Секрет умного слизевика Physarum polycephalum

Physarum polycephalum – одна из самых невероятных форм жизни на Земле. Несмотря на одноклеточную структуру, в его ярко-жёлтых рукавах кроется немало удивительных трюков. Будучи модельным организмом, этот слизевик интенсивно изучается и не перестаёт шокировать учёных своими способностями. В рамках недавнего исследования биологи обнаружили, что Physarum polycephalum может «запоминать» прежние местоположения источников пищи, не имея ни мозга, ни даже элементарной нервной системы.

Секрет умного слизевика Physarum polycephalum
Scott Chimileski / Roberto Kolter

Физаровый слизевик Physarum polycephalum – особенный живой организм. Он не относится ни к растениям, ни к животным, ни к грибам, но к специальной группе протистов, выделенной учёными по «остаточному принципу». Эта группа включает в себя эукариотические организмы, которые невозможно отнести к другим царствам живых существа. На заре своего существования слизевик представляет собой единую клетку с одним ядром, однако в вегетативной стадии он объединяется в плазмодий – гигантскую клетку с миллионами ядер (отсюда и латинское название вида polycephalum – многоголовый). В виде плазмодия Physarum polycephalum может достигать размеров в несколько квадратных метров. При этом тело слизевика испещрено сложной системой взаимосвязанных трубок: их сокращение позволяет огромной клетке относительно быстро менять форму и передвигаться (со скоростью до 4 см в час), чтобы максимально использовать достоинства своего окружения.

Carolina Biological Supply Company/Flickr

Уникальные способности организма Physarum polycephalum впервые привлекли внимание исследователей в конце XX — начале XXI вв. В 2000 году профессор Тошиюки Накагаки из Института физико-химических исследований в Японии обнаружил, что бесформенный слизевик может преодолевать простые лабиринты в поисках еды. С тех пор исследователи отметили многочисленные проявления якобы осмысленного поведения физарового слизевика. К примеру, аморфный организм способен использовать перераспределение своего внутриклеточного вещества для решения задачи коммивояжёра. Кроме того, исследователи обнаружили, что, несмотря на отсутствие нервной системы, Physarum polycephalum умеет «запоминать» различные субстанции. Именно нестандартный подход к хранению информации стал предметом нового исследования.

Секрет умного слизевика Physarum polycephalum
Nico Schramma / MPIDS

В рамках эксперимента «Encoding memory in tube diameter hierarchy of living flow network» биофизики Мирна Крамар и Карен Алим из Института динамики и самоорганизации Общества Макса Планка пришли к выводу, что Physarum polycephalum использует для хранения воспоминаний необычную архитектуру собственного тела. Наблюдая за миграцией и кормлением организма, Крамар и Алим обнаружили своеобразные «отпечатки» каждой встречи с едой в сети трубок слизевика. Именно чрезвычайно динамичная реорганизация этой системы внутреннего сообщения клетки натолкнула исследователей на мысль о том, что её необычная архитектура может служить органом памяти.

Encoding memory in tube diameter hierarchy of living flow network / Mirna Kramar, Karen Alim

Для изучения механизма этого «органа» биофизики отслеживали поведение слизевика при встрече с пищей на микроскопическом уровне. Оказалось, что при обнаружении источника пищи Physarum polycephalum локально выделяет некое вещество, которое размягчает стенки трубок в месте контакта клетки с едой. Эта же субстанция провоцирует увеличение диаметра трубок по всему телу, ускоряя передвижение всего организма к источнику пищи. Если сигнал был ложным, и трубки расширились в негостеприимном или лишённом еды месте, Physarum polycephalum возвращает их в прежнее состояние. Однако, когда слизевик нашёл пищу и успешно её усвоил, то диаметр трубок остаётся увеличенным. Таким образом в теле одноклеточного организма формируется своеобразная карта, по которой он может быстро «вспомнить» расположение источника пищи. Расширенные трубки ускоряют транспорт вещества внутри организма, а также влияют на последующие решения о направлении миграции.

Секрет умного слизевика Physarum polycephalum
Encoding memory in tube diameter hierarchy of living flow network / Mirna Kramar, Karen Alim

Учёные считают, что принцип действия архитектурной памяти Physarum polycephalum не так уж далёк от специфики работы человеческого мозга. Поведение трубок внутри слизевика отчасти напоминает изменения структур мозга при обучении. С новым опытом и знаниями в мозге образуются новые нейроны и синапсы: в ходе дальнейшего обучения связи между ними усиливаются либо ослабевают при отсутствии такового. Удивительно, что даже элементарные организмы вроде Physarum polycephalum пользуются аналогичными пластичными механизмами. Данное исследование в очередной раз демонстрирует, что в основе поведения как простейших, так и сложнейших организмов лежат всё те же основополагающие принципы. По мнению Алима, открытие его команды может помочь в разработке умных материалов, применимых в отрасли мягкой робототехники, охватывающей проблемы передвижения роботов в сложных условиях.

Поделиться в соцсетях

Добавить комментарий