Вісім розумних речей форми слизу можуть обійтися без мозку

Згадавши, де вони були, і відтворивши токійську залізничну мережу, ці «слизькі інопланетяни» здатні набагато більше, ніж ми їм надаємо кредит.

Форми слизу надзвичайно різноманітні, бувають найрізноманітніших кольорів, форм та фактур. Кредит зображення: Меліса Макмастерс, Flickr

Побачивши слизову цвіль - її тягучу, делікатно розгалужену структуру, що сочиться неяскраво тривожно вздовж колоди чи листя, - ви навряд чи забудете її. Вони безпомилкові, бо нічого іншого, як вони, немає.

Слизові плісняви відгалужувались від еволюційного дерева до того, як тварини відділилися від рослин і грибів. І вони не зовсім вписуються в будь-яку іншу групу: Деякі живуть як окремі клітини, але об’єднуються і працюють групою, коли умови сприятливі. Інші - це величезні одноклітинні організми, котрі можуть вирости в кілька футів у поперечнику і містити тисячі (іноді мільйони!) Ядер без мембрани між собою.

Фізарум поліцефальний - це, мабуть, найвідоміша цвілева форма, завдяки своєму яскраво-жовтому кольору та тому, що її легко вирощувати в лабораторії - і багато з того, що ми знаємо про слизові форми, походить із досліджень Фізарум. "Я думаю, що вони досить гарні, справді", - каже еколог та ентомолог Таня Латті, яка багато працювала зі слизовими формами у своїй лабораторії в Сіднеї, Австралія, Фізарум та її співвітчизників. "Вони мають ці прекрасні візерунки вен, їх фрактальний вигляд". Їй навіть подобається їх запах - неясно-фруктовий.

Пов’язані

Слізь цвілі Smarts

Таємний розум слизу

Ви б одягли одяг зі слизу?

Латті називає їх ласкаво як "маленьких слизових інопланетян". І ці прибульці є скрізь. У світі існує щонайменше 900 видів слизової цвілі, деякі з різнокольоровими прізвиськами, такі як „собака блювота” та „відьмине масло”. Вони люблять вологі помірні ліси, але живуть майже скрізь, у тому числі у величезній кількості в грунті.

Значна частина досліджень цвілевих цвілей сягає своїм корінням в Японію, зокрема тому, що сам імператор Хірохіто був біологом, який любив цвілеві цвілі і навіть відкрив новий вид. Хоча ми все ще мало знаємо про те, як поводяться слизові плісняви в дикій природі, лабораторні дослідження виявили кілька дивовижних речей щодо їх здатності робити, ну, що завгодно. Фізарум та інші так звані «безклітинні слизові форми» (названі за їх численними вільно плаваючими ядрами) - це надзвичайно грубі, надзвичайно круті організми без мозку та нервової системи, але, здається, якимось чином здатні вчитися та робити вибір. Прочитайте список восьми своїх суперсил цвілі.

1. Вони можуть відчувати запах їжі

У нас, людей, у носі є рецептори, які виявляють хімічні речовини, що викидаються з їжі в повітря. Форми слизу мають майже те саме: рецептори по всьому клітинному тілу, які виявляють хімічні сигнали, які повідомляють, що їжа знаходиться поруч.

І це не зупиняється на досягнутому. Слизева форма насправді має безліч різних типів рецепторів, кожен з яких налаштований на інший сигнал у своєму середовищі, такий як волога або рН. Вони навіть можуть виявляти світло за допомогою фоторецепторів, подібних до тих, що є в наших очах. Це означає, що, незважаючи на те, що це одинарна клітина, цвілевий гриб має щось схоже на очі та ніс.

2. Вони можуть пульсувати свій шлях до цієї їжі

Ось де речі стають грубими - і крутими - завдяки транспортній системі, якої насправді більше ніде немає в природі.

Всередині краплини слизової цвілі сидить мережа жилок. Довгі білки оточують ці вени, і натовпи ядер протікають крізь них товстим ореолом, який називається «протоплазма». Білки стискаються і розслабляються, штовхаючи протоплазму по венах до "фронту росту" слизової цвілі або тієї частини, яка рухається вперед.

Сенсорні рецептори на поверхні слизової цвілі постійно пульсують у відповідь на сигнали, які вони отримують, і цей ритм створює течію, що тече. Як тільки рецептор виявляє їжу, вона починає пульсувати швидше. І оскільки всередині слизової форми - це, по суті, один великий експеримент з динаміки рідини, коли імпульси прискорюються, протоплазма починає текти у напрямку їжі - і слизова цвіль слідує. Це означає, що форма слизу повністю децентралізована: ні мозку, ні проблем.

Закри подання зростання фронт a Фізарум поліцефальний слизова цвіль. Кредит зображення: Норберт Хюльсманн, Flickr

3. І вони можуть придумати найкращий шлях до їжі

"Те, що ти можеш проводити експерименти над чимось, що виглядає як безмозковий клубок слизу, для мене неймовірно", - говорить Летті про науку про слиз. "Мені здається захоплюючим, що він може зробити що завгодно".

Але, як виявляється, може! Якщо ви покладете в лабіринт слизову цвіль і поставите вівсяні пластівці - одну з його улюблених страв - біля входу та виходу, вона буде повільно шукати лабіринт, поки не знайде найкоротший шлях з одного кінця в інший, дозволяючи їсти обидві закуски відразу. Він може виконувати набагато складніші версії цього завдання, в одному випадку з'єднуючи 37 різних точок. (Зверніть увагу, що кількість можливих способів підключення 37 точок знаходиться десь у районі восьми, а потім 54 нулі. Це досить нечистий калькулятор.)

У знаменитому експерименті дослідник Тошіюкі Накагакі та його команда поставили перед їх формою слизу реальну проблему: знайти найбільш ефективну транспортну мережу в районі Токіо. Розташувавши вівсяні пластівці для представлення ключових міст, вони поставили свою слизову форму у центр, де знаходився Токіо. Результат надзвичайно схожий на фактичну залізничну систему Токіо.

4. Вони можуть переформуватися, якщо їх розірвуть

Одним із геніальних елементів слизової форми є її протоплазма. Кожен крихітний біт є взаємозамінним, що означає, що кожна окрема одиниця протоплазми може стати веною або псевдоподом - тимчасовими, схожими на кінцівки виступами, що простягаються в напрямку руху слизової форми, або будь-якою іншою частиною слизової форми. Тобто, за винятком його органел, які, здається, фіксуються як одне, навіть коли вони мчать всередині слизу.

Ось чому команда дослідників у Німеччині могла роздробити слизові форми на тисячі крихітних фрагментів - лише спостерігати, як ці шматочки повільно з’єднуються. Порівняно з іншими одноклітинними організмами, слизові плісняви взагалі майже не мають мембран, каже Летті. "Це просто ця течія, що неприємна, що склеюється. Тож якщо ви розріжете один на два біти і покладете один біля одного, вони просто знову потечуть разом ».

То чи можете ви вбити цвілеву цвіль? Важко сказати. Є жук, який поїдає слизові плісняви, і ще кілька хижаків слизових цвілі, але "ми не знаємо, чи вони їдять достатню кількість тіла, щоб щось змінити", - каже вона. "Ви можете втратити половину біомаси, і це не мало б значення. Це просто реорганізувалося б і виглядало б так: "Я в порядку!"

5. Вони можуть вибрати здорову дієту

У своєму дослідженні Летті виявила, що цвілеві цвілі будуть рухатися до такої речовини, як цукор, а також будуть віддалятися від таких речовин, як сіль. Але чи це була просто реакція на подразники, чи щось інше?

Відповісти на це питання виявилося складним. "Коли я розробляю експеримент для бджоли, я знаю, що вона може відчувати запах, яку кольорову гаму вона може бачити і працювати з певною поведінкою", - каже вона. Але світи форм слизу глибоко відрізняються від нашого. "Щось амебоїдне можна розрізати на дрібні шматочки, і ви не уявляєте, якою є його сприйнятлива реальність - це важко спроектувати".

Щоб дізнатись більше про живлення слизової цвілі, Латті допомогла своїй колезі Одрі Дюссутур Фізарум з 35 рецептами, виготовленими з різним співвідношенням елементів, необхідних для виживання, білка та цукру, створюючи своєрідну слизову цвіль крем-брюле. Вони виявили, що слизові плісняви дозволять уникати джерел їжі, які шкодять їм, і надавати пріоритет їжі, яка допоможе їм.

І не тільки це, але слизові плісняви можуть також витягувати вусики, щоб одночасно харчуватися кількома джерелами їжі - і робити це у правильному співвідношенні, щоб вони отримували оптимальне харчування. "Це не просто отримання білка або вуглеводів, вони намагаються отримати певний баланс", - говорить Латті. Хоча тварини можуть збалансувати своє харчування, змінюючи те, що вони їдять, слизові плісняви ділять свою біомасу на їжу, щоб вони брали те, що їм потрібно, від кожного.

Карнавальна цукеркова слизова форма (Arcyria denudata). Кредит зображення: Мері Кім, Flickr

В іншому улюбленому дослідженні Летті вона розглядала, як цвілеві форми створюють компроміси між якістю та ризиком, коли йдеться про їх харчування. У цьому експерименті слизові плісняви мали вибирати між високоякісною їжею при яскравому світлі (яку слизові форми не люблять) та низькоякісною їжею в темряві. Потім вона та її колеги змінили вибір - у деяких випадках плісняви слизу вибирали між дуже схожими продуктами у світлі та темряві, а в інших створювали більший контраст.

"Якщо ви є базовою системою, ви очікуєте, що завжди виберете її", - каже вона. “У вас є просте правило, яке завжди працює. Якщо ви досвідчені, ви отримуєте деяку інформацію про якість їжі та інтенсивність світла та проводите деякі розрахунки, щоб зрозуміти, чи варто це робити ". Форми слизу Latty остаточно потрапили до останньої категорії: вони набагато частіше потрапляли на світло, якщо якість їжі була в п’ять разів кращою, ніж у темряві. "Це означає, що прес-форми слизу здатні обробляти інформацію між двома різними атрибутами джерела їжі, що здається досить складною річчю для слизу", - каже вона.

6. Вони можуть “згадати”, де були, залишивши собі грубу, слизьку панірувальну крихту

Ще одне дослідження, яке Латті допомогла своєму колезі Крісу Ріду, показало, що у пошуках їжі слизові плісняви рідко повторюють свої кроки. Чи могли вони згадати, де вони були? Відповідь була написана слизом - як речі, які слимаки залишають за собою. Подібно до того, як мурахи залишають сліди феромонів, щоб показати, де вони знайшли їжу, ця слиз є формою “зовнішньої пам’яті”, яка повідомляє цвілеву цвіль: шукайте деінде.

Розуміння того, що слизові плісняви можуть функціонально «запам'ятовувати» речі без мозку, змінило погляд Латті на здатність багатьох форм життя взаємодіяти з навколишнім середовищем. "Це відкрило мені очі на той факт, що мозок - це не все-все-все", - каже вона.

І це має великі наслідки для безлічі дрібних організмів. «Слизьові форми - хороші представники, оскільки вони досить великі і досить прості в роботі з ними. Ми не знаємо, чи вони дивні. Я підозрюю, що ні.

7. Вони можуть “звикнути” до ситуацій і навіть пам’ятати речі без залишаючи слід

Багато більш розвинених організмів здатні звикати - тобто вони можуть звикнути до складних речей у своєму середовищі, особливо якщо за це отримують винагороду. Але як щодо слизових форм? Латті допоміг Дюссутору організувати експеримент із звикання слизової плісняви для слизу, який вони охрестили «Blob». Вони поклали Блоба з одного боку маленького містка, їжу - з іншого, а мост обклали сіллю, що неприємно для Блоба та його слизьких співвітчизників, але не шкідливо.

За звичайних обставин, щоб “контрольна” слизова форма перетнула несолоний міст і зажадала свого призу, знадобиться година. Перший день експерименту Дюссутора пройшло 10 годин, щоб Блоб перетнув солону версію. Наступного дня це зайняло 8 годин. А наступного дня він здійснив подорож ще за менший час - поки зрештою Блоб не зміг перетнути солоний міст так швидко, як контрольний міст. Blob "звик" солити! Дюссур повторив експеримент тисячі разів і отримав однакові результати.

8. Вони можуть навчити своїх друзів чому вони навчились

Після цього Дюссур почав замислюватися, чи не може Крапля, яка навчилася мати справу з сіллю, навчити цього й інших Краплин. Одним з ключових, грубих фактів тут є те, що Blobs тримаються разом - буквально. Якщо взяти дві формочки для слизу і покласти їх поруч, вони поєднаються. Їхні оболонки зливаються, вони розкривають їх нутрощі, а вени переплітаються, створюючи новий єдиний організм.

З часом команда виявила, що якщо вони дозволять цвілевим формам, які навчились переносити сіль, спілкуватися з цвілевими формами, які не пройшли протягом трьох годин, вони закінчаться усіма слизовими формами, які люблять сіль. “Це змушує задуматися: Що таке навіть навчання? Чи це враховується? " Латті каже. «Він сидить прямо там, у тій сірій зоні. Це провокує роздуми ".

Отримуйте електронні листи про майбутні програми NOVA та пов’язаний вміст, а також пропоновані звіти про поточні події через науковий об’єктив.