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聪明的黏菌,是如何“记住”食物来源的?

时间: 2021年06月03日 | 作者: Lars Fischer | 来源: 环球科学(huanqiukexue.com)
黏菌没有大脑和神经系统,但它却能神奇地“记住”食物所在的位置,以备不时之需。


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多头绒泡菌


撰文 | 拉尔斯·菲舍尔(Lars Fischer)

翻译 | 龚聪


跟所有黏菌一样,多头绒泡菌(Physarum polycephalum)没有大脑和神经系统,但它却能神奇地“记住”食物所在的位置,以备不时之需。德国马克斯·普朗克动力学与自组织研究所的生物物理学家米尔娜·克拉马尔(Mirna Kramar)和卡伦·阿利姆(Karen Alim)发表了一篇研究论文,描述了这种黏菌如何通过改变自身内部结构来“记忆”食物的位置。


虽然黏菌仅由交错的管状结构组成,是一类非常简单的生物,但它们却能解决多种关于优化的复杂问题,比如找到通过迷宫的最短路径。简单的“刺激-反应”活动模式(例如向某种分子浓度升高的方向爬行或避免有害的机械刺激)显然无法解释多头绒泡菌的这种能力。长期以来,多头绒泡菌获取和存储信息的机制都是一个未解之谜。


最近,发表于《美国科学院院刊》(PNAS)的一项研究表明,当多头绒泡菌的身体与食物接触时,它们会释放出一种物质。这种物质能够软化接触部位的管状网络的凝胶状管壁,使这部分管状结构能在内部压力的作用下变粗。黏菌会沿着这些较粗的管状结构扩张,而较细的管状结构则会被移除。这样一来,即使该处已经没有食物了,这些较粗的管状结构也能有效地记录之前食物所在的位置,因为它们直接影响了黏菌的运动方向。


目前,研究人员还不知道这种软化物质的具体成分,但通过对管径变化进行建模,他们发现这很可能是一种通过流动和扩散进行传播的可溶性物质。研究团队表示,这种机制在其他“生命流动网络”中也很常见,比如脊椎动物的血管系统。


德国不来梅大学的物理学家汉斯-金特·德贝赖纳(Hans-Günther Döbereiner,并未参与这项研究)表示,克拉马尔和阿利姆“出色地探明了黏菌的‘记忆’功能的力学生物学机制”。他表示,今后在有关黏菌执行复杂任务的研究中,需要更关注“分子信号、调控黏菌行为的细胞液的材料特性及其流动模式”。


美国新泽西理工学院的生物学家西蒙·加尼尔(Simon Garnier,并未参与这项研究)认为,之前就有研究调查了黏菌如何对过往经验进行编码,此次研究正是在前人的工作基础上开展的。他说,研究人员提出的模型“很好地解释了黏菌‘记住’食物位置的机制”。加尼尔补充说,这可能有助于网络优化和路由算法等领域的发展,就像蚁群曾给我们带来的启发一样。