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科學研究：黏菌能記住食物來源
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科學研究：黏菌能記住食物來源
多頭絨泡菌
跟所有黏菌一樣，多頭絨泡菌（Physarum polycephalum）沒有大腦和神經係統，但它卻能神奇地“記住”食物所在的位置，以備不時之需。德國馬克斯·普朗克動力學與自組織研究所的生物物理學家米爾娜·克拉馬爾（Mirna Kramar）和卡倫·阿利姆（Karen Alim）發表了一篇研究論文，描述了這種黏菌如何通過改變自身內部結構來“記憶”食物的位置。
雖然黏菌僅由交錯的管狀結構組成，是一類非常簡單的生物，但它們卻能解決多種關於優化的複雜問題，比如找到通過迷宮的最短路徑。簡單的“刺激-反應”活動模式（例如向某種分子濃度升高的方向爬行或避免有害的機械刺激）顯然無法解釋多頭絨泡菌的這種能力。長期以來，多頭絨泡菌獲取和存儲信息的機製都是一個未解之謎。
圖片來源：pixabay
最近，發表於《美國科學院院刊》（PNAS）的一項研究表明，當多頭絨泡菌的身體與食物接觸時，它們會釋放出一種物質。這種物質能夠軟化接觸部位的管狀網絡的凝膠狀管壁，使這部分管狀結構能在內部壓力的作用下變粗。黏菌會沿著這些較粗的管狀結構擴張，而較細的管狀結構則會被移除。這樣一來，即使該處已經沒有食物了，這些較粗的管狀結構也能有效地記錄之前食物所在的位置，因為它們直接影響了黏菌的運動方向。
目前，研究人員還不知道這種軟化物質的具體成分，但通過對管徑變化進行建模，他們發現這很可能是一種通過流動和擴散進行傳播的可溶性物質。研究團隊表示，這種機製在其他“生命流動網絡”中也很常見，比如脊椎動物的血管係統。
德國不來梅大學的物理學家漢斯-金特·德貝賴納（Hans-Günther Döbereiner，並未參與這項研究）表示，克拉馬爾和阿利姆“出色地探明了黏菌的‘記憶’功能的力學生物學機製”。他表示，今後在有關黏菌執行複雜任務的研究中，需要更關注“分子信號、調控黏菌行為的細胞液的材料特性及其流動模式”。
圖片來源：pixabay
美國新澤西理工學院的生物學家西蒙·加尼爾（Simon Garnier，並未參與這項研究）認為，之前就有研究調查了黏菌如何對過往經驗進行編碼，此次研究正是在前人的工作基礎上開展的。他說，研究人員提出的模型“很好地解釋了黏菌‘記住’食物位置的機製”。加尼爾補充說，這可能有助於網絡優化和路由算法等領域的發展，就像蟻群曾給我們帶來的啟發一樣。
撰文：拉爾斯·菲舍爾（Lars Fischer）
翻譯：龔聰
引進來源：環球科學
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跟所有黏菌一樣，多頭絨泡菌（Physarum polycephalum）沒有大腦和神經係統，但它卻能神奇地“記住”食物所在的位置，以備不時之需。德國馬克斯·普朗克動力學與自組織研究所的生物物理學家米爾娜·克拉馬爾（Mirna Kramar）和卡倫·阿利姆（Karen Alim）發表了一篇研究論文，描述了這種黏菌如何通過改變自身內部結構來“記憶”食物的位置。
雖然黏菌僅由交錯的管狀結構組成，是一類非常簡單的生物，但它們卻能解決多種關於優化的複雜問題，比如找到通過迷宮的最短路徑。簡單的“刺激-反應”活動模式（例如向某種分子濃度升高的方向爬行或避免有害的機械刺激）顯然無法解釋多頭絨泡菌的這種能力。長期以來，多頭絨泡菌獲取和存儲信息的機製都是一個未解之謎。
圖片來源：pixabay
最近，發表於《美國科學院院刊》（PNAS）的一項研究表明，當多頭絨泡菌的身體與食物接觸時，它們會釋放出一種物質。這種物質能夠軟化接觸部位的管狀網絡的凝膠狀管壁，使這部分管狀結構能在內部壓力的作用下變粗。黏菌會沿著這些較粗的管狀結構擴張，而較細的管狀結構則會被移除。這樣一來，即使該處已經沒有食物了，這些較粗的管狀結構也能有效地記錄之前食物所在的位置，因為它們直接影響了黏菌的運動方向。
目前，研究人員還不知道這種軟化物質的具體成分，但通過對管徑變化進行建模，他們發現這很可能是一種通過流動和擴散進行傳播的可溶性物質。研究團隊表示，這種機製在其他“生命流動網絡”中也很常見，比如脊椎動物的血管係統。
德國不來梅大學的物理學家漢斯-金特·德貝賴納（Hans-Günther Döbereiner，並未參與這項研究）表示，克拉馬爾和阿利姆“出色地探明了黏菌的‘記憶’功能的力學生物學機製”。他表示，今後在有關黏菌執行複雜任務的研究中，需要更關注“分子信號、調控黏菌行為的細胞液的材料特性及其流動模式”。
圖片來源：pixabay
美國新澤西理工學院的生物學家西蒙·加尼爾（Simon Garnier，並未參與這項研究）認為，之前就有研究調查了黏菌如何對過往經驗進行編碼，此次研究正是在前人的工作基礎上開展的。他說，研究人員提出的模型“很好地解釋了黏菌‘記住’食物位置的機製”。加尼爾補充說，這可能有助於網絡優化和路由算法等領域的發展，就像蟻群曾給我們帶來的啟發一樣。
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