كيف يتخذ العفن الغروي ذو الخلية الواحدة قرارات ذكية بدون جهاز عصبي مركزي؟

حدد الباحثون في معهد ماكس بلانك للديناميكيات والتنظيم الذاتي (MPI-DS) والجامعة التقنية في ميونيخ (TUM) الآن كيف يحفظ العفن الغروي Physarum polycephalum فيزاروم بوليسيفالوم الذكريات - على الرغم من عدم وجود نظام عصبي.

تمنح القدرة على تخزين المعلومات واستعادتها الكائن الحي ميزة واضحة عند البحث عن الطعام أو تجنب البيئات الضارة. تقليديا كان يُنسب إلى الكائنات الحية التي لديها جهاز عصبي.

تتحدى دراسة جديدة من تأليف( Mirna Kramar( MPI-DS والبروفيسور Karen Alim (TUM و MPI-DS) هذا الرأي من خلال الكشف عن القدرات المدهشة لكائن حي ووحيد الخلية عالي الديناميكية لتخزين واسترداد المعلومات حول بيئته.

اكتشاف مصنع بيرة عملاق عمره 5000 عام

الفوائد الذهبية للصيام المتقطع

نصائح للحفاظ على شعر صحي

نافذة على الماضي

لقد كان Physarum polycephalum محيرًا للباحثين لعقود عديدة. بوجوده على مفترق طرق بين ممالك الحيوانات والنباتات والفطريات ، يوفر هذا الكائن الفريد نظرة ثاقبة للتاريخ التطوري المبكر لحقيقيات النوى -مجموعة من الكائنات الحية ذات بنية خلوية معقدة، تتميز بأن المادة الجينية ‏ فيها تكون محصورة ضمن النواة المغلفة بغشاء. و تكون عصيانها محاطة بأغشية. تضم حقيقيات النوى: النباتات والحيوانات والفطريات - التي ينتمي إليها البشر أيضًا.

جسمها عبارة عن خلية مفردة عملاقة مكونة من أنابيب مترابطة تشكل شبكات معقدة. قد تمتد هذه الخلية الفردية الشبيهة بالأميبا عدة سنتيمترات أو حتى أمتار ، وتتميز بأنها أكبر خلية على وجه الأرض في موسوعة جينيس للأرقام القياسية.

اتخاذ القرار بشأن أبسط مستويات الحياة

إن القدرات المذهلة لقالب الوحل في حل المشكلات المعقدة ، مثل العثور على أقصر طريق عبر متاهة ، أكسبته مهارة "ذكي". لقد أثارت اهتمام مجتمع البحث وأثارت أسئلة حول اتخاذ القرار على مستويات الحياة الأساسية.

تعد قدرة Physarum على اتخاذ القرار رائعة بشكل خاص نظرًا لأن شبكتها الأنبوبية تخضع باستمرار لإعادة تنظيم سريعة - تنمو وتتفكك أنابيبها - بينما تفتقر تمامًا إلى مركز التنظيم.

اكتشف الباحثون أن الكائن الحي ينسج ذاكرة لقاءات الطعام مباشرة في بنية الجسم الشبيه بالشبكة ويستخدم المعلومات المخزنة عند اتخاذ القرارات المستقبلية.

بنية الشبكة كذاكرة من الماضي

تقول Karen Alim ، رئيسة مجموعة الفيزياء البيولوجية والتكوين في MPI-DS وأستاذة نظرية الشبكات البيولوجية في جامعة ميونيخ التقنية: "إنه أمر مثير للغاية عندما يتطور المشروع من ملاحظة تجريبية بسيطة".

عندما تابع الباحثون عملية الهجرة والتغذية للكائن الحي ولاحظوا بصمة مميزة لمصدر غذائي على نمط الأنابيب السميكة والرقيقة للشبكة بعد فترة طويلة من التغذية.

تقول Karen Alim: "نظرًا لإعادة تنظيم الشبكة الديناميكية في P. polycephalum ، فإن استمرار هذه البصمة أثار فكرة أن بنية الشبكة نفسها يمكن أن تكون بمثابة ذاكرة للماضي". ومع ذلك ، فقد احتاجوا أولاً إلى شرح الآلية الكامنة وراء تكوين البصمة.

القرارات تسترشد بالذاكرة

لهذا الغرض ، جمع الباحثون الملاحظات المجهرية لتكييف الشبكة الأنبوبية مع النمذجة النظرية. يؤدي تناول الطعام إلى إطلاق مادة كيميائية تنتقل من الموقع الذي تم العثور فيه على الطعام في جميع أنحاء الكائن الحي والأنابيب في الشبكة ، مما يجعل الكائن الحي بأكمله يعيد توجيه هجرته نحو الطعام.

تقول Mirna Kramar: "التليين التدريجي هو المكان الذي تلعب فيه البصمات الحالية لمصادر الطعام السابقة ، وحيث يتم تخزين المعلومات واسترجاعها". "تم تضمين أحداث التغذية السابقة في التسلسل الهرمي لأقطار الأنبوب ، وتحديداً في ترتيب الأنابيب السميكة والرقيقة في الشبكة."

تضيف Mirna Kramar: "بالنسبة إلى مادة التليين الكيميائية التي يتم نقلها الآن ، تعمل الأنابيب السميكة في الشبكة كطرق سريعة في شبكات المرور ، مما يتيح النقل السريع عبر الكائن الحي بأكمله". "وبالتالي ، فإن المواجهات السابقة التي طبعت في بنية الشبكة تؤثر على القرار بشأن الاتجاه المستقبلي للهجرة."

تصميم قائم على مبادئ عالمية

تقول Karen Alim"بالنظر إلى بساطة هذه الشبكة الحية ، فإن قدرة Physarum على تكوين الذكريات أمر مثير للاهتمام. ومن اللافت للنظر أن الكائن الحي يعتمد على مثل هذه الآلية البسيطة ولكنه يتحكم فيها بهذه الطريقة الدقيقة"

تختتم Karen Alim "تقدم هذه النتائج جزءًا مهمًا من اللغز في فهم سلوك هذا الكائن القديم وفي نفس الوقت تشير إلى المبادئ العالمية الكامنة وراء السلوك. نتصور التطبيقات المحتملة لنتائجنا في تصميم المواد الذكية وبناء الروبوتات اللينة التي تتنقل عبر البيئات المعقدة ".

المصادر

Technical University of Munich (TUM).

اقرأ

أقدم روشتة فى التاريخ

تأثير الكافيين على الجنين فى الرحم

أشياء مزعجة يمكن أن تجدها على جسمك

قوة الشفاء في القرآن بين العلم و الإيمان