多頭絨泡菌（學(xué)名：Physarumpolycephalum）是一種具有多種細(xì)胞形式且分布廣泛的非細(xì)胞粘菌。其生命周期的營養(yǎng)體階段呈現(xiàn)出一個(gè)由單細(xì)胞變形體形成的黃色假原質(zhì)團(tuán)，形狀為交錯(cuò)的管網(wǎng)。位于營養(yǎng)體階段的多頭絨泡菌可能會由于其趨陰性而被誤認(rèn)為是一種真菌。這種黏菌可能真的能夠指引人們改進(jìn)技術(shù)系統(tǒng)，如更強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)和移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。多頭絨泡菌被用作研究運(yùn)動(dòng)性、細(xì)胞分化、趨化性、細(xì)胞兼容性和細(xì)胞周期的模式生物。
食物來源
多頭絨泡菌是一種黏菌，它的食物來源較為廣泛。據(jù)研究，多頭絨泡菌以真菌孢子、細(xì)菌、其他微生物或有機(jī)化合物碎塊為食。有愛好者發(fā)現(xiàn)它喜歡吃含有淀粉的食物以及一些菇類，不太喜歡吃有鹽分的食物，如海帶、蝦米、牛肉等。當(dāng)多頭絨泡菌的身體與食物接觸時(shí)，會釋放出一種物質(zhì)，這種物質(zhì)能夠軟化接觸部位的管狀網(wǎng)絡(luò)的凝膠狀管壁，使這部分管狀結(jié)構(gòu)變粗，從而影響?zhàn)ぞ倪\(yùn)動(dòng)方向，幫助它記住食物的位置。多頭絨泡菌通過建立復(fù)雜的絲狀網(wǎng)絡(luò)來尋找食物，這種尋找食物的方式體現(xiàn)了其在生存過程中的適應(yīng)性和智慧。
權(quán)威論證
抓住了這個(gè)簡單的生物系統(tǒng)的本質(zhì)可能有益于在現(xiàn)實(shí)世界中開發(fā)自我組織結(jié)構(gòu)和有效網(wǎng)絡(luò)。他們很高興捕捉到了這種以一種有效率的方式與其食物源相連的適應(yīng)性及生物學(xué)網(wǎng)絡(luò)所需要的核心機(jī)制，并將其結(jié)合到一個(gè)數(shù)學(xué)模型之中。
馬格德堡大學(xué)的沃爾夫?qū)湢柾谝黄嚓P(guān)的論文中寫道：“這個(gè)模型利用的是網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性的動(dòng)力學(xué)原理，根據(jù)這一原理可制作出性能相當(dāng)于或高于現(xiàn)實(shí)世界的基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)的好網(wǎng)絡(luò)。淳泰羅和同事們的研究工作為我們提供了一個(gè)形象而有說服力的例子，生物啟發(fā)純粹數(shù)學(xué)模型可引導(dǎo)全新高效的算法，能夠提供以生命系統(tǒng)為基本特征的技術(shù)系統(tǒng)，應(yīng)用在計(jì)算機(jī)科學(xué)等領(lǐng)域。”
管狀網(wǎng)絡(luò)作用
多頭絨泡菌的管狀網(wǎng)絡(luò)在其生存和行為中起著重要作用。德國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，當(dāng)多頭絨泡菌的身體與食物接觸時(shí)，它們會釋放出一種物質(zhì)，這種物質(zhì)能夠軟化接觸部位的管狀網(wǎng)絡(luò)的凝膠狀管壁，使這部分管狀結(jié)構(gòu)能在內(nèi)部壓力的作用下變粗。黏菌會沿著這些較粗的管狀結(jié)構(gòu)擴(kuò)張，而較細(xì)的管狀結(jié)構(gòu)則會被移除。這樣一來，即使該處已經(jīng)沒有食物了，這些較粗的管狀結(jié)構(gòu)也能有效地記錄之前食物所在的位置，因?yàn)樗鼈冎苯佑绊懥损ぞ倪\(yùn)動(dòng)方向。這種機(jī)制在其他“生命流動(dòng)網(wǎng)絡(luò)”中也很常見，比如脊椎動(dòng)物的血管系統(tǒng)。多頭絨泡菌的管狀網(wǎng)絡(luò)不僅幫助它記住食物的位置，還在其尋找食物和生存過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。
日本北海道大學(xué)團(tuán)隊(duì)2010年在《科學(xué)》雜志發(fā)表實(shí)驗(yàn)，用燕麥片模擬東京城市布局，發(fā)現(xiàn)多頭絨泡菌26小時(shí)內(nèi)形成的網(wǎng)絡(luò)與東京鐵路系統(tǒng)高度相似。該物種在迷宮實(shí)驗(yàn)中能收縮冗余路徑，保留最短連接線路。
最新研究
在2012年10月12日，美國國家地理網(wǎng)站報(bào)道了一項(xiàng)引人注目的科學(xué)發(fā)現(xiàn)：科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一種沒有大腦的單細(xì)胞動(dòng)物——多頭絨泡菌（Physarum polycephalum），這種黏菌似乎展現(xiàn)出了某種記憶能力。這一發(fā)現(xiàn)由澳大利亞悉尼大學(xué)的研究人員在實(shí)驗(yàn)中觀察到，他們注意到這種生物在移動(dòng)過程中會避免重復(fù)之前已經(jīng)走過的路徑，這引發(fā)了科學(xué)家們對其是否擁有某種“外部空間記憶”能力的好奇。
為了探究這一現(xiàn)象，研究人員設(shè)計(jì)了一個(gè)U型容器實(shí)驗(yàn)。他們將多頭絨泡菌放置在一個(gè)未經(jīng)處理的表面上，并觀察它們在120小時(shí)內(nèi)尋找糖水溶液的行為。結(jié)果顯示，96%的黏菌能夠成功地找到糖水。接著，研究人員讓黏菌在容器壁上爬行，留下粘液痕跡，以測試它們是否能夠追蹤自己的路徑。在這種情況下，只有大約三分之一的黏菌在規(guī)定時(shí)間內(nèi)成功到達(dá)糖水處，而且它們返回起點(diǎn)的時(shí)間比正常情況下多了10倍以上。這一結(jié)果表明，黏菌能夠識別并響應(yīng)其他黏菌留下的粘液痕跡。
這項(xiàng)研究的意義在于，它揭示了外部空間記憶的能力可能在早期低等生物中就已經(jīng)存在，并且可能被用來解決與人類大腦每天面對的問題相似的挑戰(zhàn)。這可能是記憶能力進(jìn)化的起點(diǎn)。此外，先前的研究已經(jīng)證明黏菌能夠穿越迷宮并對周期性事件做出預(yù)期，這進(jìn)一步證明了它們具有一定程度的認(rèn)知和適應(yīng)能力。
這些發(fā)現(xiàn)不僅對理解黏菌的行為模式具有重要意義，而且對于探索記憶和認(rèn)知的生物學(xué)基礎(chǔ)也提供了新的視角。多頭絨泡菌的這些能力可能代表了生命早期階段復(fù)雜行為的演化，為我們理解生物如何適應(yīng)環(huán)境并發(fā)展出高級認(rèn)知功能提供了寶貴的線索。
此外，2016年研究證實(shí)多頭絨泡菌具有習(xí)慣化學(xué)習(xí)能力，接觸無害刺激后會減少回避反應(yīng)，且這種記憶效果可持續(xù)數(shù)天。
性別特點(diǎn)
多頭絨泡菌的性別特點(diǎn)非常獨(dú)特。它有720種性別，由三個(gè)基因座決定，每一個(gè)還有很多不同的變體。決定多頭絨泡菌是否能融合的是它們的性別，其孢子的性別是線粒體脫氧核糖核酸（線粒體里的DNA，和細(xì)胞核內(nèi)的DNA不同）上的3個(gè)基因matA、matB、matC決定的，而這3個(gè)基因有不同的版本（等位基因）。matA有16個(gè)版本（16個(gè)等位基因），matB有15個(gè)，matC有3個(gè)，因此16153共有720個(gè)性別。除過同性之外，可以與其他任何一種性別的多頭絨泡菌交配、繁殖。多頭絨泡菌的這種多性別特點(diǎn)挑戰(zhàn)了性別最多只有2個(gè)的成見，為生物學(xué)研究提供了新的視角。
參考資料 >
多頭絨泡菌.中國生物志庫.2024-09-09
聰明的黏菌，是如何“記住”食物來源的?|物理學(xué)家.新浪財(cái)經(jīng).2024-09-09
黏菌能記住食物來源.中國數(shù)字科技館.2024-09-09