Mantarlarda Elektriksel Sinyal: Ölçümler Ne Gösteriyor, Ne Göstermiyor

Miselyumla dolu bir substrata iki ince elektrot batırıp voltajı saatlerce kaydederseniz düz bir çizgi görmezsiniz. Çizgi yavaşça dalgalanır, arada kısa sıçramalar yapar, bu sıçramalar bazen art arda dizilir. "Mantarlar kendi aralarında konuşuyor" başlıkları bu kayıtlardan doğdu. Kayıtlar gerçek; başlıklar ise çoğu zaman kayıtların söylediğinden fazlasını söylüyor.

Tam olarak ne ölçülüyor?

İki farklı ölçüm türü var. İlki hücre zarının iki yüzü arasındaki voltaj, yani zar potansiyeli; bunu ölçmek için hif hücresinin içine mikroelektrot sokmak gerekir. İkincisi hücre dışı potansiyel: elektrotlar hücrenin içine değil, miselyumun sardığı ortama ya da mantarın meyve gövdesine yerleştirilir ve iki nokta arasındaki fark kaydedilir.

Son yıllardaki çalışmaların çoğu ikinci türdendir. Dört türün elektriksel etkinliğini analiz eden bir çalışmada salınımların, miselyumun sardığı substrata ya da doğrudan meyve gövdelerine yerleştirilen diferansiyel elektrotlarla kaydedilen hücre dışı potansiyeller olduğu açıkça belirtilir (Adamatzky, 2022). Bu ayrım önemli: hücre dışı bir kayıt, tek bir hücrenin içinden alınmış bir kayıt değildir. Hifin yapısını ve miselyumun nasıl büyüdüğünü hifa nedir, mantar nasıl büyür yazısında anlattık.

Eski çalışmalar: hif içinden kayıt

1976'da Neurospora crassa hiflerine mikroelektrot sokan araştırmacılar olgun hiflerde ara sıra, kendiliğinden ortaya çıkan "aksiyon potansiyeli benzeri" olaylar kaydetmiştir (Slayman ve ark., 1976). Aynı çalışmada normal zar potansiyelinin -180 mV civarında olduğu, bu olayların 1-2 dakika sürdüğü ve tepe noktasında zar potansiyelinin -40 mV civarına ulaştığı raporlanmıştır (Slayman ve ark., 1976).

Özetin son cümlesi bugünkü tartışma için de yol gösterici: yazarlar, mantarlardaki bu olaylar için henüz belirgin bir işlev bulunmadığını not etmiştir (Slayman ve ark., 1976).

Yeni ölçümler: sıçramalar, diziler, haftalık salınımlar

2018'de yayımlanan bir öncü deney dizisinde bir meyve gövdesi kümesinde tek bir gövdeye ısı ya da kimyasal uyaran verildiğinde kümedeki diğer gövdelerin elektriksel etkinliğinde de değişiklik görülmüş; yazar bunu gövdeler arasında uzak bilgi aktarımı olarak yorumlamıştır (Adamatzky, 2018).

Pleurotus djamor kayıtlarında sıçramaları algılamak için yöntem geliştiren bir çalışmada, mantar etkinliğinin sinir hücresi etkinliğine göre çok değişken olduğu ve bu yüzden sinirbilimin standart araçlarıyla çözümlenemediği belirtilmiştir (Dehshibi ve ark., 2021). Aynı çalışma sıçrama dizilerinin miselyumun substratta ilerlemesini, besin ve metabolit taşınmasını ya da ağ içi iletişimi yansıtıyor olabileceğini yazar (Dehshibi ve ark., 2021).

Dört türü karşılaştıran çalışmada sıçrama özelliklerinin türe özgü olduğu, bir sıçramanın süresinin 1 ile 21 saat, genliğinin 0,03 ile 2,1 mV arasında değiştiği ve sıçramaların sıklıkla diziler hâlinde kümelendiği raporlanmıştır (Adamatzky, 2022). Neurospora hiflerinin içinden alınan kayıtlarda ise olaylar 1-2 dakika sürüyordu (Slayman ve ark., 1976). Farklı yöntem ve türlerden gelen bu iki ölçüm doğrudan eşlenemiyor.

Sinyalin biyolojik kökenli olup olmadığı da sınanmış. Hericium erinaceus biyofilmlerinden mikroelektrot dizileriyle kayıt alan bir laboratuvar çalışmasında yalnız besiyeri içeren kontrollerle karşılaştırma yapılmış, zar geçirgenliğini hedefleyen antifungal nistatin uygulandığında elektriksel etkinlik durmuş, L-glutamik asit enjeksiyonu ise kanalların ortalama ateşleme hızını saniyede 0,04'ten 0,1'e çıkarmıştır (Browner ve ark., 2024). Hiç değilse bu düzenekte, kaydedilen sıçramaların canlı hücrelerden kaynaklandığını destekleyen bir kontrol bu.

Miselyum bağlı kompozitlerde nemin etkisini inceleyen bir çalışmada kendiliğinden başlayan sıçrama dizileri taze kompozitlerde yaklaşık %95 ile %65 nem aralığında, kısmen kurumuş olanlarda yaklaşık %15 ile %5 aralığında görülmüş, yüzeye düşen su damlaları da sıçrama tetiklemiştir (Phillips ve ark., 2023). Bu malzemelerin kullanımını miselyumdan malzeme yazısında ele aldık.

Odun çürükçül bir mantar olan Pholiota brunnescens miselyumunun elektrik potansiyelini agar üzerinde bir odun yemine doğru yayılırken 100 günü aşkın süre izleyen çalışmada, potansiyelin yemin bulunduğu bölgeden miselyumun diğer kısımlarına doğru yönlü ve kararlı bir nedensellik ilişkisi gösterdiği, bu ilişkinin 60. günden sonra kaybolduğu ve aynı dönemde bir döngüsü yaklaşık bir hafta süren yavaş bir salınımın başladığı raporlanmıştır (Fukasawa ve ark., 2024). Yazarlar yemi ilk kolonize eden hiflerin geçici bir etkinlik merkezi gibi davranmış olabileceğini açıkça bir spekülasyon olarak sunar (Fukasawa ve ark., 2024).

Laboratuvardan robota

Bu kayıtlar mühendislik tarafında da kullanılıyor. 2024'te yayımlanan bir çalışmada miselyumun ürettiği aksiyon potansiyeli benzeri sıçramalar yürüyen yumuşak bir robotun ve tekerlekli bir robotun motorlarını ve valflerini kontrol etmek için kullanılmış, ultraviyole ışıkla uyarım robotların yürüyüşünü değiştirmiştir (Mishra ve ark., 2024). Bu, sinyalin bir kontrol girdisi olarak kullanılabildiğini gösteriyor; mantarın bir şey "söylediğini" değil.

"Mantarlar konuşuyor" başlıkları veriden nerede ayrılıyor?

Dil benzetmesinin kaynağı, dört türü karşılaştıran çalışmanın ikinci yarısı. Orada sıçramalar "kelimeler" hâlinde gruplanmış ve mantar kelime uzunluklarının dağılımının insan dillerininkiyle örtüştüğü raporlanmıştır (Adamatzky, 2022). Ancak aynı özet, bu analizin sıçramaların mantarlar tarafından miselyum ağında iletişim ve bilgi işleme için kullanıldığı varsayımıyla yapıldığını açıkça yazar (Adamatzky, 2022). Yani iletişim bir bulgu değil, analizin başlangıç varsayımı.

Bu tabloyu okurken bir noktayı akılda tutmak gerekiyor. Bir sinyalin varlığı, uyaranla değişmesi ve hatta bir robota bağlanabilmesi, o sinyalin organizmanın kendisi için bir mesaj taşıdığını tek başına göstermez. İletişimden söz etmek için sinyalin nerede üretildiğini, nasıl taşındığını ve alıcı tarafta hangi yanıtı doğurduğunu birlikte görmek gerekir; yukarıdaki çalışmaların hiçbiri bu üç halkayı birlikte ölçtüğünü ileri sürmüyor.

Kayıtların bugün söyledikleri daha sade: miselyumda ölçülebilir, koşullarla ve uyaranlarla değişen bir elektriksel etkinlik var. Bu etkinliğin miselyumun kendi koordinasyonunda bir rolü olup olmadığı ise açık ve ilginç bir soru. Mantarların ekosistemde ağ olarak nasıl çalıştığına dair genel çerçeveyi mantarların çevresel rolü ve misel ağı yazısında, miselyum ile meyve gövdesinin farkını da miselyum ve meyve gövdesi yazısında bulabilirsiniz.

Bilimsel referanslar

Adamatzky, A. (2018). Towards fungal computer. Interface Focus, 8(6), 20180029. PMID 30443330. DOI 10.1098/rsfs.2018.0029.

Adamatzky, A. (2022). Language of fungi derived from their electrical spiking activity. R Soc Open Sci, 9(4), 211926. PMID 35425630. DOI 10.1098/rsos.211926.

Browner, D. et al. (2024). Micro-electrode array recording of extracellular electrical potentials of liquid static surface fermented Hericium erinaceus. Biosystems, 245, 105298. PMID 39159880. DOI 10.1016/j.biosystems.2024.105298.

Dehshibi, M.M. et al. (2021). Electrical activity of fungi: Spikes detection and complexity analysis. Biosystems, 203, 104373. PMID 33577948. DOI 10.1016/j.biosystems.2021.104373.

Fukasawa, Y. et al. (2024). Electrical integrity and week-long oscillation in fungal mycelia. Sci Rep, 14(1), 15601. PMID 38971913. DOI 10.1038/s41598-024-66223-6.

Mishra, A.K. et al. (2024). Sensorimotor control of robots mediated by electrophysiological measurements of fungal mycelia. Sci Robot, 9(93), eadk8019. PMID 39196952. DOI 10.1126/scirobotics.adk8019.

Phillips, N. et al. (2023). Electrical response of fungi to changing moisture content. Fungal Biol Biotechnol, 10(1), 8. PMID 37013653. DOI 10.1186/s40694-023-00155-0.

Slayman, C.L. et al. (1976). "Action potentials" in Neurospora crassa, a mycelial fungus. Biochim Biophys Acta, 426(4), 732-44. PMID 130926. DOI 10.1016/0005-2736(76)90138-3.

Bu içerik bilgilendirme amaçlıdır, tıbbi tavsiye niteliği taşımaz. Herhangi bir sağlık kararı almadan önce hekiminize danışınız. Fonksiyonel mantarlar ilaç değildir ve hastalıkların tedavisinde kullanılamaz.

Atıf yapılan kaynak: 8  |  Yöntem: Editöryel Politika  |  Referanslar: Bibliyografya