Истражувачите симулираат движење на едноклеточни организми

Истражувачки тим од TU Wien (Виена) успешно го симулираше процесот на едноклеточни организми кои се движат во посакуваната насока и покрај тоа што немаат мозок или нервен систем. Пред новите случувања, истражувачите не беа сигурни како малите организми се способни за таков процес. 

Тимот ја пресметал физичката интеракција помеѓу едноставен модел на организам и неговата околина, при што таа е течност со нееднаков хемиски состав што содржи нерамномерно распределени извори на храна. 

Истражувањето беше објавено во списанието PNAS. 

Симулиран организам

Истражувачите го опремиле симулираниот организам со способност да обработува податоци за неговата храна и животната средина. Со потпирање на алгоритам за машинско учење, обработката на информациите може да се модифицира и оптимизира во еволутивни чекори. Ова значело дека истражувачите развиле компјутерски организам способен да се движи и да бара храна слична на реалните организми. 

Андреас Зотл го водеше истражувачкиот проект на Институтот за теориска физика во ТУ Виена. 

„На прв поглед, изненадувачки е што толку едноставен модел може да реши толку тешка задача“, вели Зотл. „Бактериите можат да користат рецептори за да одредат во која насока, на пример, се зголемува концентрацијата на кислород или хранливи материи, а оваа информација потоа предизвикува движење во саканата насока. Ова се нарекува хемотакса“. 

Додека повеќеклеточните организми имаат меѓусебна поврзаност на нервните клетки, едноклеточните организми немаат нервни клетки. Поради ова, тие можат да поминат само низ едноставни чекори за обработка во ќелијата.

"За да можете да го објасните ова, потребен ви е реален, физички модел за движење на овие едноклеточни организми“, вели Зотл. „Го избравме наједноставниот можен модел кој на прво место физички овозможува независно движење во течност. Нашиот едноклеточен организам се состои од три маси поврзани со поедноставени мускули. Сега се поставува прашањето: дали овие мускули можат да се координираат на таков начин што целиот организам се движи во посакуваната насока? И пред се: дали овој процес може да се реализира на едноставен начин или бара комплицирана контрола?“

Имплементирање на компјутерски модел

Бенедикт Хартл беше тој што го имплементираше моделот на компјутерот. 

„Дури и ако едноклеточниот организам нема мрежа од нервни клетки - логичките чекори што ги поврзуваат неговите „сензорни впечатоци“ со неговото движење може да се опишат математички на сличен начин како невронската мрежа“, вели Хартл.

Едноклеточните организми имаат логички врски помеѓу различни елементи на клетката, а движењето се случува кога се активираат хемиски сигнали. 

Максимилијан Хубл заврши неколку од пресметките во истражувањето.

„Овие елементи и начинот на кој тие влијаат еден на друг беа симулирани на компјутер и приспособени со генетски алгоритам: Генерација по генерација, стратегијата за движење на виртуелните едноклеточни организми беше малку променета“, известува Хубл.

Кога едноклеточните организми успеаја да го насочат своето движење кон посакуваните хемикалии, им беше дозволено да се „репродуцираат“, додека оние што не „изумреа“. Откако поминавме низ многу генерации, се случи еден вид на еволуција и се појави контролна мрежа. Оваа мрежа му овозможи на виртуелниот едноклеточен организам да ги претвори хемиските перцепции во насочено движење, и тоа го прави едноставно и со основни кола. 

„Не треба да го сметате за високо развиено животно кое свесно перцепира нешто и потоа трча кон него“, вели Зотл. „Тоа е повеќе како случајно движење на нишање. Но, оној што на крајот води во вистинската насока во просек. И токму тоа го забележувате кај едноклеточните организми во природата“.