Живая память без мозга

Способность хранить и использовать сохранённую информацию даёт организму неоспоримое преимущество при поиске пищи или избегании опасностей. Долгое время представлялось очевидным, что такая способность может быть только у тех, у кого есть нервная система. Но нет — оказалось, что памятью обладает и слизевик Physarum polycephalum. Это озадачивало учёных. Исследователи из Института динамики и самоорганизации Макса Планка (Max-Planck Institute for Dynamics and Self-Organization, MPI-DS) и Мюнхенского технического университета (Technical University of Munich, TUM) приоткрыли завесу тайны над механизмом неожиданных для одноклеточного способностей.

Слизевик Physarum polycephalum — идеальный модельный организм для изучения ранней эволюционной истории эукариот; он обладает свойствами, характерными и для животных, и для растений, и для грибов. Тело его — гигантская одиночная клетка, состоящая из сложной системы трубок. Единственная клетка, похожая на амёбу, может растянуться на несколько сантиметров и даже метров, это самая большая одиночная клетка на Земле.

По словам одной из авторов работы, профессора Мюнхенского технического университета Карен Алим, отправной точкой в исследовании было простое экспериментальное наблюдение. Учёные следили за процессом движения и питания организма и фиксировали отчётливый отпечаток источника пищи на узоре толстых и тонких трубок сети ещё долго после события кормления.

    «Учитывая высокодинамичную реорганизацию сети P. polycephalum, сохранение отпечатка породило идею о том, что сама сетевая архитектура может служить памятью о прошлом», — говорит Карен Алим.

Но механизм формирования отпечатка следовало объяснить.

Для этого исследователи объединили данные наблюдения на микроуровне адаптации трубчатой сети с теоретическим моделированием.

Встреча с пищей вызывает высвобождение химического вещества, которое перемещается из места, где была найдена пища, по всему организму и размягчает трубки в сети, заставляя весь организм переориентировать свою миграцию в сторону пищи.

    «Постепенное смягчение — это то, где в игру вступают существующие отпечатки предыдущих источников пищи и где информация хранится и извлекается, — говорит первый автор работы Мирна Крамар. — Прошлые события подачи встроены в иерархию диаметров труб, в частности в расположение толстых и тонких труб в сети».
    Слизевик Physarum polycephalum
    Слизевик Physarum polycephalum.

    «Для размягчающего химического вещества, которое сейчас транспортируется, толстые трубки в сети действуют как магистрали в транспортных сетях, обеспечивая быструю транспортировку по всему организму», — добавляет Мирна. «Предыдущие встречи, запечатленные в сетевой архитектуре, таким образом, влияют на решение о будущем направлении миграции».

    «Учитывая простоту этой живой сети, способность Физарума формировать воспоминания интригует. Удивительно, что организм опирается на такой простой механизм, и в то же время управляет им таким тонким образом», — говорит Карен.

    «Эти результаты представляют собой важную часть головоломки в понимании поведения этого древнего организма и в то же время указывают на универсальные принципы, лежащие в основе поведения. Мы предполагаем потенциальное применение наших результатов в разработке интеллектуальных материалов и создании мягких роботов, способных ориентироваться в сложных средах».