Einführung in die Biologie der Pilze

Historisch gesehen kategorisierten Naturforscher Pilze zunächst als eine Art mysteriöse Pflanze, die kein Sonnenlicht benötigte und fast wundersam über Nacht wachsen konnte. Bis vor Kurzem war der Großteil der mykologischen Forschung in botanischen Abteilungen angesiedelt, und viele Begriffe, die für Pilze verwendet werden, sind aus der Botanik entlehnt, wie „Rhizomorph“, „Stamm“, „keimen“, „vegetativ“ und „Fruchtkörper“.

Im Laufe der Jahre erkannten Forscher, wie sehr Pilze sich von Pflanzen unterschieden, und 1969 erhoben Wissenschaftler Pilze zu einem eigenen Reich. Das Pilzreich unterscheidet sich sowohl von Pflanzen als auch von Tieren und ist tatsächlich enger mit Tieren als mit Pflanzen verwandt. In gewisser Weise ist diese Geschichte ein Symbol dafür, wie wenig wir über Pilze wissen und wie jung das Gebiet der modernen Mykologie ist. Ein Pilz, den man im Wald findet, könnte neu für die Wissenschaft sein, und wir sind immer noch dabei, herauszufinden, wie die überwiegende Mehrheit der essbaren Pilzarten kultiviert werden kann.

Pilze, Pflanzen und Tiere sind allesamt Organismen, die als Eukaryoten klassifiziert werden, was bedeutet, dass ihre genetische Information in einem membranumhüllten Zellkern in ihren Zellen gespeichert ist. Die drei Reiche können anhand ihrer Zellstruktur, der Art der Nahrungsaufnahme sowie ihrer Lebenszyklen und Fortpflanzungsstrategien verglichen werden. Als Reaktion auf Reize haben Pilze und Tiere mehr gemeinsam als Pflanzen, da sie sich durch ihre Umgebung bewegen können, während Pflanzen, die im Allgemeinen an einem Ort fixiert sind, physikalisch wachsen müssen, um sich durch diese zu bewegen.

Pflanzenzellen enthalten spezialisierte Organellen, die Chloroplasten genannt werden und die Energie der Sonne sammeln, um in einem Prozess namens Photosynthese Zucker zu erzeugen. Dies ermöglicht es Pflanzen, ihre eigene Energie zu produzieren, was sie autotroph macht. Sowohl Pilzen als auch Tieren fehlen Chloroplasten, obwohl einige Arten photosynthetische Grünalgen oder Cyanobakterien in ihre Körper integrieren können, um Energie zu gewinnen. Im Allgemeinen fehlt Tieren und Pilzen jedoch die Fähigkeit, ihre eigene Nahrung herzustellen, und sie müssen andere Organismen konsumieren, um ihre Energie zu erhalten. Dies wird als heterotroph bezeichnet.

Während sowohl Pilze als auch Tiere heterotroph sind, nehmen Tiere andere Organismen auf und verdauen sie dann, was bedeutet, dass sie die Nahrung vor der Verdauung in ihren Körper bringen. Pilze hingegen verdauen und nehmen ihre Nahrung auf, indem sie durch sie wachsen, Verdauungsenzyme außerhalb ihres Körpers absondern und die verdauten Verbindungen und Nährstoffe aufnehmen.

Sowohl Tiere als auch Pflanzen haben Gefäßsysteme für den Transport von Flüssigkeiten und Nährstoffen. Tiere haben Kreislaufsysteme, während Pflanzen spezialisierte Xylem- und Phloem-Zellen nutzen. Pilzen fehlen spezialisierte Gewebe für den Transport, und sie verlassen sich auf den Flüssigkeitsstrom zwischen den Zellen, um Flüssigkeiten und Nährstoffe zu transportieren.

Pilze, Pflanzen und Tiere sind in ein komplexes globales Nahrungsnetz von Räuber- und Beutebeziehungen eingebettet. Während die meisten Pilze saprophytisch sind (ihre Energie durch den Verzehr von totem oder verrottendem organischem Material gewinnen), existieren auch räuberische und parasitäre Pilze, die anderen Pilzarten, Pflanzen und Tieren schaden können. Zum Beispiel scheiden einige Pilze Klebstoffe aus, um Nematoden zu fangen, von denen sie sich ernähren.

Die drei Reiche können durch ihre Lebenszyklen und Fortpflanzung getrennt werden. Tiere und Pflanzen können sich sowohl sexuell durch die Verschmelzung von Sperma und Ei als auch asexuell durch Knospung und vegetative Fortpflanzung von einem einzigen Elternteil fortpflanzen. Bei Pilzen gibt es keine männlichen und weiblichen Individuen, noch gibt es Eier und Spermien. Verschiedene Paarungstypen und kompatible Stämme finden einander und verschmelzen, um neue einzelne Pilze zu erzeugen. Eine Generationswechsel existiert innerhalb des Pilzlebenszyklus, der die Existenz von Individuen mit der Hälfte der genetischen Informationen ermöglicht, die zur Erzeugung eines neuen Individuums erforderlich sind. Ein weiteres Merkmal von Pilzen ist, dass sie Sporen produzieren. Dies sind einzelne Zellen, die oft (wenn auch nicht immer) durch die Luft verbreitet werden und ohne die Notwendigkeit einer Verschmelzung zu einem Individuum heranwachsen können. Tiere verwenden keine Sporen, und nur einige Pflanzenarten, wie Farne, produzieren Sporen zur Verbreitung.

Als Zersetzer spielen Pilze eine zentrale Rolle im Nährstoffkreislauf, insbesondere in terrestrischen Ökosystemen, wo viele der heutigen Lebensräume ohne Pilze nicht existieren würden. Zahlreiche Arten bilden enge Beziehungen zu anderen Organismen, wie mykorrhizische oder endophytische Pilze, die in enger Verbindung mit 80 bis 90 Prozent aller grünen Pflanzen auf der Erde gefunden werden. Pilzpathogene können auch tiefgreifende negative Auswirkungen auf Ökosysteme haben, wobei viele jüngste Artensterben auf Pilze zurückzuführen sind, wie z.B. der Kastanienrindenkrebs, das Weißnasen-Syndrom bei Fledermäusen und die Chytridiomykose bei Fröschen. Siehe Abb. 4. Diese enorme Vielfalt wird durch die einzigartigen Eigenschaften der Pilzhyphen ermöglicht.

Abb. 4: (Von links nach rechts): Kastanienrindenkrebs, Weißnasen-Syndrom bei einer Fledermaus und Chytridiomykose bei einem Frosch.
Bildnachweis (von links nach rechts): U.S. Fish and Wildlife Services - Marvin Moriarity, Claudette Hoffman und Jonathan E. Kolby

Pilzhyphen besitzen viele der gleichen Strukturen wie Pflanzen- und Tierzellen, darunter Zytoplasma – die gallertartige Flüssigkeit, die das Zellinnere ausfüllt; eine Zellmembran – die halbdurchlässige Struktur, die den Fluss von Inhalten in und aus der Zelle reguliert; die Mitochondrien, die den Großteil der Zellenergie produzieren; den Golgi-Apparat, der die Verpackung und Bewegung von Zellinhalten und Enzymen erleichtert; und den Zellkern, der das genetische Material der Zelle beherbergt. Einzigartig für Pilzzellen ist eine dichte Ansammlung von Vesikeln an der Spitze der wachsenden Hyphen, die als Spitzenkörper bezeichnet wird. Während die Hyphe wächst, wandern Vesikel zur Spitze, verschmelzen mit der Zellmembran und setzen Verdauungsenzyme in die Umgebung frei. Dieser wiederholte Prozess des Einbringens von Enzymen in die Umgebung, des Hinzufügens von Membran an die Hyphenspitze und des Schaffens von Raum vor der wachsenden Hyphe verleiht dem Myzel seine einzigartige Fähigkeit, sich durch seine Nahrung zu bewegen, außerhalb von sich selbst zu verdauen und dann die verdauten Inhalte wieder nach innen zu bringen. Siehe Abb. 5.

Abb. 5: Während die Hyphe wächst, wandern Vesikel zur Spitze, verschmelzen mit der Zellmembran und setzen Verdauungsenzyme in die umgebende Umgebung frei.

Ein Lebenszyklus ist definiert als eine Reihe von Veränderungen, die eine Art durchläuft, wenn sie vom Beginn des Lebens bis zur Fortpflanzung der nächsten Generation fortschreitet. Pilze sind in dieser Hinsicht einzigartig und komplex, da sie die Fähigkeit besitzen, zwischen Organismen mit unterschiedlichem genetischen Material zu wechseln. Der bekannte Shiitake-Pilz (Lentinula edodes) kann als nützliches Modell für die grundlegende Fortpflanzungsanatomie einer Art innerhalb der Basidiomycota dienen, der Gruppe, die die Mehrheit der großen, fleischigen Pilze enthält. Siehe Abb. 6. Zur Erinnerung: Der Shiitake-Teil des Lebenszyklus ist analog zu einem Apfel an einem Apfelbaum. Der Zweck eines Apfels ist es, Samen zu verbreiten und die nächste Generation zu schaffen, aber der Hauptteil des Lebenszyklus, der Jahr für Jahr weiterwächst, ist der Baum selbst. Ähnlich bei Pilzen hat der Shiitake-Pilz selbst den einzigen Zweck, Sporen zu bilden und zu verbreiten, während der vorherrschende Teil des Lebenszyklus, der Jahr für Jahr wächst, das Myzel ist.

Die Oberseite des Pilzes wird als Hut oder Pileus bezeichnet und wird vom Stiel oder Stiel getragen. An der Unterseite des Hutes befindet sich die Sporen tragende Oberfläche des Pilzes, die als Hymen bezeichnet wird. Shiitake-Pilze haben Lamellen, während andere Arten Poren, Zähne haben oder glatt sind, aber alle dienen dazu, die Oberfläche zu vergrößern, auf der die Sporen produziert werden können. Ein einzelner Pilz kann bis zu einer Milliarde Sporen pro Tag erzeugen, wobei einige Arten Sporen mit einer rekordverdächtigen Geschwindigkeit von 1,8 Metern pro Sekunde ausstoßen. Mit einer Reihe von Methoden ist das Endergebnis dasselbe: Sporen in die Umgebung freisetzen, die dann keimen und einen geeigneten Partner finden, mit dem der Prozess von neuem beginnen kann.

In diesem Stadium ihres Lebenszyklus werden die unzähligen Shiitake-Sporen und die von ihnen produzierten Hyphen als haploid und monokaryotisch betrachtet, was bedeutet, dass sie die Hälfte des genetischen Materials enthalten, das zur Vollendung ihres Lebenszyklus erforderlich ist. Dies ist das kürzeste Stadium und dauert ein oder zwei Wochen. Sobald ein geeigneter Partner gefunden wird, verschmelzen die beiden haploiden Hyphen zu einem dikaryotischen Myzel oder Dikaryon, das nun das gesamte genetische Material enthält, das zur Produktion eines Pilzes erforderlich ist. Dieses Stadium des Lebenszyklus ist einzigartig für Pilze, da sich die Zellinhalte zwar verschmelzen, die Kerne jedoch nicht und innerhalb ihres verschmolzenen Zytoplasmas getrennt bleiben. Sobald das Dikaryon genügend Nährstoffe angesammelt hat und die Umweltbedingungen stimmen, wird es Pilzfruchtkörper produzieren, um Sporen freizusetzen.

Entlang des Hymeniums oder der sporentragenden Lamellen des Shiitake-Pilzes endet jeder Myzelstrang in einer spezialisierten Zelle, die als Basidium bezeichnet wird. In dieser Zelle verschmelzen die beiden getrennten Kerne zu einer diploiden Zygote, die sich dann sofort in vier neue haploide Sporen teilt, die dann in die umgebende Umgebung freigesetzt werden. Es ist interessant festzustellen, dass bei den meisten Pilzen die Zygote die einzige Zelle im gesamten Lebenszyklus ist, die diploid ist, während viele Tiere, einschließlich des Menschen, ihren gesamten Lebenszyklus als diploider Organismus verbringen.

Wir hoffen, dass dieses grundlegende Wissen über die Geschichte der Mykologie, wie sich Pilze von anderen Reichen unterscheiden, die einzigartige Struktur der Pilzhyphen und den Lebenszyklus der Pilze nur der Anfang Ihrer mykologischen Bestrebungen ist. In zukünftigen Artikeln werden wir andere einzigartige Aspekte der Pilzbiologie, Ökologie, Kultivierung und Chemie detailliert beschreiben, bleiben Sie also dran in unserem Blog und Newsletter für weitere Informationen.

Historisch gesehen kategorisierten Naturforscher Pilze zunächst als eine Art mysteriöse Pflanze, die kein Sonnenlicht benötigte und fast wundersam über Nacht wachsen konnte. Bis vor Kurzem war der Großteil der mykologischen Forschung in botanischen Abteilungen angesiedelt, und viele Begriffe, die für Pilze verwendet werden, sind aus der Botanik entlehnt, wie „Rhizomorph“, „Stamm“, „keimen“, „vegetativ“ und „Fruchtkörper“.

Im Laufe der Jahre erkannten Forscher, wie sehr Pilze sich von Pflanzen unterschieden, und 1969 erhoben Wissenschaftler Pilze zu einem eigenen Reich. Das Pilzreich unterscheidet sich sowohl von Pflanzen als auch von Tieren und ist tatsächlich enger mit Tieren als mit Pflanzen verwandt. In gewisser Weise ist diese Geschichte ein Symbol dafür, wie wenig wir über Pilze wissen und wie jung das Gebiet der modernen Mykologie ist. Ein Pilz, den man im Wald findet, könnte neu für die Wissenschaft sein, und wir sind immer noch dabei, herauszufinden, wie die überwiegende Mehrheit der essbaren Pilzarten kultiviert werden kann.

Pilze, Pflanzen und Tiere sind allesamt Organismen, die als Eukaryoten klassifiziert werden, was bedeutet, dass ihre genetische Information in einem membranumhüllten Zellkern in ihren Zellen gespeichert ist. Die drei Reiche können anhand ihrer Zellstruktur, der Art der Nahrungsaufnahme sowie ihrer Lebenszyklen und Fortpflanzungsstrategien verglichen werden. Als Reaktion auf Reize haben Pilze und Tiere mehr gemeinsam als Pflanzen, da sie sich durch ihre Umgebung bewegen können, während Pflanzen, die im Allgemeinen an einem Ort fixiert sind, physikalisch wachsen müssen, um sich durch diese zu bewegen.

Pflanzenzellen enthalten spezialisierte Organellen, die Chloroplasten genannt werden und die Energie der Sonne sammeln, um in einem Prozess namens Photosynthese Zucker zu erzeugen. Dies ermöglicht es Pflanzen, ihre eigene Energie zu produzieren, was sie autotroph macht. Sowohl Pilzen als auch Tieren fehlen Chloroplasten, obwohl einige Arten photosynthetische Grünalgen oder Cyanobakterien in ihre Körper integrieren können, um Energie zu gewinnen. Im Allgemeinen fehlt Tieren und Pilzen jedoch die Fähigkeit, ihre eigene Nahrung herzustellen, und sie müssen andere Organismen konsumieren, um ihre Energie zu erhalten. Dies wird als heterotroph bezeichnet.

Während sowohl Pilze als auch Tiere heterotroph sind, nehmen Tiere andere Organismen auf und verdauen sie dann, was bedeutet, dass sie die Nahrung vor der Verdauung in ihren Körper bringen. Pilze hingegen verdauen und nehmen ihre Nahrung auf, indem sie durch sie wachsen, Verdauungsenzyme außerhalb ihres Körpers absondern und die verdauten Verbindungen und Nährstoffe aufnehmen.

Sowohl Tiere als auch Pflanzen haben Gefäßsysteme für den Transport von Flüssigkeiten und Nährstoffen. Tiere haben Kreislaufsysteme, während Pflanzen spezialisierte Xylem- und Phloem-Zellen nutzen. Pilzen fehlen spezialisierte Gewebe für den Transport, und sie verlassen sich auf den Flüssigkeitsstrom zwischen den Zellen, um Flüssigkeiten und Nährstoffe zu transportieren.

Pilze, Pflanzen und Tiere sind in ein komplexes globales Nahrungsnetz von Räuber- und Beutebeziehungen eingebettet. Während die meisten Pilze saprophytisch sind (ihre Energie durch den Verzehr von totem oder verrottendem organischem Material gewinnen), existieren auch räuberische und parasitäre Pilze, die anderen Pilzarten, Pflanzen und Tieren schaden können. Zum Beispiel scheiden einige Pilze Klebstoffe aus, um Nematoden zu fangen, von denen sie sich ernähren.

Die drei Reiche können durch ihre Lebenszyklen und Fortpflanzung getrennt werden. Tiere und Pflanzen können sich sowohl sexuell durch die Verschmelzung von Sperma und Ei als auch asexuell durch Knospung und vegetative Fortpflanzung von einem einzigen Elternteil fortpflanzen. Bei Pilzen gibt es keine männlichen und weiblichen Individuen, noch gibt es Eier und Spermien. Verschiedene Paarungstypen und kompatible Stämme finden einander und verschmelzen, um neue einzelne Pilze zu erzeugen. Eine Generationswechsel existiert innerhalb des Pilzlebenszyklus, der die Existenz von Individuen mit der Hälfte der genetischen Informationen ermöglicht, die zur Erzeugung eines neuen Individuums erforderlich sind. Ein weiteres Merkmal von Pilzen ist, dass sie Sporen produzieren. Dies sind einzelne Zellen, die oft (wenn auch nicht immer) durch die Luft verbreitet werden und ohne die Notwendigkeit einer Verschmelzung zu einem Individuum heranwachsen können. Tiere verwenden keine Sporen, und nur einige Pflanzenarten, wie Farne, produzieren Sporen zur Verbreitung.

Als Zersetzer spielen Pilze eine zentrale Rolle im Nährstoffkreislauf, insbesondere in terrestrischen Ökosystemen, wo viele der heutigen Lebensräume ohne Pilze nicht existieren würden. Zahlreiche Arten bilden enge Beziehungen zu anderen Organismen, wie mykorrhizische oder endophytische Pilze, die in enger Verbindung mit 80 bis 90 Prozent aller grünen Pflanzen auf der Erde gefunden werden. Pilzpathogene können auch tiefgreifende negative Auswirkungen auf Ökosysteme haben, wobei viele jüngste Artensterben auf Pilze zurückzuführen sind, wie z.B. der Kastanienrindenkrebs, das Weißnasen-Syndrom bei Fledermäusen und die Chytridiomykose bei Fröschen. Siehe Abb. 4. Diese enorme Vielfalt wird durch die einzigartigen Eigenschaften der Pilzhyphen ermöglicht.

Abb. 4: (Von links nach rechts): Kastanienrindenkrebs, Weißnasen-Syndrom bei einer Fledermaus und Chytridiomykose bei einem Frosch.
Bildnachweis (von links nach rechts): U.S. Fish and Wildlife Services - Marvin Moriarity, Claudette Hoffman und Jonathan E. Kolby

Pilzhyphen besitzen viele der gleichen Strukturen wie Pflanzen- und Tierzellen, darunter Zytoplasma – die gallertartige Flüssigkeit, die das Zellinnere ausfüllt; eine Zellmembran – die halbdurchlässige Struktur, die den Fluss von Inhalten in und aus der Zelle reguliert; die Mitochondrien, die den Großteil der Zellenergie produzieren; den Golgi-Apparat, der die Verpackung und Bewegung von Zellinhalten und Enzymen erleichtert; und den Zellkern, der das genetische Material der Zelle beherbergt. Einzigartig für Pilzzellen ist eine dichte Ansammlung von Vesikeln an der Spitze der wachsenden Hyphen, die als Spitzenkörper bezeichnet wird. Während die Hyphe wächst, wandern Vesikel zur Spitze, verschmelzen mit der Zellmembran und setzen Verdauungsenzyme in die Umgebung frei. Dieser wiederholte Prozess des Einbringens von Enzymen in die Umgebung, des Hinzufügens von Membran an die Hyphenspitze und des Schaffens von Raum vor der wachsenden Hyphe verleiht dem Myzel seine einzigartige Fähigkeit, sich durch seine Nahrung zu bewegen, außerhalb von sich selbst zu verdauen und dann die verdauten Inhalte wieder nach innen zu bringen. Siehe Abb. 5.

Abb. 5: Während die Hyphe wächst, wandern Vesikel zur Spitze, verschmelzen mit der Zellmembran und setzen Verdauungsenzyme in die umgebende Umgebung frei.

Ein Lebenszyklus ist definiert als eine Reihe von Veränderungen, die eine Art durchläuft, wenn sie vom Beginn des Lebens bis zur Fortpflanzung der nächsten Generation fortschreitet. Pilze sind in dieser Hinsicht einzigartig und komplex, da sie die Fähigkeit besitzen, zwischen Organismen mit unterschiedlichem genetischen Material zu wechseln. Der bekannte Shiitake-Pilz (Lentinula edodes) kann als nützliches Modell für die grundlegende Fortpflanzungsanatomie einer Art innerhalb der Basidiomycota dienen, der Gruppe, die die Mehrheit der großen, fleischigen Pilze enthält. Siehe Abb. 6. Zur Erinnerung: Der Shiitake-Teil des Lebenszyklus ist analog zu einem Apfel an einem Apfelbaum. Der Zweck eines Apfels ist es, Samen zu verbreiten und die nächste Generation zu schaffen, aber der Hauptteil des Lebenszyklus, der Jahr für Jahr weiterwächst, ist der Baum selbst. Ähnlich bei Pilzen hat der Shiitake-Pilz selbst den einzigen Zweck, Sporen zu bilden und zu verbreiten, während der vorherrschende Teil des Lebenszyklus, der Jahr für Jahr wächst, das Myzel ist.

Die Oberseite des Pilzes wird als Hut oder Pileus bezeichnet und wird vom Stiel oder Stiel getragen. An der Unterseite des Hutes befindet sich die Sporen tragende Oberfläche des Pilzes, die als Hymen bezeichnet wird. Shiitake-Pilze haben Lamellen, während andere Arten Poren, Zähne haben oder glatt sind, aber alle dienen dazu, die Oberfläche zu vergrößern, auf der die Sporen produziert werden können. Ein einzelner Pilz kann bis zu einer Milliarde Sporen pro Tag erzeugen, wobei einige Arten Sporen mit einer rekordverdächtigen Geschwindigkeit von 1,8 Metern pro Sekunde ausstoßen. Mit einer Reihe von Methoden ist das Endergebnis dasselbe: Sporen in die Umgebung freisetzen, die dann keimen und einen geeigneten Partner finden, mit dem der Prozess von neuem beginnen kann.

In diesem Stadium ihres Lebenszyklus werden die unzähligen Shiitake-Sporen und die von ihnen produzierten Hyphen als haploid und monokaryotisch betrachtet, was bedeutet, dass sie die Hälfte des genetischen Materials enthalten, das zur Vollendung ihres Lebenszyklus erforderlich ist. Dies ist das kürzeste Stadium und dauert ein oder zwei Wochen. Sobald ein geeigneter Partner gefunden wird, verschmelzen die beiden haploiden Hyphen zu einem dikaryotischen Myzel oder Dikaryon, das nun das gesamte genetische Material enthält, das zur Produktion eines Pilzes erforderlich ist. Dieses Stadium des Lebenszyklus ist einzigartig für Pilze, da sich die Zellinhalte zwar verschmelzen, die Kerne jedoch nicht und innerhalb ihres verschmolzenen Zytoplasmas getrennt bleiben. Sobald das Dikaryon genügend Nährstoffe angesammelt hat und die Umweltbedingungen stimmen, wird es Pilzfruchtkörper produzieren, um Sporen freizusetzen.

Entlang des Hymeniums oder der sporentragenden Lamellen des Shiitake-Pilzes endet jeder Myzelstrang in einer spezialisierten Zelle, die als Basidium bezeichnet wird. In dieser Zelle verschmelzen die beiden getrennten Kerne zu einer diploiden Zygote, die sich dann sofort in vier neue haploide Sporen teilt, die dann in die umgebende Umgebung freigesetzt werden. Es ist interessant festzustellen, dass bei den meisten Pilzen die Zygote die einzige Zelle im gesamten Lebenszyklus ist, die diploid ist, während viele Tiere, einschließlich des Menschen, ihren gesamten Lebenszyklus als diploider Organismus verbringen.

Wir hoffen, dass dieses grundlegende Wissen über die Geschichte der Mykologie, wie sich Pilze von anderen Reichen unterscheiden, die einzigartige Struktur der Pilzhyphen und den Lebenszyklus der Pilze nur der Anfang Ihrer mykologischen Bestrebungen ist. In zukünftigen Artikeln werden wir andere einzigartige Aspekte der Pilzbiologie, Ökologie, Kultivierung und Chemie detailliert beschreiben, bleiben Sie also dran in unserem Blog und Newsletter für weitere Informationen.