Grzyby, które świecą w ciemności. Jak działa bioluminescencja grzybów

Zielonkawa poświata sącząca się z pnia w nocnym lesie brzmi jak scena z bajki, ale to całkiem realne zjawisko. Angielskie słowo „foxfire” – blask próchniejącego drewna – opisywano od stuleci, a wzmianki o świecącym drewnie znajdziemy już u Arystotelesa. Dziś wiemy, że odpowiadają za nie grzyby, i – co najciekawsze – rozumiemy wreszcie chemię ich świecenia.

Ile grzybów naprawdę świeci?

Bioluminescencja, czyli zdolność do wytwarzania własnego światła, jest wśród grzybów rzadka. Opisano ją u ponad stu gatunków – a ich liczba rośnie w miarę badań – ale wszystkie należą do jednej grupy: rzędu pieczarkowców (Agaricales) w obrębie podstawczaków. To znaczy, że zdolność świecenia wyewoluowała w wąskiej gałęzi drzewa rodowego grzybów. Wśród znanych „latarni” są m.in. gatunki z rodzajów Mycena, Armillaria (opieńki) czy tropikalny Neonothopanus.

Co ważne, świecić może zarówno owocnik, jak i sama grzybnia ukryta w drewnie – stąd wrażenie, że jarzy się cała kłoda. Wszystkie znane grzyby świecą podobnym, zielonym światłem o długości fali w okolicach 520–530 nanometrów.

Rozszyfrowany mechanizm: cykl kwasu kawowego

Przez lata świecenie grzybów było zagadką. Przełom przyniosła praca opublikowana w PNAS w 2018 roku (Kotlobay i wsp.), która jako pierwsza w pełni opisała bioluminescencyjny szlak u grzybów – i była to pierwsza tak dokładnie poznana bioluminescencja u organizmów jądrowych (eukariotów).

Mechanizm nazwano cyklem kwasu kawowego. W dużym uproszczeniu:

• pospolity w roślinach i grzybach kwas kawowy zostaje przekształcony w związek zwany hispidyną,
• ten jest następnie utleniany do 3-hydroksyhispidyny – to właśnie grzybowa lucyferyna, cząsteczka „paliwa”,
• enzym lucyferaza dołącza tlen, tworząc niestabilny, wysokoenergetyczny związek pośredni,
• jego rozpad uwalnia energię w postaci fotonu – grzyb świeci – a produkt reakcji wraca do obiegu, odtwarzając kwas kawowy.

Za całość odpowiadają zaledwie cztery enzymy zapisane w zwartym zestawie genów. To właśnie ta prostota sprawiła, że naukowcy zdołali potem przenieść cały szlak do innych organizmów – w 2020 roku, a następnie w kolejnych pracach do 2025 roku, wykorzystano geny grzybów, by stworzyć rośliny samodzielnie świecące w ciemności. To pokazuje, jak uniwersalny okazał się ten mechanizm.

Od kopalni po tropiki

Zanim poznano chemię zjawiska, ludzie od dawna je zauważali i wykorzystywali. Świecące, przegniłe drewno – „foxfire” – według popularnych przekazów bywało w dawnych kopalniach używane jako słabe, ale bezpieczne źródło światła tam, gdzie otwarty płomień groził zapłonem gazów. Marynarze i leśnicy odnotowywali jarzące się pnie na długo przedtem, nim ktokolwiek wiedział, że odpowiada za nie grzyb.

Dziś wiadomo, że bioluminescencja grzybów jest najbardziej rozpowszechniona w wilgotnych lasach tropikalnych, ale świecące gatunki spotyka się na wszystkich kontynentach poza Antarktydą – także w Europie. U wielu z nich blask jest ciągły i niezależny od tego, czy ktoś patrzy; u innych, jak wspomniany Neonothopanus, podlega rytmowi dobowemu. Ta różnorodność sprawia, że badacze wciąż odkrywają nowe świecące gatunki i spierają się, ile razy w historii grzybów ta zdolność pojawiła się niezależnie.

Po co grzybowi świecić?

Skoro wytwarzanie światła kosztuje energię, musi czemuś służyć. Najlepiej udokumentowana hipoteza mówi o wabieniu owadów. W badaniu opublikowanym w Current Biology (2015) nad brazylijskim grzybem Neonothopanus gardneri wykazano, że jego świecenie jest sterowane zegarem dobowym – grzyb jarzy się najmocniej w nocy. Sztuczne, świecące atrapy przywabiały chrząszcze, muchówki i inne owady skuteczniej niż atrapy nieświecące.

Wniosek: dla grzyba rosnącego w ciemnym, wilgotnym poszyciu owady mogą być „kurierami” roznoszącymi zarodniki. Świecenie byłoby więc reklamą skierowaną do nocnych owadów. To jednak niejedyne możliwe wyjaśnienie – część badaczy sądzi, że u niektórych gatunków blask bywa po prostu ubocznym efektem procesów metabolicznych, bez wyraźnej funkcji. Jak często w biologii, jedna odpowiedź nie musi pasować do wszystkich gatunków.

Zjawisko, które wciąż zaskakuje

Świecące grzyby to piękny przykład na to, że nawet dobrze znane organizmy potrafią kryć niespodzianki. Jeszcze dekadę temu chemia ich blasku była tajemnicą, a dziś służy jako narzędzie w biotechnologii. To kolejny dowód, jak wiele dzieje się w cichym świecie grzybów rozkładających drewno – tych samych saprotrofów, które na co dzień sprzątają las.

Materiał ma charakter wyłącznie informacyjny i popularnonaukowy. Opisuje biologię i chemię grzybów; przywołane ustalenia pochodzą m.in. z prac w PNAS (2018) i Current Biology (2015).