科學(xué)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(jīng)系統(tǒng)，但它卻能神奇地“記住”食物所在的位置，以備不時(shí)之需。德國馬克斯·普朗克動(dòng)力學(xué)與自組織研究所的生物物理學(xué)家米爾娜·克拉馬爾（Mirna Kramar）和卡倫·阿利姆（Karen Alim）發(fā)表了一篇研究論文，描述了這種黏菌如何通過改變自身內(nèi)部結(jié)構(gòu)來“記憶”食物的位置。
雖然黏菌僅由交錯(cuò)的管狀結(jié)構(gòu)組成，是一類非常簡單的生物，但它們卻能解決多種關(guān)于優(yōu)化的復(fù)雜問題，比如找到通過迷宮的最短路徑。簡單的“刺激-反應(yīng)”活動(dòng)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(jī)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(chǔ)信息的機(jī)制都是一個(gè)未解之謎。


圖片來源：pixabay
最近，發(fā)表于《美國科學(xué)院院刊》（PNAS）的一項(xiàng)研究表明，當(dāng)多頭絨泡菌的身體與食物接觸時(shí)，它們會(huì)釋放出一種物質(zhì)。這種物質(zhì)能夠軟化接觸部位的管狀網(wǎng)絡(luò)的凝膠狀管壁，使這部分管狀結(jié)構(gòu)能在內(nèi)部壓力的作用下變粗。黏菌會(huì)沿著這些較粗的管狀結(jié)構(gòu)擴(kuò)張，而較細(xì)的管狀結(jié)構(gòu)則會(huì)被移除。這樣一來，即使該處已經(jīng)沒有食物了，這些較粗的管狀結(jié)構(gòu)也能有效地記錄之前食物所在的位置，因?yàn)樗鼈冎苯佑绊懥损ぞ倪\(yùn)動(dòng)方向。
目前，研究人員還不知道這種軟化物質(zhì)的具體成分，但通過對(duì)管徑變化進(jìn)行建模，他們發(fā)現(xiàn)這很可能是一種通過流動(dòng)和擴(kuò)散進(jìn)行傳播的可溶性物質(zhì)。研究團(tuán)隊(duì)表示，這種機(jī)制在其他“生命流動(dòng)網(wǎng)絡(luò)”中也很常見，比如脊椎動(dòng)物的血管系統(tǒng)。
德國不來梅大學(xué)的物理學(xué)家漢斯-金特·德貝賴納（Hans-Günther D?bereiner，并未參與這項(xiàng)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(xué)生物學(xué)機(jī)制”。他表示，今后在有關(guān)黏菌執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)的研究中，需要更關(guān)注“分子信號(hào)、調(diào)控黏菌行為的細(xì)胞液的材料特性及其流動(dòng)模式”。


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美國新澤西理工學(xué)院的生物學(xué)家西蒙·加尼爾（Simon Garnier，并未參與這項(xiàng)研究）認(rèn)為，之前就有研究調(diào)查了黏菌如何對(duì)過往經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行編碼，此次研究正是在前人的工作基礎(chǔ)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(jī)制”。加尼爾補(bǔ)充說，這可能有助于網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和路由算法等領(lǐng)域的發(fā)展，就像蟻群曾給我們帶來的啟發(fā)一樣。
撰文：拉爾斯·菲舍爾（Lars Fischer）
翻譯：龔聰
引進(jìn)來源：環(huán)球科學(xué)


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