17.03.2012

Ученые обнаружили на Земле коллективный разум

Несколько дней назад новостные издания сообщили, что японцы создали робота, который двигается точь-в-точь как слизевик. Многие кликали на странное сообщение хотя бы для того, чтобы узнать, что же это за зверь такой - слизевик. Ученых эти непонятные существа - не то грибы, не то амебы, у которых нет мозга и органов чувств - интересуют по многим причинам: например, они умеют находить выход из лабиринтов, решать головоломки, обучаться и даже обманывать друг друга. Уникальные свойства слизевиков даже подвигли некоторых исследователей заняться созданием робота на их основе.

Колонии

Слизевики, или, как их еще называют, миксомицеты, были впервые детально описаны американским биологом Джоном Тайлером Боннером (John Tyler Bonner). Ученый подробно исследовал слизевика Dictyostelium discoides и даже использовал его как простую модель человеческого эмбриона. На первый взгляд, идея проводить параллели между микроскопическим комочком неясного вещества и Homo sapiens кажется странной, однако при более внимательном рассмотрении выясняется, что миксомицеты - это, действительно, весьма сложно организованные системы.

Большую часть своей жизни слизевики существуют не как отдельные организмы, а в виде колонии клеток, объединившихся вместе и действующих сообща, например, слизевики умеют ползать, стремясь добраться до подходящей пищи или избежать воздействия раздражителя. Двигаются миксомицеты не очень быстро - в среднем за минуту они преодолевают от 0,1 до 0,4 миллиметра, но если вспомнить, что размер каждой отдельной клетки не превышает нескольких десятков микрометров (микрометр - это одна миллионная часть метра, или одна тысячная миллиметра), то впечатление о медлительности слизевиков оказывается обманчивым.

"Коллективный разум" миксомицетов не только решает, куда ползти. Когда вокруг слизевика заканчивается еда, он "принимает решение" размножаться. Чтобы выполнить эту важную функцию, слизевик заползает на пенек или другое место повыше и там с ним происходят удивительные метаморфозы. Амебовидное тело вдруг превращается в самый настоящий гриб со шляпкой и длинной ножкой. Благодаря внешнему сходству готовящихся размножаться слизевиков с грибами их долгое время причисляли именно к этому царству - в старых учебниках еще можно увидеть статьи о миксомицетах в соответствующих разделах.

Ни то, ни се

Однако слизевики только притворяются грибами - по целому ряду признаков они никак не вписываются в эту группу. Начать с того, что "нормальные" грибы не двигаются: они захватывают пространство, дорастая до него (эту тактику слизевики тоже используют). Любовь к путешествиям - не единственная "неправильная" особенность миксомицетов: с точки зрения грибов, они совершенно непотребным образом питаются. Вместо того чтобы при помощи специальных ферментов расщеплять пищу до простых составляющих и спокойно всасывать их, слизевики заглатывают и переваривают еду, как какие-нибудь амебы. Наконец, в клеточных стенках грибов обязательно есть хитин – специфический углевод, который укрепляет тела грибов и членистоногих. В клетках слизевиков хитина нет.

Учитывая все эти странности, ученые после долгих споров причислили слизевиков к царству Protista (простейших). Другими словами, их признали родственниками известных всем со школы амеб, инфузорий-туфелек и эвглен зеленых. Но в отличие от туфелек и прочих малярийных плазмодиев, ведущих одиночный образ жизни, клетки слизевиков, как уже упоминалось выше, предпочитают объединяться в сложные сообщества, причем нередко одинаковые с виду клетки начинают выполнять совершенно разные функции. Например, шляпка псевдогриба, в который аморфный миксомицет превращается перед размножением, содержит огромное количество спор, начало которым положили клетки, волею случая оказавшиеся в верхней части слизевика. Их более невезучим собратьям достается роль ножки, которая выносит споры максимально высоко над землей. После того, как зачатки будущих слизевиков распространятся вокруг "гриба", ножка погибает.

Недавно ученые выяснили, что такой порядок дел не устраивает некоторые клетки слизевика. Оказалось, что они намеренно стремятся пролезть в ту часть тела миксомицета, которая впоследствии сформирует шляпку. Специалисты пришли к выводу, что способность жульничать заложена в клетках генетически - так как у обманщиков больше шансов выжить, она передается потомкам, и в популяциях сохраняется определенное количество "нечестных" клеток. Как и в человеческом обществе, такая стратегия работает только тогда, когда вокруг есть "честные" особи: если собрать слизевиков, несущих "гены обмана" вместе, то в неблагоприятных условиях часть из них вынуждена будет принести себя в жертву.

Сложный способ взаимодействия клеток и умение образовывать псевдомногоклеточные структуры ("тела" некоторых видов слизевиков вообще представляют собой одну гигантскую - до нескольких десятков сантиметров - клетку со множеством ядер) сформировались за очень долгую эволюционную историю слизевиков. Псевдомногоклеточность дала слизевикам существенные преимущества - относительно крупные по сравнению с отдельными клетками тела перемещались гораздо быстрее и разбрасывали споры куда дальше, чем любой одноклеточный организм.

Генетический анализ показал, что эти существа появились на планете как минимум 600 миллионов лет назад, а общий предок всех миксомицетов и вовсе мог бы отметить свой миллиардный день рождения. То есть слизевики вместе с другими простейшими и бактериями были первыми существами, осваивавшими сушу и создававшими почву, на которой потом смогли прижиться растения.

Море талантов

Необычные существа заинтересовали ученых, и они научились выращивать их искусственно - оказалось, что миксомицеты с готовностью селятся на том же агаре, на котором во всех лабораториях мира разводят бактерий, и с большим удовольствием едят овсяные хлопья. Наблюдая за миксомицетами, исследователи обнаружили у них массу удивительных талантов. Например, слизевики умеют находить кратчайшее расстояние между двумя точками: если поместить слизевика на карту, скажем, Португалии, и разместить кусочки его любимой пищи в крупнейших городах, то очень быстро миксомицет при помощи своих отростков доберется до еды, причем выберет кратчайший из возможных маршрутов. В 2010 году ученые из Новой Англии провели ровно такой опыт, и оказалось, что маршруты, проложенные слизевиком, практически полностью повторяют существующую дорожную сеть.

Японские исследователи использовали необычные способности слизевиков для того, чтобы составить оптимальную схему транспортного сообщения в Токио. Они провели такой же опыт, как описано выше, только еду разместили в главных железнодорожных узлах столицы. Будут ли токийские власти использовать найденное слизевиком решение - неизвестно: пока труд миксомицетов и работающих с ними ученых оценил только комитет Шнобелевской премии. Слизевики приносят исследователям альтернативную Нобелевку уже второй раз - первый приз тот же коллектив специалистов получил в 2008 году за доказательство того, что их подопечные умеют решать головоломки.

Стремясь добраться до пищи, миксомицеты умеют не только прокладывать новые дороги, но и находить выходы из лабиринтов. Здесь можно увидеть, как слизевик пророс сквозь все коридоры до заветной горстки хлопьев в центре лабиринта.

Еще более замечательным оказалось то, что слизевики, у которых нет ни мозга, ни нервной системы, способны обучаться. Ученые заметили, что в более сухой атмосфере миксомицеты ползают медленнее, чем когда воздух влажный. Они стали подвергать "подопытных" периодическому воздействию сухого воздуха и выяснили, что через некоторое время слизевики начинают замедляться еще до того, как влажность воздуха упадет. Если ученые прекращали мучить миксомицета, он забывал, что нужно снижать скорость, но при повторном воздействии вновь научался реагировать на него.

Наконец, ученые показали, что в сложных ситуациях выбора слизевики ведут себя точно как люди, то есть ориентируются не на абсолютную, а на сравнительную ценность объектов. Исследователи предлагали миксомицетам выбор: кусочки несъедобного агара с хлопьями, лежащие на свету и в темноте. Слизевики не любят свет и поэтому при прочих равных предпочитали ползти к еде, лежащей в тени. Когда в освещенных кусочках агара было 5 процентов хлопьев, а в затененных - три, слизевики с примерно одинаковой частотой выбирали оба варианта. Но когда ученые уменьшили содержание агара в "темных" кусочках до одного процента, 80 процентов слизевиков стали стремиться именно к этой приманке: при таком раскладе разница между опасным и безопасным вариантом стала куда более очевидной.

В другой серии сходных опытов, дополненных неблагоприятными воздействиями, ученые показали, что в первой ситуации слизевики принимают решение быстрее: в некомфортных условиях разница в содержании хлопьев в освещенных и неосвещенных кусочках становилась непринципиальной, и миксомицеты быстрее определялись с выбором (то есть рисковали).

Выдающиеся способности слизевиков настолько впечатлили исследователей из университета Западной Англии, что они решили создать на их основе робота - авторы назвали его плазмоботом. По задумке ученых, машина будет способна определять тип встретившихся ей объектов, находить кратчайшую дорогу от одного объекта до другого, а также переносить небольшие предметы по заданному маршруту. Впрочем, пока сообщений о прогрессе в создании плазмобота нет.

Все описанные выше удивительные таланты ученые обнаружили, работая в основном с двумя наиболее изученными видами слизевиков. В ходе глобального исследования Global Eumycetozoan Project биологи удвоили известное количество видов миксомицетов: они обнаружили, что слизевики обитают даже на листьях домашних растений. Так что существа, которых смело можно использовать для написания фантастических романов, на самом деле живут на Земле повсюду. Причем они могут называть себя исконными землянами с куда большим правом, чем люди.

Ирина Якутенко

Источники:

1. Lenta.Ru