物理科技生物学-PHYICA

研KIBD-130究人员发现了一种单细胞黏菌,它没有记忆食物位置的神经系统

生物 2022-12-09 00:03:02

马克斯·普朗克学会 黏菌多头绒泡菌由单一生物细胞组成

由于其复杂的适应不断变化的食物供应的管状网络的能力,它被称为“智能的”

“现在,研究人员发现这是由于记忆的形成——即使没有神经系统

信用:Nico Schramma / MPIDS 对过去事件的记忆使我们能够对未来做出更明智的决定

来自马克斯·普朗克动力学和自组织研究所(MPIDS)和慕尼黑技术大学(TUM)的研究人员确定了粘液霉菌多头绒泡菌形成记忆的基础——尽管它缺乏神经系统

储存和恢复信息的能力使生物体在寻找食物或避开有害环境时具有明显的优势,并且传统上与具有神经系统的生物体联系在一起

一项新的研究由米尔纳·克拉马教授撰写

卡伦·阿利姆(TUM和MPIDS)通过揭示一种高度动态的单细胞生物储存和检索其环境信息的惊人能力,对这一观点提出了挑战

过去的窗口 粘菌多头绒泡菌几十年来一直困扰着研究者

存在于动物、植物和真菌王国的十字路口,这种独特的生物提供了对真核生物早期进化史的洞察

它的身体是一个巨大的单细胞,由相互连接的管道组成复杂的网络

这个单一的变形虫状细胞可能会延伸几厘米甚至几米,被吉尼斯世界纪录认定为地球上最大的细胞

黏菌解决复杂问题的惊人能力,例如在迷宫中寻找最短的路径,为它赢得了“智能基因”的属性,引起了研究界的兴趣,并引发了关于生命最基本层面决策的问题

酸浆的决策能力尤其迷人,因为它的管状网络不断经历快速重组——不断增长,并与管道整合——而完全缺乏组织中心

研究人员发现,这种生物将食物遭遇的记忆直接编织到网状身体的结构中,并在做出未来决定时使用储存的信息

决定是由记忆引导的 “当一个项目从一个简单的实验观察发展而来时,这是非常令人兴奋的,”麻省理工学院生物物理学和形态发生学小组的负责人兼东大生物网络理论教授卡伦·阿利姆说,“我们跟踪了生物体的迁移和进食过程,并在进食后很长时间内观察到食物来源在网络的粗管和细管模式上的明显印记

给定P

polycephalum的高度动态的网络重组,这种印记的持续引发了网络架构本身可以作为过去的记忆的想法

然而,我们首先需要解释印记形成的机制

" 为了搞清楚到底发生了什么,研究人员将管状网络适应性的微观观察与理论建模相结合

与食物的接触会引发一种化学物质的释放,这种化学物质从发现食物的地方开始在整个生物体中传播,并软化网络中的细菌,使整个生物体重新向食物迁移

该研究的第一作者Mirna Kramar说:“这种逐渐软化是以前食物来源的现有印记发挥作用的地方,也是储存和检索信息的地方。”

“过去的进料事件嵌入在管道直径的层级中,特别是在网络中粗细管道的排列中

对于现在运输的软化化学物质,网络中的粗管在交通网络中起着高速公路的作用,使得整个有机体能够快速运输

网络架构中以往的遭遇影响了对未来迁移方向的决策

" 普遍原则启发设计 作者强调,鉴于这种生活网络的简单性,酸浆形成记忆的能力很有趣

“值得注意的是,生物体依赖于如此简单的机制,却以如此精细的方式控制着它

这些结果为理解这种古老生物的行为提供了一个重要的难题,同时也指出了行为背后的普遍原则

卡伦·阿利姆总结道:“我们设想将我们的发现应用于设计智能材料和制造能在复杂环境中导航的软机器人。”

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