Это может быть одноклеточный организм, но у слизистой плесени Physarum polycephalum есть несколько довольно интересных трюков в ее симпатичных желтых рукавах. Новое исследование показало, что она, кажется, «помнит», где раньше находила источники пищи - даже без мозга или нервной системы.
По словам исследователей, это может помочь объяснить, как сетевые организмы могут не просто жить, но и процветать в сложных средах, а также может стать ключом к пониманию механизмов формирования памяти у таких видов.
P. polycephalum - одна из самых своеобразных форм жизни на Земле. Это не растение, не животное или гриб, а разновидность сложной одноклеточной амебы из протистского царства (своего рода универсальная группа для всего, что не может быть четко отнесено к трем другим царствам).
В начале своего жизненного цикла P. polycephalum существует как отдельная клетка с одним ядром, но позже она сливается с другими клетками, образуя огромную одиночную клетку с миллионами ядер внутри.
Это вегетативная стадия представляет собой плазмодий (одну большую клетку со множеством ядер), и организм может вырасти до площади в несколько квадратных метров. Это тело состоит из сложной сети соединенных между собой трубок, сжатие которых создает поток между различными областями. Эта сеть может быстро расти и реорганизовываться, чтобы максимально использовать свою среду.
Слизистая плесень Physarum polycephalum состоит из одной биологической клетки. Из-за ее сложных способностей адаптировать свою трубчатую сеть к изменению запасов пищи, она была названа «умной». Теперь исследователи обнаружили, что это связано с формированием памяти - даже без нервной системы. Фото: Nico Schramma / MPIDS
В 2000 году японский исследователь Тошиюки Накагаки (Toshiyuki Nakagaki) из Института физико-химических исследований обнаружил, что P. polycephalum способна преодолевать простой лабиринт, чтобы добраться до источника пищи. С тех пор ученые обнаружили несколько интеллектуальных моделей поведения, таких как способность эффективно решать задачу коммивояжера (англ. Travelling salesman problem) и «запоминание» субстанций.
В своем последнем трюке, обнаруженном био-физиками, Мирной Крамар (Mirna Kramar) и Кареном Алимом (Karen Alim) из Института динамики и самоорганизации Макса Планка в Германии, P. polycephalum использует саму архитектуру своего тела, чтобы хранить воспоминания о том, где она ранее находила пищу.
«Мы следили за процессом миграции и питания организма и наблюдали отчетливый отпечаток источника пищи на структуре более толстых и тонких трубок сети спустя долгое время после кормления», - пояснил Алим.
«Учитывая высокодинамичную реорганизацию сети P. polycephalum, стойкость этого отпечатка породила идею о том, что сама сетевая архитектура может служить памятью о прошлом. Однако сначала нам нужно было объяснить механизм, лежащий в основе формирования отпечатка».
Используя микроскопические наблюдения, исследователи тщательно изучили, как организм устроился вокруг источника пищи. Затем они использовали теоретическое моделирование, чтобы понять, что происходило внутри слизи во время этого процесса.
Они пришли к выводу, что открытие источника пищи вызывает выделение химического вещества, которое локально размягчает стенку трубки на месте еды. Затем это заставляет трубки распространяться, становясь шире, чтобы ускорить поток слизистой формы к месту.
Химическое вещество также сигнализирует всему организму о том, где можно найти пищу, чтобы он мог двигаться к месту и сосредоточиться на кормлении.
P. polycephalum может реабсорбировать части своего тела, если протягивает исследовательские трубки в негостеприимную область или область не содержащую ничего интересного. Но когда она нашла и съела питательную еду, эти толстые трубки остаются на месте, чтобы она могла быстро вернуться на место, если еда снова появится, как выяснили исследователи.
«Постепенное смягчение - это то место, где в игру вступают существующие отпечатки предыдущих источников пищи и где информация сохраняется и извлекается», - говорит Крамар.
«Прошлые события кормления встроены в иерархию диаметров трубок, в частности, в расположение толстых и тонких трубок в сети. Для смягчающего химического вещества, которое теперь транспортируется, толстые трубки в сети действуют как магистрали в транспортных сетях, обеспечивая быструю транспортировку по всему организму. Предыдущие встречи, запечатленные в сетевой архитектуре, влияют на решение о будущем направлении миграции».
Плазмодий Physarum polycephalum на коре дерева. Фото: frankenstoen/flickr
Это не сильно отличается от того, как работает человеческий мозг. Следует с осторожностью проводить параллели между слизистой плесенью и человеческим мозгом, но есть некоторые интересные сходства, которые могут помочь нам понять, как кодирование информации работает в различных типах организмов.
В этом случае синапсы, которые передают информацию между нейронами, укрепляются, когда мы обучаемся, и становятся сильнее, чем больше мы их используем, но могут становиться слабее, если мы этого не делаем - что-то наподобие трубок слизистой плесени, которые становятся толще на участках интереса, но исчезнут или будут повторно поглощены, если их присутствие больше не будет полезно для организма.
«Примечательно, что организм полагается на такой простой механизм и при этом управляет им таким тонко настроенным и налаженным способом», - сказал Алим.
«Эти результаты представляют собой важную часть головоломки в понимании поведения этого древнего организма и в то же время указывают на универсальные принципы, лежащие в основе поведения. Мы предвидим потенциальные применения наших результатов в разработке интеллектуальных материалов и создании мягких роботов, которые перемещаются в сложных средах».
Исследование опубликовано в журнале PNAS.
Physarum polycephalum (лат.) — вид слизевиков семейства Физаровые. Модельный организм. Родовое название Physarum образовано от др.-греч. φυσα — «пузырь». Имя вида лат. polycephalum означает «многоголовый». Вид получил широкую известность после того, как был представлен в парижском зоопарке, где организм получил название «blob» («слизь», «капля»). Такое имя он получил в честь фильма ужасов «Капля», где инопланетная слизь захватывает целые города, поглощая всё, что попадается по пути.
Источник: Science Alert / Phys.org
