单细胞粘液霉菌无需中枢神经系统即可做出决定

当寻找食物或避免有害环境时，存储和恢复信息的能力为有机体带来了明显的优势。传统上，它被归因于具有神经系统的生物。

由Mirna Kramar（MPI-DS）和Karen Alim教授（TUM和MPI-DS）撰写的一项新研究通过揭示高度动态的单细胞生物存储和检索有关其环境的信息的惊人能力，对这一观点提出了挑战。

数十年来，粘液霉菌Physarum polycephalum一直困扰着研究人员。这种独特的生物体存在于动植物王国和真菌王国之间的十字路口，可洞悉真核生物的早期进化历史，人类也属于真核生物。

它的身体是一个巨大的单细胞，由相互连接的管组成，形成复杂的网络。这种单个变形虫细胞可能会延伸几厘米甚至几米，是吉尼斯世界纪录中地球上最大的细胞。

“从简单的实验观察中开发出一个项目，这将非常令人兴奋”，哥廷根MPI-DS生物物理与形态发生小组负责人兼慕尼黑工业大学生物网络理论教授卡伦·阿林（Karen Alim）说。

当研究人员追踪生物体的迁移和进食过程，并观察到进食后很长一段时间，食物来源在网络的较粗和较细的管的图案上有独特的印记。

卡伦·阿林（Karen Alim）说：“鉴于体育多头颅高度动态的网络重组，这种烙印的持久性激发了这样的想法，即网络架构本身可以充当过去的记忆。”但是，他们首先需要解释烙印形成的机制。

为此，研究人员将对管状网络适应性的微观观察与理论模型相结合。与食物的接触会触发一种化学物质的释放，这种化学物质会从在整个生物体内发现食物的位置传播出去，并使网络中的管道变软，从而使整个生物体重新定向向食物的迁移。

第一作者米尔纳·克拉玛（Mirna Kramar）说：“逐渐变软的地方是先前食物来源的现有烙印开始发挥作用，信息被存储和检索”。 “过去的喂食事件被嵌入到管径的层次结构中，特别是在网络中粗细管的布置中。”

Mirna Kramar补充说：“对于现在正在运输的软化化学品，网络中的粗管就像交通网络中的高速公路一样，可以在整个生物体中快速运输。” “网络架构中印记的先前遭遇因此成为决定迁移未来方向的决定。”

„鉴于此活动网络的简单性，Physarum形成记忆的能力令人着迷。值得注意的是，生物体依赖于这样一种简单的机制，却以如此精细的方式对其进行控制。” Karen Alim说。

“这些结果为理解这种古老生物的行为提供了一个重要的谜题，同时也指出了行为的普遍原则。我们预计研究结果在设计智能材料和构建可在复杂环境中导航的软机器人中的潜在应用。” Karen Alim总结道。

生活流动网络的管径等级中的编码存储器Mirna Kramar和Karen Alim PNAS，22.02.2021 – DOI：10.1073 / pnas.2007815118

Karen Alim教授生物网络理论教授慕尼黑物理技术大学物理系James-Franck-Str。 1，85748 Garching，Germany电话：+49 89 289-12192 –电子邮件：k.alim（at）tum.de