ჯანდაცვის
მკვლევარები ახდენენ ერთუჯრედიანი ორგანიზმების მოძრაობის სიმულაციას
TU Wien-ის მკვლევარმა ჯგუფმა (ვენა) წარმატებით მოახდინა იმიტირებული პროცესი, როდესაც ერთუჯრედიანი ორგანიზმები მოძრაობენ სასურველი მიმართულებით, მიუხედავად იმისა, რომ არ აქვთ ტვინი ან ნერვული სისტემა. ახალ განვითარებამდე, მკვლევარები არ იყვნენ დარწმუნებულნი, თუ როგორ შეეძლოთ მცირე ორგანიზმებს ასეთი პროცესი.
ჯგუფმა გამოთვალა ფიზიკური ურთიერთქმედება მარტივი მოდელის ორგანიზმსა და მის გარემოს შორის, ეს უკანასკნელი არის სითხე არაერთგვაროვანი ქიმიური შემადგენლობით, რომელიც შეიცავს არათანაბრად განაწილებულ საკვებ წყაროებს.
კვლევა ჟურნალში გამოქვეყნდა PNAS.
სიმულირებული ორგანიზმი
მკვლევარებმა აღჭურვეს სიმულირებული ორგანიზმი მისი საკვებისა და გარემოს შესახებ მონაცემების დამუშავების უნარით. მანქანური სწავლების ალგორითმზე დაყრდნობით, ინფორმაციის დამუშავება შეიძლება შეიცვალოს და ოპტიმიზირებული იყოს ევოლუციურ ნაბიჯებში. ეს იმას ნიშნავდა, რომ მკვლევარებმა შექმნეს კომპიუტერული ორგანიზმი, რომელსაც შეუძლია გადაადგილება და საკვების მოძიება რეალური ორგანიზმების მსგავსი.
ანდრეას ზოტლი ხელმძღვანელობდა კვლევით პროექტს TU Wien-ის თეორიული ფიზიკის ინსტიტუტში.
"ერთი შეხედვით, გასაკვირია, რომ ასეთ მარტივ მოდელს შეუძლია გადაჭრას ასეთი რთული ამოცანა", - ამბობს ზოტლი. „ბაქტერიებს შეუძლიათ გამოიყენონ რეცეპტორები, რათა დაადგინონ, თუ რომელი მიმართულებით, მაგალითად, ჟანგბადის ან საკვები ნივთიერებების კონცენტრაცია იზრდება და ეს ინფორმაცია შემდეგ იწვევს მოძრაობას სასურველი მიმართულებით. ამას ქიმიოტაქსისი ჰქვია“.
მიუხედავად იმისა, რომ მრავალუჯრედულ ორგანიზმებს აქვთ ნერვული უჯრედების ურთიერთკავშირი, ერთუჯრედიან ორგანიზმებს არ აქვთ ნერვული უჯრედები. ამის გამო, მათ შეუძლიათ მხოლოდ უჯრედში დამუშავების მარტივი ეტაპების გავლა.
"ამის ახსნა რომ შეძლოთ, საჭიროა ამ უჯრედული ორგანიზმების მოძრაობის რეალისტური, ფიზიკური მოდელი“, - ამბობს ზოტლი. „ჩვენ ავირჩიეთ უმარტივესი მოდელი, რომელიც ფიზიკურად საშუალებას აძლევს დამოუკიდებელ მოძრაობას სითხეში. ჩვენი ერთუჯრედიანი ორგანიზმი შედგება სამი მასისგან, რომლებიც დაკავშირებულია გამარტივებული კუნთებით. ახლა ჩნდება კითხვა: შეიძლება თუ არა ამ კუნთების კოორდინაცია ისე, რომ მთელი ორგანიზმი მოძრაობდეს სასურველი მიმართულებით? და უპირველეს ყოვლისა: შეიძლება თუ არა ეს პროცესი მარტივი გზით განხორციელდეს, თუ ის მოითხოვს რთულ კონტროლს?”
კომპიუტერული მოდელის დანერგვა
ბენედიქტ ჰარტლმა დანერგა მოდელი კომპიუტერზე.
„მაშინაც კი, თუ ერთუჯრედულ ორგანიზმს არ აქვს ნერვული უჯრედების ქსელი - ლოგიკური საფეხურები, რომლებიც მის „სენსორული შთაბეჭდილებას“ მის მოძრაობასთან აკავშირებს, მათემატიკურად შეიძლება აღწერილი იყოს ნეირონული ქსელის მსგავსად“, - ამბობს ჰარტლი.
ერთუჯრედიან ორგანიზმებს აქვთ ლოგიკური კავშირი უჯრედის სხვადასხვა ელემენტებს შორის და მოძრაობა ხდება ქიმიური სიგნალების გაშვებისას.
მაქსიმილიან ჰუბლმა შეასრულა რამდენიმე გამოთვლა კვლევაში.
„ეს ელემენტები და ერთმანეთზე გავლენის ხერხი იყო სიმულირებული კომპიუტერზე და მორგებული იყო გენეტიკური ალგორითმით: თაობიდან თაობამდე, ვირტუალური ერთუჯრედიანი ორგანიზმების მოძრაობის სტრატეგია ოდნავ შეიცვალა“, - იუწყება Hübl.
როდესაც ერთუჯრედიანმა ორგანიზმებმა მოახერხეს თავიანთი მოძრაობა სასურველ ქიმიკატებზე მიმართულიყო, მათ მიეცათ „გამრავლების“ უფლება, ხოლო ის, ვინც არ „მოკვდა“. მრავალი თაობის გავლის შემდეგ, მოხდა ევოლუციის ტიპი და გაჩნდა საკონტროლო ქსელი. ამ ქსელმა საშუალება მისცა ვირტუალურ ერთუჯრედულ ორგანიზმს, გადაექცია ქიმიური აღქმა მიზანმიმართულ მოძრაობად და ამას აკეთებს მარტივად და ძირითადი მიკროსქემით.
„არ უნდა იფიქროთ, როგორც მაღალგანვითარებულ ცხოველად, რომელიც შეგნებულად აღიქვამს რაღაცას და შემდეგ გარბის მისკენ“, - ამბობს ზოტლი. „ეს უფრო შემთხვევით რხევას ჰგავს. მაგრამ ის, რომელიც საბოლოო ჯამში საშუალოდ სწორი მიმართულებით მიდის. და ეს არის ზუსტად ის, რასაც აკვირდებით ბუნებაში ერთუჯრედიან ორგანიზმებს“.
