Niezwykłe właściwości hubyCzas czytania: 8 min

Wieści ze świata nauki to cykl tekstów skupiających się na najnowszych doniesieniach naukowo-badawczych z różnorodnych dziedzin. W tekstach tych omawiane są bieżące artykuły publikowane w prestiżowych czasopismach naukowych, a także ich znaczenie dla stanu współczesnej wiedzy. Powszechnie znana jest sentencja autorstwa Newtona, zgodnie z którą to, „co my wiemy, to tylko kropelka. Czego nie wiemy, to cały ocean.” Celem tekstów publikowanych w tym dziale jest przybliżenie czytelnikom właśnie tych kropelek.

Hubą nazywa się owocniki grzybów nadrzewnych oraz nadrewnowych. Jednym z gatunków takich grzybów jest hubiak pospolity (fomes fomentarius) występujący tylko na półkuli północnej i często spotykany w polskich lasach. Hubiak pospolity jest gatunkiem wieloletnim, który występuje na pniach starych i osłabionych drzew liściastych, w szczególności buków, brzóz oraz topól. Grzyb ten jest pasożytem, który rozkłada składniki drzewa (celulozę, hemicelulozę oraz ligninę), wywołując przy tym białą zgniliznę, która rozrasta się w dół pnia. Pod wpływem infekcji pasożyta drzewo początkowo brunatnieje i zachowuje swoje właściwości, jednak w późniejszych etapach staje się gąbczaste i w znacznej mierze białożółtawe. Hubiak wnika bowiem bardzo głęboko w strukturę osłabionego drzewa, a widoczna huba to jedynie jego owocnik¹.

Budowa hubiaka pospolitego

Grzyby to organizmy plechowe, których strzępki często są bardzo szeroko rozgałęzione w podłożu. Dzięki takim właściwościom możliwa jest między innymi komunikacja pomiędzy grzybami, a także za ich pośrednictwem – komunikacja pomiędzy drzewami². Grzybnia, czyli główna część organizmu grzyba, w przypadku hubiaka pospolitego rozgałęziona jest w pniu rośliny w postaci skupiska strzępek.

W lutym 2023 roku na łamach czasopisma „Science Advances” ukazał się artykuł zatytułowany The Complex Structure of Fomes fomentarius Represents an Architectural Design for High-performance Ultralightweight Materials [Złożona struktura Fomes fomentarius jako reprezentacja projektu architektonicznego dla ultralekkich materiałów o wysokiej wydajności], w którym badacze przyglądają się hubiakowi pospolitemu rosnącemu na brzozie, a następnie analizują morfologię huby z materiałoznawczego i inżynieryjnego punktu widzenia³.

Huba, czyli owocnik hubiaka pospolitego, składa się z trzech głównych warstw: skórki, miąższu oraz hymenoforu. Skórka to cienka warstwa zewnętrzna owocnika, która chroni miąższ grzyba przed czynnikami zewnętrznymi. Miąższ stanowi zasadniczą część owocnika grzyba, która składa się ze ściśle splecionych strzępek grzybni i która wypełnia wnętrze owocnika. Hymenofor zaś to warstwa znajdująca się na dole owocnika, zbudowana z blaszek lub cylindrycznych rurek, a jej najistotniejszą funkcją jest wytwarzanie zarodników⁴.

Dlaczego inżynierowie interesują się hubą?

Autorzy przytoczonego badania przyjrzeli się hubie zarówno na poziomie makroskopowym, jak i mikroskopowym, analizując kolejno różne jej warstwy. Nie zatrzymali się jednak wyłącznie na badaniu morfologicznym huby, ale także postanowili sprawdzić jej wytrzymałość mechaniczną, dlatego jej fragmenty poddawano działaniu prasy. Huba okazała się zaskakująco wytrzymała na nacisk. Okazuje się, że kluczem do takich właściwości huby jest to, że grzyby są organizmami plechowymi, czyli takimi, których komórki nie tworzą tkanek. Z morfologicznego punktu widzenia plecha to skupisko pozbijanych ze sobą długich strzępek, które stanowią komórki grzyba. Właśnie dzięki temu plechy nie da się tak łatwo złamać lub zgnieść. O ile miąższ grzyba na poziomie mikroskopowym rzeczywiście przypomina bezkształtną plechę, o tyle hymenofor, mimo że nadal jest częścią tej plechy, wykazuje wyraźne cechy uporządkowania, charakterystyczne dla organizmów tkankowych – tworzy cylindryczne rurki, przez które wypadają zarodniki. Mimo że hymenofor ma uporządkowaną strukturę makroskopową, to na poziomie cząsteczkowym nadal pozostaje plechą, dzięki czemu również jest bardzo odporny na pękanie oraz zgniatanie. Autorzy badania zwrócili także uwagę na to, że choć skórka, miąższ i hymenofor są częściami tej samej plechy, to jednak różnią się na poziomie cząsteczkowym, ich ściany komórkowe mają bowiem nieco inny skład chemiczny oraz inną budowę⁵.

Huba zainteresowała inżynierów, ponieważ okazało się, że z materiałoznawczego punktu widzenia stanowi materiał niemal idealny – cechuje ją zarówno wysoka wytrzymałość, jak i to, że jest stosunkowo lekka. Dodatkowy atut huby jako plechowca stanowi to, że przy próbach wytworzenia podobnej struktury nie trzeba szczegółowo odzwierciedlać wszystkich tkanek oraz ich cech, ale wystarczy stworzyć materiał, który składałby się z losowo upakowanych odpowiedników strzępek. Może to znacznie ułatwiać tworzenie nowych materiałów inżynieryjnych, które będą lekkie, wytrzymałe i proste w konstrukcji. Autorzy podkreślają, że charakterystyka strukturalna, chemiczna i mechaniczna owocników hubiaka pospolitego stanowi źródło inspiracji do tworzenia ultralekkich materiałów o wysokiej wytrzymałości i wydajności. Zauważają przy tym, że choć różne części huby nie odpowiadają sobie pod względem struktury, to jednak nadal posiadają te same właściwości związane z lekkością oraz wytrzymałością. Według autorów badania jest to atut, ponieważ w ten sposób huba posiada różne funkcjonalne warstwy, które podlegają hierarchicznej samoorganizacji, a to sprawia, że może być ona inspiracją do tworzenia rozmaitych materiałów: zarówno takich, które przypominają hymenofor, jak i takich, które przypominają miąższ lub skórkę huby. Każda z tych warstw ma bowiem nieco inne parametry gęstości oraz długości strzępek, a także może przybierać inne kształty. Huba staje się więc źródłem dla wielu różnych klas ultralekkich wytrzymałych materiałów o zróżnicowanych właściwościach mechanicznych.

Kolejny tryumf świata przyrody

Huba jako źródło inspiracji dla materiałoznawstwa nie jest pierwszym przykładem sytuacji, kiedy inżynierowie wzorują się na świecie przyrody. Szeroka dziedzina sztucznej inteligencji, w której coraz bardziej dąży się do uzyskania sztucznego układu nerwowego, jest jednym z najbardziej znamiennych przypadków takich motywacji⁶. Niemal nieustannie pojawiają się kolejne doniesienia o nowych odkryciach technologicznych, których działanie inspirowane jest tym, co można zaobserwować w świecie przyrody⁷. W ostatnim czasie inżynieria posunęła się o krok dalej i nie tylko czerpie inspiracje z przyrody, ale wręcz świat ożywiony uczyniła elementem określonych rozwiązań technologicznych⁸.

W licznych tekstach zwraca się uwagę, że inspirowanie się naturą świadczy o tym, iż struktury przyrodnicze są bardzo dobrze zaprojektowane⁹. Wykorzystanie huby jako inspiracji dla nowych klas materiałów, a być może nawet jako materiału jest kolejnym przykładem potwierdzającym, że przyroda stanowi źródło niekończących się sugestii dla nowych zoptymalizowanych rozwiązań technologicznych.

Bartosz Bagrowski

Źródło zdjęcia: Pixabay

Ikonka cyklu: Pixabay

Ostatnia aktualizacja strony: 7.5.2023

Literatura: