Биологи давно предполагают, что подземная мицелиальная сеть леса служит не только для транспорта питательных веществ, но и для передачи информации. Лабораторные эксперименты подтверждали способность грибов обмениваться электрическими сигналами, однако зафиксировать масштабную связь в естественных условиях удавалось редко. Скрытность тончайших гиф под землей и непредсказуемость роста плодовых тел мешали экологам собрать надежные пространственные данные в дикой природе.
Авторы статьи, опубликованной в журнале Scientific Reports, весной удобрили мочевиной 25 квадратных метров дубового леса в японской префектуре Мияги. Эта подкормка вызвала массовый осенний рост «аммиачных грибов» рода гебелома (Hebeloma). Биологи ввели тонкие медицинские электроды в шляпки и ножки 37 появившихся грибов и фиксировали разность потенциалов каждую секунду на протяжении трех с половиной дней.
Затем проверили реакцию лесной сети на внешние раздражители. Ученые точечно выливали 200 миллилитров водопроводной воды или человеческой мочи, собранной от одного из авторов исследования, под основание конкретного гриба, а в одном из тестов полностью залили водой экспериментальный участок. По завершении электрофизиологических записей исследователи собрали все 37 грибов и отсеквенировали их ДНК, чтобы определить видовую принадлежность и степень родства. Силу и направленность информационных потоков проанализировали с помощью математического аппарата энтропии переноса.
Расчеты показали, что грибы постоянно отправляют друг другу электрические сигналы. Интенсивность этого обмена предсказуемо зависит от физического и генетического расстояния: чем ближе растут грибы и чем выше степень их родства, тем сильнее информационная связь. Однако сеть не замыкается на одном клоне. Ученые зафиксировали устойчивый обмен сигналами между генетически разными особями и даже между представителями двух разных видов — Hebeloma danicum и Hebeloma cylindrosporum.
Авторы исследования отметили, что вклад в коммуникацию у разных грибов не был однородным. Один конкретный гриб (в статье он так и называется — гриб № 1) оказался настоящим коммуникационным узлом. Именно от него исходили самые интенсивные потоки информации к целой группе соседних грибов (№ 2, 3, 5, 15). Более того, гриб № 1 умудрялся отправлять самые сильные сигналы далеко расположенному грибу № 23, который мало того что рос в стороне, так еще принадлежал к совершенно другому виду.
Реакция на стимулы строго зависела от масштаба воздействия. Когда воду налили только под один гриб, его собственный электрический потенциал вырос, и в течение следующих 30 минут уровень обмена сигналами между всеми грибами участка значительно увеличился. Напротив, когда биологи залили водой всю площадь разом, передача информации резко упала: каждый гриб активировался самостоятельно, и скоординированный сетевой диалог разрушился из-за общего «информационного шума».
Эксперимент с добавлением мочи, которую гебеломы предпочитают в качестве источника азота, не дал заметного эффекта. Только гриб № 1 показал хоть и значимый, но небольшой всплеск активности. Авторы научной работы связали это с температурными ограничениями: эксперимент проходил в осеннем лесу, при +10 °С. В такой прохладе почвенным бактериям требуется около пяти дней для переработки мочевины в аммиак, интересный грибам. Цикл записи длился всего три дня, поэтому грибы просто не успели отреагировать на химическое изменение состава почвы.
В естественной среде грибы формируют динамичные коммуникационные сети и быстро реагируют на локальное появление ресурсов. Точный механизм межвидовой связи пока остается неизвестным: сигнал может идти как по переплетенным гифам разных видов, так и через выделение химических веществ, которые меняют кислотность и электрический баланс соседних колоний.