مقدمه
اخیرا مطالعاتی روی موجوداتی به نام Slime mold که فاقد مغز هستند انجام شد. نتایج نشان داده که آنها از سرنخ های فیزیکی برای تصمیم گیری در مورد محل رشدشان استفاده می کنند. اگر مغز نداشتید، هنوز می توانستید در محیط اطراف خود حرکت کنید؟ با توجه به تحقیقات جدید در مورد Slime mold ها، ممکن است پاسخ “مثبت” باشد.
دانشمندان کشف کردند که فیساروم، بدون مغز، از بدن خود برای درک نشانه های مکانیکی در محیط خود استفاده می کند. براساس این اطلاعات تصمیم می گیرد که کجا رشد کند. این یافته مدلی برای درک انواع مختلف شناخت، از جمله شناخت خود ما، فراهم می کند.
اگر مغز نداشتید، هنوز می توانستید بفهمید کجا هستید و یا به محیط اطراف خود بروید؟
با توجه جدیدترین پژوهش ها، پاسخ ممکن است “مثبت” باشد. دانشمندان از موسسه ویس در دانشگاه هاروارد و مرکز آلن در دانشگاه تافتس، مطالعه ای نجام دادند. آنها کشف کرده اند که یک Slime mold بدون مغز به نام Physarum polycephalum، از بدن خود برای درک نشانه های مکانیکی در محیط اطراف خود استفاده می کند. محاسباتی مشابه آنچه ما “فکر” می نامیم انجام می دهد. بر اساس آن اطلاعات تصمیم می گیرد که در کدام جهت رشد کند.
برخلاف مطالعات قبلی، این نتایج بدون اینکه بوسیله سیگنال های غذایی یا شیمیایی، رفتار ارگانیسم تحت تأثیر قرار گیرد به دست آمده است. این مطالعه اخیرا در Advanced Materials منتشر شده است.
نیروشا موروگان، نویسنده اول مقاله گفت:
“مردم بیشتر به فیساروم علاقه مند می شوند زیرا مغز ندارد. اما با این وجود می تواند بسیاری از رفتارهایی که ما به عنوان تفکر می شناسیم انجام دهد. رفتارهایی مانند حل مسائل، یادگیری چیزهای جدید و پیش بینی وقایع”.
وی گفت: “کشف اینکه چگونه این موجود به طور هوشمند اما بدون مغز فکر می کند و قادر به انجام این نوع محاسبات است، به ما درک بیشتری از زمینه های شناخت و رفتار حیوانات، از جمله رفتار خودمان می دهد.”
این موحودات، ارگانیسم هایی شبیه آمیب هستند. می توانند تا چند فوت رشد کنند. به تجزیه مواد در محیط هایی مانند تنه های پوسیده درختان، مالچ و برگ های مرده کمک می کنند. فیساروم متشکل از غشایی است که شامل هسته های سلولی شناور در یک سیتوپلاسم مشترک است. ساختاری به نام سنسیشیوم ایجاد می کند.
فیساروم با حرکت سیتوپلاسم آبکی خود به عقب و جلو در کل طول بدن خود با ایجاد امواج منظم حرکت می کند. دارای یک روند منحصر به فرد معروف به جریان شاتل است.
فیساروم فرصتی علمی واقعا مهیج برای بررسی نقش مغز ارائه می دهد.
زیرا می توانیم تصمیمات او را با مشاهده نحوه تغییر رفتار جریان شاتل در مورد مکان حرکت و در زمان واقعی مشاهده کنیم. در حالی که مطالعات قبلی نشان داده است که فیساروم در پاسخ به مواد شیمیایی و نور حرکت می کند. موروگان و تیم او می خواستند بدانند که این موجود فقط با نشانه های فیزیکی در محیط خود، در مورد جهت حرکت و میزان حرکتش تصمیم گیری می کند یا خیر؟
محققان نمونه های فیساروم را در ظروف پتری دیش که با ژل آگار نیمه انعطاف پذیر پوشانده شده بود قرار دادند. یک یا سه دیسک شیشه ای کوچک را کنار یکدیگر در بالای ژل در طرفین هر ظرف قرار دادند.
آنها سپس به ارگانیسم ها اجازه دادند در طی 24 ساعت در تاریکی آزادانه رشد کنند. الگوهای رشد آنها را ردیابی کردند. طی 12 تا 14 ساعت اول، فیساروم، به طور مساوی و در همه جهات رشد کرد. نکته قابل توجه این بود که فیساروم بدون اینکه قبلاً در منطقه مورد بررسی قرار گیرد، به سمت جرم بیشتر رشد کرد.
محققان متغیرهای مختلفی را آزمایش کردند
می خواستند ببینند شرایط فیزیکی چگونه بر تصمیمات رشد فیساروم تأثیر می گذارند. آنها متوجه یک چیز غیرمعمول شدند. وقتی آنها سه دیسک را روی هم قرار دادند، به نظر می رسید که ارگانیسم، توانایی تشخیص بین سه دیسک و دیسک تک را از دست می داد.
علیرغم این واقعیت که سه دیسک با هم جرم بیشتری دارند، با سرعت تقریبا برابر به سمت دو طرف ظرف رشد می کرد. واضح است که فیساروم از عامل دیگری فراتر از جرم برای تصمیم گیری در مورد محل رشد استفاده می کرد.
دانشمندان برای کشف قطعه گمشده پازل، از مدل سازی رایانه ای برای ایجاد شبیه سازی آزمایش خود برای کشف تاثیر جرم دیسک ها بر میزان نیرو و تغییر شکل وارد شده استفاده کردند.
همانطور که انتظار داشتند، توده های بزرگتر، میزان تغییر شکل را افزایش می داند. اما شبیه سازی نشان داد که الگوهای تغییر شکل جرم های تولید شده، بسته به نوع آرایش دیسک ها تغییر می کند.
حالت زیر را تصور کنید
“اینکه شب هنگام در بزرگراه رانندگی می کنید. به دنبال شهری برای توقف در آن هستید. دو افق مختلف نور را مشاهده می کنید. یک نقطه روشن و یک خوشه از نقاط کم نور.
در حالی که نقطه روشن تر است. خوشه نقاط، منطقه وسیع تری را نشان می دهد. که به احتمال زیاد نشان دهنده یک شهر است. بنابراین شما به آنجا می روید “.
دکتر نوچاک، در انستیتوی ویس گفت:
“الگوهای نور در این مثال با الگوهای تغییرشکل مکانیکی تولید شده توسط آرایش جرم های مختلف در مدل ما مشابه است. آزمایش های ما تایید کرد که فیساروم می تواند آنها را از نظر فیزیکی حس کند. بر اساس الگوها تصمیم بگیرد و نه اینکه فقط بر اساس شدت سیگنال تصمیم گیری کند”.
تحقیقات این تیم نشان داد که این موجود بی مغز به سادگی به سمت سنگین ترین چیزی که می تواند احساس کند رشد نمی کند. بلکه در حال تصمیم گیری محاسبه شده در مورد محل رشد است. درواقع براساس الگوهای نسبی سویه ای که در محیط خود تشخیص داده است، رشد می کند.
اما چگونه این الگوها شناسایی شده است؟
دانشمندان گمان کردند که این مسئله مربوط به توانایی فیساروم در انقباض ریتمیک و کشیدن بستر آن است. زیرا پالس و حس تغییرات ناشی از تغییر شکل بستر، به ارگانیسم این امکان را می دهد تا اطلاعات مربوط به محیط اطراف خود را بدست آورد.
حیوانات دیگر، دارای پروتئین های کانالی ویژه در غشای سلول خود به نام پروتئین های TRP مانند هستند. پروتئین هایی که کشش را تشخیص می دهند.
تحقیقات قبلا نشان داده بود که یکی از این پروتئین های TRP، واسطه حس مکانیکی در سلولهای انسانی است. هنگامی که یک داروی مسدود کننده قوی کانال TRP را روی فیساروم استفاده کردند، ارگانیسم، توانایی تمایز بین توده های بالا و پایین را از دست داد.
فقط در 11 درصد آزمایشات، منطقه با توده بالا را انتخاب کرد. در 71 درصد موارد، هم مناطق بالا و هم مناطق پایین را انتخاب کرد. نتایج نشان می دهد که این توانایی در ارگانیسم های زنده نشان دهنده ارتباط بین هوش، رفتار و ساختار است.
تحقیقات دیگر نشان داده است که استراتژیهای مشابهی توسط سلولها در حیوانات پیچیده تر انتخاب می شود. از جمله سلولهای عصبی، سلولهای بنیادی و سلولهای سرطانی از تاکتیک های مشابه استفاده می کنند.
مطالعات آینده
محققان گفتند آنها در حال بررسی این مساله هستند که ارگانیسم در چه زمانی تصمیم می گیرد الگوی رشد خود را به سمت هدف تغییر دهد. آنها همچنین در حال بررسی چگونگی تأثیر سایر عوامل فیزیکی اند. مانند شتاب و انتقال مواد مغذی بر رشد و رفتار فیساروم.
این مطالعه یک بار دیگر تأیید می کند که نیروهای مکانیکی، به اندازه مواد شیمیایی و ژن ها، در کنترل رفتار سلول و رشد آنها نقش مهمی دارند. روند مکانیزاسیون حسی کشف شده در این ارگانیسم ساده بدون مغز، به طرز حیرت انگیزی شبیه آنچه در همه گونه ها از جمله انسان است. “بنابراین، درک عمیق تری از نحوه استفاده ارگانیسم ها از اطلاعات بیومکانیکی برای تصمیم گیری، به ما کمک می کند تا بدن و مغز خود را بهتر درک کنیم. حتی ممکن است بینشی در مورد اشکال جدید الهام گرفته از زیست محاسباتی ارائه دهیم”.
منبع: Mechanosensation Mediates Long‐Range Spatial Decision‐Making in an Aneural Organism. Advanced Materials, 2021; 2008161 DOI: 10.1002/adma.202008161
درباره نویسنده
خجسته رحیمی جابری، پژوهشگر دکترای تخصصی علوم اعصاب دانشگاه علوم پزشکی شیراز و نویسنده وب سایت انستیتو سلامت مغز دانا. زمینه کاری تخصصی ایشان مشکلات حافظه و آلزایمر است وی بیش از 20 مقاله معتبر بین المللی در این زمینه به چاپ رسانده است. می توانید پژوهش های او را در اینجا (کلیک کنید) دنبال کنید.