Si no tuvieras cerebro, ¿podrías descubrir dónde estás y navegar por tu entorno? Gracias a una nueva investigación sobre los mohos de limo, la respuesta puede ser "sí". Científicos del Instituto Wyss de la Universidad de Harvard y elAllen Discovery Center de la Universidad de Tufts ha descubierto que un moho de limo sin cerebro llamado Physarum polycephalum usa su cuerpo para detectar señales mecánicas en el entorno que lo rodea y realiza cálculos similares a lo que llamamos "pensamiento" para decidir en qué dirección crecer en función de esa información.. A diferencia de estudios previos con Physarum, estos resultados se obtuvieron sin dar al organismo ninguna señal alimentaria o química que influyera en su comportamiento. El estudio está publicado en Materiales avanzados .
"La gente se está interesando más en Physarum porque no tiene cerebro, pero aún puede realizar muchos de los comportamientos que asociamos con el pensamiento, como resolver laberintos, aprender cosas nuevas y predecir eventos", dijo el primer autorNirosha Murugan, ex miembro del Allen Discovery Center y ahora profesora asistente en la Universidad de Algoma en Ontario, Canadá. "Averiguar cómo la vida protointeligente se las arregla para hacer este tipo de cálculo nos da más información sobre los fundamentos de la cognición animal.y comportamiento, incluido el nuestro ".
Acción viscosa a distancia
Los mohos de limo son organismos parecidos a amebas que pueden crecer hasta varios pies de largo y ayudan a descomponer la materia en descomposición en el medio ambiente, como troncos podridos, mantillo y hojas muertas. Una sola criatura Physarum consiste en una membrana que contiene muchosnúcleos que flotan dentro de un citoplasma compartido, creando una estructura llamada sincitio. Physarum se mueve moviendo su citoplasma acuoso hacia adelante y hacia atrás a lo largo de todo su cuerpo en ondas regulares, un proceso único conocido como flujo de lanzadera.
"Con la mayoría de los animales, no podemos ver qué está cambiando dentro del cerebro cuando el animal toma decisiones. Physarum ofrece una oportunidad científica realmente emocionante porque podemos observar sus decisiones sobre dónde moverse en tiempo real al observar cómo se transmite el transbordadorcambios de comportamiento ", dijo Murugan. Si bien estudios anteriores han demostrado que Physarum se mueve en respuesta a los productos químicos y la luz, Murugan y su equipo querían saber si podía tomar decisiones sobre dónde moverse basándose únicamente en señales físicas en su entorno.
Los investigadores colocaron muestras de Physarum en el centro de placas de Petri recubiertas con un gel de agar semiflexible y colocaron uno o tres pequeños discos de vidrio uno al lado del otro sobre el gel en lados opuestos de cada placa. Luego dejaron que los organismoscrecieron libremente en la oscuridad en el transcurso de 24 horas y siguieron sus patrones de crecimiento. Durante las primeras 12 a 14 horas, el Physarum creció hacia afuera de manera uniforme en todas las direcciones; después de eso, sin embargo, los especímenes extendieron una rama larga que creció directamente sobrela superficie del gel hacia la región de los tres discos el 70% del tiempo. Sorprendentemente, el Physarum eligió crecer hacia la masa mayor sin primero explorar físicamente el área para confirmar que efectivamente contenía el objeto más grande.
¿Cómo logró esta exploración de sus alrededores antes de ir físicamente allí? Los científicos estaban decididos a averiguarlo.
todo es relativo
Los investigadores experimentaron con varias variables para ver cómo afectaban las decisiones de crecimiento de Physarum y notaron algo inusual: cuando apilaron los mismos tres discos uno encima del otro, el organismo pareció perder su capacidad para distinguir entre los tres discos y eldisco único. Creció hacia ambos lados del plato a velocidades aproximadamente iguales, a pesar de que los tres discos apilados todavía tenían una masa mayor. Claramente, Physarum estaba usando otro factor más allá de la masa para decidir dónde crecer.
Para descubrir la pieza faltante del rompecabezas, los científicos utilizaron modelos informáticos para crear una simulación de su experimento y explorar cómo el cambio de masa de los discos afectaría la cantidad de tensión fuerza y tensión deformación aplicada a lagel semiflexible y el Physarum en crecimiento adjunto. Como esperaban, las masas más grandes aumentaron la cantidad de tensión, pero la simulación reveló que los patrones de tensión que producían las masas cambiaban, según la disposición de los discos.
"Imagina que estás conduciendo por la autopista de noche y buscas una ciudad en la que detenerte. Ves dos arreglos diferentes de luz en el horizonte: un solo punto brillante y un grupo de puntos menos brillantes.el punto es más brillante, el grupo de puntos ilumina un área más amplia que es más probable que indique una ciudad, por lo que se dirige hacia allí ", dijo el coautor Richard Novak, Ph.D., ingeniero principal del personal del Instituto Wyss."Los patrones de luz en este ejemplo son análogos a los patrones de tensión mecánica producidos por diferentes disposiciones de masa en nuestro modelo. Nuestros experimentos confirmaron que Physarum puede sentirlos físicamente y tomar decisiones basadas en patrones en lugar de simplemente en la intensidad de la señal".
La investigación del equipo demostró que esta criatura sin cerebro no estaba simplemente creciendo hacia lo más pesado que podía sentir, sino que estaba tomando una decisión calculada sobre dónde crecer en función de los patrones relativos de tensión que detectó en su entorno.
¿Pero cómo estaba detectando estos patrones de tensión? Los científicos sospecharon que tenía que ver con la capacidad de Physarum para contraer y tirar rítmicamente de su sustrato, porque la pulsación y la detección de los cambios resultantes en la deformación del sustrato permiten al organismo obtener información sobre suOtros animales tienen proteínas de canal especiales en sus membranas celulares llamadas proteínas similares a TRP que detectan el estiramiento, y el coautor y director fundador del Instituto Wyss, Donald Ingber, MD, Ph.D había demostrado previamente que una de estas proteínas TRP media la mecanosensibilidad encélulas humanas. Cuando el equipo creó un potente fármaco bloqueador de canales de TRP y lo aplicó a Physarum, el organismo perdió su capacidad para distinguir entre masas altas y bajas, solo seleccionando la región de alta masa en el 11% de los ensayos y seleccionando ambas- y regiones de masa baja en el 71% de los ensayos.
"Nuestro descubrimiento del uso de la biomecánica de este moho de lodo para sondear y reaccionar a su entorno circundante subraya cuán temprano esta capacidad evolucionó en los organismos vivos y cuán estrechamente relacionados están la inteligencia, el comportamiento y la morfogénesis. En este organismo, que crece hastainteractuar con el mundo, su cambio de forma es su comportamiento. Otras investigaciones han demostrado que las células utilizan estrategias similares en animales más complejos, incluidas las neuronas, las células madre y las células cancerosas. Este trabajo en Physarum ofrece un nuevo modelo en el que explorarlas formas en que la evolución utiliza la física para implementar la cognición primitiva que impulsa la forma y la función ", dijo el autor correspondiente Mike Levin, Ph.D., miembro de la facultad asociada de Wyss que también es presidente de Vannevar Bush y es director del Allen Discovery Center.en la Universidad de Tufts.
El equipo de investigación continúa su trabajo en Physarum, incluida la investigación en qué momento toma la decisión de cambiar su patrón de crecimiento de un muestreo generalizado de su entorno a un crecimiento dirigido hacia un objetivo. También están explorando cómo otros factores físicos comoLa aceleración y el transporte de nutrientes podrían afectar el crecimiento y el comportamiento de Physarum.
"Este estudio confirma una vez más que las fuerzas mecánicas juegan un papel tan importante en el control del comportamiento y el desarrollo celular como las sustancias químicas y los genes, y el proceso de mecanosensación descubierto en este simple organismo sin cerebro es sorprendentemente similar al que se observa en todas las especies, incluidos los humanos ", dijo Ingber." Por lo tanto, una comprensión más profunda de cómo los organismos utilizan la información biomecánica para tomar decisiones nos ayudará a comprender mejor nuestros propios cuerpos y cerebros, y tal vez incluso proporcionar información sobre nuevas formas de computación bioinspiradas ".también el profesor Judah Folkman de Biología Vascular en la Escuela de Medicina de Harvard y el Hospital de Niños de Boston, y profesor de Bioingeniería en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Instituto Wyss de Ingeniería de Inspiración Biológica en Harvard . Original escrito por Lindsay Brownell. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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