多头绒泡菌(Physarum polycephalum)
多头绒泡菌(Physarum polycephalum)是一种黏菌。
虽然它只是单细胞组织,
却擅长鬼把戏;
虽然它没脑子,也没神经系统,
却能记住曾经在哪里吃过大餐。
正因为有这种了不起的能力,
这家伙不仅能在复杂的环境中生存,
还能蓬蓬勃勃发展壮大。
[赞]
研究人员说,
有了这一发现,
相当于有了一把钥匙,
帮助我们开启——
黏菌记忆形成机制的秘密。
[灵光一闪]
多头绒泡菌是地球上最奇特的生命形式之一。
它既不是植物、动物,也不是菌类,
而是复杂的单细胞变形虫的一种,
属于原生生物界——
地球上有一些物种没办法清楚地界定归类到其它三界(真菌、植物和动物界),
就都归到原生生物界了。
在生命周期的早期,
多头绒泡菌是单细胞生物,
仅有一个细胞核。
但是到了后期,它与其它细胞融合,
形成了巨大的单细胞生物,
细胞内有几百万个细胞核。
这就是所谓的原形体阶段。
[思考]
这种生物长大并覆盖几平方米的面积。
它的身体能形成了复杂的相互交联的触管网络。
这些触管挤压后在不同区域间流动,
于是,网络快速生长,
并自我重组,
最大限度地利用环境资源。
——感觉特别科幻,甚至有些吓人!
[恐惧]
在2000年,日本日本理化研究所的研究人员中垣俊之发现——
黏菌多头绒泡菌能对付简单的迷宫找到食物。
自此,科学家已经发现它好多近似于智能的行为。
比如,黏菌能有效地解决“旅行推销员问题”,黏菌能记忆物质。
黏菌能解决“旅行推销员问题”
黏菌能有解决“旅行推销员问题”
(旅行推销员问题(英语:Travelling salesman problem, TSP):给定一系列城市和每对城市之间的距离,求解访问每一座城市一次并回到起始城市的最短回路。)
最近,德国普朗克研究所的生物物理学家米尔娜.克拉马尔和凯伦. 阿利姆发现——
黏菌多头绒泡菌会利用身体构造存储有关食物来源地的记忆。
“我们跟踪了黏菌组织迁移及进食过程,
在它进食后很长时间后,
它的网络触管上还能观察到粗粗细细的图案,
这些明显是食物来源的印记。” 阿利姆解释说。
“多头绒泡菌具有高度动态网络重组特性,
这种印记持续存在,让我们想到——
黏菌组织的网络架构可能就是用于记忆。
然而,我们首先要弄清楚这些印记信息背后的形成机制。”
[思考]
研究人员用显微镜观察多头绒泡菌,
对黏菌在食物周围排兵布阵的方法进行了仔细研究。
至于黏菌体内发生了什么,
研究人员尝试利用理论模型进行解释。
他们得到的结论是——
“发现食物”这一行为会触发黏菌释放化学物质,
这种化学物质就地软化触管壁。
然后,进一步触发管道膨胀,
使其直径变得更宽,
加快黏菌机体组织向食物来源地流动。
这种化学物质会给整个机体发送信号,
告知在哪里发现了食物,
这样它就安排机体可向食物移动并专注进食。
如果多头绒泡菌发现有的触管伸向了不宜居的地方,
或者伸向了没啥好处的地方,
它还能将这些触管再吸收回来。
但是当它发现或者吃到了“大餐”,
就会把粗壮的触管留在原地,
如果再有食物出现,
它就可以迅速返回进食。
“在之前经过的食物来源处,
黏菌的触管会软化并留下印记,
把这里信息储存下来,
有需要的时候还能检索这些信息。”
克拉马尔说。
“黏菌把‘进食事件’嵌刻在触管的结构中,
通过粗粗细细的触管在其组织的网络中排布。
此刻,用于软化管道的化学物质已经转移,
网络中的较粗的触管起着交通网络中高速公路的作用,
将化学物质快速转运至整个机体。
之前在网络结构所做的印记为黏菌未来的迁移方向提供了权衡依据。”
[灵光一闪]
黏菌的记忆方式与人脑并非大相径庭。
虽然黏菌和人脑是泾渭分明的两种组织,
但还是有一些相似之处。
黏菌可以帮我们理解信息编码在不同机体中的工作方式。
[灵光一闪]
在人脑的工作条件下,
神经突触在神经元之间传递信息,
神经突触会随着我们学习而增强,
我们用脑越多,它们就变得越强大,
当我们不使用它们的时候,它们就变弱
这就跟黏菌的触管有点像,
会在有好处的地方,触管变得更粗,
但是如果布置在那里的触管没啥用了,
这些触管就会被重新吸收,或者死掉。
[灵光一闪]
“黏菌依靠如此简单的机制形成记忆,
非常了不起,
而且它还能用如此精细的方式控制它。”
阿利姆说。
如果把研究这种古老生物体的行为看作是”拼图游戏“,
那么,以上研究成果是整个拼图中的重要一片,
同时也向我们揭示了黏菌行为背后的普遍法则。
[灵光一闪]
我们可以预想这一发现的潜在应用价值,
比如可以用于设计智能材料,
也可以用于生产软体机器人——
那种可以穿越复杂环境的机器人。
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