«Юстас — Алексу». Разговоры грибов

Могут ли полноценно общаться совершенно безмозглые твари? В принципе, такое общение не запрещено и даже многим известно. Например, растения, несомненно, передают и воспринимают информацию с помощью химических сигналов. Скажем, сообщения о нападении какого-то листогрыза. Однако такое общение не предполагает наличия сознания. А вот способны ли лишенные мозгов существа к осознанному общению, к использованию слов и построенных из них лингвистических конструкций?

О таком до недавнего времени могли рассуждать лишь отъявленные мечтатели, пишущие статейки про интеллект растений (см. «Химию и жизнь» 2021 №12). Тем не менее истинные целеустремленные исследователи не склонны к фантазиям. Они ставят опыты, и такие опыты дают удивительные результаты. Да, у безмозглых существ имеются системы сообщений, которые при своей сложности не отличаются в худшую сторону от человеческой речи. Такими существами оказались грибы.

Иллюстрация Сергея Тюнина

Электрический гриб

Что заставило Эндрю Адамацки (Andrew Adamatzky) из Лаборатории нетрадиционных компьютеров Бристольского университета (он же кибернетик Андрей Игоревич Адамацкий, доктор физико-математических наук, который занимался теорией клеточных автоматов в Санкт-Петербургском университете) в 2018 году воткнуть электроды в плодовое тело вёшенки и посмотреть на динамику изменения тока между ними, доподлинно неизвестно. Скорее всего, это было типичное желание всякого истинного ученого удовлетворить свое любопытство и найти ответ на вопрос: а что будет, если сделать вот так? Результат втыкания электродов в гриб получился очень интересным и породил целый цикл работ с совершенно неординарными выводами.

Строго говоря, биологам, а тем более биофизикам, известно, что грибы — вполне себе электрические существа. Так, на важнейшее дело в их жизни — разветвление гифов, которые формируют грибницу, — влияет электрическое поле. Внутри гифов гриба текут микроамперные токи протонов. Благодаря электрическому потенциалу, споры гриба не собираются в агломераты, как это делают пылинки, а, отталкиваясь друг от друга, разлетаются в разные стороны. Есть данные, что электрические токи играют важную роль и при формировании симбиоза между грибницей и корнями растений.

Однако электрические свойства грибов не привлекали особого внимания биофизиков. Так, в 70-е годы были проведены единичные опыты по изучению электрической активности знаменитого слизевика фузариума (того самого, поведение которого кибернетики используют для моделирования процессов формирования всевозможных структур, вплоть до крупных структур Вселенной) или хлебных плесеней.

Но вот в 1995 году исследователи из Лундтского университета в Швеции Стефан Олсон и Билл Хансон (S. Olsson и B.S. Hansson) первыми решили-таки воткнуть электроды в мицелий высшего гриба и посмотреть, что будет? Для опытов они взяли выращенные на агаре мицелии вёшенки и осеннего опенка.

Оказалось, что у обоих мицелиев есть электрическая активность: над общим фоном время от времени, до пяти раз в секунду, появляются пики электронапряжения. Их продолжительность составляла от 20 до 500 миллисекунд, а профиль пика походил на профиль типичного пика электрической активности нейрона. Интересно, что, когда на мицелий опенка клали кусочек березовой ветки, частота пиков увеличивалась в несколько раз — до 20 и более всплесков в секунду. На капли серной кислоты или сладкой воды мицелий отвечал аналогичным ростом частоты, а если клали несъедобную для гриба пластмассу, то мицелий никак не реагировал.

Кордицепс, выросший на куколке бабочки Фото: flickr.com / MK — fotky

Грибные сообщения

Смелые шведы не стали ломать комедию с различными предположениями, а прямо заявили: мы наблюдаем не что иное, как сообщения, которые одна часть мицелия посылает другой. И сразу же высказали идею: если пики напряжения действительно сигналы, значит, гриб опенок оказывается самым большим существом на Земле, которое использует для общения электрические сигналы. Ведь этот гриб разрастается на гектары и может весить десятки тонн.

Видимо, смелые соображения показались коллегам столь экстравагантными, что тема заглохла на два десятилетия, пока поиском ответа на вопрос «а что будет, если?» не занялся А.И. Адамацкий. Он работал гораздо более системно и за несколько лет провел длительные наблюдения за электрической активностью нескольких грибов, сначала — плодовых тел вёшенки, потом — лечебного трутовика ганодермы лакированной, известного под названиями рейши и линчжи. Затем в ход пошли тоже растущие на древесине щелелистник (его едят в Латинской Америке, а у нас считают несъедобным), зимний опенок и похожий на вёшенку, но ядовитый гриб-привидение (прозван так за способность к свечению). А еще, что интересно, — питающийся не древесиной, а куколками насекомых лекарственный гриб кордицепс (см. «Химию и жизнь» 2019 №11).

Все эти грибы дали целые серии разных электрических сигналов. Однако среди них не удалось найти ничего похожего на данные Олсона и Хансона — никаких пиков напряжения, появляющихся по нескольку раз в секунду. Электрическая активность была медленной и хаотичной: вместо регулярных быстрых пиков возникали спорадические всплески электрической активности, которые продолжались минуты и часы. Они выглядят и как отдельные пики напряжения, и как целые серии из периодически идущих пиков.

У вёшенки удалось выявить два типа последовательностей с периодами 2,6 и 14 минут. У рейши активность оказалась еще более замысловатая. Например, длинную серию из 70 пиков может предварять короткая серия из пяти пиков, а по завершении длинной следует еще одна короткая из семи пиков; все «сообщение» продолжается два часа. Выходит, прямо шифровка с заголовком «Юстас — Алексу» и подписью «ваш Штирлиц». При этом продолжительность пиков составляет в среднем 29 секунд, а пауза между ними может длиться и сотни, и тысячи секунд. Выходит, что нет никакой системы, кроме того факта, что в электрической активности гриба есть хорошо заметные глазу, но слабо подчиняющиеся формализации группы из пиков напряжения.

Эти предварительные опыты позволили, следуя идее Олсона и Хансона, сделать вывод, что в плодовом теле гриба идет какая-то бурная информационная деятельность. Она выражается в сообщениях, причем единицей такого сообщения служит не один пик напряжения, а собранная в группу серия таких пиков.

Порой в плодовом теле гриба рейши возникают продолжительные сообщения, которые окаймлены коротким заголовком (стрелка с буквой S) и подписью (стрелка с буквой Е) Andrew Adamatzky, Antoni Gandia, bioRxiv preprint 19 июня 2021 года

Строение грибного языка

Теперь эту закономерность надо было проверить на следующих четырех грибах — щелелистнике, зимнем опенке, грибе-привидении и кордицепсе. Электроды вставляли и в плодовое тело, и в субстрат, в котором развивался мицелий. Принципиально результат был таким же, как и раньше: в грибах, что в плодовых телах, что в мицелии, формировались серии из пиков электрического напряжения. Однако характер этих серий у каждого гриба свой.

Самым быстрым и общительным оказался щелелистник — у него средний интервал между всплесками электрической активности составил 41 минуту. Кордицепс оказался самым медлительным — почти два часа между всплесками. Опыт, поставленный на щелелистнике, который, в отличие от остальных, был получен не в лаборатории, а рос на принесенной из леса ветке, показал, что пик, зафиксированный в одном плодовом теле, через некоторое время, от 20 секунд до полутора минут, следует и в соседних телах. Правда, понять, с чем связан такой разброс времени, установить не удалось.

Раз есть сигнал, значит, его можно обработать, благо в методиках подобного анализа нет недостатка. Главное — понять, что следует искать в мешанине всплесков напряжения, какую систему? Поскольку еще Олсон и Хансон предложили считать этот сигнал сообщением, значит, нужно выделить и как-то формализовать структуру этого сообщения, а уж затем пытаться его осмыслить.

Человеческие сообщения можно разбить на отдельные смысловые единицы, слова. Например, при анализе языка лингвисты используют продолжительность звуков и пауз между ними при произнесении слов: ориентируясь на эти данные, они весьма успешно вычленяют отдельные слова из устной речи. Окончанием слова можно считать такой звук, после которого пауза больше или равна средней паузе между звуками или больше в два-три раза. Выбор продолжительности такой паузы определяется уже известными данными о языке. Если же таких данных нет, то произволом исследователя.

Поскольку структура языка грибов неизвестна, Адамацкий использовал два критерия деления сообщения на слова: пауза между ними больше средней паузы между пиками и больше двукратного значения средней паузы. Результат был поразительным: если считать, что пауза между словами больше или равна средней паузе между звуками, то длина грибных слов оказывается как в английском или греческом языке, в среднем 4,4–4,7 буквы в слове. А если в два раза больше, то, как в русском, — 6 букв.

Выявленный таким способом словарный запас, который грибы продемонстрировали в ходе опытов, составляет полсотни слов, а наиболее часто употребляются 15–20 слов, причем их длина явно менее 10 букв. Лидером по сложности языка оказался щелелистник, за ним идет кордицепс, а далее со значительным отставанием следуют зимний опенок и гриб-привидение.

Зимний опенок Фото: flickr.com / Lukas Large

В поисках смысла

Впрочем, это все дает весьма примитивное описание языка грибов. Как отмечает А.И. Адамацкий, определять слова по их длине, это все равно, что судить о надписи, сделанной двоичным кодом не по последовательности нулей и единичек, а по их сумме. Для того чтобы подойти ближе в интригующей теме самой возможности существования языка грибов, а тем более попытаться приблизиться к пониманию смысла их сообщений, нужно провести большую работу.

Прежде всего требуется расширить список изученных видов грибов. Видимо, особый интерес тут представляют не паразиты, вроде всяческих опят, питающихся живой и мертвой древесиной, а такие, что вступают в симбиоз с растениями, опутывая микоризными сетями всю почву в лесах и лугах. Собственно, исследователи, рассуждающие о сознании безмозглых существ, например растений, отмечают, что именно микоризная сеть, подобно нервной системе, способна передавать информацию от одних членов растительного сообщества к другим (см. «Химию и жизнь» 2021 №12).

Чем больше будет найдено «языков» грибов, тем проще будет вычленить в них те общие черты, которые проложат тропинку к пониманию передаваемых сообщений. В принципе, эта задача не принадлежит к числу неразрешимых. Люди издавна предпринимают попытки, и часто успешные, расшифровки текстов на неизвестных языках или зашифрованных неизвестным кодом.

Конечно, археологи и борцы со шпионами имеют дело исключительно с человеческими текстами, которые подчиняются каким-то общим правилам, выведенным при анализе знакомых языков. Более того, мысли и способ действия создателей таких текстов мы можем примерно понять. Для расшифровки языка негуманоидных существ, тем более лишенных явных признаков мыслительных способностей, вряд ли удастся легко проникнуть в ход мыслей создателей электрических сообщений. В фантастике этот сюжет подробно разобран в повести Станислава Лема «Глас Господень», где попытка расшифровать сообщение провалилась.

К счастью, в случае с грибами речь идет не о вселенском сообщении, идущим, скорее всего, от Создателя. Сообщения грибов должны быть гораздо проще и утилитарнее. Поэтому задача понимания их смысла не кажется совершенно неразрешимой, вопрос прежде всего в статистике наблюдений. Несомненно одно: для решения задачи кибернетикам потребуется не только в полной мере использовать свои знания и мощные компьютеры, но и абсолютно раскрепостить свою фантазию. Впрочем, как видно на примере Стефана Олсона, Билла Хансона и А.И. Адамацкого, способностей к фантазированию им не занимать.

Надежды на успех мероприятия вселяет и тот факт, что один негуманоидный язык, язык танца пчел, все-таки расшифровать удалость, и за это Карл фон Фриш даже удостоился Нобелевской премии 1973 года по физиологии и медицине вместе с Конрадом Лоренцем и Николасом Тинбергеном.

Гриб-привидение Фото: flickr.com / Boaz Ng

Разум грибов

Как же так, спросит читатель, познакомившийся с исследованиями А.И. Адамацкого. Ну разве может быть язык у безмозглых существ? О чем они могут переговариваться, чем анализировать передаваемую информацию? Ведь язык — это набор весьма абстрактных символов, и, только обладая каким-никаким разумом, можно понять, что в череде хоть звуков, хоть электрических импульсов содержится сообщение, более информативное, чем в шелесте листьев на ветру. Как можно, не имея мозгов, осознавать значение абстрактных символов?

Видимо, специально чтобы развеять создавшийся после его работ когнитивный туман, А.И. Адамацкий подготовил специальный меморандум под названием «Грибное состояние разума». В этом ему помогли коллеги, а именно Хорди Вальверду и Оскар Кастро (Jordi Vallverdu и Oscar Castro) из Автономного университета Барселоны, Антони Гандия (Antoni Gandia) из Института молекулярной и клеточной биологии растений при Политехническом университете Валенсии, Алессандро Кьолерио (Alessandro Chiolerio), который в генуэзском Итальянском институте технологии занимается мягкими биоподобными роботами, и Гордана Додиг-Црнкович (Gordana Dodig-Crnkovic) из Чалмеровского технологического университета в Гётеборге. Этот текст представлен широкой публике в виде препринта в апреле 2022 года. Вот краткое содержание изложенных в нем мыслей.

1. Грибы очень древние существа. Они появились за 600 млн лет до возникновения растений. Ныне именно гриб представляет собой самое гигантское живое существо планеты — это толстоногий опенок, обитающий в Орегоне. Он занимает площадь под тысячу гектаров, весит 35 тысяч тонн, а его возраст оценивают тысячелетиями, от двух до восьми. Грибы способы вести активный образ жизни. Так, есть хищные грибы, которые гифами своей грибницы ловят подземных червей-нематод.

2. Некоторые грибы научились управлять поведением других существ. Например, они могут заставить зараженную куколку мотылька встать вертикально, чтобы споры живущего в ней гриба разлетались как можно дальше. Или могут обратить муравья в зомби, и тот, забросив все дела, станет карабкаться на вершину муравейника, с тем, чтобы опять-таки грибу было хорошо с высокого места распылять свои споры.

3. Грибы образуют обширные микоризные сети и вступают в симбиоз с растениями, обеспечивая взаимовыгодный обмен полезными веществами. Все это предполагает весьма сложное поведение. Более того, необходимость в появлении сознания именно у грибов связана с их гигантскими размерами, ведь всем этим конгломератом клеток, простирающихся в виде грибницы на многие метры, а то и сотни метров и даже километров, надо как-то управлять.

4. Грибы, создавая симбиоз с растениями, формируют гигантские сети микоризы. Фактически они создают коллективный мицелий, и именно этот мицелий может быть основой их коллективного сознания. С филогенетической точки зрения за счет мицелия, оплетающего корни растений, грибы формируют синаптические связи между ними и дают возможность этим существам обмениваться сообщениями.

5. При рассуждении о сознании, люди, как правило, стоят на точке зрения антропоцентризма и считают, что сознание присуще исключительно человеку. Это мешает признать тот факт, что сознание есть даже у мельчайших одноклеточных существ. Мы же исходим из того, что сознание в той или иной мере присуще любым живым существам.

6. Наша отправная точка состоит в простой идее: возникновение разума представляет собой результат взаимодействия между отдельными индивидуальными единицами, результат их коллективного поведения. Наш подход к изучению разума грибов не является панпсихистским (приписывание разумности материи), но основан на модели обработки информации, которая позволяет идентифицировать механизмы самосознания грибов и дает эмпирическую основу для изучения их сознания. Нас сильнее всего волнуют два вопроса: разумны ли грибы? и если да, то не могли бы мы поговорить об их коллективном сознании?

7. В пользу выдвигаемой идеи говорят экспериментальные данные. В самом деле, электрическая активность нейронов мозга проявляется в пиках электрического потенциала определенной формы. Точно такие же пики зафиксированы у грибов. У этого феномена есть два объяснения. Первое — сходство случайно. Второе — в грибах идут электрические процессы, аналогичные тем, что происходят в мозгу, и последовательности пиков напряжения у грибов представляют собой сообщения, направляемые одной частью гриба его другой части. В пользу второго говорит то, что характер электрической активности грибов меняется при появлении раздражителей: света, надавливания, воздействия кислотой. Хлороформ отключает сознание человека, и электрическая активность мозга у него резко падает. Точно так же пары хлороформа действуют и на вёшенку.

8. Анализ электрических сообщений грибов позволил разбить их на структурные единицы, размеры которых оказались аналогичны тем, что есть в языках людей. При этом сложность грибного языка превосходит сложность европейских языков. Сходство активности грибов и нейронов, поведение при анестезии и прочие факты позволяют предположить, что у грибов есть некоторая степень сознания, которая присуща животным, обладающим мозгом.

9. Размышление о сознании грибов открывает огромное поле неизведанного, порождает множество вопросов и дает направление дальнейшей работе. Как мы сможем убедиться, что поведение грибов не механическая реакция, что гриб, производя действия, имеет какое-то намерение? Абстракция, креатив, уверенность, суждение — все это характеристики человеческого сознания. Способны ли грибы выполнять такие функции? Обладают ли грибы целостным состоянием ума? Сколько состояний ума грибов можно выделить? Или же они, напротив, не способны к целостному состоянию ума, просто следуют полностью предопределенным шаблонам? Может ли грибной хемотаксис быть частью эмоциональных состояний гриба?

10. Люди способны понять и принять принесение себя в жертву ради высших целей. Грибы тоже жертвуют своими плодовыми телами — ради распространения. Нет ли тут чего-то общего? Люди гораздо менее долговечны, чем грибы. Нам, несомненно, сложно понять, как выглядит мир для фактически бессмертных существ, таких, как некоторые грибы. Бессмертное или даже чрезвычайно старое сознание могло бы развить, возможно, недосягаемый для нас интеллект; не исключено, что он станет преследовать цели, которые нам могут показаться неразумными в силу нашего ограниченного восприятия.

11. Мы привыкли жить в четырехмерном пространстве-времени, где существует причинно-следственная связь, все это мы считаем незыблемым. Учитывая особенность морфологии грибов, мы можем лишь отдаленно представить, насколько радикально отличаются наши представления от тех, что могут быть в сознании грибов. Например, вместо трехмерного визуального восприятия у них возможно голографическое восприятие, учитывая квазиплоское распределение мицелия и наличие у него механорецепторов, способных отслеживать мельчайшие движения животных по поверхности земли. Из этой специфической структуры восприятия может возникнуть беспричинное сознание, в котором нет места восприятию времени.

12. Все эти вопросы остаются открытыми для дальнейшего расследования.