İstiridye mantarı miselyumu bir robotun hareketini kontrol edecek şekilde uyarlandı.

Yaygın yenilebilir mantarlardan biri olan bozkır istiridye mantarının ( Pleurotus eryngii ), elektriksel uyarılar ürettiği ve ultraviyole radyasyona tepki verdiği gösterilmiştir. Cornell Üniversitesi'nden bir araştırma ekibi, mantarın miselyumunu robotların hareketlerini kontrol eden elektronik bir kontrol cihazına bağlamayı başardı. Ortaya çıkan "mantar robotlar" sadece hareket etmekle kalmadı, aynı zamanda ultraviyole ışık parlamalarına tepki vererek hareketlerini hızlandırdı ve radyasyon kaynağından uzaklaştı.

"Klasik" robotlar, teknolojik gelişimin mevcut aşamasında şaşırtıcı seviyelere ulaştı: Örnekler arasında, montaj hatlarında hassas işler yapan "sıradan" robotik forkliftler ve robotlardan, cerrahi prosedürleri uzaktan gerçekleştirebilen robotlara kadar pek çok şey var. Örneğin, Boston Dynamics'in Atlas robot ailesinin yeteneklerini düşünün; hız ve el becerisinde yakında insanları geride bırakacaklarını hayal etmek kolay.

Biyolojik doku ve mekanik parçaları birleştiren biyohibrit robotların yaratılması, onlarca yıldır yalnızca bilim kurgu yazarlarını değil, robotikçileri de büyüleyen bir konu olmuştur. Buradaki kombinasyonlar çeşitlilik gösterebilir. Örneğin, yapay kaslar itici güç olarak kullanılabilir (bkz. "3D yazdırılmış bileşenlerden ve yapay olarak yetiştirilmiş iskelet kaslarından oluşturulan yürüme biyomekanizması ", Elements, 24 Temmuz 2014). Ancak en ilgi çekici seçenek, biyolojik bir beyne ve elektronikle kontrol edilen mekanik bir kas-iskelet sistemine sahip bir biyorobottur. İlk olarak, bu tür gelişmeler felçli insanlar için protez ve rehabilitasyon ekipmanlarının üretiminde kullanılmaktadır (Elon Musk'ın Neuralink'ini hatırlayın). İkinci olarak, gelecekte, "beyni" çevresel değişikliklere daha esnek tepki verebilen, robota uyum sağlama ve öğrenme yetenekleri kazandıran ve bu açılardan canlılara daha yakın hale getiren tam teşekküllü bir biyorobot yaratmak mümkündür.

Daha önce bilim insanları, biyorobot prototipleri için biyolojik "beyinler" olarak yumuşakça ve solucanlardan elde edilen sinir hücreleri ve kas dokularının yanı sıra "problem çözen" sümüksü küf Physarum polycephalum'u (bkz . "İlkel Ölüm Cezası Değildir, Physarum Polycephalum Zekidir " başlıklı makale) kullanmışlardı. Ortaya çıkan biyorobotlar, yüzme veya yürüme gibi basit hareketleri değişken başarımlarla gerçekleştirebiliyordu. Tüm bu gelişmelerin önemli bir dezavantajı, biyolojik bileşenin kırılganlığıdır: Canlı hücreleri kullanabilmek için, "ana" organizmalarını taklit edecek şekilde hassas bir şekilde tasarlanmaları gerekir. Bu olmadan, hızla ölürler. Peki ya organizmanın tamamı kullanılsaydı?

Cornell Üniversitesi'nden bilim insanları, robot için daha dayanıklı ve dirençli bir biyolojik bileşen türü olan istiridye mantarının ( Pleurotus eryngii , Şekil 1) miselyumunu denemeye karar verdiler . Bilim insanlarının bu tercihi, mantarların insan nöronları gibi aksiyon potansiyeline sahip olmasından etkilenmişti.

Aksiyon potansiyeli, hücre zarının her iki tarafındaki elektriksel potansiyel farkında kısa süreli bir sıçramadır ve iyon kanallarının açılması nedeniyle zar boyunca yayılır. İnsanlarda (ve denizanası da dahil olmak üzere diğer hayvanlarda), aksiyon potansiyeli sinir uyarısı iletimi ve kas kasılmasının temelidir. Ancak son zamanlarda mantarların da bu potansiyele sahip olduğuna dair kanıtlar birikmiştir ve elektrofizyolojileri üzerine yapılan araştırmalar bir tür bilimsel patlama yaşamaktadır. Birkaç yıl önce, İngiliz araştırmacı Andrew Adamatzky, mantar aksiyon potansiyellerinin "kelimeler" ve "ifadeler" gibi görünen gruplar halinde gruplandığını keşfetti ve bu da mantarların kendi dillerine sahip olduğunu öne sürdü (A. Adamatzky, 2022.Mantarların dili, elektriksel sivri uçlu aktivitelerinden türetilmiştir ). Ancak, bu tür hipotezler son derece dikkatli olmayı gerektirir; mantar elektriksel aktivitesinin karmaşık organizasyonuna rağmen, The Skeptic'teki makalemde belirttiğim gibi, bir dilin varlığı oldukça şüpheli görünüyor.

Söz konusu makalenin yazarları, konuya farklı bir açıdan yaklaşmaya ve varlığı şüphe götürmeyen mantarların elektriksel aktivitesi için teknik bir uygulama bulmaya karar verdiler. Bunu yapmak için önce bir Petri kabında büyüyen istiridye mantarı miselyumunun aksiyon potansiyellerini invaziv olmayan bir şekilde kaydeden bir cihaz geliştirdiler. Elektrotlar hücre dışına yerleştirildi, böylece miselyuma zarar vermeden tüm elektriksel aktivitesi bir bilgisayara iletildi. Bir tür nörobilgisayar -veya daha doğrusu mikobilgisayar- arayüzü! Esasen, mantarlar için bir Neuralink.

Yazarlar, bu arayüzü kullanarak öncelikle mantarın elektriksel aktivitesini incelediler. İlk olarak, miselyumun bazal aktivite gösterdiğini, yani herhangi bir belirgin uyaran olmadığında, dinlenme halindeyken aksiyon potansiyelleri ürettiğini buldular. İkinci olarak, ışığa tepki verdiğini buldular.

Ultraviyole radyasyona veya mavi görünür ışığa maruz kalmak, miselyumun elektriksel aktivitesini uyararak daha güçlü ve sık deşarj olmasına neden oldu. Bu seçiciliğin mekanizması önceki çalışmalardan zaten biliniyor: Mantarlardaki ana fotoreseptörlerden biri, mavi ışık ve ultraviyole arasındaki dalga boylarına özellikle duyarlı olan beyaz yakalı-1 (WC-1) proteinidir. Önemli not: Buna mantar görüşü denmemeli; bu yalnızca ilkel bir fotoreseptördür. Ancak bu bile basit bir robotun hareketlerini kontrol etmek için yeterlidir!

İkinci aşamada, araştırmacılar mantar içeren Petri kaplarını ve elektrotları iki robota monte ettiler (Şekil 2): ​​tekerlekli bir robot (oyuncak arabaya benziyor) ve yürüyen bir robot (örümcek ve denizyıldızı karışımına benziyor). Elektrotlardan gelen sinyal dijitalleştirildi; aksiyon potansiyelleri, örnekleme yoluyla sıfır ve bir dizilerine dönüştürüldü; tıpkı müzik dijitalleştirilirken ses titreşimlerinin sıfır ve birlere dönüştürülmesi gibi. Sinyal, tepe noktalarının yüksekliğine ve frekansına bağlı olacak şekilde dönüştürüldü: Mantar miselyumunun deşarjı ne kadar güçlü ve sıksa, robot bacaklarını o kadar güçlü hareket ettirdi veya tekerleklerini o kadar güçlü çevirdi.

Sonuç olarak, mantarın kendi elektriksel aktivitesi robotu kontrol ederek hareketlerine dönüştürdü. Ultraviyole ışığa maruz kalmaları onları harekete geçirdi ve robotların zıplamasına (daha doğrusu sürünmesine) veya daha hızlı hareket etmesine neden oldu. Sonunda, ışıktan bile kaçmayı başardılar, yani negatif fototaksi geliştirdiler.

Bilimsel açıdan bakıldığında, negatif fototaksili bir biyorobot zaten bir başarıdır. Ancak pratikte sonuçlar cesaret kırıcı görünebilir: Sinir ağı tabanlı "beyinlere" sahip modern robotların çok daha fazla işlevi vardır ve ışıktan kaçan biyorobotların pratik faydasını anlamak hâlâ zordur. Dahası, yazarların kendi sonuç yazılarında da belirttiği gibi, sorun tüm canlı sistemlerde bulunan adaptasyon olgusundan kaynaklanmaktadır: Zamanla, mantarın ultraviyole ışınlarına tepkisi zayıfladı ve mantar artık robotu ışık kaynağından eskisi kadar hızlı kaçmaya zorlamadı. Görünüşe göre robotun "mantar beyni" şimdilik pek kullanışlı değil.

Bu çalışmanın önemi çok büyük. İstiridye mantarlarında aksiyon potansiyellerinin varlığı ve ışığa tepki verme kabiliyetleri, mantar biyolojisi anlayışımızda yeni bir sayfa açan ilginç keşiflerdir. Robotlar ise, mantarın fizyolojik yeteneklerinin canlı bir şekilde görselleştirilmesine olanak tanır. Ancak yazarlar, mantarı elektronik aksamlarla birleştirmenin ortaya çıkan yönteminin çevresel parametrelerin bir sensörü olarak kullanılabileceğini ve hatta potansiyel olarak Mars keşfinde kullanılabileceğini umuyorlar. Neyse, zaman gösterecek!

Kaynak: Anand Kumar Mishra, Jaeseok Kim, Hannah Baghdadi, Bruce R. Johnson, Kathie T. Hodge, Robert F. Shepherd. Mantar miselyumlarının elektrofizyolojik ölçümleri aracılığıyla robotların sensör-motor kontrolü // Science Robotics . 2024. DOI: 10.1126/scirobotics.adk8019.

Georgy Kurakin