august 1, 2021

Nettnord.no

Næringsnett Nord-Troms

Dette merkelig intelligente og krypende slimet omdefinerer vår forståelse av intelligens.

Dette merkelig intelligente og krypende slimet omdefinerer vår forståelse av intelligens.

Tenk deg at du kommer inn i en skog og sirkler over en falt tømmerstokk med foten. Vift ut nederst, det er noe vått og gult, litt som noe du kanskje har nyset på, hvis det var banangult og spredt ut i grasiøse fraktalgrener.

Det du ser er plasmodiumformen av Physarum polycephalum, den mangehodede slimformen. Som andre slimformer som finnes i naturen, spiller den en viktig økologisk rolle og hjelper til med nedbryting av organisk materiale for resirkulering i matnettet.

Denne rare lille organismen har ingen hjerne eller nervesystem; den lyse gule, flekkete kroppen er bare en celle. Denne slimformen har trivdes, mer eller mindre uendret, i en milliard år i sine fuktige, forfallne habitater.

Og det siste tiåret har tankene våre om kognisjon og problemløsning endret seg.

“Jeg tror det er den samme revolusjonen som skjedde da folk skjønte at planter kunne kommunisere med hverandre,” sier biolog Audrey Dussutour fra det franske nasjonale senteret for vitenskapelig forskning.

“Selv disse små mikrober kan lære. Det gir deg litt ydmykhet.”

P. polycephalum i sitt naturlige habitat. (Kay Dee / iNaturalist, CC BY-NC)

P. polycephalum – bedårende kallenavnet “The Blob” av Dussutour – ikke akkurat rart. Det finnes i mørke, fuktige og kule omgivelser som løvkull på en skogbunn. Det er også veldig særegent; Selv om vi kaller det “mugg”, er det faktisk ikke en sopp. Det er heller ikke et dyr eller en plante, men et medlem av protistriket, en slags generell gruppe for alt som ikke kan klassifiseres tydelig i de tre andre riker.

Det begynner livet så mange individuelle celler, hver med en enkelt kjerne. Så smelter de sammen for å danne plasmodium, scenen i det vegetative livet der organismen lever og vokser.

I denne formen, som utfolder seg i vener for å fôre og utforske omgivelsene, er den fortsatt en enkelt celle, men inneholder millioner eller til og med milliarder av kjerner som svømmer i den cytoplasmiske væsken som er begrenset i den lyse gule membranen.

Kognisjon uten hjerne

Som alle organismer, P. polycephalum du må kunne ta avgjørelser om miljøet ditt. Du må søke etter mat og unngå fare. Du må finne de ideelle forholdene for reproduksjonssyklusen din. Og det er her den lille gule vennen vår blir veldig interessant. P. polycephalum det har ikke et sentralnervesystem. Det har ikke engang spesialiserte stoffer.

Imidlertid kan han løse komplekse gåter, som labyrinter, og huske nye stoffer. Den typen oppgaver vi pleide å tro at bare dyr kunne gjøre.

READ  Geologi: Det meste av livet på jorden vil forsvinne om en milliard år på grunn av et fall i oksygenivået.

“Vi snakker tydeligvis om kognisjon uten hjerne, men også uten nevroner. Derfor er de underliggende mekanismene, hele det arkitektoniske rammeverket for hvordan informasjon blir håndtert, helt annerledes enn måten hjernen din fungerer på,” sa biologen. Chris Reid . fra Macquarie University i Australia, sier ScienceAlert.

“Ved å gi deg de samme problemløsende utfordringene som vi tradisjonelt har gitt hjernedyr, kan vi begynne å se hvordan dette fundamentalt forskjellige systemet kan komme med det samme resultatet. Det er der det er klart at for mange av disse tingene, tenk alltid at det krevde en hjerne eller et slags høyere informasjonsbehandlingssystem, det er ikke alltid nødvendig. “

Physarum vener(David Villa / ScienceImage / CBI / CNRS)

P. polycephalum det er kjent for vitenskapen. For noen tiår siden var det, som fysiker Hans-Günther Döbereiner ved Universitetet i Bremen i Tyskland forklarer, “arbeidshesten til cellebiologi.” Det var lett å klone, vedlikeholde og studere.

Imidlertid, mens våre verktøy for genetisk analyse utviklet seg, tok organismer som mus eller cellelinjer som HeLa over, og P. polycephalum falt nedover veien.

I 2000 førte biologen Toshiyuki Nakagaki fra RIKEN i Japan det lille dyret ut av pensjon, og ikke for cellebiologi. Papiret ditt publisert i Natur, hadde tittelen “Solving Labyrinths by an Amoeboid Organism”, og det er akkurat det P. polycephalum har gjort. Nakagaki og teamet hans hadde satt et stykke plasmodium i den ene enden av en labyrint, en matbelønning (havregryn, fordi P. polycephalum elsker havrebakterier) på den andre, og så hva som skjedde.

Resultatene var fantastiske. Denne merkelige lille acellulære organismen klarte å finne den raskeste ruten gjennom alle labyrinter som ble presentert for den.

“Det satte i gang en bølge av forskning på hvilke andre typer vanskeligere scenarier vi kan teste for slimform,” sier Reid.

“Nesten alle har vært overraskende på en eller annen måte, og har overrasket forskere over hvordan slimformen faktisk oppførte seg. Det avslørte også noen begrensninger. Men mest av alt har det vært en åpenbaringstur på hvordan denne enkle skapningen kan utføre oppgaver som alltid har blitt gitt og har blitt antatt å være domene for høyere organismer.

Full av overraskelser

Nakagaki gjenskape Tokyo T-banen, med stasjonsnoder merket med havre; P. polycephalum Jeg gjenskape det nesten nøyaktig – bortsett fra at slimformversjonen var mer motstandsdyktig mot skader, der resten av nettverket kunne fortsette hvis en lenke ble kuttet.

READ  Satellittlansering for å rydde opp i jordens forurensede bane

Et annet team av forskere fant at protisten effektivt kunne løse det omreisende selgerproblemet, en eksponentielt kompleks matematisk oppgave som programmerere rutinemessig bruker for å teste algoritmer.

Tidligere i år oppdaget et team av forskere det P. polycephalum Den kan “huske” hvor den har funnet mat før, basert på venenes struktur i det området. Dette fulgte tidligere forskning fra Dussutour og kollegaer, som fant at slimflekker kunne lære og huske stoffer de ikke likte og kommunisere den informasjonen til andre slimflekker når de smeltet sammen.

“Det forbløffer meg likevel hvor komplekse de er, på en måte, fordi de alltid overrasker deg i et eksperiment, de vil aldri gjøre akkurat det du velger å gjøre,” sier Dussutour.

I ett tilfelle testet teamet hans et vekstmedium som ble brukt til pattedyrceller og ønsket å se om slimet ville like det.

“At hatet at. Han begynte å bygge denne rare tredimensjonale strukturen slik at han kunne gå til hodet og unnslippe. Og jeg sier, ‘Herregud, denne organismen.’

Et behandlingsnettverk

Selv om det teknisk sett er en encellet organisme, P. polycephalum det betraktes som et nettverk som viser kollektiv atferd. Hver del av slamformen fungerer uavhengig og deler informasjon med sine naboseksjoner, uten sentralisert behandling.

“Jeg antar at analogien vil være nevroner i en hjerne,” sier Reid. “Du har denne hjernen som består av mange nevroner, den er den samme for slimform.”

Den hjerneanalogien er veldig spennende, og det ville ikke være første gang P. polycephalum det har blitt sammenlignet med et nettverk av nevroner. Topologien og strukturen til hjernenettverk og slimformplaster er veldig like, og begge systemene viser svingninger.

Det er ikke helt klart hvordan informasjon blir spredt og delt i slamformen, men det vet vi P. polycephalumÅre trekker seg sammen for å fungere som en peristaltisk pumpe, og skyver cytoplasmatisk væske fra en seksjon til en annen. Og svingningene i denne væsken ser ut til å falle sammen med møter med ytre stimuli.

“Disse svingningene antas å overføre informasjon, behandle informasjon, slik de samhandler og faktisk produserer oppførselen samtidig,” sier Döbereiner til ScienceAlert.

“Hvis du har et nettverk av Physarum Når du går til en bestemt mat, endrer det svingningsmønsteret når det møter sukkeret: det begynner å svinge raskere. På grunn av disse raskere svingningene begynner hele organismen å endre svingningsmønsteret og begynner å strømme i retningen der maten ble funnet. “

READ  Google lanserer AlphaFold over det menneskelige genom

Han og kollegene nylig publisert en artikkel viser at disse svingningene er bemerkelsesverdig lik svingningene som sees i en hjerne, bare et hydrodynamisk system i stedet for elektriske signaler.

“Det som er relevant er ikke så mye som svinger og hvordan informasjonen blir transportert,” forklarer han, “men heller at den svinger og at en topologi er relevant: det er et nevron som er koblet til 100 nevroner eller bare to; det er et nevron. bare koblet til naboene eller er koblet til en annen veldig fjern nevron. “

Physarum hodeskalleP. polycephalum vokser til en livsstils modell av en menneskeskalle. (Andrew Adamatzky, kunstig liv, 2015)

Definere kognisjon

Så spennende som eventyrene hans kan se ut, vil enhver etterforsker som jobber med ham fortelle deg det P. polycephalum det er ikke i seg selv en hjerne. Det er ikke i stand til behandling på høyt nivå eller abstrakt resonnement, så vidt vi vet.

Det er heller ikke sannsynlig at den, så spennende som forestillingen kan virke, vil bli til noe som en hjerne. Organismen har hatt en milliard år på seg og viser ingen tegn til å gå i den retningen (selv om noen science fiction-forfattere liker ideen, følg den gjerne).

Når det gjelder generell biologi, er slimform ekstremt enkel. Og for det faktum endres måten vi forstår problemløsing på.

Som andre organismer trenger den mat, den trenger å navigere rundt i miljøet, og den trenger et trygt sted å vokse og reprodusere. Disse problemene kan være komplekse og likevel P. polycephalum det kan løse dem med sin ekstremt begrensede kognitive arkitektur. Han gjør det på sin egen enkle måte og med sine egne begrensninger, sier Reid, “men det er i seg selv en av de vakre tingene ved systemet.”

På en måte etterlater det oss en organisme, en våt, slimete, fuktighetselskende flekk, hvis kognisjon er fundamentalt forskjellig fra vår egen. Og i likhet med Tokyo-t-banen, kan det lære oss nye måter å løse våre egne problemer på.

“Det lærer oss om intelligensens natur, og utfordrer visse synsvinkler og utvider konseptet,” sier Reid.

“Det tvinger oss til å utfordre disse inngrodde antroposentriske troene på at vi er unike og i stand til mye mer enn andre skapninger.”