MIKOLOGIA: HISTORIA, CZYM SIĘ ZAJMUJE I GAŁĘZIE - BIOLOGIA - 2024

Mikologia jest dyscypliną odpowiedzialny za badania grzybów w różnych aspektach. Organizmy te miały ogromne znaczenie dla ludzi od czasów prehistorycznych. Jej początki sięgają starożytnej Grecji, kiedy to grzyby klasyfikowano jako rośliny. Później, w XVIII i XIX wieku, położono podwaliny tej dyscypliny.

Za twórcę nowoczesnej mikologii uważa się włoskiego Pier Antonio Micheli (1679-1737). Autor ten wykazał znaczenie struktur rozrodczych w klasyfikacji grzybów.

Później Szwed Elias Fries (1794-1878) zaproponował podstawy nomenklatury stosowanych obecnie grzybów. Później mikologię rozwijały takie dyscypliny, jak mikroskopia, genetyka molekularna i genomika.

Mikologia ma kilka gałęzi, wśród których wyróżnia się taksonomia i filogeneza, a także biochemia i biologia komórki. Zajmuje się również dziedziną mikologii medycznej, przemysłowej, rolniczej i fitopatologii.

Najnowsze badania w systematyce obejmują wykorzystanie genomiki do generowania informacji o pokrewieństwie niektórych grup. W dziedzinie przemysłowej badania koncentrowały się na produkcji biopaliw z działalności grzybów.

Historia

Cywilizacje prehistoryczne

Od paleolitu istnieją archeologiczne wzmianki o stosowaniu grzybów. Uważa się, że niektóre grzyby jadalne zostały zebrane w celu spożycia do celów spożywczych. Podobnie znaleziono obrazy przedstawiające grzyby.

W Afryce znaleziono dowody na stosowanie grzybów halucynogennych przez cywilizacje zamieszkujące Saharę. Również w Europie istnieją zapisy dotyczące wykorzystania gatunku Fomes fomento jako części rozpałki używanej do rozpalania pożarów.

Istnieją zapisy o stosowaniu grzybów w kulturach Majów w Meksyku i Gwatemali. W rytuałach magiczno-religijnych tych kultur używano różnych grzybów o właściwościach halucynogennych.

Starożytny Rzym i Grecja

W cesarskim Rzymie grzyby jadalne były wysoko cenione i uważane za królewskie pożywienie. Były również używane jako trucizna do zabijania ważnych ludzi. Niektóre z opisów symptomów tych zgonów sugerują, że były one spowodowane przez gatunek Amanita phalloides.

Jednak podstawy mykologii zaczynają się układać u wielkich przyrodników starożytnej Grecji. Pierwsza wzmianka o jego uprawie znajduje się w pracach greckiego Atenaeusza w Aleksandrii (II-III wpne).

Pierwszym, który zdefiniował grzyby, był filozof Teofrast (372-288 pne), który wskazał, że są to „rośliny niedoskonałe, bez korzeni, liści, kwiatów i owoców”. Theophrastus opisał cztery rodzaje grzybów, które nadal są podzielone na różne rodziny.

Kolejny wkład w mikologię wnosi Dioscorides w swojej pracy „Della Materia Medica”, w której opisuje toksyczne właściwości niektórych grzybów. Podobnie, jest pierwszym, który opisał grzyby agarowe (typ grzybów), które były szeroko stosowane w celach leczniczych.

Claudius Galen (lekarz grecki) podzielił grzyby na trzy różne grupy: „bolités” (prawdopodobnie obecny Amanita caesaera), „borowiki”, znajdujące się w rodzaju Boletus i „Mykés”. Galen wskazał, że dwie pierwsze grupy były jadalne, a ostatnia była toksyczna i bardzo niebezpieczna.

Wreszcie Pliniusz Starszy w swojej pracy „Historis naturalis” odnosi się do faktu, że „borowiki” można było łatwo pomylić z innymi trującymi grzybami. Autor uznał, że gdyby grzyby te rosły na obszarach z substancjami toksycznymi, mogłyby je wchłonąć.

Średniowiecze i renesans

W średniowieczu mikologia nie osiągnęła większych postępów, ponieważ przyrodnicy podążali tylko za dziełami Dioscoridesa i Pliniusza. W tym czasie w Europie występowały poważne problemy w uprawie żyta z powodu ataku sporyszu (Claviceps purpurea).

Później, w okresie renesansu, niektórzy naukowcy wnieśli skromny wkład w tę dyscyplinę. Wśród nich jest Andrea Mattioli, który poparł fałszywe podejście Plinio do trujących „borowików”.

Znany botanik Andrea Caesalpinio zaproponował klasyfikację grzybów w oparciu głównie o pewne cechy morfologiczne i różne zastosowania różnych gatunków.

Wiek XVIII

John Ray, angielski botanik, podzielił grzyby na trzy grupy w zależności od ich pokroju wzrostu (nadbrzeżnego i podziemnego) oraz cech morfologicznych. Ze swojej strony Joseph Tournefort (Francuz) podzielił je na siedem grup według ich morfologii.

Pier Antonio Micheli. Źródło: nieznane, niezdefiniowane. Wikimedia Commons

Za twórcę współczesnej mikologii uważa się Włocha Pier Antonio Micheli. Jest autorem kilku odkryć uważanych za fundamentalne w badaniach grzybów.

Był pierwszym, który wykazał, że rozmnażanie odbywa się poprzez zarodniki, a nie przez spontaniczne pokolenie, jak dotąd uważano.

System klasyfikacji grzybów zaproponowany przez Micheli ustala cztery klasy na podstawie struktur rozrodczych. Jest to uważane za sztuczną klasyfikację, ponieważ używa zmiennych znaków w tej samej grupie, takich jak kolor.

Kiedy szwajcarski Karol Linneusz zaproponował nazewnictwo dwumianowe w swojej pracy „Systema Naturae” (1735), zmienił sposób nazywania gatunku. Linneusz nie wniósł wielkiego wkładu do mikologii, ale jego system położył podwaliny pod innych badaczy.

XIX wiek

W tym stuleciu mikologia została w pełni uznana za dyscyplinę niezależną od botaniki, głównie ze względu na stosowanie zasad ustalonych przez Micheli do badania grzybów.

Jednym z najbardziej znanych mikologów tamtych czasów jest Christian Persoon. Jego praca opierała się na analizie struktur rozrodczych, a jego głównym dziełem jest „Synopsis Methodica Fungorum” (1801).

Autor ten podzielił grzyby na klasy „angiocarpus” (zarodniki dojrzewające wewnątrz owocnika) i „gymnocarpus” (zarodniki dojrzewające poza owocnikiem). Opisał ponad dwa tysiące gatunków w tych dwóch dużych grupach.

Elias Fries (Szwed) jest uważany za jednego z największych mikologów w historii. Autor opublikował ponad 26 prac naukowych, uważanych za podstawę współczesnej mikologii.

Jego głównym dziełem jest „Systema mycologicum” (1821), w którym proponuje klasyfikację opartą na koncepcji filogenezy. Nazwy zaproponowane przez tego autora zostały przyjęte jako podstawa nazewnictwa mykologicznego na Międzynarodowym Kongresie Botanicznym w Brukseli (1910).

XX i XXI wiek

Mikologia poczyniła wielkie postępy, gdy nowe technologie umożliwiły dokładniejszą identyfikację grzybów. Metody fizjologiczne i biochemiczne, w tym testy wzrostu i wykorzystania składników odżywczych, zaczęto stosować na początku XX wieku.

Rozpoczęto także identyfikację wtórnych metabolitów wytwarzanych przez grzyby i udowodniono ich przydatność w przemyśle spożywczym i farmaceutycznym.

Później, w latach 90-tych XX wieku, nastąpił rozwój technik molekularnych, co pozwoliło na badanie związków filogenetycznych w obrębie grzybów oraz badanie ich składu genetycznego.

Wreszcie już w XXI wieku rozwinęła się dziedzina genomiki (badanie treści genetycznej). Techniki te umożliwiły sekwencjonowanie całego genomu różnych gatunków grzybów.

Na podstawie badań genomicznych uzyskano dokładną identyfikację różnych grup, których nie można było odróżnić za pomocą klasycznych technik. Podobnie zwiększono możliwości wykorzystania tych organizmów w różnych dziedzinach, takich jak produkcja biopaliw i medycyna.

Co bada mykologia? Kierunek studiów

Badanie grzybów. Źródło: AJC1 z Wielkiej Brytanii, za pośrednictwem Wikimedia Commons

Mykologia to dyscyplina odpowiedzialna za badanie grzybów - Królestwo Grzybów - i wszystkie aspekty z nimi związane.

W mikologii rozważa się badanie cech strukturalnych, cykli życiowych i fizjologicznego zachowania grzybów. W podobny sposób omówiono wiedzę o procesach ewolucyjnych i znaczeniu tych organizmów w ekosystemach.

Różnorodność grzybów. Źródło: Sasata, źródło Wikimedia Commons

Ze względu na znaczenie grzybów w rolnictwie, mikologia rozwinęła dziedzinę badań dla grup symbiotycznych. Grzyby tworzące mikoryzę (symbiozę grzybów i korzeni) optymalizują wykorzystanie składników odżywczych przez rośliny.

Kolejnym z najbardziej interesujących aspektów jest ten dotyczący grzybów chorobotwórczych. W tym sensie mikologia zajmuje się badaniami pasożytniczych grzybów roślin i zwierząt.

Gałęzie

Mykologia zajmuje się różnymi dziedzinami nauki. Doprowadziło to naukowców do specjalizacji w różnych gałęziach, do których należą:

Taksonomia i filogeneza

Branża ta zajmuje się identyfikacją i klasyfikacją grzybów oraz badaniem związków między nimi a innymi organizmami. Ustanowiono różne systemy klasyfikacji, między innymi w oparciu o cechy morfologiczne, reprodukcyjne i fizjologiczne.

Wraz z rozwojem technik molekularnych opracowano filogeny dla Królestwa Grzybów. Podobnie było możliwe nawiązanie relacji w każdej z dużych grup grzybów.

Uwzględniono również badanie geograficznego i ekologicznego rozmieszczenia różnych gatunków. Ogromnym zainteresowaniem cieszą się badania nad różnorodnością i stanem ochrony grzybów w różnych regionach.

Innym ważnym aspektem w tej dziedzinie jest badanie relacji ekologicznych grzybów, które dotyczy związków symbiotycznych z innymi organizmami, a także zachowań ekologicznych licznych grup pasożytów.

Biochemia, biologia komórki i fizjologia

Ta gałąź bada skład chemiczny i strukturę komórkową grzybów za pomocą technik mikroskopowych, zarówno optycznych, jak i elektronicznych, w celu zbadania biologii komórek.

Badania z zakresu genetyki pozwalają na lepsze zrozumienie mechanizmów rozmnażania. Możliwe jest również uzyskanie pożywek hodowlanych odpowiednich do rozwoju szczepów w różnych warunkach.

W zakresie fizjologii badane są związki grzybów ze środowiskiem i formami żywienia. Podobnie zajmuje się ruchem substancji rozpuszczonych i wody, a także tropizmami, taktyzmami i innymi mechanizmami.

Biotechnologia i mikologia przemysłowa

Koncentruje się na badaniach przydatności grzybów w różnych działaniach człowieka, takich jak wykorzystanie drożdży w procesach fermentacji czy pozyskiwanie leków.

Czynniki fizjologiczne różnych gatunków są wykorzystywane do manipulacji węglowodorami, syntezą białek i witaminami. Wszystkie metaboliczne aspekty grzybów są manipulowane w celu uzyskania produktów, które mogą być używane przez ludzi.

Mikologia lekarska

Zajmuje się badaniem chorób grzybiczych u zwierząt i ludzi.

Infekcje grzybicze dotykają wiele osób na całym świecie iw niektórych przypadkach mogą być bardzo poważne. W tej dziedzinie badane są takie aspekty, jak zachowanie patogenu, jego cykl życiowy i reakcja żywicieli.

Prowadzone są badania nad sposobami zakażenia i objawami chorób grzybiczych. Badane są również odpowiedzi immunologiczne i proponowane są możliwe terapie.

Mikologia rolnicza

Mikologia rolnicza zajmuje się badaniem grzybów pożytecznych w rolnictwie. Organizmy te są częścią flory glebowej niezbędnej do rozwoju roślin.

Istnieje cała dziedzina badań w zakresie tworzenia się mikoryz (asocjacji korzeni i grzybów). Ta symbioza ma ogromne znaczenie w naturalnym utrzymaniu roślin. Podobnie, są szeroko stosowane w rolnictwie w celu zmniejszenia zużycia nawozów.

Fitopatologia

Fitopatologia jest jedną z najbardziej rozwiniętych dziedzin mikologii. Bada choroby wywoływane przez grzyby u roślin.

Duży odsetek grzybów to pasożyty roślin i większość z nich jest przyczyną ważnych chorób. Te choroby grzybowe są przyczyną wielkich strat w rolnictwie.

Winogrona porażone Botrytis cinerea. Źródło: John Yesberg, źródło Wikimedia Commons

W tej dziedzinie bada się patogeny wywołujące choroby, a także objawy, które występują w roślinie. Z drugiej strony proponowane są zabiegi i plany zarządzania w celu uniknięcia wielkich szkód spowodowanych atakiem tych grzybów.

Znani mikolodzy

Główni mikolodzy, którzy wnieśli wielki wkład w tę gałąź, to:

• Alejandro Posadas , który w 1981 roku odkrył grzyba zwanego Coccidioides immitis.
• W 1986 roku Guillermo Seeber spotkał grzyba lepiej znanego dziś pod nazwą Rhinosporidium seeberi.
• Brazylijczyk Adolpho Lutz doniósł o grzybie znanym jako Paracoccidioides brasiliensis, który był rodzimy dla wielu grzybic układowych w regionie Brazylii. Stało się to w 1908 roku.
• Z drugiej strony, w Wenezueli postęp mikologii postępował od 1909 roku. Dzięki odkryciu R. Pino Pou rozpoczęto budowę specjalistycznego laboratorium mikologicznego.

Przykład najnowszych badań

W ostatnich latach badania mikologiczne koncentrowały się głównie na obszarze genomiki i pozyskiwania produktów przemysłowych.

W dziedzinie badań filogenetycznych genomika umożliwiła ustalenie bardziej precyzyjnych zależności u grzybów tworzących mikoryzę arbuskularną. Ta grupa nie może rosnąć w pożywkach hodowlanych, więc nie jest łatwo uzyskać próbki DNA.

W 2013 roku udało się zsekwencjonować genom gatunku Rhizophagus nieregularny (Glomeromycotina). Dzięki tym danym w 2016 roku można było określić pokrewieństwo tego gatunku z innymi grzybami.

Obecnie badany jest potencjał różnych grzybów w produkcji biopaliw. W 2017 roku do przerobu resztek kukurydzy oraz produkcji cukrów i biopaliw wykorzystano grzyby beztlenowe z rodzaju Pecoramyces.

Naukowcom udało się manipulować zachowaniem grzyba, wprowadzając zmiany w pożywce hodowlanej. Dzięki temu osiągnęli wysoką produkcję etanolu w procesach fermentacji grzyba.

Bibliografia

1. Gow N i MG Netea (2016) Mikologia medyczna i immunologia grzybów: nowe perspektywy badawcze dotyczące głównego światowego wyzwania zdrowotnego. Phil. Trans. R. Soc. 371: 1-10.
2. Grigoriev I, Cullen D, SB Goodwin, DHibbett, TW. Jeffries, CP. Kubicek, C Kuske, JK Magnuson, F Martin, JW Spatafora, A Tsang i SE Baker (2011) Napędzanie przyszłości genomiką grzybów. Mycology 2: 192–209
3. Herrera, T (1994) Perspectives of research in mykology. Bol. Soc. Bot. Meksyk 55: 39–44.
4. Siniscalco C, F Doveri, G Bellato, L Campana, F Floccia, C Jacomini, C Luperi, C Marciasini i G Visentin (2013) Historia mikologii italiam i pierwszy wkład do prawidłowego nazewnictwa grzybów. ISPRA (Instytut Ochrony Środowiska i Badań) Roma, Włochy. 101 s.
5. Zhang N, J Luo i D Bhattacharya (2017) Postępy w filogenomice grzybów i ich wpływ na systematykę grzybów In: Townsend J i ZWang (red.) Fungal Phylogenetics and Phylogenomics 309-328.