Nie ma mózgu, ale pamięta. Wielka zagadka śluzowca rozwikłana

Physarum polycephalum to organizm bezkomórkowy. Jego ciało to w rzeczywistości gigantyczna pojedyncza komórka stworzona z plazmodium – sieci jasnożółtych, splecionych rurek. Physarum polycephalum może rozciągać się na kilka centymetrów, a nawet metrów, co może czynić go największą komórką na Ziemi. Dzięki swoim zdolnościom Physarum polycephalum jest uważane za "inteligentne". To szczególnie frapujące, kiedy mamy na uwadze fakt, że jego sieć nieustannie ulega szybkiej reorganizacji - rośnie i zmniejsza się - przy całkowitym braku centrum organizacyjnego, jakim jest mózg. Śluzowiec preferuje wilgotne i zacienione środowisko (takie jak na przykład ściółka leśna) oraz potrafi przenosić się, by utrzymywać stały poziom różnych składników odżywczych.

Śluzowiec intryguje badaczy od dziesięcioleci – nie tylko dlatego, że żyje na pograniczu królestw zwierząt, roślin i grzybów. Organizm ten potrafi się uczyć i przekazywać wiedzę. Jest niemal nieśmiertelny, jego jedynymi wrogami są światło i susza. W trudnych warunkach potrafi zahibernować. Jego ulubionym przysmakiem jest owsianka.

Z kroniki sentymentalnego protista

Badaczki z Instytutu Dynamiki i Samoorganizacji im. Maxa Plancka (MPI-DS) oraz Uniwersytetu Technicznego w Monachium (TUM) odkryły, w jaki sposób Physarum polycephalum potrafi zachowywać wspomnienia, chociaż nie posiada układu nerwowego. Dzięki tej zdolności śluzowcowi łatwiej zdobywać pożywienie i unikać szkodliwego środowiska. Dotychczas takie umiejętności przypisywano jedynie organizmom posiadającym układ nerwowy.

Śluzowiec potrafi gromadzić wspomnienia o napotkanym pożywieniu bezpośrednio w swojej strukturze. Następnie wykorzystuje zgromadzone informacje przy podejmowaniu przyszłych decyzji. Teraz badaczkom z Niemiec udało się wyjaśnić, w jaki sposób zachodzi cały proces.

- To bardzo ekscytujące, kiedy projekt badawczy rozwija się na podstawie tak prostej obserwacji eksperymentalnej – mówiła Karen Alim, kierownik grupy Fizyki Biologicznej i Morfogenezy w MPI-DS i profesor Teorii Sieci Biologicznych na Uniwersytecie Technicznym w Monachium.

Kiedy naukowcy śledzili migrację i proces żerowania śluzowca, zaobserwowali wyraźny ślad w miejscu, w którym Physarum polycephalum pobrało pokarm, jeszcze na długo po pobraniu składników odżywczych.

- Biorąc pod uwagę wysoce dynamiczną reorganizację sieci Physarum polycephalum trwałość tego śladu dała początek pomysłowi, że sama architektura sieci może służyć jako pamięć do kojarzenia wydarzeń z przeszłości – powiedziała Alim. Badaczki najpierw musiały wyjaśnić mechanizm powstawania owego śladu.

W tym celu połączono obserwacje mikroskopowe adaptacji sieci rurek z modelowaniem teoretycznym.

Napotkanie pożywienia wyzwalało w Physarum polycephalum substancję chemiczną, która przemieszczała się do miejsca, które wykryło pożywienie. Następnie substancja zmiękczała strukturę kanalików w sieci i powodowała, że organizm zaczynał kierować się w stronę pożywienia.

- Do stopniowego zmiękczania dochodziło w miejscach, w których istniały wcześniejsze ślady po poprzednich źródłach pożywienia – mówiła Mirna Kramar. - Dzięki zmiękczeniu organizm łatwiej przyswajał składniki odżywcze. Grube rurki w sieci działały jak autostrady i umożliwiały szybki transport w całej strukturze. Wcześniejsze spotkania, odciśnięte w architekturze sieci, ważyły więc o decyzji o kierunku migracji – dodała badaczka.

- Biorąc pod uwagę prostotę tej żywej sieci zdolność Physarum polycephalum do zapamiętywania jest intrygująca. To niezwykłe, że śluzowiec opiera się na tak prostym mechanizmie, a mimo to kontroluje go w tak precyzyjnie dostrojony sposób – oceniła Alim.

Wsparcie dla robotyki

Ekspertki stwierdziły, że badania stanowiły ważny element układanki w zrozumieniu zachowania śluzowca. Jednocześnie udało się im potwierdzić, jakie zasady leżą u podstaw zachowania śluzowca.

- Przewidujemy potencjalne zastosowanie naszych odkryć w projektowaniu inteligentnych materiałów i budowaniu urządzeń w zakresie miękkiej robotyki. Urządzenia te będą w stanie poruszać się w złożonych środowiskach – podsumowała Alim.