Возможность хранить и восстанавливать информацию дает организму явное преимущество при поиске пищи или избегании вредных условий окружающей среды. Традиционно его относили к организмам с нервной системой.
Новое исследование, проведенное Мирной Крамар (MPI-DS) и проф. Карен Алим (TUM и MPI-DS) бросает вызов этой точке зрения, открывая удивительные способности высокодинамичного одноклеточного организма хранить и извлекать информацию об окружающей среде.
Окно в прошлое
Слизистая плесень Physarum polycephalum уже много десятилетий вызывает недоумение у исследователей. Этот уникальный организм, находящийся на перекрестке между царствами животных, растений и грибов, дает представление о ранней эволюционной истории эукариот, к которым принадлежат и люди.
Его тело представляет собой гигантскую одиночную клетку, состоящую из соединенных между собой трубок, которые образуют сложные сети. Эта единственная амебоподобная клетка может растягиваться на несколько сантиметров или даже метров и отмечена как самая большая клетка на Земле в Книге рекордов Гиннеса.
Принятие решений на самых элементарных уровнях жизни
Поразительные способности слизи решать сложные задачи, такие как поиск кратчайшего пути через лабиринт, принесли ей атрибут "умный"."Это заинтриговало исследовательское сообщество и вызвало вопросы о принятии решений на самых основных уровнях жизни.
Способность Physarum принимать решения особенно впечатляет, учитывая, что его трубчатая сеть постоянно претерпевает быструю реорганизацию – рост и распад трубок – при этом полностью отсутствует организующий центр.
Исследователи обнаружили, что организм вплетает воспоминания о встречах с едой непосредственно в архитектуру сетевого тела и использует сохраненную информацию при принятии будущих решений.
Сетевая архитектура как память о прошлом
«Очень интересно, когда проект развивается из простого экспериментального наблюдения», – говорит Карен Алим, руководитель группы биологической физики и морфогенеза в MPI-DS и профессор теории биологических сетей в Техническом университете Мюнхена.
Когда исследователи наблюдали 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.
"Учитывая P. polycephalum, стойкость этого отпечатка породила идею о том, что сама сетевая архитектура может служить памятью о прошлом », – говорит Карен Алим.
Однако сначала им нужно было объяснить механизм образования отпечатка.
Решения руководствуются воспоминаниями
Для этого исследователи объединили микроскопические наблюдения за адаптацией трубчатой сети с теоретическим моделированием. Встреча с пищей вызывает выброс химического вещества, которое перемещается из места, где пища была обнаружена по всему организму, и смягчает трубки в сети, заставляя весь организм переориентировать свою миграцию в сторону пищи.
«Постепенное смягчение – это то место, где в игру вступают существующие отпечатки предыдущих источников пищи и где информация хранится и извлекается», – говорит первый автор Мирна Крамар. «Прошлые события кормления встроены в иерархию диаметров трубок, в частности, в расположение толстых и тонких трубок в сети."
«Для смягчающего химического вещества, которое сейчас транспортируется, толстые трубы в сети действуют как магистрали в транспортных сетях, обеспечивая быструю транспортировку по всему организму», – добавляет Мирна Крамар. "Предыдущие встречи, запечатленные в сетевой архитектуре, таким образом влияют на решение о будущем направлении миграции."
Дизайн на универсальных принципах
"Учитывая простоту этой живой сети, способность Physarum формировать воспоминания интригует.
Примечательно, что организм полагается на такой простой механизм и при этом управляет им таким тонко настроенным образом », – говорит Карен 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 », – заключает Карен Алим.