Пошли по грибы

Ученым давно известно, что грибы используют разветвленную сеть гиф для обмена информацией: например о том, где находится вода. И по всей видимости, эта информация передается в форме электрических сигналов.

Британский информатик Эндрю Адамацки вместе с коллегами из Университета Западной Англии уже более шести лет изучает электрические импульсы, возникающие в мицелии, и пытается соединить грибную сеть с традиционными электросетями.

Например, Адамацки использовал грибы, чтобы сделать сенсор давления. Ученый изготовил пористые стельки, которые заселил колонией грибов вида Pleurotus ostreatus. Нажатие на такую стельку запускало по мицелию электрический импульс. Более того, присоединяясь к разным фрагментам стельки, ученые сумели точно локализовать конкретную область надавливания.

По мнению ученых, обувь с умными стельками поможет отслеживать прогресс при коррекции плоскостопия. Кроме того, в будущем такая обувь, возможно, пригодится водителям для предотвращения аварий. Умная стелька отправит нужный сигнал еще до того, как на нажатие среагирует педаль тормоза.

На рисунке — карта распространения электрического сигнала по стельке при нажатии на пятку (a), носок (b) или всю стопу сразу
Изображение: Nikolaidou et al. / Scientific reports, 2023

Из мицелия получается не просто экологичный материал, но и прочный, легкий и дешевый. Поэтому им интересуются дизайнеры — пробуют делать из него обувь, сумки и предметы интерьера. Однако у таких вещей есть существенный недостаток: их всегда приходится изготавливать вручную. Чтобы мицелиевые изделия могли выйти на рынок, нужен способ их массового производства — например 3D-печать.

Один из пионеров 3D-печати с использованием мицелия — нидерландский дизайнер Эрик Кларенбек, работавший вместе с учеными из Вагенингенского университета. В 2013 году они напечатали стул, используя пасту из воды, мицелия и порошка соломы. Мицелий прорастал внутри конструкции, склеивая между собой частицы соломы, — в результате получался прочный и легкий материал, пригодный для создания мебели. Чтобы остановить рост мицелия и зафиксировать форму, достаточно высушить поверхность изделия и покрыть ее тонким слоем влагостойкого биопластика.

Технологию усовершенствовали и дальше. Так, в 2022 лондонская студия дизайна Blast Studio напечатала из мицелия архитектурные колонны высотой два метра. В качестве питательной среды специалисты взяли переработанные кофейные чашки. Форму колонны рассчитали так, чтобы создать идеальные условия для роста грибов, — в ней были созданы задерживающие воду полости. Во время фазы роста на поверхности колонн появлялись плодовые тела грибов, которые можно было употреблять в пищу.

Для прекращения роста колонну нагревали до 80 градусов Цельсия: при этой температуре мицелий погибает. Поэтому стоять такая колонна будет до первого серьезного механического повреждения. Сейчас авторы работают над самовосстанавливающимися колоннами — они планируют нагревать колонну до температуры ниже 80 градусов Цельсия, чтобы замедлить рост мицелия, но не убить его полностью. Тогда, попав во влажную атмосферу, мицелий снова активизируется, и трещины в колоннах будут зарастать сами собой.

Цзинь Цун Жуй и ее коллеги из Бингемтонского университета научились заживлять трещины в бетоне с помощью нитчатых грибов Trichoderma reesei. Стенки клеток гриба выступают центрами кристаллизации карбоната кальция CaCO₃, который, осаждаясь, заполняет разлом в материале. А благодаря тому, что грибы поглощают воду и выделяют углекислый газ, процесс идет еще быстрее. Эксперименты показали, что этот вид грибов хорошо переносит щелочную среду бетона, а мицелиевые нити могут проникать даже в небольшие щели и труднодоступные места.

Цзинь предлагает изначально добавлять в любую бетонную смесь небольшое количество спор грибов вместе с питательными веществами. Пока бетонная конструкция сохраняет целостность, споры не активны и никак не влияют на механические свойства или внешний вид бетона. Но когда возникает трещина, в ней скапливается вода. Тогда спящие грибковые споры начинают прорастать, способствуя осаждению кристаллов карбоната кальция. Содержащийся в стенках грибов хитин связывается с кальцием, что также помогает трещине быстрее заполняться. Когда разлом полностью исчезнет, и вода больше не сможет попасть внутрь конструкции, грибы снова образуют споры, переходя в «спящий» режим. При появлении новой трещины процесс может повториться еще раз.

Кстати, существует и полностью мицелиевый «грибобетон» — mycocrete. Этот бетон не содержит неорганических компонентов и по составу близок к материалу, который используется для 3D-печати. Для его создания к мицелию, древесине и воде добавляют глицерин и ксантановую камедь для большей вязкости, а также красители и текстильные волокна.

Ученые из Швейцарской высшей технической школы Цюриха под руководством Инго Бургерта научились использовать грибы для получения электричества. Правда, главную роль в этой истории играют не грибы, а древесина. О том, что древесина является пьезоэлектриком — материалом, в котором под действием механической деформации возникают заряженные области, — ученые знают еще с середины прошлого века. Такие свойства появляются у древесины из-за строения целлюлозных волокон. Однако из-за низкого пьезоэлектрического отклика никто не использовал древесину в коммерческих материалах и устройствах — это попросту невыгодно.

Бургерт и его коллеги усилили пьезоэлектрические свойства древесины, обработав ее грибами. Ученые рассчитывали, что грибы переварят и всосут более мягкий лигнин и гемицеллюлозу, оставив целлюлозный каркас нетронутым. Лишенная лигнина древесина будет легче деформироваться и эффективнее разделять заряды.

Так и получилось. С помощью грибов ученые сумели растворить до 45 процентов массы древесины. Кубик обработанной древесины размером 15 × 15 × 13,2 миллиметров под действием деформации генерировал напряжение в 0,87 вольта и силу тока в 13,3 наноампера. Это в пятьдесят пять раз больше, чем у обычной древесины в тех же условиях.

Полученный материал можно использовать, например, для напольных датчиков в домах пожилых людей. Если человек падает на такой пол, материал деформируется, датчик активизируется и отправляет сигнал на телефон опекуна. Впрочем, есть у ученых и экзотическая идея: использовать пьезоэлектрические древесные полы во время танцев и рок-концертов. Возможно, однажды от такого пола можно будет питать и грибной компьютер.

Sun et al. / Science Advances, 2021

Несколько лет назад выяснилось, что грибы могут защищать космонавтов от радиации. За пределами земной атмосферы интенсивность ионизирующего излучения повышается в несколько десятков раз. Защититься от него не так сложно: подойдет и сталь, и бетон, и золото. Проблема в том, что такие щиты, как правило, массивны, а объем полезной нагрузки, которую можно взять с собой в космос, всегда ограничен.

Школьник Грэм Шанк и студент Хавьер Гомес изготовили экранирующие радиацию щиты из грибов. Они легче, чем металлические, а для изготовления целого щита достаточно запастись всего несколькими граммами грибов. Бóльшую часть можно вырастить уже на месте, используя воду и органические отходы. Таким же образом можно и ремонтировать щит, когда он износится или выйдет из строя.

На роль «живого щита» Шанк и Гомес выбрали грибы Cladosporium sphaerospermum, которые не только способны поглощать излучение, но и используют полученную энергию для синтеза собственной биомассы.

Проект Шанка и Гомеса победил в конкурсе космических инноваций, и эксперименты с грибами продолжились уже на МКС. Гипотеза юных авторов оказалась верной: грибная пленка действительно снижала поток радиации сильнее, чем контрольный образец из агар-агара. По расчетам, для безопасной жизни на поверхности Марса будет достаточно слоя грибов толщиной 21 сантиметр.

Боб Хендрикс (Bob Hendrikx) из Технического Университета Делфта использует мицелий для создания экологичных гробов. Они не только быстро и бесследно распадаются сами, но и помогают быстрее разложиться телу, превращая останки в питательные вещества для растений.

«Живой гроб» делают из полученного в лаборатории мицелия. Его смешивают с влажной щепой, помещают в форму и в течение недели дают грибнице разрастись. Готовый гроб затем высушивают, чтобы деактивировать мицелий. На дно кладут мох, который выступает источником микроорганизмов, а на него — тело. Когда конструкцию помещают во влажную почву, мицелий вновь начинает активно расти и запускает процесс разложения.

Сам гроб теряет целостность в течение 4–7 недель в зависимости от погодных условий. За это время мицелий успевает поглотить весь остаток щепы. На полное разложение тела потребуется два-три года (по сравнению с десятью годами в случае традиционного погребения).

Грибные похороны — не единственная более экологичная альтернатива традиционному погребению: можно растворить тело в щелочи, а можно — превратить его в коралловый риф. Однако несомненное преимущество способа, предложенного Хендриксом, — в простоте. Погребение с использованием мицелиевого гроба обойдется всего в 1500 евро — дешевле, чем многие варианты традиционного погребения в Евросоюзе. Для близких усопшего такая церемония мало отличается от традиционных похорон. Первые «грибные похороны» прошли в Нидерландах в сентябре 2020 года. С тех пор компания продала уже несколько сотен «живых гробов».

Фото: Bob Hendrikx