Coordination without a brain : investigating environmental sensing and electrical signaling in fungal networks
Author(s)
Publisher
Université de Neuchâtel
Date issued
2025
Number of pages
180 p.
Subjects
Filamentous fungi Mycelial network regulation Bioelectrical signaling Fungal– bacterial interactions Fungal-Potential-Cards (experimental platform) Champignons filamenteux Régulation des réseaux mycéliens Signalisation bioélectrique (électrique) Interactions fongiques–bactériennes Fungal-Potential-Cards (plateforme expérimentale)
Abstract
Les champignons filamenteux forment des réseaux mycéliens complexes et très adaptables capables de répondre dynamiquement à leur environnement. Ces réseaux jouent des rôles écologiques essentiels dans le cycle des nutriments, la décomposition de la matière organique et le maintien de la santé des sols. Des études récentes montrent que les champignons utilisent des mécanismes régulateurs sophistiqués pour optimiser le transport des nutriments et la communication au sein de leurs systèmes hyphaux étendus. Cette thèse explore comment les champignons filamenteux régulent leur mycélium en réponse aux stimuli environnementaux, en se concentrant sur la disponibilité des nutriments, les voies de signalisation électrique et les interactions avec les communautés bactériennes.
À travers une revue exhaustive de la littérature et des méthodologies expérimentales, ce travail examine comment les champignons intègrent des signaux électriques pour coordonner rapidement la distribution des ressources et les réponses structurelles au sein de leurs réseaux. Une attention particulière est portée au concept de signalisation électrique fongique en tant que méthode de communication, soulignant son importance écologique et ses potentielles applications biotechnologiques. De plus, le développement et l'application de plateformes expérimentales innovantes, telles que les Fungal-Potential-Cards, sont présentés afin de démontrer de nouvelles approches pour étudier la signalisation fongique et le comportement du mycélium dans des conditions contrôlées.
Les résultats mettent en avant les implications écologiques et biotechnologiques liées à la compréhension de l'organisation des réseaux fongiques, révélant ainsi des potentiels de développement dans l'agriculture, la gestion environnementale et la bio-ingénierie. En fin de compte, cette thèse contribue à une compréhension approfondie de la biologie fongique, mettant en évidence les capacités sophistiquées des champignons filamenteux en tant qu'organismes intelligents et réactifs au sein de leurs niches écologiques.
ABSTRACT
Filamentous fungi form complex, highly adaptable mycelial networks capable of responding dynamically to their environment. These networks serve crucial ecological roles in nutrient cycling, organic matter decomposition, and maintaining soil health. Recent studies reveal that fungi utilize sophisticated regulatory mechanisms to optimize nutrient transport and communication across their extensive hyphal systems. This thesis explores how filamentous fungi regulate their mycelium in response to environmental stimuli, focusing on nutrient availability, electrical signalling pathways, and interactions with bacterial communities.
Through comprehensive literature review and experimental methodologies, this work examines how fungi integrate electrical signals to rapidly coordinate resource distribution and structural responses within their networks. Special attention is given to the concept of fungal electrical signalling as a communication method, highlighting its ecological significance and potential applications in biotechnology. Additionally, the development and application of innovative experimental platforms, such as the Fungal-Potential-Cards, are presented to demonstrate novel approaches for studying fungal signalling and mycelial behavior in controlled settings.
The findings emphasize the ecological and biotechnological implications of understanding fungal network organization, revealing potential for advancements in agriculture, environmental management, and bioengineering. Ultimately, this thesis contributes to a deeper understanding of fungal biology, highlighting the sophisticated capabilities of filamentous fungi as intelligent and responsive organisms within their ecological niches.
À travers une revue exhaustive de la littérature et des méthodologies expérimentales, ce travail examine comment les champignons intègrent des signaux électriques pour coordonner rapidement la distribution des ressources et les réponses structurelles au sein de leurs réseaux. Une attention particulière est portée au concept de signalisation électrique fongique en tant que méthode de communication, soulignant son importance écologique et ses potentielles applications biotechnologiques. De plus, le développement et l'application de plateformes expérimentales innovantes, telles que les Fungal-Potential-Cards, sont présentés afin de démontrer de nouvelles approches pour étudier la signalisation fongique et le comportement du mycélium dans des conditions contrôlées.
Les résultats mettent en avant les implications écologiques et biotechnologiques liées à la compréhension de l'organisation des réseaux fongiques, révélant ainsi des potentiels de développement dans l'agriculture, la gestion environnementale et la bio-ingénierie. En fin de compte, cette thèse contribue à une compréhension approfondie de la biologie fongique, mettant en évidence les capacités sophistiquées des champignons filamenteux en tant qu'organismes intelligents et réactifs au sein de leurs niches écologiques.
ABSTRACT
Filamentous fungi form complex, highly adaptable mycelial networks capable of responding dynamically to their environment. These networks serve crucial ecological roles in nutrient cycling, organic matter decomposition, and maintaining soil health. Recent studies reveal that fungi utilize sophisticated regulatory mechanisms to optimize nutrient transport and communication across their extensive hyphal systems. This thesis explores how filamentous fungi regulate their mycelium in response to environmental stimuli, focusing on nutrient availability, electrical signalling pathways, and interactions with bacterial communities.
Through comprehensive literature review and experimental methodologies, this work examines how fungi integrate electrical signals to rapidly coordinate resource distribution and structural responses within their networks. Special attention is given to the concept of fungal electrical signalling as a communication method, highlighting its ecological significance and potential applications in biotechnology. Additionally, the development and application of innovative experimental platforms, such as the Fungal-Potential-Cards, are presented to demonstrate novel approaches for studying fungal signalling and mycelial behavior in controlled settings.
The findings emphasize the ecological and biotechnological implications of understanding fungal network organization, revealing potential for advancements in agriculture, environmental management, and bioengineering. Ultimately, this thesis contributes to a deeper understanding of fungal biology, highlighting the sophisticated capabilities of filamentous fungi as intelligent and responsive organisms within their ecological niches.
Notes
Jury Members:
Prof. Pilar Junier, thesis director, University of Neuchâtel, CH
Prof. Saskia Bindschedler, thesis director, University of Neuchâtel, CH
Prof. Daniel Croll, internal expert, University of Neuchâtel, CH
Dr. Claire Stanley, external expert, Imperial College London, UK
Prof. Markus Künzler, external expert, ETH Zurich, CH
Prof. David Johnson, external expert, Lancaster University, UK
Prof. Gregory Bonito, external expert, Michigan State University, USA
Defended the 13.05.2025
No de thèse : 3210
Prof. Pilar Junier, thesis director, University of Neuchâtel, CH
Prof. Saskia Bindschedler, thesis director, University of Neuchâtel, CH
Prof. Daniel Croll, internal expert, University of Neuchâtel, CH
Dr. Claire Stanley, external expert, Imperial College London, UK
Prof. Markus Künzler, external expert, ETH Zurich, CH
Prof. David Johnson, external expert, Lancaster University, UK
Prof. Gregory Bonito, external expert, Michigan State University, USA
Defended the 13.05.2025
No de thèse : 3210
Publication type
doctoral thesis
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