Давно известно, что животные используют электрические импульсы, или потенциалы действия, для связи между разными частями своих тел. Нейроны – удлиненные нервные клетки, передающие информацию посредством электрических импульсов, которые координируют поведение животных, – изучает отдельная наука, нейробиология. Хотя так называемое животное электричество – прерогатива не только животных, не они одни умеют генерировать потенциалы действия. Это под силу еще растениям, в том числе водорослям, а в 1970-е годы стало известно, что и некоторым видам грибов. Бактерии тоже проводят электричество. Кабельные бактерии образуют длинные электропроводные нити – нитевидные нанокристаллы. В 2015 году установили, что колонии бактерий могут координировать свою деятельность, используя для этого волны электрической активности, подобные потенциалам действия. Однако немногие микологи допускают, что это явление может играть важную роль в жизни грибов.
В середине 1990-х годов на том же факультете Лундского университета в Швеции, на котором работал Олссон, группа ученых вела исследование в области нейробиологии насекомых. Они проводили эксперименты по измерению активности нейронов, вводя тонкие стеклянные микроэлектроды в мозг моли. Олссон с их разрешения воспользовался их оборудованием, чтобы ответить на простой вопрос: что произойдет, если заменить в эксперименте мозг моли на грибной мицелий? Нейробиологи были заинтригованы. В принципе, грибные гифы должны быть хорошо приспособлены к проведению электрических импульсов. Они покрыты белками, которые изолируют их: электроволны в теории могут перемещаться на большие расстояния, не рассеиваясь. Нервные клетки животных имеют аналогичную защиту. Более того, клетки мицелия последовательно соединены друг с другом, что, возможно, позволило бы импульсам, возникшим в одной части сети, достигать другой ее части без сбоев.
Для своего эксперимента Олссон тщательно отобрал виды грибов. Он пришел к выводу, что если у грибов действительно существуют системы электрической связи, то обнаружить их будет легче у тех видов, которым приходится координировать поведение частей сети на далеких расстояниях. Чтобы эксперимент удался с большей вероятностью, он выбрал опенок, Armillaria, грибница которого – рекордсмен по протяженности (она покрывает километры) и по возрасту (растет тысячи лет). Когда Олссон вставил микроэлектроды в гифы гриба Armillaria, он обнаружил регулярные импульсы, схожие с потенциалами действия, которые выстреливали со скоростью, очень близкой к скорости сенсорных нейронов животных – приблизительно четыре импульса в секунду, – и которые перемещались вдоль гифы со скоростью как минимум полмиллиметра в секунду, что примерно в 10 раз быстрее, чем самая высокая скорость жидкости, измеренная в гифах грибов. Это заинтересовало его, хотя данные наблюдений и не доказывали, что электрические импульсы – основа системы быстрой передачи сигналов. Электрическая активность может играть в ней роль, только если она чувствительна к стимуляции. Олссон решил измерить реакцию гриба на куски дерева, которое служит пищей для этого вида. Он установил оборудование для проведения эксперимента и поместил кусок древесины на мицелий в нескольких сантиметрах от электродов. И обнаружил нечто невероятное. Когда дерево пришло в контакт с мицелием, интесивность импульсов удвоилась. Когда он убрал дерево, интенсивность пришла в норму. Чтобы убедиться, что грибы реагировали не на вес груза, он поместил на мицелий кусок несъедобного пластика такого же размера. Гриб не отреагировал.
Олссон продолжил эксперимент с разными видами грибов, включая микоризные, растущие на корневой системе растений, Pleurotus (вешенкой обыкновенной) и Serpula (серпулой плачущей, или домовым грибом, обнаруженном в печи Хэддон-Холла). Все они производили импульсы, подобные потенциалам действия, и откликались на большое количество раздражителей. Олссон выдвинул гипотезу: электрические сигналы для многих грибов – способ пересылать сообщения между различными частями мицелия «об источниках пищи, повреждениях, состояниях гриба или присутствии других существ вокруг него».
Многие нейробиологи, с которыми работал Олссон, очень воодушевились, осознав, что сети мицелия могут вести себя подобно мозгу. «Первыми отреагировали эти ребята, работавшие с насекомыми, – вспоминал Олссон. – Они стали фантазировать об этих огромных лесных грибницах, распространяющих электрические сигналы вокруг себя. Они вообразили, что грибница – это большой мозг, лежащий в лесу под землей». Признаюсь, я тоже не мог не заметить это бросающееся в глаза сходство. Выводы Олссона предполагали, что мицелий может образовывать фантастически сложные сети электрически возбудимых клеток. Мозг тоже является фантастически сложной сетью электрически возбудимых клеток.
«Я не думаю, что мицелий – это мозг, – объяснил мне Олссон. – Мне пришлось воздержаться от аналогий с ним. Как только произносят слово “мозг”, люди представляют себе мозг человека, который формирует речь и обрабатывает мысли, принимает решения». Его осторожность весьма обоснованна. «Мозг» – это ключевое слово, обремененное смыслами, по большей части относящимися к животному миру. «Когда мы говорим “мозг”, – продолжал Олссон, – мы думаем о мозге животных». Кроме того, он подчеркнул, что мозг ведет себя как таковой из-за того, как он устроен.
Архитектура мозга животных сильно отличается от архитектуры грибниц. В первом случае нейроны стыкуются с другими нейронами в синапсах, и там сигналы объединяются с другими сигналами. Молекулы-нейромедиаторы проходят через синапсы и позволяют различным нейронам вести себя по-разному – некоторые возбуждают нейроны, некоторые подавляют их. Сети мицелия не обладают такими особенностями.
Но если бы грибы не использовали электроволны для передачи сигналов по сети мицелия, разве мы не стали бы думать о мицелии как своеобразном прототипе мозга? По мнению Олссона, могут быть и другие способы регулирования электрических импульсов в сети мицелия, чтобы создать «электрические цепи, приемники сигнала и генераторы, подобные тем, что существуют в мозгу». У некоторых грибов гифы разделяются на отсеки септами с порами, проницаемость которых в точности регулируется. Когда пóра открывается или закрывается, изменяется сила сигнала, проходящего от одного отсека к другому, будь то химический или электрический сигнал или сигнал об изменении давления. Если внезапное изменение электрического заряда могло бы открыть или закрыть пору, размышлял Олссон, то всплеск частоты импульсов мог бы изменить путь прохождения через гифу последовательных сигналов, и так мицелий «запомнил» новый алгоритм. Более того, гифы ветвятся. Если два импульса сошлись бы в одном месте, оба влияли бы на проводимость пор, интегрируя сигналы из различных ветвей. «Не нужно хорошо разбираться в работе компьютеров, чтобы понять, что такие системы могут создавать точки принятия решений, – сказал мне Олссон. – Если соединить эти системы в гибкую и подвижную сеть, появляется возможность создать “мозг”, который способен учиться и запоминать». Он держался от слова «мозг» на безопасном расстоянии, заключая его в кавычки и подчеркивая тем самым, что использовал его в качестве метафоры.
То, что грибы могут использовать электрические сигналы как основу для быстрой коммуникации, не укрылось от взора Андрея Адамацкого, директора Лаборатории нетрадиционных компьютерных исследований. В 2018 году он внедрил электроды в плодовые тела вешенки, растущие гроздьями из участков мицелия, и обнаружил спонтанные волны электрической активности. Когда он поднес пламя к плодовому телу, другие плодовые тела той же грозди отреагировали резким скачком напряжения. Вскоре после этого он опубликовал статью Towards fungal computer («Изобретая грибной компьютер»). В ней он предположил, что сети мицелия «обрабатывают» информацию, закодированную в пиках электрической активности. Если бы мы знали, как сеть мицелия будет реагировать на такой стимул, считает Адамацкий, мы могли бы рассматривать ее как живую микросхему. Стимулируя мицелий, например с помощью пламени или химических веществ, мы, суть, вводили бы данные в грибной компьютер.
Как бы фантастически ни звучало словосочетание «грибной компьютер», но биокомпьютерные технологии – это стремительно развивающаяся область. Адамацкий потратил несколько лет на разработку способов применения слизевиков в качестве датчиков и «компьютеров». Его прототипы биокомпьютеров используют слизевиков для решения ряда геометрических задач. «Сети»[15] слизевиков могут модифицироваться, например путем отсечения связи, чтобы изменить набор «логических функций», которые выполняются в конкретной сети. «Грибной компьютер» Адамацкого – это прикладная технология обработки информации слизевиками к другим «сетевым» организмам. По наблюдениям Адамацкого, есть грибницы более приспособленные для информационных технологий, чем «сеть» слизевиков. Это старые грибницы, которые не спешат принимать новые формы. К тому же они крупнее, у них больше связей между гифами. Именно в местах этих соединений, которые Олссон назвал «схемами принятия решений» (decision gates), а Адамацкий описывает как «элементарные процессоры», взаимодействуют и объединяются сигналы, идущие от различных ветвей сети. Адамацкий подсчитал, что грибница опенка, покрывающая более 15 гектаров, содержит приблизительно триллион таких «процессоров».
Для Адамацкого предназначение грибных компьютеров не в том, чтобы заменить микросхемы, – они для того слишком неторопливы. Скорее, как он считает, можно было бы использовать мицелий, развивающийся в какой-либо экосистеме, как «большой датчик, отражающий состояние окружающей среды». Грибницы, согласно его рассуждениям, отслеживают большое число потоков данных, и это составляет часть их повседневной жизни. Если бы мы могли подключиться к сетям мицелия и объяснить сигналы, которые они используют для обработки информации, мы могли бы больше узнать о том, что происходит в экосистеме. Грибы могли бы рассказать о качестве почвы, чистоте воды, экологическом загрязнении и других параметрах окружающей среды, к которым они чувствительны.