Micelio

Micelio ( pl.: micelio ) [ ^a] es una estructura similar a una raíz de un hongo que consiste en una masa de hifas ramificadas y similares a filamentos . ^[1] Su forma normal es la de hilos hialinos ramificados, delgados, enredados y anastomosados. ^[2] Las colonias de hongos compuestas de micelio se encuentran en el suelo y en muchos otros sustratos . Una espora única típica germina en un micelio monocariota , ^[1] que no puede reproducirse sexualmente; cuando dos micelios monocariotas compatibles se unen y forman un micelio dicariótico , ese micelio puede formar cuerpos fructíferos como los hongos . ^[3] Un micelio puede ser diminuto, formando una colonia que es demasiado pequeña para ver, o puede crecer hasta abarcar miles de acres como en Armillaria .

A través del micelio, un hongo absorbe nutrientes de su entorno. Esto se hace en un proceso de dos etapas. En primer lugar, las hifas secretan enzimas sobre o dentro de la fuente de alimento, que descomponen los polímeros biológicos en unidades más pequeñas, como monómeros . Estos monómeros luego son absorbidos por el micelio mediante difusión facilitada y transporte activo .

Los micelios son vitales en los ecosistemas terrestres y acuáticos por su papel en la descomposición de material vegetal. Contribuyen a la fracción orgánica del suelo y su crecimiento libera dióxido de carbono a la atmósfera (ver ciclo del carbono ). El micelio extramatrical ectomicorrízico , así como el micelio de los hongos micorrízicos arbusculares , aumentan la eficiencia de la absorción de agua y nutrientes de la mayoría de las plantas y confieren resistencia a algunos patógenos vegetales. El micelio es una fuente importante de alimento para muchos invertebrados del suelo. Son vitales para la agricultura y son importantes para casi todas las especies de plantas , muchas especies coevolucionan con los hongos . El micelio es un factor primario en la salud, la ingesta de nutrientes y el crecimiento de algunas plantas, y el micelio es un factor importante para la aptitud de la planta .

Las redes de micelios pueden transportar agua ^[4] y picos de potencial eléctrico. ^[5]

Los esclerocios son masas compactas o duras de micelio.

Una de las funciones principales de los hongos en un ecosistema es descomponer compuestos orgánicos. Los productos derivados del petróleo y algunos pesticidas (contaminantes típicos del suelo) son moléculas orgánicas (es decir, están construidos sobre una estructura de carbono) y, por lo tanto, muestran una fuente potencial de carbono para los hongos. Por lo tanto, los hongos tienen el potencial de erradicar dichos contaminantes de su entorno a menos que los productos químicos resulten tóxicos para el hongo. Esta degradación biológica es un proceso conocido como micorremediación .

Se ha sugerido que las esteras de micelio tienen potencial como filtros biológicos, eliminando sustancias químicas y microorganismos del suelo y el agua. El uso de micelio fúngico para lograr esto se ha denominado micofiltración .

El conocimiento de la relación entre los hongos micorrízicos y las plantas sugiere nuevas formas de mejorar el rendimiento de los cultivos . ^[6]

Cuando se esparce en caminos forestales, el micelio puede actuar como aglutinante, manteniendo el suelo nuevo removido en su lugar, evitando así deslaves hasta que las plantas leñosas puedan establecer raíces.

Los hongos son esenciales para convertir la biomasa en compost , ya que descomponen componentes de la materia prima como la lignina , que muchos otros microorganismos del compostaje no pueden. ^[7] Al remover una pila de compost del patio trasero, normalmente se expondrán redes visibles de micelios que se han formado en el material orgánico en descomposición que hay dentro. El compost es un fertilizante y un aditivo esencial para el suelo en la agricultura y la jardinería orgánicas . El compostaje puede desviar una fracción sustancial de los residuos sólidos municipales de los vertederos . ^[8]

Se pueden producir alternativas al poliestireno y a los envases de plástico mediante el cultivo de micelio en residuos agrícolas. ^[9]

El micelio también se ha utilizado como material en muebles y cuero artificial . ^[10]

Uno de los principales usos comerciales del micelio es su uso para crear cuero artificial. El cuero animal contribuye a una importante huella ambiental, ya que la ganadería está asociada con la deforestación, las emisiones de gases de efecto invernadero y el pastoreo. Además, la producción de cueros sintéticos a partir de cloruro de polivinilo y poliuretano requiere el uso de productos químicos peligrosos y combustibles fósiles, y no son biodegradables (como el plástico). El cuero artificial a base de hongos es más barato de producir, tiene una menor huella ambiental y es biodegradable. Cuesta entre 18 y 28 centavos producir un metro cuadrado de micelio crudo, mientras que cuesta entre $ 5,81 y $ 6,24 producir un metro cuadrado de piel animal cruda. El crecimiento de los hongos es neutro en carbono y el micelio puro es 94% biodegradable. Sin embargo, el uso de materiales poliméricos como el poliéster o el ácido poliláctico para mejorar las propiedades del cuero artificial puede afectar negativamente la biodegradabilidad del material. ^[11]

Para crear cuero, el micelio de los hongos se cultiva mediante fermentación en estado líquido o sólido. En la fermentación en estado líquido, las empresas suelen utilizar medios de laboratorio o subproductos agrícolas para cultivar biomasa fúngica. A continuación, la biomasa fúngica se separa en fibras y se procesa mediante suspensión de fibras, filtración, prensado y secado. Estas técnicas también se utilizan habitualmente en los procesos tradicionales de fabricación de papel. En la fermentación en estado sólido, el micelio se cultiva en bioproductos forestales, como aserrín, en un entorno con altas concentraciones de dióxido de carbono y humedad y temperatura controladas. La estera de micelio formada sobre el lecho de partículas se deshidrata, se trata químicamente y, a continuación, se comprime hasta alcanzar el grosor deseado y se graba con un patrón. ^[11]

El micelio es un candidato sólido para la construcción sostenible, principalmente debido a su estructura biodegradable y liviana y su capacidad para crecer a partir de fuentes de desechos. Además de esto, el micelio tiene una relación resistencia-peso relativamente alta y una energía incorporada mucho menor en comparación con los materiales de construcción tradicionales. Debido a que el micelio toma la forma de cualquier molde en el que crece, también puede ser ventajoso para fines de personalización, especialmente si se utiliza como un elemento arquitectónico o estético. Las investigaciones actuales también han indicado que el micelio no libera resinas tóxicas en caso de incendio porque tiene un efecto de carbonización similar al de la madera en masa. El micelio juega un papel interesante en el aislamiento acústico, alardeando de una absorbancia del 70-75% para frecuencias de 1500 Hz o menos. ^[12]

Los biocompuestos de micelio han demostrado tener un gran potencial para aplicaciones estructurales, con una relación resistencia-peso mucho mayor que la de los materiales convencionales, debido principalmente a su baja densidad. En comparación con los materiales de construcción convencionales, el micelio también tiene una serie de propiedades deseables que lo convierten en una alternativa atractiva. Por ejemplo, tiene una baja conductividad térmica y puede proporcionar un alto aislamiento acústico. Es biodegradable, tiene una energía incorporada mucho menor y puede servir como sumidero de carbono, lo que hace que los biocompuestos de micelio sean una posible solución a las emisiones, la energía y los desechos asociados con la construcción de edificios.

Si bien el micelio tiene implicaciones interesantes como material estructural, tiene varias desventajas importantes que dificultan su implementación práctica en proyectos a gran escala. Por un lado, el micelio no tiene una resistencia a la compresión particularmente alta por sí solo, que oscila entre 0,1 y 0,2 MPa. ^[13] Esto es un marcado contraste con el hormigón tradicional, que normalmente tiene una resistencia a la compresión de 17 a 28 MPa. Más aún, debido a que el micelio se considera un material vivo, tiene requisitos específicos que lo hacen susceptible a las condiciones ambientales. Por ejemplo, requiere una fuente constante de aire para mantenerse vivo, necesita un hábitat relativamente húmedo para crecer y no puede exponerse a grandes cantidades de agua por temor a la contaminación y la descomposición.

Tres especies de hongos distintas (Colorius versicolor, Trametes ochracea y Ganoderma sessile ) se mezclaron de forma independiente con dos sustratos (manzana y vid) y se probaron en condiciones de incubación separadas para cuantificar ciertas propiedades mecánicas del micelio. Para ello, las muestras se cultivaron en moldes, se incubaron y se secaron durante el transcurso de 12 días. Las muestras se probaron para la absorción de agua utilizando las pautas ASTM C272 y se compararon con un material EPS . Se cortaron baldosas de tamaño uniforme del molde fabricado y se colocaron bajo una máquina Instron 3345 que funcionaba a 1 mm/min, hasta una deformación del 20 %. ^[14]

A lo largo de un proceso de 4 etapas, se investigó el impacto de varias mezclas de sustratos y hongos junto con las propiedades del micelio, como la densidad, la absorción de agua y la resistencia a la compresión. Las muestras se separaron en dos métodos de incubación separados y se inspeccionaron para detectar diferencias en color, textura y crecimiento. Para los mismos hongos dentro de cada método de incubación, se registraron diferencias mínimas. Sin embargo, a través de mezclas de sustrato dispares dentro de los mismos hongos, la coloración y el crecimiento externo variaron entre las muestras de prueba. Si bien se calculó la pérdida de materia orgánica, no se encontró una correlación uniforme entre el sustrato utilizado y las propiedades químicas del material. Para cada una de las mezclas de sustrato y hongos, las densidades promedio variaron de 174,1 kg/m3 ^a 244,9 kg/m3 ^, siendo la combinación de hongos sésiles de Ganoderma y sustrato de manzana la más densa. Las pruebas de compresión revelaron que los hongos sésiles de Ganoderma y el sustrato de vid tenían la mayor resistencia de las muestras analizadas, pero no se proporcionó ningún valor numérico. ^[14] Como referencia, la literatura al respecto ha proporcionado una estimación aproximada de 1-72 kPa. Más allá de esto, el micelio tiene una conductividad térmica de 0,05-0,07 W/m·K, que es menor que la del hormigón típico. ^[15]

La construcción de estructuras de micelio se clasifica principalmente en tres enfoques. Estos incluyen bloques de crecimiento en moldes, estructuras monolíticas de crecimiento in situ y unidades biosoldadas. El primer enfoque cultiva micelio y su sustrato en moldes, después de lo cual se seca en hornos y luego se transporta y ensambla en el sitio. El segundo enfoque utiliza encofrados existentes y adapta técnicas de hormigón colado in situ para cultivar estructuras monolíticas de micelio en el lugar. El tercer enfoque es un híbrido de los dos anteriores, conocido como micosoldadura, donde unidades individuales precultivadas se cultivan juntas en una estructura monolítica más grande. ^[13]

Los estudios que utilizan métodos de crecimiento in situ y soldadura micolítica han explorado cómo cultivar micelio y reutilizar encofrados en la construcción e investigaron las conexiones postensadas y por fricción. La investigación en fabricación ha revelado algunos desafíos comunes que se enfrentan en la construcción de estructuras de micelio, principalmente relacionados con el crecimiento de los hongos. Puede ser difícil cultivar material vivo en encofrados y es susceptible a la contaminación si no se esteriliza adecuadamente. Los hongos deben mantenerse refrigerados para evitar el endurecimiento y gestionar adecuadamente el crecimiento y el consumo de sustrato. Además, el espesor del crecimiento de los hongos está limitado por la presencia de oxígeno; si no hay oxígeno, el centro del crecimiento puede morir o contaminarse. ^[13]

Los investigadores han realizado evaluaciones del ciclo de vida para evaluar el impacto ambiental de los biocompuestos de micelio. El análisis del ciclo de vida mostró la viabilidad del micelio como material de sumidero de carbono y como una alternativa sostenible a los materiales de construcción convencionales. ^[12] El uso de micelio como material adhesivo natural puede proporcionar beneficios ambientales, ya que los compuestos a base de hongos que se crean con micelio son de bajo costo, tienen bajas emisiones y son sostenibles. Estos compuestos también tienen una amplia gama de aplicaciones y usos, muchos de los cuales se encuentran en industrias responsables de una importante contaminación ambiental, como la construcción y el embalaje. ^[16]

Los materiales de construcción y embalaje modernos se fabrican industrialmente, no son reciclables y son contaminantes: los productos de madera provocan una grave deforestación y fluctuaciones climáticas; el cemento no es biodegradable y causa altas emisiones tanto en la producción como en la demolición. El micelio parece ser más barato y más sostenible que sus homólogos. ^[16]

Las propiedades adhesivas del micelio son en gran medida responsables de su amplia gama de aplicaciones, ya que les permite unir ciertas sustancias. Estas propiedades son producto de sus procesos biológicos, ya que secretan enzimas corrosivas que les permiten degradar y colonizar sustratos orgánicos. Durante la degradación, el micelio desarrolla una densa red de hebras delgadas que se fusionan dentro del sustrato orgánico, creando material sólido que puede mantener unidos múltiples sustratos. Esta propiedad de autoensamblaje del micelio es bastante única y le permite crecer en una amplia gama de materiales orgánicos, incluidos los desechos orgánicos. ^[16]

Las plantas parecen comunicarse dentro de un ecosistema utilizando micelio, la red fúngica producida por hongos micorrízicos. ^[17] Las redes miceliales constituyen el 20-30% de la biomasa del suelo, aunque las mediciones tradicionales de biomasa no logran detectarlas. Alrededor del 83% de las plantas parecen exhibir una asociación mutualista con el micelio como una extensión de sus sistemas de raíces, con distintos niveles de dependencia. ^[18] Según algunas estimaciones, las redes miceliales reciben hasta el 10% o más de la producción de fotosíntesis de sus plantas hospedantes. ^{[ cita requerida ]}

Este mutualismo se inicia mediante conexiones hifales en las que las hebras de micelio infectan y se adhieren a las hifas de las plantas, penetrando la pared celular pero sin entrar a través de la membrana al citoplasma de la planta. El micelio interactúa con la célula en la membrana periarbuscular, que se comporta como una especie de medio de intercambio de nutrientes y puede producir gradientes eléctricos que permiten enviar y recibir señales electrofisiológicas. ^[17] En estudios de modelado, diferentes hongos suministran diferentes niveles de nutrientes y materiales que promueven el crecimiento, y las plantas tienden a enraizar hacia (y, por lo tanto, a ser infectadas por) hongos que suministran la mayor parte del fósforo y el nitrógeno minerales (ambos esenciales para el crecimiento de las plantas). ^[19]

Las asociaciones de micelios micorrízicos pueden intensificar la competencia entre individuos de la misma especie, al tiempo que alivian la competencia entre especies, a través de la promoción de competidores inferiores, promoviendo así la diversidad de plantas dentro de su red. ^[17] Al hacerlo, los hongos micorrízicos promueven la ecología de la comunidad, con una complejidad añadida de diferenciación de nichos de diferentes redes y tipos de hongos micorrízicos que se arraigan a diferentes profundidades, dispersan diferentes compuestos orgánicos y nutrientes y tienen interacciones únicas con especies específicas de plantas. ^[17]

Varios estudios han documentado la capacidad de memoria de las redes miceliales y su adaptabilidad a condiciones ambientales específicas. Los micelios se han especializado para diferentes funciones en varios climas y desarrollan relaciones simbióticas o patógenas con otros organismos, como el patógeno humano Candida auris , que ha desarrollado un enfoque único para evadir la detección por parte de los neutrófilos humanos a través de la selección adaptativa, un proceso de aprendizaje y memoria fúngica. ^[20] Además, estas funciones pueden cambiar según la escala de los micelios y la naturaleza de la relación simbiótica; las relaciones comensales y mutuas entre hongos y plantas se forman a través de un proceso separado conocido como asociación micorrízica, que se denominan micorrizas. Además, la organización de las hifas en redes miceliales puede ser determinista para una variedad de funciones, incluida la retención de biomasa, el reciclaje de agua, la expansión de futuras hifas en un enfoque eficiente de los recursos hacia los gradientes de nutrientes deseados y la posterior distribución de estos recursos a través de la red hifal. ^[21] A escala macroscópica, muchos micelios operan con una especie de jerarquía que tiene un “tronco” o micelio principal, del que se ramifican “ramas” más pequeñas. Algunos basidiomicetos saprotróficos son capaces de recordar decisiones pasadas sobre gradientes nutricionales direccionales y construirán micelio futuro en esa dirección. ^[22]

La investigación actual sobre la inteligencia micelial colectiva es limitada, y aunque muchos estudios han observado la memoria y el intercambio de carga eléctrica a través de redes miceliares, esto no es evidencia suficiente para sacar conclusiones sobre cómo se procesan los datos sensoriales en estas redes. Sin embargo, algunos ejemplos de mayor resistencia térmica en hongos filamentosos sugieren una relación de ley de potencia para la memoria y la exposición a un estímulo. ^[23] Los micelios también han demostrado la capacidad de editar sus estructuras genéticas a lo largo de la vida debido a antibióticos u otros estresores extracelulares, que pueden causar una rápida adquisición de genes de resistencia, como los de C. auris . ^[20] Además, los mohos mucilaginosos plasmodiales demuestran un método similar de intercambio de información, ya que tanto los micelios como los mohos mucilaginosos hacen uso de moléculas de AMPc para la agregación y la señalización. ^[21]

El esclerocio es una masa compacta de micelio endurecido. Durante muchos años, los esclerocios se confundieron con organismos individuales y se describieron como especies separadas. Sin embargo, a mediados del siglo XIX, se demostró que los esclerocios eran simplemente una etapa en el ciclo de vida de muchos hongos. Los esclerocios están compuestos por cáscaras gruesas y densas con células oscuras. Son ricos en suministros de emergencia para las hifas , como aceite, y contienen pequeñas cantidades de agua. Pueden sobrevivir en ambientes secos durante muchos años sin perder la capacidad de crecer. El tamaño de los esclerocios puede variar desde menos de un milímetro hasta decenas de centímetros de diámetro. ^[24]

• Secuestro de carbono  : almacenamiento de carbono en un depósito de carbono
• Talo  – Tejido vegetativo indiferenciado de ciertos organismos.

Notas al pie

Citas

• Micelio, 2012, Jardín Botánico Nacional de Australia y Herbario Nacional de Australia, Canberra