शोधकर्ता एककोशिकीय जीवों की गति का अनुकरण करते हैं

टीयू वियन (वियना) में एक शोध टीम ने एककोशिकीय जीवों की गति की प्रक्रिया का अनुकरण करने में सफलता प्राप्त की है, जो मस्तिष्क या तंत्रिका तंत्र के बिना एक वांछित दिशा में चलते हैं। नए विकास से पहले, शोधकर्ता यह नहीं जानते थे कि छोटे जीव ऐसी प्रक्रिया को कैसे कर सकते हैं।

टीम ने एक सरल मॉडल जीव और उसके पर्यावरण के बीच भौतिक परस्पर क्रिया की गणना की, जिसमें एक तरल एक असमान रासायनिक संरचना के साथ था जिसमें असमान रूप से वितरित खाद्य स्रोत थे।

शोध पीएनएएस में प्रकाशित किया गया था।

अनुकरणित जीव

शोधकर्ताओं ने अनुकरणित जीव को उसके भोजन और पर्यावरण के बारे में डेटा संसाधित करने की क्षमता प्रदान की। एक मशीन लर्निंग अल्गोरिदम पर निर्भर करके, जानकारी प्रसंस्करण को परिवर्तित और अनुकूलित किया जा सकता था विकासवादी चरणों में। इसका मतलब था कि शोधकर्ताओं ने एक कंप्यूटर जीव विकसित किया जो वास्तविक जीवन जीवों की तरह भोजन की तलाश में चलता था।

अंड्रियास ज़ोटल ने टीयू वियन में सैद्धांतिक भौतिकी संस्थान में शोध परियोजना का नेतृत्व किया।

“पहली नज़र में, यह आश्चर्यजनक है कि इतना सरल मॉडल इतना कठिन कार्य हल कर सकता है,” ज़ोटल कहते हैं। “बैक्टीरिया रिसेप्टर्स का उपयोग करके निर्धारित कर सकते हैं कि किस दिशा में, उदाहरण के लिए, ऑक्सीजन या पोषक तत्व की सांद्रता बढ़ रही है, और यह जानकारी तब वांछित दिशा में आंदोलन को ट्रिगर करती है। इसे केमोटैक्सिस कहा जाता है।”

बहुकोशिकीय जीवों में तंत्रिका कोशिकाओं का एक जाल होता है, एककोशिकीय जीवों में तंत्रिका कोशिकाएं नहीं होती हैं। इसके कारण, वे केवल सेल के भीतर सरल प्रसंस्करण चरणों से गुजर सकते हैं।

“इसे समझाने के लिए, आपको इन एककोशिकीय जीवों की गति के लिए एक वास्तविक, भौतिक मॉडल की आवश्यकता है,” ज़ोटल कहते हैं। “हमने सबसे सरल संभव मॉडल चुना है जो शारीरिक रूप से एक तरल में स्वतंत्र रूप से चलते हैं। हमारा एककोशिकीय जीव तीन द्रव्यमान से बना है जो सरलीकृत मांसपेशियों से जुड़े हुए हैं। अब सवाल यह उठता है: क्या इन मांसपेशियों को इस तरह से समन्वित किया जा सकता है कि पूरा जीव वांछित दिशा में चलता है? और सबसे महत्वपूर्ण बात: क्या यह प्रक्रिया सरल तरीके से हो सकती है, या इसके लिए जटिल नियंत्रण की आवश्यकता है? ”

कंप्यूटर मॉडल को लागू करना

बेनेडिक्ट हार्टल ने कंप्यूटर पर मॉडल को लागू किया।

“यहां तक कि अगर एककोशिकीय जीव तंत्रिका तंत्र के नेटवर्क के बिना है, तो इसके ‘संवेदी प्रभावों’ को इसकी गति से जोड़ने वाले तर्कसंगत चरणों को एक तंत्रिका नेटवर्क की तरह गणितीय रूप से वर्णित किया जा सकता है,” हार्टल कहते हैं।

एककोशिकीय जीवों में कोशिका के विभिन्न तत्वों के बीच तर्कसंगत संबंध होते हैं, और गति तब होती है जब रासायनिक संकेत ट्रिगर होते हैं।

मैक्सिमिलियन ह्यूबल ने शोध में कई गणनाएं पूरी कीं।

“इन तत्वों और उनके परस्पर प्रभाव को कंप्यूटर पर अनुकरणित किया गया और एक जेनेटिक अल्गोरिदम के साथ समायोजित किया गया था: पीढ़ी दर पीढ़ी, वर्चुअल एककोशिकीय जीवों की आंदोलन रणनीति को थोड़ा बदल दिया गया,” ह्यूबल रिपोर्ट करते हैं।

जब एककोशिकीय जीवों ने वांछित रसायनों की ओर अपनी गति को निर्देशित करने में सफलता प्राप्त की, तो उन्हें “प्रजनन” की अनुमति दी गई, जबकि जो नहीं कर पाए उन्हें “विलुप्त” कर दिया गया। कई पीढ़ियों के बाद, एक प्रकार का विकास हुआ और एक नियंत्रण नेटवर्क उत्पन्न हुआ। इस नेटवर्क ने एक वर्चुअल एककोशिकीय जीव को रासायनिक धारणाओं को लक्षित आंदोलन में परिवर्तित करने में सक्षम बनाया, और यह बहुत ही सरल और मूलभूत सर्किटरी के साथ करता है।

“आपको इसे एक उच्च विकसित जानवर के रूप में नहीं सोचना चाहिए जो कुछ को जानबूझकर महसूस करता है और फिर उसकी ओर दौड़ता है,” ज़ोटल कहते हैं। “यह अधिक एक यादृच्छिक डोलते हुए आंदोलन की तरह है। लेकिन जो अंततः औसतन सही दिशा में ले जाता है। और यह वही है जो आप प्रकृति में एककोशिकीय जीवों के साथ देखते हैं।”