De continenten op aarde zijn totaal verlaten. Er zijn geen dieren, bomen en planten, en zelfs mos heeft nog geen wortel geschoten.
We zijn 635 miljoen jaar terug, als de temperatuur van de aarde net een beetje begint te stijgen. De laatste 90 miljoen jaar was de planeet bevroren, en alles is leeg, kaal en bedekt met ijs.
Maar onder het oppervlak veranderen microscopisch kleine schimmels de planeet in een bewoonbare plaats voor miljoenen organismen.
De cruciale rol van schimmels voor het ontstaan van het leven kwam begin 2021 aan het licht toen Chinese wetenschappers de ontdekking van een oeroud schimmelfossiel publiceerden. Het fossiel is het oudste bewijs van schimmelleven op het land en zeker 130 miljoen jaar ouder dan de oudste landdieren, die 450-500 miljoen jaar geleden verschenen.
Onder de microscoop komt het 630 miljoen jaar oude schimmelfossiel te voorschijn. De schimmel was een van de vroegste organismen op het land.
Volgens de onderzoekers heeft de pas ontdekte schimmel een cruciale rol gespeeld bij de transformatie van de aarde van een ijsbal tot een soortenrijke planeet. De schimmel brak rotsen af, waardoor de grond geschikter werd voor plantengroei.
Sindsdien komen schimmels vrijwel overal op aarde voor: ze verzorgen internet voor planten, veranderen mieren in zombies en kunnen nauwe bondgenoten worden in de strijd tegen plasticvervuiling.
Maar ze kunnen ook de volgende pandemie veroorzaken en het leven uitroeien waarvoor ze zelf de weg hebben gebaand.
Planten loggen in op schimmelinternet
Vandaag de dag bestaat het schimmelrijk uit 1,5 miljoen soorten, waarvan slechts 7 procent is geïdentificeerd. Dat komt vooral doordat veel soorten eencellige organismen zijn, zoals gisten, die met het blote oog niet te zien zijn.
Schimmels fotosynthetiseren niet zoals planten en verteren evenmin voedsel in een maag-darmstelsel zoals dieren. Wel scheiden ze krachtige enzymen af, die de omgeving afbreken.
Hoewel uit genetisch onderzoek blijkt dat ze nauwer verwant zijn aan dieren dan aan planten, vormen schimmels een rijk op zich.
Paddenstoelen maken slechts een klein deel uit van de totale biomassa van schimmels.
De plek waar schimmels gedijen, is onder de grond. Hier groeit hun voornaamste onderdeel, het mycelium, dat bestaat uit een netwerk van lange, dunne draden die op plantenwortels lijken.
Mycelia kunnen absurd groot worden, en in Oregon (VS) leeft het grootste organisme ter wereld onder de grond. Een honingzwam bestrijkt met zijn mycelium een gebied van 965 hectare, het equivalent van 1350 voetbalvelden.
Het waaiertje (Schizophyllum commune) was in een nieuwe studie de meest welbespraakte paddenstoel.
Nieuwe studie: Paddenstoel spreekt tot 50 ’woorden’
Paddenstoelen hebben wel 50 woorden in hun vocabulaire, zo blijkt uit een nieuwe studie van de University of the West of England.
De onderzoekers maten de elektrische impulsen die de paddenstoelencellen naar elkaar verzenden.
De impulsen lijken op de boodschappen die menselijke cellen via de zenuwen verzenden en ontvangen. Daardoor vroegen de onderzoekers zich af of er nog meer overeenkomsten waren.
Professor Andrew Adamatzky bracht micro-elektroden in in het netwerk van de paddenstoelen, de schimmeldraden. Hij onderzocht vier soorten:
- Flammulina velutipes of fluweelpootje
- Omphalotus nidiformis
- Ophiocordyceps sinensis
- Schizophyllum commune of waaiertje
Het experiment toonde aan dat de paddenstoelen signalen uitzenden in specifieke ritmes en clusters. De onderzoekers denken dat de kleine groepjes een soort losse woorden zijn, waarmee langere zinnen kunnen worden gevormd.
Het ritme van de communicatie lijkt zelfs sterk op menselijke spraakpatronen, aldus Adamatzky.
Waaiertjes combineren de meeste impulsgroepen en vormen zo de meest complexe zinnen.
Adamatzky geeft wel toe dat de elektrische impulsen niet per se spraak hoeven te zijn.
Het uiteinde van de schimmeldraden wordt elektrisch geladen als de paddenstoelen zich vermenigvuldigen, en mogelijk komen de opgevangen impulsen daaruit voort.
30.000 ton weegt het grootste organisme op aarde, de honingzwam in Oregon, VS.
Het mycelium wordt ook het ‘internet van de natuur’ genoemd, omdat planten ermee over lange afstanden kunnen communiceren.
Wordt een plant aangevallen door ongedierte, dan kan hij andere planten waarschuwen via het ondergrondse netwerk, zodat ze bijvoorbeeld bittere stoffen in de bladeren kunnen aanmaken.
Tot 90 procent van alle planten is bezet door zogeheten mycorrhizaschimmels, waar beide soorten baat bij hebben.
Een ondergronds schimmelnetwerk beschermt plantenwortels tegen bacteriële infecties en voert van veraf water en voedingsstoffen aan. Als dank krijgt de schimmel koolhydraten van de fotosynthese van de plant.
Netwerk lest dorst van bomen
1. Planten roepen schimmels op
Boomwortels scheiden signaalstoffen af, die door schimmelsporen in de bodem worden geregistreerd. De sporen reageren door schimmeldraden of hyfen naar de plantenwortels te laten groeien. De hyfen vervlechten zich tot een reuzennetwerk, een mycelium.
2. Schimmel breekt in boomwortels in
De hyfen dringen via de boomwortels door tot in de plantencellen. De stoffen die ze daar uitscheiden, zorgen ervoor dat de boom de binnendringende schimmel met open armen ontvangt. Zo worden er bruggen geslagen tussen schimmel en plant.
3. Water komt van ver
Beide partijen zijn gebaat bij de bruggetjes. Het mycelium strekt zich uit over een groter oppervlak dan de boomwortels en haalt water en mineralen van ver, en wordt beloond met koolhydraten van de fotosynthese van de boom.
Sommige plantensoorten kunnen zelfs alleen maar groeien dankzij mycorrhizaschimmels.
En omdat de oudste fossielen van dit schimmeltype van 400 miljoen jaar terug dateren, moeten de mycorrhizaschimmels de landplanten geholpen hebben met wortelen vanaf het prille begin, 450-500 miljoen jaar geleden.
Reuzenzwam was 8 meter hoog
Boven de grond groeien paddenstoelen, de vrucht van schimmels. Hun functie is het uitscheiden van geslachtscellen, sporen geheten, die gevormd worden tussen de lamellen onder aan de hoedjes.
In tegenstelling tot plantenzaden zijn de sporen zo klein dat ze voor hun verspreiding niet afhankelijk zijn van dieren – ze worden vervoerd door wind en water.
Schimmelsporen reizen ver
Parasietschimmel groeit uit mieren
De schimmel Ophiocordyceps besmet mieren en neemt hun hersenen over. De mier wordt gedwongen in een boom te klimmen, waarna de schimmel uit zijn kop groeit en sporen afstaat. Die kunnen op nieuwe mieren op de bosbodem neerdalen.
Een gewone champignon kan wel 40 miljoen sporen per uur aanmaken, terwijl de platte tonderzwam, waarvan de hoed uit boomstammen groeit, er in een half jaar meer dan 5 biljoen – 5.000.000.000.000 – produceert.
En vroeger vormden schimmels vermoedelijk nog meer sporen.
Uit opgravingen van fossielen blijkt dat een reuzenzwam 470-360 miljoen jaar geleden meer dan 8 meter de lucht in stak.
Prototaxites was 470-360 miljoen jaar geleden met zijn 8 meter lengte het grootste organisme op aarde.
De torenhoge Prototaxites was verreweg het grootste organisme op aarde, toen het plantenleven voornamelijk uit mos bestond en er slechts enkele kleine dieren waren.
Je krijgt elke dag schimmels binnen
Schimmels zijn experts in het afbreken van steentjes en organisch materiaal in de bodem, waardoor mineralen vrijkomen en de humuslaag verbetert.
Het afbraakwerk vereist speciale hulpmiddelen, en schimmels hebben een arsenaal van enzymen die grotere moleculen afbreken tot brokstukjes die de schimmel van energie en voeding voorzien.
Afbraak is essentieel voor ecosystemen, omdat de planeet anders zou omkomen in het afval, en daarom zijn schimmels zo succesvol.
QUIZ: Welke vrucht is dit?
Hoe ver moet je terug in de timelapsevideo voordat je ziet welk fruit door schimmel is aangetast?
Bovendien zijn schimmels al duizenden jaren een bron van culinaire ervaringen waarvan we ook nu nog genieten.
Als je een pizza, hamburger, toastje of pita eet, krijg je schimmels binnen, want deegwaren bevatten biergist, Saccharomyces cerevisiae.
Er zijn eetbare paddenstoelen als eekhoorntjesbrood, cantharellen en champignons, maar ook schimmels waarmee onder meer bier, kaas en zuurdesem worden bereid.
Schimmels worden ook gebruikt in de landbouw. Bepaalde soorten beschermen gewassen tegen insecten, waardoor er minder bestrijdingsmiddelen nodig zijn.
Gist wordt gelanceerd
Schimmels zijn niet alleen een grote hulp voor de voedselproductie, maar ook voor de wetenschap.
Gisten zijn bijvoorbeeld perfecte proeforganismen, want hun cellen lijken op die van de mens.
Schimmels helpen met het blootleggen van allerlei biochemische processen in cellen, en nu gaan ze ons leren begrijpen hoe het lichaam in de ruimte wordt beïnvloed.
Gistcellen aan boord van de satelliet BioSentinel zullen worden blootgesteld aan kosmische straling om te onderzoeken of cellen DNA-beschadigingen in de ruimte kunnen herstellen.
In 2021 stuurt NASA gist de ruimte in met de BioSentinel-satelliet, waaruit moet blijken hoe kosmische straling het vermogen van cellen om DNA-schade te herstellen beïnvloedt. Het project zal inzicht geven in de gezondheidsrisico’s waarmee astronauten tijdens lange ruimtemissies te maken krijgen.
Naast voedsel en onderzoek vinden schimmels hun weg naar de kledingkast en de bouwplaats.
Paddenstoelenleer is bijvoorbeeld een duurzaam alternatief voor dierlijk leer, want de productie vergt veel minder water en landbouwgrond dan er voor koeienleer nodig zijn.
Ook kunnen schimmels worden verwerkt in duurzame en zelfherstellende gebouwen. Schimmel is brandwerend, waterafstotend en sterker dan beton en kan daarom bakstenen vervangen.
De schimmelsteen ontleent zijn sterkte aan de duizenden draden die het mycelium vormen. De draden bevatten chitine, de stof die ook het uitwendige skelet van geleedpotigen vormt.
Het grootste geschenk van de schimmel aan de mensheid is echter antibiotica, ontdekt door de Schotse wetenschapper Alexander Fleming in 1928.
Hij had per ongeluk een petrischaal met stafylokokken laten beschimmelen. Fleming merkte dat de schimmel de groei van de bacteriën vertraagde doordat deze penicilline produceerde.
Sindsdien is het aantal sterfgevallen als gevolg van bacteriële infecties drastisch gedaald.
En schimmels kunnen niet alleen antibiotica produceren. Wetenschappers hebben gist zodanig gemanipuleerd dat het organisme insuline en andere hormonen aanmaakt. Psychiaters beschrijven bovendien succesvolle behandelingen voor depressie en angst met psilocybine, een stof uit schimmels.
Schimmels kunnen de volgende epidemie beginnen
Hoewel penicillineproducerende schimmels het leven van miljoenen mensen hebben gered, bedreigen andere schimmels ons.
En dan hebben we het niet over de groene knolamaniet, maar over microscopische schimmelinfecties.
De laatste tien jaar zijn overal ter wereld nieuwe resistente schimmels opgedoken. Een van de meest voorkomende soorten, Candida auris, is in 90 procent van de infectiegevallen resistent tegen antischimmelmiddelen.
Als C. auris in de bloedbaan weet te komen, leidt dat bij meer dan 30 procent van de patiënten binnen enkele weken tot de dood.
Aspergillus fumigatus is een andere resistente schimmel, die in rottende planten, aarde en huisstof zit. Elke dag ademen we honderden sporen van A. fumigatus in zonder enig probleem, omdat de immuuncellen in de longen ze opruimen.
De schimmelinfectie aspergillose, die elk jaar 250.000 mensen treft, is op röntgenfoto’s te zien als witte draden in de longen.
Bij verzwakte patiënten kan de schimmel echter in de bloedbaan belanden en onder meer de ziekte aspergillose veroorzaken.
Vroeger kon A. fumigatus worden behandeld met zogeheten triazolen, maar nu is de schimmel resistent aan het worden. Alleen al in Nederlandse ziekenhuizen is het aantal patiënten dat besmet is met de triazoolresistente A. fumigatus tussen 2013 en 2018 verdubbeld.
Daar is nog niets aan te doen, want antischimmelmedicijnen zijn moeilijker te ontwikkelen dan antibiotica. En omdat wij nauwer verwant zijn aan schimmels dan aan bacteriën, is er een verhoogd risico dat antischimmelmedicijnen ook mensen zelf schaden.
Schimmels ruimen op in de natuur
Terwijl er een nederlaag dreigt in de strijd tegen schimmelinfecties, kunnen we ons verheugen op belangrijke allianties met andere schimmelsoorten in de strijd voor het milieu.
Plastic afval en giftige zware metalen bedreigen ecosystemen en het voortbestaan van allerlei soorten. Wetenschappers schatten dat de hoeveelheid plastic in de zee de komende tien jaar meer dan 250 miljoen ton zal bedragen, terwijl er tegen 2050 meer plastic dan vis in de zee zal zijn.
Maar er zijn ook lichtpuntjes: plastic-etende schimmels. In 2017 ontdekte een groep Chinese wetenschappers de schimmel Aspergillus tubingensis op een vuilnisbelt in Pakistan.
Vuilnismannen van de aarde eten plastic
1. Schimmel verspreidt zich in vervuild gebied
Sporen van de plastic-etende schimmel Aspergillus tubingensis verspreiden zich over gebieden met plasticvervuiling, zoals in de bodem, op het strand of op de vuilstortplaats.
2. Enzymen breken plasticketens af
De schimmel verspreidt zich en scheidt enzymen af. Die verbreken de chemische bindingen in de lange moleculenketens waaruit de kunststof polyurethaan is opgebouwd.
3. Plastic wordt afgebroken
Doordat de enzymen de bindingen verbreken wordt het moeilijk afbreekbare plastic omgezet in kleinere moleculen, die door de schimmel worden opgenomen en het ecosysteem dan niet belasten.
De schimmel deed zich tegoed aan polyurethaan, een soort kunststof die wordt gebruikt voor de fabricage van banden, slangen en isolatie van koelkasten.
Normaal wordt polyurethaan pas na tientallen jaren afgebroken, maar in slechts twee maanden hadden de enzymen van de schimmel het voor elkaar.
Sindsdien zijn er meer plastic-etende schimmels ontdekt die diverse soorten kunststof kunnen afbreken, terwijl andere zware metalen absorberen en in zichzelf kunnen opslaan.
Wetenschappers maken schimmels nu klaar voor de grootschalige opruimactie die in de natuur nodig is.
Het machtige schimmelrijk, dat honderden miljoenen jaren lang de weg heeft gebaand voor planten en dieren, gaat nu de strijd aan met de vervuiling. Opnieuw kunnen paddenstoelen en schimmels de superhelden van het leven worden en de natuur van de ondergang redden.
Het artikel kwam oorspronkelijk uit in 2021.