У слизистой плесени нет мозга, но она может «запоминать», где искать еду

Это одноклеточный организм, но у слизистой плесени Physarum polycephalum есть несколько интересных трюков в своих симпатичных желтых рукавах. Новое исследование показало, что она, «помнит», где раньше находила источники пищи — даже без мозга и 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 стадия плазмодия, и организм может вырасти до площади до нескольких квадратных метров. Ее 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.

В 2000 году японский исследователь Тошиюки Накагаки из RIKEN обнаружил, что P. polycephalum способна преодолевать простой лабиринт, чтобы добраться до источника пищи. С тех пор ученые обнаружили несколько интеллектуальных моделей поведения.

В последнем эксперименте физики-биологи Мирна Крамар и Карен Алим из Института динамики и самоорганизации Макса Планка в Германии обнаружили, что P. polycephalum использует архитектуру своего тела, чтобы хранить воспоминания о том, где она ранее находила пищу.

«Мы наблюдали за процессом миграции и питания организма и увидели, отчетливый отпечаток источника пищи на структуре сети спустя длительное 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, они 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 расширяться, становясь шире, чтобы ускорить поток внутри слизистой формы.

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 трубки в негостеприимную область или область не содержащую ничего интересного. Но когда плесень нашла питательную среду, трубки остаются на месте, чтобы она могла быстро вернуться на место, если еда снова появится, как выяснили исследователи.

«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, что позволяет быстро организму переместится. Предыдущие встречи, запечатленные в сетевой архитектуре, влияют на решение о будущем направлении миграции».

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 похожее на трубки слизистой плесени, которые становятся толще в местах интереса, но они исчезнут, если их присутствие больше не несет пользу для организма.

«Примечательно, что организм полагается на такой простой механизм и при этом управляет им таким тонко настроенным 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 роботов, которые перемещаются в сложных средах».

Исследование опубликовано в PNAS.