Ученые создали робота для отслеживания торговых сетей растений и грибов, раскрывая подземные цепочки поставок в природе

Новое исследование, опубликованное в журнале Nature 26 февраля 2025 года, использует передовую робототехнику для отслеживания высокоэффективных цепочек поставок, формируемых между растениями и микоризными грибами при обмене углеродом и питательными веществами через сложные живые сети, которые помогают регулировать атмосферу и экосистемы Земли.

Понимание этой торговли срочно необходимо, поскольку эти грибные сети ежегодно выводят в почву около 13 миллиардов тонн CO₂ — что эквивалентно ~1/3 глобальных выбросов, связанных с энергетикой.

Более 80% видов растений на Земле образуют партнерства с микоризными грибами, в ходе которых фосфор и азот, собранные грибами, обмениваются на углерод растений. Несмотря на их глобальную важность, ученые не понимали, как эти лишенные мозга организмы строят обширные и эффективные цепочки поставок в своих подземных сетях.

Используя специально созданного робота для визуализации, международная исследовательская группа из 28 ученых обнаружила, что грибы формируют кружевную мицелиальную сеть, которая перемещает углерод от корней растений волнообразно. Для поддержки этого роста грибы перемещают ресурсы к корням и от них, используя систему двустороннего движения, контролируя скорость потока и ширину этих грибных «магистралей» по мере необходимости.

Для поиска дополнительных ресурсов грибы развертывали специальные растущие ответвления в качестве микроскопических «первопроходцев» для исследования новой территории, отдавая предпочтение возможностям торговли с будущими растениями-партнерами, а не краткосрочному росту в непосредственном окружении. Исследователи описывают, как это поведение, по-видимому, координируется простыми локальными «правилами», которые предотвращают «чрезмерное строительство» и определяют уникальную «стратегию бегущей волны» для роста, исследования ресурсов и торговли.

«Мы картировали процессы децентрализованного принятия решений в микоризных грибных сетях, раскрывая высокоэффективную схему для подземной цепочки поставок», — сказала эволюционный биолог и соавтор доктор Тоби Кирс из Амстердамского университета Vrije Universiteit.

«Люди все больше полагаются на алгоритмы ИИ для создания эффективных и устойчивых цепочек поставок. Однако микоризные грибы решают эти проблемы уже более 450 миллионов лет. Это тот вид исследований, который не дает уснуть по ночам, потому что эти грибы являются такими важными подземными кровеносными системами для питательных веществ и углерода».

Передовая робототехника для отслеживания принятия решений грибами

Обнаружение этого нового поведения грибов стало возможным только благодаря созданию командой робота для визуализации, который работал круглосуточно в Амстердаме, позволяя измерять, как грибы меняли свои торговые пути во времени и пространстве.

«Мы обнаружили, что эти грибы постоянно адаптируют свои торговые пути, добавляя петли для сокращения маршрутов, чтобы эффективно доставлять питательные вещества к корням растений», — сказал соавтор доктор Томас Шимизу, биофизик из института физики AMOLF в Амстердаме.

Подобно навигационным приложениям, отслеживающим пробки, команда затем измерила «потоки трафика» в определенных координатах грибной дорожной системы, количественно оценив, насколько быстро ресурсы текли к корню и от него, отследив более 100 000 потоков частиц. «Используя нашего робота вместо человека, мы сократили время работы в лаборатории с века до примерно трех лет», — добавил Шимизу.

«Робототехника позволяет изучать поведение грибов с беспрецедентной детализацией и в беспрецедентном масштабе», — сказал соавтор доктор Мерлин Шелдрейк. «Эти методы открывают дверь для будущей работы по пониманию того, как эти живые, чувствующие сети регулируют функционирование экосистем и круговорот питательных веществ на Земле».

Данные критически важны для понимания поглощения углерода

Собранные данные становятся все более важными по мере роста содержания CO₂ в атмосфере. Ученые хотят понять, как грибные сети контролируют потоки углерода под землей. Кирс, также исполнительный директор некоммерческой организации Society for the Protection of Underground Networks (SPUN), занимающейся картированием микоризных сетей Земли, добавляет: «Поскольку эти грибные сети являются ключевыми точками входа углерода в глобальные почвы, мы теперь можем исследовать, что заставляет грибы увеличивать потоки углерода под землей».

Как и в человеческих цепочках поставок, эффективность цепочек поставок микоризных грибов зависит от способности сети производить и доставлять товары в нужное место, в нужное время и с минимально возможными затратами. Доктор Говард Стоун, соавтор и профессор машиностроения и аэрокосмической техники Принстонского университета, добавляет: «Понимание того, как эти грибные сети регулируют внутренние потоки и торговлю ресурсами для построения цепочек поставок в ответ на стимулы окружающей среды, станет важным направлением для будущих исследований».

Могут ли и как проектировщики созданных человеком цепочек поставок учиться у этих принципов, выработанных растениями и грибами за сотни миллионов лет, — это захватывающая перспектива. Команда сейчас завершает создание нового робота, который увеличит сбор данных еще в 10 раз, что позволит им изучить, как грибные сети реагируют на быстрые изменения окружающей среды, включая увеличение нарушений и повышение температуры.