Рубрика: Узор, ритм и сложность
Представьте, что в незнакомом здании вы отмечаете мелом уже проверенные коридоры. Чтобы не обойти их заново, достаточно посмотреть на пол. Где в таком случае хранится пройденный маршрут?
Слизевик Physarum polycephalum оставляет на поверхности слизь. Его плазмодий представляет собой одну многоядерную клетку без нервной системы; это протист, а не гриб. В исследовании 2012 года слизистый след связали с пространственной памятью.
Ловушка, в которой еда указывает неверный путь
Сначала исследователи предложили развилку: оба рукава вели к одинаковой пище, но один был покрыт слизью. Чистый путь выбрали 39 из 40 плазмодиев.
Затем между организмом и раствором глюкозы поставили U-образную преграду. Глюкоза распространялась через агар и заманивала слизевик в тупик. Для обхода требовалось уйти от прямого направления к пище.
За 120 часов цели достигли 23 из 24 плазмодиев на чистом агаре и 8 из 24 на покрытом слизью, маскировавшей новый след. Скорость существенно не различалась; без преграды ухудшения навигации не выявили. Подробности в полном тексте исследования.
Живая сеть, по которой течёт информация
Жёлтое кружево слизевика легко принять за набор отдельных веточек. Однако трубочки составляют транспортную сеть: внутри движется цитоплазма, а их стенки ритмично сокращаются. В работе 2013 года Карен Алим и её коллеги показали, что такие сокращения организуют перистальтические потоки по всему организму. Перистальтика знакома нам по движению содержимого кишечника; здесь тот же физический принцип работает в разветвлённой сети.
Исследователи сравнили наблюдаемые сокращения с моделью. Волна, длина которой соизмерима с размером сети, особенно эффективно перемещает содержимое. Слизевик подстраивал рисунок сокращений под собственный размер. Поэтому за неторопливым перемещением края скрывается согласованная внутренняя работа. Это один из физических механизмов, помогающих огромной клетке действовать как целое. Исследование перистальтики, PNAS, 2013.
Прошлое можно записать и в толщине трубочек
Наружный след особенно нагляден, но устройство самого тела тоже может сохранять информацию. В 2021 году Мирна Крамар и Карен Алим исследовали реакцию Physarum на источник питательных веществ. Вблизи него одни трубочки утолщались, другие сужались. Новый рисунок диаметров возникал примерно за 15 минут и сохранялся до конца 45-минутного окна наблюдений.
Авторы предложили механизм, согласующийся с экспериментами: поток переносит вещество, размягчающее стенки трубочек. Получающие больше такого вещества участки расширяются. Возникшее распределение толщин затем влияет на транспорт и последующее движение. Информация о месте пищи оказывается вписана в архитектуру сети. При этом химическая природа предполагаемого размягчающего агента в работе не установлена. Исследование памяти в структуре сети, PNAS, 2021.
Вопрос к памяти: где искать запись?
Эти опыты предлагают полезный способ смотреть на живые узоры: спрашивать, какую работу выполняет их форма. Трубочка может быть одновременно дорогой для потока и следом прежнего контакта с пищей. На следующем шаге эта сохранённая разница уже меняет доступные пути.
В аналогии с коридорами мел можно заменить самим зданием: после удачного прохода нужный коридор становится шире. Это два разных способа облегчить следующий выбор. В первом случае остаётся отметка на поверхности, во втором меняются свойства маршрута. Такое сравнение помогает понять устройство системы, не приписывая ей человеческих воспоминаний или намерений.
Тему материальной записи продолжает история кипу, где сведения организованы узлами и положением шнуров. А разбор формы романеско показывает другой вопрос к узору: какой повторяющийся процесс способен его построить?
Основной источник: Reid C. R., Latty T., Dussutour A., Beekman M. PNAS, 2012, 109(43), 17490–17494. DOI: 10.1073/pnas.1215037109; библиографическая запись PubMed. Дополнительные исследования: DOI 10.1073/pnas.1305049110 и 10.1073/pnas.2007815118. Материал подготовлен по первичным научным публикациям; обложка является сгенерированной иллюстрацией, а не фотографией эксперимента.