Nessun cervello, nessun problema! Comunicazione e cooperazione nel regno dei funghi

Quando si parla di funghi, viene subito in mente l’immagine fiabesca del cappello che spunta nel bosco in autunno, buono per il risotto o da evitare perché velenoso. Eppure il regno dei funghi è un mondo straordinario fatto di organismi eterogenei che si scambiano segnali, si coordinano e costruiscono fitte reti di connessioni. 

Questi organismi, nella loro forma più comune sono per lo più microscopici e solo raramente, per rilasciare spore riproduttive, formano quelle magnifiche strutture chiamate sporofori che spuntano dal terreno o dalle cortecce degli alberi. Quelli che comunemente chiamiamo funghi.

Nella loro forma microscopica, i funghi sono organismi unicellulari - come i lieviti - oppure, più spesso, sono formati da piccolissime strutture tubulari chiamate ife, larghe pochi millesimi di millimetro, con cui colonizzano suolo e sedimenti e crescono nei tessuti vivi o morti, di altri organismi animali e vegetali, in ambiente sia terrestre sia acquatico. L’insieme delle ife prende il nome di micelio e può estendersi per chilometri: il più grande organismo vivente finora conosciuto al mondo è proprio un fungo! Si tratta di una colonia di Armillaria ostoyae, presente nella foresta nazionale Malheur dell'Oregon (USA), che copre circa 910 ettari, ha un peso stimato di 35.000 tonnellate e un'età stimata di 8650 anni.
 

Per organismi così vasti la comunicazione è fondamentale sia per coordinare il proprio funzionamento e la crescita, sia per comunicare con gli altri organismi (piante, animali, batteri...) con cui instaurano migliaia di interazioni.

A noi esseri umani i funghi appaiono silenziosi. In realtà, questo reticolo di ife comunica in modi sorprendenti. Per capirlo dobbiamo liberarci dell’idea che per comunicare servano un linguaggio e un cervello: i funghi non hanno voce né neuroni, eppure comunicano attraverso impulsi elettrici e un fitto dialogo biochimico. 

Questa comunicazione regola processi biologici essenziali, permettendo ai funghi di adattarsi ai cambiamenti ambientali, coordinare lo sviluppo e stabilire interazioni complesse, mutualistiche o patogeniche, all'interno degli ecosistemi e degli olobionti - entità biologiche composte da un organismo ospite e dal suo microbiota - in cui vivono.

I segnali viaggiano attraverso le reti ifali e sono veicolati da diverse molecole: i composti organici volatili (VOC), cioè molecole che evaporano facilmente diffondendosi nell’aria o tra i pori del suolo; peptidi di segnalazione, minuscoli frammenti di proteine usati come messaggi chimici; e molecole di quorum sensing, che permettono alle cellule fungine di “contarsi” e coordinarsi con le cellule limitrofe.
 

Tutto questo facilita la comunicazione sia all’interno della stessa specie sia tra specie diverse. La complessa regolazione di questi segnali avviene tramite percorsi cellulari che traducono stimoli esterni in una risposta concreta, come un cambio nella crescita o nella produzione di metaboliti, cioè molecole coinvolte nel funzionamento e nelle interazioni del fungo.

Anche i meccanismi genetici svolgono un ruolo fondamentale nella comunicazione fungina, grazie ai geni regolatori che controllano la crescita e la fusione delle ife, la produzione di feromoni e la sintesi delle molecole coinvolte in questo dialogo.

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Oltre al dialogo biochimico, recentemente è stato dimostrato  che questi organismi rispondono a stimoli meccanici, chimici e ottici modificando la loro attività elettrica, cioè la frequenza e la sequenza dei picchi di potenziale. La dinamica di queste variazioni è paragonabile a quella del sistema nervoso centrale animale, anche se con un livello di complessità inferiore. Questi segnali elettrici si possono misurare sia a livello intracellulare che extracellulare ed è stato ipotizzato che tale attività sia fondamentale per mantenere la comunicazione tra parti distanti della stessa colonia fungina e, forse, per comunicare con altri organismi.

Uno degli esempi più famosi di comunicazione fungina è il Wood Wide Web, un sistema sotterraneo di ife che permette lo scambio di informazioni e nutrienti tra funghi e piante e che si ritiene giochi un ruolo importante nel funzionamento degli ecosistemi naturali. Un altro esempio iconico è rappresentato dal complesso lavoro di coordinazione delle ife che porta alcuni funghi entomopatogeni, capaci di infettare e colonizzare degli insetti, a controllare il comportamento dei loro ospiti, chiamati per questo motivo insetti zombie: influenzando le azioni degli insetti, i funghi favoriscono la diffusione delle proprie spore.
 

L'integrazione di comunicazioni chimiche e fisiche plasma le interazioni fungine, influenzando l'acquisizione delle risorse, la simbiosi e la patogenicità. Inoltre, la comunicazione fungina ha anche importanti implicazioni ecologiche ed evolutive, contribuendo alla creazione di nicchie ecologiche alla competizione microbica e alle interazioni tra ospite e patogeno o tra ospite e simbionte mutualistico (un partner che instaura una relazione in cui entrambi traggono beneficio). Un esempio sono le micorrize, associazioni tra funghi e radici delle piante in cui il fungo fornisce acqua e sali minerali in cambio degli zuccheri prodotti dalla fotosintesi.

Nonostante i significativi progressi nella comprensione della comunicazione fungina, permangono ancora importanti lacune su come interagiscano tra loro le molecole di segnalazione, la regolazione genetica e i processi di adattamento ambientale. 

La ricerca futura dovrebbe concentrarsi sul chiarire i meccanismi alla base delle reti di segnalazione fungine e le loro potenziali applicazioni in ambito biotecnologico.

Negli ultimi anni, ad esempio, queste conoscenze hanno ispirato anche l’informatica: alcuni gruppi di ricerca stanno sperimentando l’uso di funghi come hardware viventi per forme di biocomputing, sviluppando chip organici in cui i segnali elettrici che percorrono il micelio vengono impiegati per eseguire calcoli o riconoscere schemi complessi. L’obiettivo è imitare le strategie dei funghi, capaci di elaborare in modo distribuito grandi quantità di informazioni ambientali e di adattarsi con estrema efficienza e un dispendio energetico minimo.
 

Studiare questi organismi significa anche comprendere meglio il funzionamento degli ecosistemi e scoprire nuove risorse per affrontare sfide attuali, dalla crisi climatica alla transizione verso tecnologie più sostenibili.

In questa direzione si muove la Mycotheca Universitatis Taurinensis (MUT) dell’Università di Torino, che attualmente conserva più di 7000 ceppi di funghi rendendoli accessibili alla ricerca di base e applicata. Banche di biodiversità microbica come la MUT permettono di conservare questo patrimonio vivente e di valorizzarlo: aprono la strada a soluzioni innovative basate sull’utilizzo dei funghi in ambiti che vanno dall’agroalimentare al biorisanamento e alle biotecnologie verdi.

In conclusione, se i funghi “parlino” e se siano “intelligenti” dipende molto da come definiamo i concetti di comunicazione e intelligenza. Di certo, pur senza voce e senza neuroni, i funghi sono in grado di coordinare comportamenti complessi, rispondere ai cambiamenti e ispirare nuove tecnologie. No brain, no problem, verrebbe da dire: mentre continuiamo a studiarli, i funghi ci ricordano che esistono molte forme di intelligenza e di comunicazione ancora sottovalutate.

Questa storia di ricerca è stata editata da Silvia Cussotto e Federica Rachetto, studentesse del corso di Laurea in Biologia dell'Ambiente, nell'ambito del tirocinio presso la Redazione di Frida. La supervisione è a cura della Redazione.