Амёба – один из простейших на земле одноклеточных организмов – всегда служила символом примитивности, не редко так называют недалёких и глупых людей, но так ли она бесполезна? Учёные из университета Кейо в Японии обнаружили необычный способ применения амёбы Physarum polycephalum в выполнении задач по оптимизации.

Крошечные существа весом не более 12 гм находятся в постоянном движении, их аморфные тельца безостановочно деформируются и образуют выступы-ложноножки, с помощью которых амёба передвигается со скоростью около 0,2 мм в минуту. Исследователи в университете Кейо во главе со старшим научным сотрудником Масаши Аоно использовали свет в качестве раздражителя, чтобы заставить амёбу двигаться в нужном им направлении.

Учёные использовали одноклеточное для решения одной из самых известных задач комбинаторной оптимизации – задачи коммивояжёра, известную как TSP — Traveling Salesman Problem. Она заключается в поиске кратчайшего пути между указанными городами с последующим возвращением в начальный город. Задание было адаптировано таким образом, чтобы амёба могла использовать специальный чип с 64 ножками, каждая из которых соответствует одному из городов в маршруте коммивояжёра.

Исследователи поместили амёбу в центре чипа, который в свою очередь установили на агаровой пластине – чашке Петри, содержащей питательную среду, чаще всего агаровый гель. Сразу амёба попыталась распластаться по чипу, чтобы получить как можно больше питательных веществ через 64 «канала», но учёные стали использовать свет, чтобы заблокировать некоторые маршруты.

По мере увеличения количества городов компьютеру требуется больше времени для решения задачи, так как количество возможных маршрутов увеличивается с геометрической прогрессией. Например, между четырьмя городами существует всего три возможных маршрута, а между восемью уже 2520. Учёные обнаружили, что амёба использует уникальный подход к решению задачи и время, необходимое ей для выполнения задания растёт в линейной прогрессии. Одноклеточное изучает площадь чипа беспрестанно перераспределяя вещество внутри своего тельца и выпуская ложноножки, также оно параллельно анализирует наличие света в выбранном направлении. По сути, амёба просто пытается получить наибольшее количество агара избегая раздражитель – эта реакция на свет называется поведением избегания, но таким необычным образом она вскоре находит оптимальный маршрут, соединяющий между собой города на чипе.

Учёным ещё предстоит детально исследовать механизм, позволяющий амёбе каждый раз выбирать самый оптимальный маршрут, а также провести эксперименты на чипах большего размера – то есть, с большим количеством городов. В перспективе этот механизм может послужить для разработки алгоритма, способного решать сложные задачи комбинаторной оптимизации за линейное время.

Источник: www.dailymail.co.uk