想象一下，您正在走进一片森林，您用脚踩倒了一根倒下的圆木。 底面呈扇形散开，有潮湿、黄色的东西？ 有点像你可能打喷嚏出来的东西，如果那个东西是香蕉黄色的，并且散布成优雅的分形树枝。
你看到的是疟原虫形式多头绒泡菌，多头粘菌。 与自然界中发现的其他粘菌一样，它发挥着重要的生态作用，有助于有机物的腐烂，将其回收到食物网中。
这种奇怪的小生物没有大脑，也没有神经系统？ 它的水滴状、亮黄色的身体只是一个细胞。 这种粘菌在其潮湿、腐烂的栖息地中繁盛了十亿年，或多或少没有变化。
而且，在过去的十年中，它一直在改变我们对认知和解决问题的看法。
法国国家科学研究中心的生物学家奥黛丽·杜苏图尔说：“我认为这与人们意识到植物可以相互交流时发生的革命是一样的。”
“即使是这些微小的微生物也能学习。它给了你一点谦逊。”
多头假单胞菌在它的自然栖息地。 （Kay Dee/iNaturalist，CC BY-NC）
多头假单胞菌？ 杜苏图尔可爱地昵称“斑点”？ 并不罕见。 它可以在黑暗、潮湿、凉爽的环境中找到，比如森林地面上的落叶层。 这也确实很奇特； 虽然我们称之为“霉菌”，但它实际上并不是真菌。 它既不是动物也不是植物，而是原生生物王国的一员？ 这是一种包罗万象的群体，涵盖了所有无法在其他三个王国中明确分类的事物。
它的生命始于许多单个细胞，每个细胞都有一个细胞核。 然后，它们合并形成疟原虫，有机体进食和生长的营养生命阶段。
在这种形式下，它在静脉中呈扇形展开以寻找食物并探索其环境，它仍然是一个单细胞，但包含数百万甚至数十亿个细胞核，这些细胞核在亮黄色膜内的细胞质液中游动。
无需大脑的认知
像所有有机体一样，多头假单胞菌需要能够对其环境做出决策。 它需要寻找食物并躲避危险。 它需要找到其繁殖周期的理想条件。 这就是我们的黄色小朋友真正有趣的地方。多头假单胞菌没有中枢神经系统。 它甚至没有专门的组织。
但它可以解决复杂的难题，例如迷宫， 和记住新物质。 我们过去认为只有动物才能完成的任务。
“显然，我们正在谈论没有大脑的认知，但也根本没有任何神经元。因此，其处理信息的基本机制和整个架构框架与大脑的工作方式完全不同，”生物学家克里斯·里德（Chris Reid）澳大利亚麦考瑞大学的教授告诉 ScienceAlert。
“通过向它提供与我们传统上给予有大脑的动物相同的解决问题的挑战，我们可以开始看到这个根本不同的系统如何达到相同的结果。正是在这里，很明显，对于许多这样的系统来说，我们一直认为需要大脑或某种并不总是必要的高级信息处理系统？”
多头假单胞菌科学界众所周知。 几十年前，正如德国不来梅大学的物理学家汉斯·冈瑟·德贝赖纳 (Hans-Günther Döbereiner) 所解释的那样，它是“细胞生物学的主力”。 它很容易克隆、保存和研究。
然而，随着我们的遗传分析工具包的发展，诸如小鼠之类的生物体或诸如此类的细胞系海拉接管了，并且多头假单胞菌落在了路边。
2000年，日本RIKEN的生物学家Toshiyuki Nakagaki将这只小动物从退休状态中带了出来。 而不是用于细胞生物学。 他的论文，出版于自然，标题为“变形虫生物解决迷宫”？ 这正是多头假单胞菌做了。 中垣和他的团队在迷宫的一端放了一块疟原虫，作为食物奖励（燕麦，因为多头假单胞菌爱燕麦细菌）在另一个，并观察发生了什么。
结果令人震惊。 这个奇怪的小无细胞生物体设法找到穿过每个迷宫的最快路线。
里德说：“这引发了一波研究浪潮，研究我们可以用哪些其他更困难的场景来测试粘菌。”
“几乎所有这些都在某种程度上令人惊讶，并且让研究人员对粘菌的实际表现感到惊讶。它也揭示了一些局限性。但最重要的是，这是一次揭示这种简单生物如何完成任务的旅程这些一直被赋予并被认为是高等生物的领域。”
充满惊喜
中垣重建了东京地铁，车站节点用燕麦标记；多头假单胞菌 几乎一模一样地重新创建了它？ 除了粘菌版本更不易损坏，其中如果链接被切断，网络的其余部分可以继续运行。
另一组研究人员发现原生生物可以有效地解决旅行商问题，这是一项指数级复杂的数学任务，程序员通常用它来测试算法。
今年早些时候，一组研究人员发现多头假单胞菌可以“记住”它在哪里以前发现的食物基于该区域的静脉结构。 在此之前，杜苏图尔和她的同事进行了一项研究，他们发现粘菌斑点可以学习并记住物质他们不喜欢这些东西，一旦它们融合，就会将这些信息传达给其他粘菌团。
“在某种程度上，我仍然对它们的复杂程度感到惊讶，因为它们在实验中总是让你感到惊讶，它们永远不会完全按照你选择的方式去做，”杜苏图尔说。
在一个例子中，她的团队正在测试一种用于哺乳动物细胞的生长培养基，想看看粘液是否喜欢它。
“它讨厌的它。 它开始建造这个奇怪的三维结构，这样它就可以领先并逃跑。 我就想，‘天哪，这个有机体’。”
处理网络
虽然从技术上来说它是一个单细胞生物多头假单胞菌被认为是一个网络，表现出集体行为。 粘菌的每个部分都是独立运行的，并与相邻部分共享信息，没有集中处理。
“我想可以用大脑中的神经元来类比，”里德说。 “你的大脑是由大量神经元组成的？粘菌也是如此。”
Physarym polycephalum，“斑点”
？ 奥黛丽·杜苏图尔 (@Docteur_Drey)2021 年 4 月 3 日
网络出现
振荡波#斑点 pic.twitter.com/kJUhH0w05a
大脑的类比确实很有趣，而且这也不是第一次了多头假单胞菌被比作神经元网络。 大脑网络和粘菌斑点的拓扑和结构非常相似，并且两个系统都表现出振荡。
目前还不完全清楚信息是如何在粘菌中传播和共享的，但我们确实知道多头假单胞菌的静脉收缩，充当蠕动泵，将细胞质液体从一个部分推到另一个部分。 这种液体的振荡似乎与外部刺激的遭遇相一致。
“人们认为这些振荡通过它们相互作用的方式传递信息、处理信息，并同时产生行为，”Döbereiner 告诉 ScienceAlert。
“如果你有一个网络绒泡菌去吃某种食物，当它遇到糖时，它会改变振荡模式：它开始更快地振荡。 由于这些更快的振荡，整个生物体开始改变其振荡模式并开始流向发现食物的方向。”
他和同事们最近发表了一篇论文证明这些振荡与大脑中看到的振荡非常相似，只是流体动力系统而不是电信号。
“重要的并不是什么振荡以及信息如何传输，”他解释道，“而是振荡和拓扑是否相关？一个神经元是连接到 100 个神经元还是只连接到两个；一个神经元是只连接到它的邻居或者它是否连接到另一个很远的神经元。”
多头假单胞菌生长在真人大小的头骨模型上。 （安德鲁·阿达马茨基，《人工生命》，2015）
定义认知
尽管它的冒险行为看起来令人兴奋，但任何研究它的研究人员都会告诉你：多头假单胞菌其本身并不是大脑。 据我们所知，它不具备高级处理或抽象推理的能力。
尽管这个概念看起来很有趣，但它也不太可能进化成大脑之类的东西。 这个有机体已经有十亿年的时间这样做了，并且没有任何迹象表明会朝这个方向发展（尽管如果有科幻小说作家喜欢这个想法，请随意使用它）。
就整体生物学而言，粘菌极其简单。 事实上，它正在改变我们理解解决问题的方式。
就像其他生物一样，它需要食物，需要在环境中航行，并且需要安全的地方来生长和繁殖。 这些问题可能很复杂，但多头假单胞菌可以用极其有限的认知架构来解决这些问题。 里德说，它以自己简单的方式做到这一点，并有其自身的局限性，“但这本身就是该系统的美妙之处之一”。
从某种意义上说，它给我们留下了一个有机体？ 湿漉漉的、黏糊糊的、喜欢潮湿的一团？ 他们的认知与我们根本不同。 而且，就像东京地铁一样，它可以教会我们解决自己问题的新方法。
“它让我们了解智力的本质，实际上挑战了某些观点，并从根本上拓宽了这个概念，”里德说。
“它确实迫使我们挑战这些长期以来以人类为中心的信念，即我们是独一无二的，并且比其他生物更有能力。”
