Shiitake-Pilze als Rechenwerkzeug – diese Vorstellung wirkt zunächst absurd. Doch im unscheinbaren Myzel, dem feinen Fadengeflecht unter dem Fruchtkörper der Pilze, fließen tatsächlich elektrische Signale, die an neuronale Impulse erinnern. Genau dieses verborgene Kommunikationssystem macht Shiitake für Forschende interessant: Sie sehen darin einen möglichen Ansatz für eine neue Form der Computertechnik, in der lebende Strukturen zu elektronischen Bauteilen werden.

Neuromorphe Elektronik: Lernen nach dem Vorbild des Gehirns

Was Shiitake-Myzel für die Forschung so reizvoll macht, knüpft an ein junges Technologiekonzept an: die neuromorphe Elektronik. Was steckt hinter dem Begriff? Die neuromorphe Elektronik versucht, Rechensysteme nach dem Vorbild des Gehirns zu gestalten. Während herkömmliche Computer Speicher und Verarbeitung strikt trennen und dadurch energieaufwendig Daten zwischen beiden Bereichen hin- und herschaufeln müssen, verarbeitet das Gehirn Informationen dort, wo sie entstehen. Synapsen verstärken oder schwächen sich, je nachdem wie häufig sie genutzt werden – ein grundlegender Lernmechanismus. 

Genau diesen Prozess versucht man nun auf Technik zu übertragen. Bauteile, die so funktionieren, nennt man Memristoren. Das sind winzige elektronische Schalter, die sich „merken können“, wie oft Strom durch sie geflossen ist. Dadurch speichern sie Informationen direkt im Bauteil – ähnlich wie Synapsen im Gehirn.

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Und hier kommt der Shiitake-Pilz ins Spiel. Sein Myzel, also das feine, verzweigte Fadengeflecht unter der Erde, verhält sich überraschend ähnlich. Es kann elektrische Signale weiterleiten und passt seine Leitfähigkeit an, wenn bestimmte „Wege“ öfter genutzt werden. Mit anderen Worten: Das Pilzgeflecht lernt. Es „merkt“ sich bevorzugte Leitwege – und reagiert später anders auf neue Signale. So kann es Informationen speichern und verarbeiten, ohne zusätzliche Schaltstellen, genau wie das Gehirn.

Studie zeigt: „Pilz-Memristoren“ speichern Informationen auch im Ruhezustand

Dass Shiitake-Myzel tatsächlich wie ein natürlicher „Memristor“ funktionieren kann – also wie ein Bauteil, das sich frühere Signale merkt – hat ein Forschungsteam der University of Ohio nun gezeigt. In einer Studie, veröffentlicht im Fachjournal „PLOS ONE“, züchtete das Team um den Forscher John LaRocco Shiitake-Myzel in flachen Schalen und leitete elektrische Signale durch das Geflecht, um zu prüfen, ob es daraus „lernen“ kann. Anschließend ließen die Forschenden das Pilzgewebe mehrere Tage austrocknen. So wollten sie herausfinden, ob die zuvor beobachteten Veränderungen in der Leitfähigkeit – also das entstandene Gedächtnis – auch ohne Versorgung und Feuchtigkeit bestehen bleiben.

„Wir demonstrieren Pilz-Computing über mit Elektroden verbundene Myzel-Netzwerke und zeigen, dass Pilz-Memristoren gezüchtet, trainiert und durch Dehydrierung konserviert werden können“, schreiben John LaRocco und sein Team in ihrer Veröffentlichung. Nach einer schonenden Rehydrierung mit feinem Wassernebel reagierte das Myzel weiterhin entsprechend den zuvor erlernten Mustern: Die Leitfähigkeit passte sich erneut entlang jener Bahnen an, die vor dem Trocknen trainiert worden waren.

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Pilz-Memristoren: Shiitake-Chips lassen sich trocknen und später reaktivieren

Frühere Pilotprojekte zu Myzel-Elektronik scheiterten meist daran, dass das biologische Material dauerhaft feucht und nährstoffversorgt sein musste. Die Studie aus Ohio zeigt nun zum ersten Mal, dass Shiitake-Myzel eine Art „Stand-by-Zustand“ aushalten kann, ohne dabei sein gelerntes elektrisches Verhalten zu verlieren.

Das heißt: Ein solcher Pilz-Memristor könnte zunächst „trainiert“, dann getrocknet, gelagert und später wieder aktiviert werden – und bräuchte in dieser Ruhephase keine Energie. Für mögliche Anwendungen wäre das ein wichtiger Fortschritt, weil solche Systeme dadurch gut transportiert und langfristig aufbewahrt werden könnten.

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Nachhaltigkeit: Pilz-Memristoren könnten herkömmliche Elektronik sogar im All übertreffen

Sollten sich Pilz-Memristoren weiterentwickeln lassen, könnten sie klassische Hardware in mehrfacher Hinsicht ergänzen. Die Forschenden weisen in der neuen Studie darauf hin, dass Myzel nicht auf seltene Erden angewiesen ist und ohne energieintensive Herstellungsprozesse auskommt, wie sie bei Siliziumchips üblich sind. Die Materialbasis aus Pilzgeflecht wäre zudem biologisch abbaubar, was nach Einschätzung des Forschungsteams langfristig die Menge an Elektroschrott verringern könnte.

Neben den umweltfreundlichen Aspekten gibt es noch eine weitere spannende Eigenschaft des Shiitake-Myzels für mögliche Anwendungen. Es ist von Natur aus recht widerstandsfähig gegen Strahlung. Die Autoren der PLOS ONE-Studie schreiben, dass diese Robustheit Einsatzorte ermöglichen könnte, an denen herkömmliche Elektronik schnell beschädigt wird – zum Beispiel in der Raumfahrt. Dort könnten kleine Sensoren oder Recheneinheiten aus Myzel die starke Weltraumstrahlung besser aushalten als viele herkömmliche elektronische Bauteile.

Noch können Pilzgeflechte nur sehr einfache Rechenaufgaben übernehmen, und die bisherigen Experimente sind weit davon entfernt, wie echte Computer zu funktionieren. Trotzdem zeigt die Studie klar, dass lebendes – oder sogar vorübergehend getrocknetes – Myzel Informationen verarbeiten und speichern kann. Wenn es künftig gelingt, solche Strukturen kleiner, stabiler und gezielt steuerbar zu machen, könnte daraus eine neue Art von biologischen Computern entstehen.