも隙間があります。
それらは年間の異なる時期に落ちます。
菌糸はこれらの新しいリソースを探索し、探します。
それらを見つけると、システム全体を再構築します。
成功した方向、つまりリソースを成功裏に数えた方向に努力を集中し、そこで菌糸を成長させ、他の領域から退縮します。
だから、ネットワークは常に再構築されているんです。
菌糸ネットワークが科学者たちにとってそれほど刺激的なのは、環境の変化に瞬時に反応する能力を持っているからです。
人間のネットワークが常に深刻な事故の影響を受けやすい一方で、菌類は常に非常口を組み込んでいるように見えます。
彼らの驚くべき、そして神秘的な適応性を調査するために、リン・ボディは森の条件のミニチュア版を再現しています。
この策略によって、科学者は実験用マウスのように菌類を観察し、利用可能なリソースの分散、小さな無脊椎動物による損傷、ネットワークの一部の破壊など、さまざまな種類のストレスにどのように対処するかを見ることができます。
今、これら2つの木質リソースをつなげていたコードを完全に取り除きました。
そして、いくつかの質問をすることができます。
菌類はネットワークを再構成するでしょうか？
菌類が最初に栄養素をそのメインルートに沿って送っていた場合、今は別の方法で送るでしょうか？
例えば、ここに沿って送ることもできますし、このルートに沿って、あるいはこのルートに沿って、そしてここに戻って送ることもできます。これがネットワークの利点です。
同じ場所に到達するための多くの異なる方法があります。
ここで、木片から成長している菌類があります。
それは周囲の世界について何も知りません。できることは成長することだけです。
成長するにつれて、このネットワークを構築し、空間を探索し、より多くのリソースを見つけようとしています。
私たちは本当にそれが下している決定を理解していません。
どうやって構造を構築すればいいかをどう知るのでしょうか？私たちには簡単に見えますが、それは完全に盲目です。ただ空間を探索しているだけなんです。
同時に、リソースはすべて中央にあります。
成長はすべて周縁部にあるので、中央から周縁部にリソースを輸送できなければなりません。
だから、それを解決するのはかなり複雑な問題です。物事を輸送するのに優れ、攻撃に対して回復力があり、でもあまりコストがかからないネットワークをどうやって作るのでしょうか？なぜなら、もし作るのに多くのコストがかかり、非常に相互接続されているなら、あまり遠くまで探索できないからです。
菌類の信じられないほどの建築的才能には感嘆せざるを得ません。
しかし、ネットワーク内で何が起こっているのでしょうか？
生物はどのようにして、狭い管を流れる栄養素をできるだけ人間工学的に分配しているのでしょうか？
マーク・フリッカーは、リン・ボディが提供した菌糸ネットワークに放射性マーカーを注入し、奇妙な発見をしました。
菌類は独自の特別な論理に従い、時にはネットワークの一部だけを使用することを選択します。
放射性ラベルを加えると、これらのコードを通ってネットワークの端に輸送されているのが見えます。
ネットワークが成長し始めているところにたくさん蓄積しています。
しかし、驚くべきことに、上にはほとんど何も起こっておらず、下にもほとんど何も起こっていません。
私たちはそれを予期していませんでした。なぜなら、上に私たちがデジタル化したネットワーク構造を重ね合わせると、そこにはほとんどリソースを全く受け取っていない多くのネットワークがあることがわかるからです。
だから、システムは何らかの方法で選択し、この領域を選び、そこに栄養素が行き、その部分が成長し続けるでしょう。
この部分はおそらく枯れて、それらの栄養素はリサイクルされ、その方向でより多くの成長に使用されるでしょう。
これが良い解決策かどうかはわかりません。しかし、それがそうするなら、もし常に間違った決定をしていたら、何年も前に死滅していたはずだと推測できます。
そして、これらは古代の生物で、非常に長い間存在してきました。
だから、彼らが達する解決策は合理的な妥協であると推測できるかもしれません。
だから、もし私たちが、大きな全体像について何も知らないこの自己組織化システムが、局所的なルールに基づいて良い解決策に到達する方法を理解できれば、それらのルールを他の種類のインフラネットワークの設計に役立てることができるかもしれません。
菌糸ネットワークの品質、つまり堅牢性、適応性、自己組織化は、現代社会を動かす新しいネットワークに私たちが求めるものに似ています。
これは特に、インターネットや携帯電話のネットワークに当てはまります。これらは、トラフィックの突然の変動や局所的な障害にいつでも適応できなければなりません。
アリの行動に基づいたアルゴリズムが検索エンジンの最適化に役立つのと同じように、ますます多くのエンジニアやコンピューター科学者たちは、菌類の知性の投与量を加えることで、人間のネットワークのいくつかの弱点を克服できると信じています。
私たちは本当に、ほとんどの人間のネットワークの設計にそのようなアプローチを使用していません。
しかし、偶発的な損傷や、実際にはあらゆる種類の標的型攻撃に対して、それらをより脆弱でなくしたいのであれば、ますます重要になる可能性があります。
だから、再び、生物学におけるこれらのシステムから着想を得ることができるかもしれません。これらは何千年も存在してきた古代の生物です。
そして、彼らが直面する脅威のタイプが、実際に人間社会に関連するような種類のものにマッピングされるなら、彼らは解決策を見出してきました。
そして、私たちはまだその答えを知りません。
これはほんの始まりに過ぎません。
日本の科学者たちは最近、小さな菌類から新しい分子を分離したと発表しました。これは特定の自己免疫疾患の治療に特に効果的であることが証明されました。
イェール大学の生化学者たちは、現在リサイクルできないポリウレタンを分解するアマゾンの菌類の特性を研究しています。
スイスの研究者たちは、より汚染の少ない接着剤を製造する新しい手段を提供するために菌類タンパク質に賭けています。
そして世界中で、第二世代のバイオ燃料の生産を助けることができる分解者菌類酵素を見つけるレースが行われています。
現在、私たちが特定しているのは全菌類種の15%未満に過ぎず、この多様な中にはまだ聞いたこともない特性を持つ標本が必ずあることを考えると、遠い銀河のように、探索すべき広大な領域がまだ残されていることがわかります。
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