Tienduizenden organismen, van paddenstoelen tot schimmels en gisten, vallen onder de paraplu van schimmels. Ooit werd gedacht dat schimmels gewoon planten waren, maar inmiddels hebben ze zich ontwikkeld tot een eigen taxonomisch koninkrijk. De verschillende schimmelsoorten zijn divers, met vele unieke eigenschappen: sommige onschuldig, sommige nuttig en sommige schadelijk.
Schimmels classificeren
Het heeft tientallen jaren geduurd, naarmate de technologie verbeterde en de wetenschappelijke kennis zich ontwikkelde, om deze ontelbare groep organismen op de juiste wijze te classificeren.
Tot in de jaren zestig werden schimmels nog als planten beschouwd. In feite werden alle organismen in die tijd in slechts twee groepen of koninkrijken ingedeeld: planten en dieren. In een artikel dat in 1969 in het tijdschrift Science werd gepubliceerd, legde de ecoloog Robert Whittaker de basis van dit tweekoninkrijksysteem uit. Gedurende vele tientallen jaren in de geschiedenis waren de enige levende wezens die mensen om zich heen waarnamen ofwel de “gewortelde” planten die hun eigen voedsel produceerden, ofwel beweeglijke dieren die hun voedsel opzochten. Mobiliteit en de methode om voedsel te verwerven werden dus de criteria voor een classificatiesysteem. “De dieren bewogen en de planten niet, en zo kwamen schimmels vast te zitten bij de planten,” zei Tom Volk, een professor in de plantkunde aan de Universiteit van Wisconsin-La Crosse.
Aan de andere kant bevatten schimmels, in tegenstelling tot planten, niet het groene pigment chlorofyl en zijn ze dus niet in staat tot fotosynthese. Dat wil zeggen dat zij hun eigen voedsel – koolhydraten – niet kunnen produceren door energie uit licht te gebruiken. Daardoor lijken zij wat hun voedingsgewoonten betreft meer op dieren. Schimmels moeten voeding opnemen uit organische stoffen: verbindingen die koolstof bevatten, zoals koolhydraten, vetten of eiwitten.
Op basis van deze en andere eigenschappen stelde Whittaker in 1969 voor dat schimmels een apart koninkrijk zouden worden als onderdeel van een nieuw classificatiesysteem van vijf koninkrijken. De voorgestelde classificatie omvatte een breed scala van soorten. Daaronder waren paddestoelen, gist, schimmels, slijmzwammen, waterzwammen, pofzwammen en meeldauw.
Sindsdien zijn het classificatiesysteem en het schimmelrijk verder verfijnd. Zo werden bijvoorbeeld de slijm- en watermallen naar een ander koninkrijk overgebracht. Tegenwoordig worden de leden van het koninkrijk Schimmels ook wel de “echte schimmels” genoemd.”
Kenmerken van ‘echte schimmels’
Volgens “Van Nostrand’s Scientific Encyclopedia, Vol 1, 10th Ed.” (Wiley, 2008), hebben de talrijke schimmelsoorten “zeer uiteenlopende gewoonten en kenmerken,” en generalisaties kunnen moeilijk zijn. Toch zijn er een paar belangrijke aspecten die alle leden van het schimmelrijk gemeen hebben.
Cellen: Schimmels zijn eukaryoten, net als planten en dieren. Dit betekent dat zij een goed georganiseerde cel hebben, die kenmerkend is voor alle eukaryoten. Hun DNA is ingekapseld in een centrale structuur die de kern wordt genoemd (sommige cellen kunnen meerdere kernen hebben, aldus “Van Nostrand”). Ze hebben ook gespecialiseerde cellulaire machines, organellen genaamd, die verschillende specifieke functies uitvoeren, zoals energieproductie en eiwittransport.
Schimmelcellen zijn omhuld door twee lagen: een binnenste celmembraan en een buitenste celwand. Deze twee lagen hebben meer gemeen met dieren dan met planten.
Net als dierlijke celmembranen bestaan die van schimmels uit eiwitten en vetmoleculen, lipiden genaamd. Bovendien bevatten dierlijke celmembranen variërende hoeveelheden cholesterol. De membranen van schimmels bevatten een unieke steroïde, ergosterol genaamd, aldus Volk.
De celwanden van planten zijn gemaakt van cellulose, terwijl de celwanden van schimmels chitine bevatten, een stof die duidelijk niet plantaardig is. Het exoskelet, de harde buitenkant van verschillende geleedpotigen (insecten en schaaldieren als krabben en kreeften), is zelfs gemaakt van chitine.
Structuur: Schimmels kunnen uit een enkele cel bestaan, zoals bij gisten, of uit meerdere cellen, zoals bij paddestoelen.
Het lichaam van meercellige schimmels bestaat uit cellen die in rijen bijeen zijn gebracht die lijken op de takken van bomen. Elke afzonderlijke vertakte structuur wordt een hypha (meervoud: hyphae) genoemd. Meestal zitten de afzonderlijke cellen in hyfen vlak naast elkaar in een ononderbroken rij (ook wel coenocytische hyfen genoemd), maar soms kunnen ze door een kruiswand in compartimenten worden gescheiden (septate hyfen). Verschillende hyphae grijpen in elkaar tot het mycelium, dat het schimmellichaam vormt, aldus “Van Nostrand.”
“De schimmels zijn de koningen van de oppervlakte,” vertelde Volk aan LiveScience, en legde uit dat hyphen hun oppervlakte uitbreiden om voedsel op te nemen, de spijsvertering te vergemakkelijken en ook om zich voort te planten.
Voeding: Zoals eerder gezegd, omdat schimmels geen fotosynthese kunnen uitvoeren, moeten ze voedingsstoffen opnemen uit verschillende organische stoffen om hen heen. Dit maakt hen tot heterotrofen, wat letterlijk vertaald “andere voeding” betekent, volgens Volk.
Dieren zijn ook heterotrofen, en moeten hun voedsel zelf zoeken. Maar bij hen vindt de vertering binnen het lichaam plaats. “Schimmels zijn anders,” vertelde Volk aan LiveScience. “Ze vinden hun voedsel, ze dumpen hun enzymen op het voedsel, en de vertering vindt plaats buiten hun lichaam.” Deze gespecialiseerde spijsverteringsenzymen staan bekend als exoenzymen, en worden vanuit de uiteinden van groeiende hyfen uitgescheiden op hun omgeving, stelt Volk in de “Encyclopedia of Biodiversity, 2nd Ed.” (Academic Press, 2013). Deze enzymen zijn de belangrijkste reden waarom schimmels kunnen gedijen in diverse omgevingen, van houtachtige oppervlakken tot de binnenkant van ons lichaam.
Als gevolg van de activiteit van exoenzymen worden grote voedselmoleculen afgebroken tot kleinere moleculen, die in de hyphen worden gebracht. In de schimmelcellen vindt dan cellulaire ademhaling plaats. Dat wil zeggen dat organische moleculen zoals koolhydraten en vetzuren worden afgebroken om energie in de vorm van ATP te genereren.
Schimmels hebben meerdere voedselbronnen. Schimmels die zich voeden met dode organismen – en helpen bij de afbraak – worden saprofyten genoemd. Als een schimmel voedsel haalt uit een levende gastheer zonder deze te schaden, wordt hij een symbiont of een mutualist genoemd. Korstmossen – schimmels en algen samen – zijn een voorbeeld van een mutualistische relatie. Als een schimmel zich voedt met een levende gastheer en deze schaadt, is hij een parasiet, aldus de “Encyclopedia of Biodiversity”.
Reproductie: De verschillende schimmels kunnen zich aseksueel of seksueel voortplanten. Beide processen kunnen sporen voortbrengen. Dit zijn speciale cellen die, wanneer ze in een geschikte omgeving vrijkomen, een nieuw schimmellichaam kunnen doen ontstaan. Sporen kunnen door de lucht of via water naar nieuwe omgevingen worden overgebracht, aldus de Utah State University.
Aseksuele voortplanting vindt plaats via mitose, waarbij een schimmelcel zich deelt en identieke genetische kopieën van zichzelf produceert. Bij eenvoudiger eencellige schimmels, zoals gist, staat dit proces bekend als knopvorming. In dit geval ontstaat uit de moedercel een kleine uitloper of knop, die langzaam in omvang toeneemt. De kern deelt zich in tweeën en de knop splitst zich af zodra hij even groot is als de moedercel. Meercellige schimmels, zoals schimmels, planten zich daarentegen voort door de vorming van ongeslachtelijke sporen.
De duur en timing van bepaalde stappen van de geslachtelijke voortplanting verschillen nogal tussen schimmelsoorten. Bovendien verschillen ook de voortplantingsstructuren van soort tot soort. Deze morfologische verschillen vormen volgens de “Encyclopedia of Biodiversity” de basis voor de onderverdeling van het schimmelrijk in subgroepen of fyla.
Seksuele voortplanting bij schimmels levert sporen op via meiose. Als gevolg daarvan bevatten deze sporen de helft van het aantal ouderlijke chromosomen. Eenmaal vrijgegeven, ontkiemen de sporen tot boomachtige mycelia en zijn klaar om te “paren”. Bij paddenstoelen, kogelzwammen en paddenstoelen is het vertakte mycelium (ook wel primair mycelium genoemd) verdeeld in segmenten die een enkele kern bevatten. De paring vindt plaats wanneer twee primaire mycelia met elkaar in contact komen en een secundair mycelium vormen. Elk segment van het secundaire mycelium heeft twee kernen: één van elk oorspronkelijk segment. De afzonderlijke kernen hebben nog steeds de helft van het aantal chromosomen als de oudercel. In de loop van verschillende stappen versmelten de kernen, waardoor cellen ontstaan met het oorspronkelijke aantal chromosomen. Hierna begint de seksuele voortplantingscyclus opnieuw: meiose treedt op en sporen worden geproduceerd, aldus “Van Nostrand.”
Schimmels en wij
Schimmels zijn onlosmakelijk verbonden met ons leven en onze bestaansmiddelen. Ze beïnvloeden onze gezondheid, voeding, industrie en landbouw op zowel positieve als vervelende manieren.
Fungi zijn bronnen van belangrijke medicijnen. De antibiotica penicilline en cefalosporine, alsmede het geneesmiddel cyclosporine, dat helpt om afstoting van transplantaten te voorkomen, worden volgens de “Encyclopedia of Biodiversity” allemaal door schimmels geproduceerd. Maar schimmels produceren ook toxinen, mycotoxinen genaamd, die schadelijk zijn voor ons. “Bijna alle mycotoxinen worden geproduceerd door schimmels,” zei Volk. Bijvoorbeeld, Aspergillus schimmels die groeien op maïs en pinda’s produceren aflatoxines. Deze mycotoxine wordt beschouwd als een kankerverwekkende stof en is in verband gebracht met leverkanker.
Gist (Saccharomyces cerevisiae) is essentieel voor de fermentatie van wijn en bier, en voor het bakken van gerezen, luchtig brood. De karakteristieke azuurblauwe kleur van blauwe kazen is te danken aan de sporulatie van de schimmel Penicillium roquefortii, aldus de “Encyclopedia of Biodiversity”. Paddenstoelen zoals cantharellen en morieljes zijn smakelijke toevoegingen aan maaltijden. Maar smut- en roestzwammen (zo genoemd naar het kolen- en roestachtige uiterlijk van hun sporen) vernietigen routinematig voedselgewassen en planten als bonen, gerst en dennenbomen, aldus “Van Nostrand.”
Er zijn belangrijke wetenschappelijke ontdekkingen gedaan door schimmels als modelorganismen te gebruiken. De ontdekking dat genen de expressie van enzymen controleren, en dat één gen één enzym controleert, was het resultaat van experimenten met de roze schimmel Neurospora. De wetenschappers George Beadle en Edward Tatum wonnen de Nobelprijs in 1958 voor dit werk. Gist is ook gebruikt als modelorganisme voor het beantwoorden van vragen op het gebied van de genetica. Volgens een artikel uit 1997, gepubliceerd in het tijdschrift Science, coderen veel genen van gist en zoogdieren voor vergelijkbare eiwitten, waardoor het een nuttig instrument is voor het begrijpen van het menselijk genoom en ziektebeelden zoals het syndroom van Werner.
Dat wat we vandaag de dag over schimmels weten, en wat we met schimmels kunnen doen, is nog maar het allereerste begin van wat er allemaal mogelijk is. Zoals Volk stelt in “Encyclopedia of Biodiversity,” zijn er 75.000 schimmelsoorten die een naam hebben. Maar dit aantal zou slechts 5 procent vertegenwoordigen van de soorten die in de natuur voorkomen. “Er is relatief weinig bekend over de schimmels in vergelijking met de dieren en planten,” vertelde Volk aan LiveScience. “Er zijn nog heel veel nieuwe soorten te ontdekken.”