科學人雜誌
生物學

黏菌也能「記憶」

2021/07/26 費雪(Lars Fischer)
構造簡單的黏菌可透過內部結構變化,記錄覓食位置。


多頭絨泡黏菌(Physarum polycephalum)和所有黏菌一樣,沒有腦或神經系統,卻能以某種方式「記憶」食物位置。德國馬克士普朗克動力學與自組織研究所的生物物理學家克拉瑪(Mirna Kramar)與阿利姆(Karen Alim)新發表的論文,描述這種生物如何透過內部結構變化進行編碼,記錄過去的覓食位置。


儘管黏菌這類生物只是由互相交錯的管道系統構成,結構極為簡單,卻能解決複雜的最佳化問題(optimization problem),例如找到穿越迷宮的最短路徑。單從刺激-反應的活動模式,例如朝向某種分子的濃度漸增之處移動,或避開有害的機械式刺激,都不足以完全解釋這種能力。長久以來人們一直不清楚這種黏菌如何獲取並存留訊息。發表於今年3月《美國國家科學院學報》的論文顯示,多頭絨泡黏菌的某部位碰觸到食物時,會釋出一種物質,軟化管道網絡的膠狀管壁,使管道受內部原有壓力作用而變寬。黏菌沿著管道較寬處擴張,遇狹窄處則收縮,藉此移動;擴張的管道有效記錄先前的食物位置,即使食物不在該處,黏菌整體生長方向的改變已經造成。


研究人員還不知道軟化管壁的是何種物質,但對管徑的變化建立模型後,發現可能是藉流動及擴散蔓延的可溶性物質。他們認為這種機制普遍存在於其他「維生流動網路」,好比脊椎動物的血管系統。


未參與該研究的德國不來梅大學物理學家德貝雷納(Hans-Gunther Dobereiner)評論,克拉瑪與阿利姆「巧妙地確定了黏菌執行類似記憶作用的機械生物學機制。」若要研究黏菌執行複雜任務的能力,將需檢查「分子訊號、材料特性以及調節其行為的細胞液流動模式。」


未參與該研究的美國紐澤西理工學院生物學家加尼爾(Simon Garnier)評論,這項研究以先前針對黏菌如何記錄過去經驗的研究為基礎,「以機械原理說明黏菌何以展現這種能力。」加尼爾補充,這有助發展更好的網路最佳化方案和路由演算法,如同過去從螞蟻群落行為得到啟發。(林慧珍 譯)



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