(Carolina Biological Supply Company/Flickr/CC BY-NC-ND 2.0) Es mag ein einzelliger Organismus sein, aber der Schleimpilz Physarum polycephalum hat einige ziemlich faszinierende Tricks in seinen hübschen gelben Ärmeln. Neue Forschungen haben nun ergeben, dass es sich offenbar „erinnert“, wo es zuvor Nahrungsquellen gefunden hat – auch ohne Gehirn oder Nervensystem.
Dies könnte helfen zu erklären, wie Netzwerkorganismen in komplexen Umgebungen nicht nur leben, sondern auch gedeihen können, sagten die Forscher – und könnte auch ein Schlüssel zum Verständnis der Mechanismen der Gedächtnisbildung bei solchen Arten sein.
P. polycephalum ist eine der eigenartigsten Lebensformen auf der Erde. Es handelt sich weder um eine Pflanze noch um ein Tier oder um einen Pilz, sondern um eine komplexe, einzellige Amöbenart protistisches Königreich (Eine Art Sammelgruppe für alles, was sich nicht eindeutig in die anderen drei Königreiche einordnen lässt).
Zu Beginn seines Lebenszyklus P. polycephalum existiert als einzelne Zelle mit einem einzigen Kern, verschmilzt aber später mit anderen Zellen und bildet eine riesige Einzelzelle mit Millionen von Kernen im Inneren.
Dies ist das Plasmodium-Stadium, und der Organismus kann eine Fläche von bis zu mehreren Quadratmetern einnehmen. Sein Körper besteht aus einem komplexen Netzwerk miteinander verbundener Röhren, deren Zusammendrücken eine Strömung zwischen verschiedenen Regionen erzeugt. Dieses Netzwerk kann schnell wachsen und sich neu organisieren, um die Nutzung seiner Umgebung zu maximieren.
Ein Physarum-Plasmodium. (Carolina Biological Supply Company/Flickr/CC BY-NC-ND 2.0)
Im Jahr 2000 entdeckte der japanische Forscher Toshiyuki Nakagaki von RIKEN das P. polycephalum dazu in der Lage war ein einfaches Labyrinth lösen eine Nahrungsquelle erreichen. Seitdem haben Wissenschaftler mehrere intelligente Verhaltensweisen entdeckt, beispielsweise die Fähigkeit, effizient zu sein Lösen Sie das Problem des Handlungsreisenden , Und Substanzen „erinnern“. .
In ihrem neuesten Trick haben die Biophysikerinnen Mirna Kramar und Karen Alim vom Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation in Deutschland herausgefunden: P. polycephalum nutzt die Architektur seines Körpers, um Erinnerungen darüber zu speichern, wo es zuvor Nahrung gefunden hat.
„Wir verfolgten den Migrations- und Nahrungsprozess des Organismus und beobachteten lange nach der Nahrungsaufnahme einen deutlichen Abdruck einer Nahrungsquelle auf dem Muster aus dickeren und dünneren Röhren des Netzwerks.“ Alim erklärte .
'Gegeben P. polycephalum Im Zuge der äußerst dynamischen Netzwerkreorganisation der letzten Jahre löste das Fortbestehen dieser Prägung die Idee aus, dass die Netzwerkarchitektur selbst als Erinnerung an die Vergangenheit dienen könnte. Allerdings mussten wir zunächst den Mechanismus hinter der Prägungsbildung erklären.“
Mithilfe mikroskopischer Beobachtungen untersuchten sie sorgfältig, wie sich der Organismus um eine Nahrungsquelle herum anordnete. Anschließend verwendeten sie theoretische Modelle, um zu verstehen, was während dieses Prozesses im Schleimpilz vor sich ging.
Sie kamen zu dem Schluss, dass die Entdeckung einer Nahrungsquelle die Freisetzung einer Chemikalie auslöst, die die Röhrenwand an der Nahrungsstelle lokal aufweicht. Dies führt dann dazu, dass sich die Röhren ausdehnen und breiter werden, um den Fluss innerhalb des Schleimpilzes zur Stelle zu beschleunigen.
Außerdem signalisiert die Chemikalie dem gesamten Organismus, wo die Nahrung zu finden ist, sodass dieser sich dorthin bewegen und sich auf die Nahrungsaufnahme konzentrieren kann.
P. polycephalum kann Teile seines Körpers resorbieren, wenn es Forschungsröhren in eine unwirtliche Region ausstreckt oder die nichts Interessantes enthält. Aber wenn es eine nahrhafte Mahlzeit gefunden und gegessen hat, bleiben diese dicken Röhren an Ort und Stelle, so dass es schnell an die Stelle zurückkehren kann, falls wieder Nahrung auftauchen sollte, stellten die Forscher fest.
„Bei der allmählichen Aufweichung kommen die vorhandenen Abdrücke früherer Nahrungsquellen ins Spiel und Informationen werden gespeichert und abgerufen.“ sagte Kramer .
„Vergangene Fütterungsereignisse sind in die Hierarchie der Rohrdurchmesser eingebettet, insbesondere in die Anordnung dicker und dünner Rohre im Netzwerk.“ Für die weichmachende Chemikalie, die nun transportiert wird, fungieren die dicken Röhren im Netzwerk als Autobahnen in Verkehrsnetzen und ermöglichen so einen schnellen Transport durch den gesamten Organismus. Frühere Begegnungen, die sich in der Netzwerkarchitektur eingeprägt haben, fließen in die Entscheidung über die zukünftige Richtung der Migration ein.“
Dies ist der Funktionsweise des menschlichen Gehirns nicht völlig unähnlich. Man muss vorsichtig sein, wenn man Parallelen zwischen Schleimpilzen und dem menschlichen Gehirn zieht, aber es gibt einige interessante Ähnlichkeiten, die uns helfen könnten zu verstehen, wie die Informationskodierung in verschiedenen Arten von Organismen funktioniert.
In diesem Fall handelt es sich um Synapsen, die Informationen zwischen Neuronen übertragen. stärken, wenn wir lernen Sie werden stärker, je mehr wir sie nutzen, können aber schwächer werden, wenn wir sie nicht nutzen – eine gewisse Ähnlichkeit mit den Röhren des Schleimpilzes, die an interessanten Stellen dicker werden, aber absterben oder resorbiert werden, wenn ihre Anwesenheit nicht mehr nützlich ist zum Organismus.
„Es ist bemerkenswert, dass der Organismus auf einen so einfachen Mechanismus angewiesen ist und ihn dennoch auf so fein abgestimmte Weise steuert.“ sagte Alim .
„Diese Ergebnisse stellen einen wichtigen Teil des Puzzles zum Verständnis des Verhaltens dieses alten Organismus dar und weisen gleichzeitig auf universelle Prinzipien hin, die dem Verhalten zugrunde liegen.“ „Wir stellen uns mögliche Anwendungen unserer Erkenntnisse bei der Entwicklung intelligenter Materialien und dem Bau weicher Roboter vor, die durch komplexe Umgebungen navigieren.“
Die Forschung wurde veröffentlicht in PNAS .