● news.bsdnet.hu

Agy és idegsejtek híján is képesek racionális és hatékony döntéseket hozni az egyetlen óriássejtből álló nyálkagombák. Német és amerikai kutatók legújabb kísérletei feltárták, hogy a folyamat hátterében nem biológiai tudat, hanem tiszta hidrodinamikai és mechanikai elvek állnak. A felfedezés alapjaiban formálhatja át a jövő decentralizált számítástechnikáját és az autonóm mikrorobotok tervezését. Meixner Zoltán Rovatvezető (Tech) Ezeket látta már? Hogyan képes egyetlen sejtmagokból és sejtplazmából álló sárga élőlény labirintusokat feltörni, bonyolult logisztikai hálózatokat modellezni és optimális döntéseket hozni központi vezérlés nélkül? Ez a rejtély évtizedek óta foglalkoztatja a kutatókat. Most megvan a megfejtés, aminek messzemenő következményei lehetnek. A Physarum polycephalum , vagyis a köznyelvben csak sárga nyálkagombaként emlegetett organizmus rendszertanilag se nem gomba, se nem növény vagy állat: egy amőbaszerű élőlény, amely plazmódium fázisában egyetlen óriási, több sejtmagot tartalmazó kocsonyás masszaként létezik . Bár nincsenek érzékszervei, korábbi kísérletekben már bebizonyította rendkívüli képességeit. Képes megtalálni a legrövidebb utat egy útvesztőben a táplálékhoz, sőt, tökéletesen leképezte Tokió vasúthálózatát is , amikor a főbb csomópontokhoz táplálékot (zabpelyhet) helyeztek el. A Müncheni Műszaki Egyetem (TUM) és amerikai intézetek fizikusai Lisa Schick biofizikus vezetésével most arra voltak kíváncsiak, pontosan milyen fizikai folyamatok zajlanak le a szervezetben a „döntés” pillanatában . Ehhez egy zseniális kísérleti elrendezést hoztak létre: kék fényből építettek láthatatlan akadályokat az élőlény köré. A nyálkagomba kifejezetten gyűlöli a kék fényt (a 470 nanométeres hullámhoszt), így az agar-agar zselén kialakított, kék fénnyel határolt különböző geometriai alakzatok – háromszögek, négyzetek és hatszögek – sötét belsejében maradt – számolt be a SienceAlert . Hogyan jöttek létre a többsejtű élőlények az egysejtű világából? Egy friss kutatás szerint a választ talán nemcsak a biokémiában, hanem a fizikai erőkben is keresni kell. A sajátos alakú Stentor coeruleus (kék kürtállatka) viselkedését vizsgálva a tudósok arra jutottak: az együttműködő táplálkozás olyan előnyöket adhatott az egysejtűeknek, amelyek elindíthatták a többsejtű élet evolúcióját. Ráadásul ezekről a lényekről az is kiderült, hogy képesek tanulni. Amikor a gomba éhezni kezdett, a túlélési ösztön cselekvésre kényszerítette. A kutatók kamerák segítségével figyelték meg, amint a bezárt organizmus valósággal lüktetni és bugyborékolni kezdett. Kis nyúlványokat (úgynevezett feltáró protruziókat) küldött ki minden irányba a kék fénnyel megvilágított zónákba. Bár a legtöbb ilyen tapogatózót gyorsan visszahúzta, végül mindig sikerült kitörnie a csapdából. A fizikusok számára a legmeglepőbb momentum az volt, hogy a nyálkagomba a kitöréshez szinte kivétel nélkül a geometriai alakzat leghosszabb belső tengelyét választotta. Elsőre ez logikátlannak tűnik: miért a leghosszabb úton próbál menekülni a legrövidebb helyett? A részletes eredményeket a PRX Life szakfolyóirat közölte. A rejtély kulcsa a hidrodinamikában és az élőlény sajátos mechanikai felépítésében rejlik. Mivel a Physarum polycephalumnak nincs idegrendszere, az információáramlást koordinált folyadékáramlással oldja meg. A bensejében ritmikus, perisztaltikus (hullámszerű) összehúzódások zajlanak, amelyek a sejtplazmát ide-oda pumpálják a csatornák hálózatában. Amikor a nyálkagomba a kék fény határán minden irányban kísérletezni kezdett, a plazma áramlási iránya és a lüktetés frekvenciája folyamatosan átrendeződött. A fizikai modellek kimutatták, hogy minél hosszabb egy adott csatorna vagy belső tengely, a perisztaltikus hullámok annál nagyobb hidrodinamikai nyomást képesek felépíteni benne . Végül ez a felgyülemlett nyomás az alakzat leghosszabb tengelye mentén válik olyan intenzívvé, hogy képes a gomba kocsonyás tömegének jelentős részét egyetlen erőteljes lökéssel átpréselni a kék fényből álló gáton. Ez azt jelenti, hogy ami intelligens, megfontolt döntésnek tűnik, az valójában egy tisztán mechanikai és hidrodinamikai önoptimalizációs folyamat eredménye. Az élőlény teste magát a fizikai környezetet használja fel számítási eszközként (ezt a tudomány „embodied cognition”-nek, azaz megtestesült kogníciónak nevezi). A sárga nyálkagomba olyan módon old meg feladatokat, amire eddig nem is gondoltunk, de nagy hasznunkra lehet / Illusztráció: Getty Images A felfedezés komoly hullámokat verhet a technológiai szektorban. A modern informatika és robotika jelenleg óriási kihívásokkal küzd a központosított rendszerek (például a processzorok) energiaéhsége és sérülékenysége miatt. Ha egy központi egység meghibásodik, az egész rendszer összeomlik. A nyálkagomba mechanizmusa viszont egy olyan decentralizált alternatívát mutat be, ahol nincs szükség központi irányításra: a hardver és a szoftver egy és ugyanaz. A technológiai szektor kutatói már most olyan bioszámítógépes chipek fejlesztésén dolgoznak, ahol élő vagy mesterségesen modellezett nyálkagomba-hálózatokat használnak fel komplex optimalizációs problémák megoldására. Az ilyen típusú, „folyadékalapú számítástechnika” rendkívül hatékony lehet a logisztikában, a hálózati útvonaltervezésben, valamint olyan autonóm mikrorobotok tervezésében, amelyeknek bonyolult, kiszámíthatatlan környezetben (például az emberi érrendszerben vagy katasztrófa sújtotta övezetekben) kell boldogulniuk anélkül, hogy nehéz processzorokat hordanának magukkal. A természet ismét bebizonyította, hogy évmilliárdos előnyével olyan elegáns mérnöki megoldásokat képes produkálni, amelyekről a legfejlettebb szuperszámítógépeink is csak álmodhatnak. biológia