如果你没有大脑,你还能找出你和浏览你的环境吗?由于新研究黏菌,答案可能是“是的”。Wyss研究所的科学家在哈佛大学和塔夫茨大学的艾伦探索中心发现,愚蠢的黏菌多头绒泡菌用它的身体来感知机械信号在周边环境中,并执行计算类似于我们所说的“思考决定在哪个方向发展基于这些信息。与绒泡菌不同于以往的研究,这些结果没有给机体任何食物或化学信号来影响其行为。该研究发表在先进材料。
绒泡菌人们越来越感兴趣,因为它没有大脑,但它仍然可以执行很多的行为与思维,喜欢解决迷宫,学习新事物说,和预测事件,第一作者Nirosha基于,艾伦发现中心的前成员首先大学助理教授在加拿大。弄清楚如何proto-intelligent生活管理做这种类型的计算给予我们更多了解动物认知和行为的基础,包括我们自己的。”
在远处的行动
黏菌是变形虫,生物可以长到几英尺长,并帮助分解分解物质在环境中像腐烂的木头,覆盖物,枯叶。一个绒泡菌生物膜由一个包含许多细胞细胞质细胞核漂浮在一个共享,创建一个称为合胞体结构。绒泡菌举动,来回穿梭于其水细胞质在整个身体的长度在常规波,一个独特的过程称为航天飞机流。
与大多数动物,我们看不到什么变化大脑内部的动物做决定。绒泡菌提供了一个非常激动人心的科学的机会,因为我们可以观察其决定移动实时观察其航天飞机流的行为变化,“基于说。虽然以前的研究已经表明,绒泡菌举措以应对化学品和光线,基于和她的团队想知道它可以决定将基于物理信号仅在其环境。
研究人员把绒泡菌标本放在培养皿的中心半弹性琼脂凝胶涂层,放置一个或三个小玻璃盘相邻在凝胶每道菜的两侧。然后他们允许自由生长的有机体在黑暗中在过去的24小时,并追踪其增长模式。第一12到14个小时,绒泡菌生长在各个方向向外均匀;之后,然而,标本扩展朗布兰奇,直接在凝胶表面向three-disc地区70%的时间。值得注意的是,绒泡菌选择种植向大质量没有第一身体探索地区确认它确实包含更大的对象。
它是如何做到这一点的探索周围环境身体去那里?科学家们决定找出。
这都是相对而言的
研究人员尝试了几种变量,看看他们如何影响绒泡菌的增长决定,并注意到一些不寻常的东西:堆放时相同的三个光盘在彼此之上,生物似乎失去能力区分三个光盘和光盘。菜的增长对双方大致相等的利率,尽管三叠盘仍有更大的质量。显然,绒泡菌使用质量之外的另一个因素来决定在哪里生长。
找出缺失的拼图的,科学家们利用计算机模拟创建一个模拟的实验探索改变圆盘的质量如何影响的数量压力(力)和应变(变形)应用于半弹性凝胶和附加的绒泡菌生长。正如他们所料,大群众的压力增加,但仿真显示,群众产生的应变模式改变,取决于光盘的安排。
“想象你是晚上开车在高速公路上,寻找停在一个小镇。你可以看到两个不同的光在地平线上的安排:一个明亮的点,一群不那么明亮点。在单点亮,集群点点亮一个更广泛的区域更有可能表明一个城镇,所以你的头,“作者理查德·诺瓦克博士说,领导Wyss研究所主管工程师。光的模式在这个例子是类似于机械应变模式所产生的不同安排的质量在我们的模型中。我们的实验证实,绒泡菌可以身体感觉和做出决定基于模式而不是简单的信号强度。
团队的研究表明,这种愚蠢的生物不仅仅是最重的东西它可以感觉到增长;计算决策是基于相对增长模式的应变检测到它的环境。
但这是如何检测这些应变模式吗?科学家们怀疑这与绒泡菌有节奏地收缩的能力和拖轮衬底,因为脉冲和遥感的合成基板变形的变化允许有机体获得环境信息。其他动物有特殊的通道蛋白在细胞膜叫TRP-like蛋白质检测拉伸,合著者和唐纳德·因格贝尔Wyss学院创始董事,医学博士博士曾表明,其中一个TRP蛋白质介导mechanosensing在人类细胞。当团队创建了一个强有力的TRP channel-blocking药物和应用绒泡菌,生物失去了分辨能力高、低质量,只有选择大质量地区11%的试验和选择高和低质量地区71%的试验。
我们发现这个黏菌的利用生物力学探针和应对周边环境中突显出这种能力在生物进化早期,以及如何密切相关的情报,行为,和形态发生。这种生物的生长与世界互动,其形状改变自己的行为。其他研究已经表明,类似的策略是利用细胞在更复杂的动物,包括神经元、干细胞和癌细胞。这项工作在绒泡菌提供了一个新的模型来探索进化的方式使用物理实现原始认知驱动形式和功能,“说通讯作者迈克·莱文博士,Wyss助理教员是谁也Vannevar Bush椅子,服务和塔夫茨大学的艾伦探索中心的主任。
研究小组正继续致力于绒泡菌,包括调查在什么时候决定开关其增长模式从普遍抽样对目标定向生长的环境。他们也在探索如何加速和养分运输等其他物理因素可能影响绒泡菌的增长和行为。
”本研究再次证实,机械力扮演重要角色的控制细胞的行为和发展化学物质和基因,和mechanosensation发现的过程在这个简单的愚蠢的生物非常类似于在所有物种,包括人类,“因格贝尔说。”因此,更深的理解生物体如何利用生物力学信息做出的决定将帮助我们更好地了解自己的身体和大脑,甚至提供洞察新的bioinspired形式的计算。”因格贝尔也是Judah Folkman血管生物学教授哈佛医学院和波士顿儿童医院和哈佛大学的生物工程教授约翰·a·保尔森工程和应用科学学院。
