Память о прошлых событиях позволяет нам принимать более разумные решения о будущем. Исследователи из Института динамики и самоорганизации Макса Планка (MPIDS) и Технического университета Мюнхена (TUM) определили основу для формирования воспоминаний у слизистой плесени Physarum polycephalum, несмотря на отсутствие у нее нервной системы.

Способность хранить и восстанавливать информацию дает организму явное преимущество при поиске пищи или избегании вредных условий окружающей среды и традиционно связана с организмами, имеющими нервную систему. Новое исследование ставит под сомнение эту точку зрения, открывая удивительные способности высокодинамичного одноклеточного организма хранить и извлекать информацию об окружающей среде.

Слизистая плесень Physarum polycephalum уже много десятилетий вызывает недоумение исследователей. Этот уникальный организм, существующий на перекрестке между царствами животных, растений и грибов, дает представление о ранней эволюционной истории эукариот. Его тело представляет собой гигантскую одиночную клетку, состоящую из соединенных между собой трубок, которые образуют сложные сети. Эта единственная амебоподобная клетка может растягиваться на несколько сантиметров или даже метров и является самой большой клеткой на Земле в Книге рекордов Гиннеса.

Поразительные способности слизистой плесени решать сложные задачи, такие как поиск кратчайшего пути через лабиринт, принесли ей звание умного одноклеточного. И этим же заинтриговала исследовательское сообщество и вызвала вопросы о принятии решений на самых основных уровнях жизни. Способность Physarum принимать решения особенно впечатляет, учитывая, что ее трубчатая сеть постоянно претерпевает быструю реорганизацию, разрастаясь и разрушаясь, при полном отсутствии центра организации решений — нервной системы. Исследователи обнаружили, что организм вплетает воспоминания о встречах с едой непосредственно в архитектуру сетевого тела и использует сохраненную информацию при принятии будущих решений.

«Очень интересно, когда проект развивается на основе простого экспериментального наблюдения. Мы наблюдали за процессом миграции и питания организма и нашли отчетливый отпечаток источника пищи на структуре более толстых и тонких трубок сети спустя долгое время после кормления. Учитывая высокодинамичную реорганизацию сети P. polycephalum, стойкость этого отпечатка породила идею о том, что сама сетевая архитектура может служить память о прошлом. Однако сначала нам нужно было объяснить механизм формирования отпечатка в памяти» , – Карен Алим, руководитель группы биологической физики и морфогенеза в MPIDS и профессор теории биологических сетей TUM.

Чтобы выяснить, что происходит, исследователи скомбинировали микроскопические наблюдения за адаптацией трубчатой сети с теоретическим моделированием. Встреча с пищей вызывает высвобождение химического вещества, которое перемещается из места, где пища была обнаружена по всему организму, и размягчает трубки в сети организма, заставляя весь организм переориентировать свою миграцию в сторону пищи.

В итоге, прошлые события кормления встроены в иерархию диаметров трубок, в частности, в расположении толстых и тонких трубок в сети. Для смягчающего химического вещества, которое сейчас транспортируется, толстые трубки в сети действуют как магистрали в транспортных сетях, что позволяет быстро транспорт через весь организм. Предыдущие встречи, запечатленные в сетевой архитектуре, влияют на решение о будущем направлении миграции.

Авторы подчеркивают, что способность Physarum формировать воспоминания интригует, учитывая простоту этой живой сети. Примечательно, что организм полагается на такой простой механизм и, тем не менее, управляет им таким отлаженным образом. Эти результаты представляют собой важную часть головоломки в понимании поведения этого древнего организма и в то же время указывают на универсальные принципы, лежащие в основе поведения.

Такое открытие может дать толчок в применении результатов в разработке интеллектуальных материалов и создании мягких роботов, которые перемещаются в сложных средах.