Сложная способность, казалось бы, примитивного существа обнаруживать массу на расстоянии. Ярко-жёлтый протист известен под разными именами: китайский учёный девятого века Тванг Чинг-Ши назвал его «демоническим помётом»; Карл Линней называл «гниющей слизью»; а жители Далласа, которые наблюдали, как слизистая плесень ползёт по их дворам в 1970-х, назвали «каплей».
Для учёных, которые сейчас сделали плесень предметом серьёзного исследования, это Physarum polycephalum - одноклеточный организм, который вырастает от нескольких сантиметров до метра и иногда содержит тысячи ядер.
Хотя у слизевиков нет глаз, ушей и мозга, они умны. Они следят за временем: если обдувать их холодным воздухом в первую секунду каждого часа, то к третьему часу они втягиваются как раз перед резким похолоданием. Они демонстрируют память, запоминают расположение источников пищи, а также навыки решения проблем, проходя сложные лабиринты в поисках овсянки. Они даже могут воссоздать сверхэффективную карту метро Токио, когда овсяные хлопья - их любимая еда - заменяют населенные пункты.
Фото: abc.com.py
Теперь исследователи из Гарвардского института биологической инженерии Висса и Центра открытий Аллена в Университете Тафтса открыли ещё одну вещь, которую может делать Physarum: обнаруживать объекты на расстоянии, не вступая с ними в физический контакт.
Невидимая слизистая плесень использует своё тело, чтобы ощущать объекты (в процессе, называемом механочувствительностью), а затем решает, приближаться ли к ним, в зависимости от их веса и распределения массы.
Если предыдущее исследование оценивало принятие решений Physarum с помощью химических и световых стимулов, то это исследование было первым, в котором оценивалась его реакция на чисто физические факторы.
«Это даёт нам совершенно новый взгляд на то, как биологические системы интерпретируют окружающую среду», - говорит биоинженер Ричард Новак, соавтор и ведущий штатный инженер Wyss.
Сначала исследователи поместили слизистую плесень в чашку Петри с полугибким агаровым гелем. Они выстроили три стеклянных диска с одной стороны чашки и один диск с другой, каждый весил всего 0,5 мг («Настолько легкий, что можно щелкнуть им, и вы даже не заметите», - говорит Новак). Затем учёные выключили свет и стали наблюдать. В течение следующих 12-14 часов Physarum равномерно росла наружу, не показывая предпочтений ни одной из сторон. Однако после этого периода исследований она начала увеличиваться в трёхдисковую сторону в 70% случаев.
Фото: pinterest.ca
«Таким образом, плесень «могла принимать решения о массе в окружающей среде, фактически не исследуя её», - говорит первый автор Нироша Муруган, бывший преподаватель из Гарварда, который сейчас является доцентом в Университете Алгомы в Онтарио, Канада.
Слизистая плесень учитывала не только массу объекта. Когда три диска были сложены друг на друга, а не рядом друг с другом, Physarum больше не предпочитала эту сторону.
Она росла к трёхдисковым и однодисковым сторонам примерно с одинаковой скоростью, несмотря на их явные различия в массе.
Команда Wyss построила компьютерную модель эксперимента, чтобы оценить, как распределение массы или расстояние между объектами повлияли на решения о росте Physarum. Они обнаружили, что даже больше, чем общая масса объектов, слизистая плесень реагирует на то, какую часть горизонта занимают объекты. Она неоднократно отдавала предпочтение объектам, расположенным вдоль горизонта, а не находящимся в одной точке.
Учёные не знают точно, почему слизистые плесени отдают предпочтение этому фактору, но это может быть интуитивно понятным: «Если вы заблудились в пустыне ночью и видите три рассеянные точки света против одной яркой, - говорит Новак, - вы скорее всего, направитесь к трём огням. Вы бы подумали, что, может быть, это город, что там сейчас что-то происходит».
Но как безмозглый, незрячий слизевик обнаруживает массу удалённых объектов, не говоря уже об угле горизонта деформации?
Фолкман, профессор сосудистой биологии и Дональд Ингбер, профессор биоинженерии и эксперт по механическим свойствам клеток, ранее определил, что человеческие клетки используют белки, называемые TRP-каналами, для механочувствительности. Во многом так же, как человек с завязанными глазами на батуте может определять, находятся ли на нём другие люди, каналы TRP помогают слизистой плесени обнаруживать далекие объекты.
Когда исследователи разрушили TRP-каналы слизистой плесени как механически (встряхивая чашку Петри), так и химически (вводя в неё препарат, блокирующий TRP-каналы), Physarum потеряла способность определять массу и выбирала только область с большой массой около 11% за всё время эксперимента.
Учёные до сих пор не знают, как слизистая плесень, лишенная какой-либо нейронной структуры, обрабатывает сенсорный ввод из каналов TRP. Подобно сетчатке глаза, каналы TRP собирают информацию, но организму по-прежнему требуется некоторый когнитивный механизм, чтобы понять её.
Фото: eurekalert.org
По словам Майкла Левина, младшего преподавателя в Виссе и директора центра Тафтса, этот неизвестный «механизм принятия решений» всё ещё остается «тёмным пятном» в исследованиях базового познания. Но это исследование приближает учёных к тому, чтобы пролить свет на данную способность.
Понимание того, как слизистые плесени «думают», также позволяет взглянуть на человеческий интеллект. Многие люди представляют познание как «химический процесс, управляемый нейротрансмиттерами в мозге», - говорит Левин, но слизистая плесень «даёт нам некоторое представление о различных формах интеллекта».
Он говорит, что Physarum имеет «совершенно инопланетный тип тела с совершенно другим образом жизни в мире, и всё же у нас есть с ней кое-что общее, а именно способность составлять карту мира, в котором мы живем, принимать решения и пробовать делать то, что нам нравится».
Тванг Чинг-Ши мог считать слизистую плесень «демоническим помётом», но это исследование подчеркивает, что предыдущие представления о познании могли быть слишком стандартными, ограниченными знакомыми формами.
«Познание - это всё, что вас окружает. Оно действительно повсюду», - говорит Левин. «И действительно, оно присуще не только пушистым существам с мозгом».