Araştırmacılar Tek Hücreli Organizmaların Hareketini Benzettiler

Vienna’daki (TU Wien) bir araştırma ekibi, beyni veya sinir sistemi olmayan tek hücreli organizmaların istenen bir yönde hareket etme sürecini başarıyla benzetmiştir. Yeni gelişmelerden önce, araştırmacılar bu küçük organizmaların böyle bir süreci nasıl gerçekleştirebildiklerine emin değillerdi.

Ekibin hesapladığı fiziksel etkileşim, basit bir model organizma ve çevresiyle ilgilidir ve çevresi, kimyasal bileşimi olmayan bir sıvıdır ve inside food kaynakları eşit olarak dağılmamıştır.

Araştırma PNAS dergisinde yayımlandı.

Benzer Organizma

Araştırmacılar, benzetilen organizmayı, yiyecek ve çevresiyle ilgili verileri işleme yeteneği ile donattılar. Makine öğrenimi algoritmasına dayanarak, bilgi işleme, evrimsel adımlarda değiştirilebilirdi. Bu, araştırmacıların gerçek organizmalara benzer şekilde yiyecek arayan ve hareket eden bir bilgisayar organizması geliştirdiği anlamına geliyordu.

Andreas Zöttl, TU Wien’deki Teorik Fizik Enstitüsü’nde araştırma projesini yönetti.

“İlk bakışta, böyle basit bir modelin böyle zor bir görevi çözmesi şaşırtıcıdır” diyor Zöttl. “Bakteriler, reseptörleri kullanarak, örneğin oksijen veya besin konsantrasyonunun arttığı yönde belirleyebilir ve bu bilgi daha sonra istenen yönde hareketi tetikleyebilir. Buna kemotaksis denir.”

Çok hücreli organizmalar sinir hücrelerinin birbirine bağlantısını sahiptir, ancak tek hücreli organizmalar sinir hücresine sahip değildir. Bu nedenle, yalnızca basit işleme adımlarından geçebilirler.

“Bunu açıklamak için, bu tek hücreli organizmaların hareketi için gerçekçi, fiziksel bir modele ihtiyacınız vardır” diyor Zöttl. “En basit possible modeli seçtik, bu model fiziksel olarak bir sıvıda bağımsız hareketi ilk önce sağlar. Tek hücreli organizmamız, basitleştirilmiş kaslarla birbirine bağlı üç kütlelerden oluşur. Şimdi soru ortaya çıkıyor: Bu kaslar, tüm organizmanın istenen yönde hareket etmesini sağlayacak şekilde koordine edilebilir mi? Ve en önemlisi: Bu süreç basit bir şekilde gerçekleştirilebilir mi, yoksa karmaşık bir kontrol gerektirir mi?”

Bilgisayar Modelinin Uygulanması

Benedikt Hartl, modeli bilgisayarda uyguladı.

“Tek hücreli organizmanın sinir hücresi ağı olmasa da, mantıksal adımlar, ‘duyu izlenimlerini’ hareketiyle bağlayabilir ve bunlar matematiksel olarak bir nöron ağı gibi tanımlanabilir” diyor Hartl.

Tek hücreli organizmalar, hücrenin farklı unsurları arasında mantıksal bağlantılar sahiptir ve hareket, kimyasal sinyallerin tetiklenmesi ile gerçekleşir.

Maximilian Hübl, araştırmada beberapa hesaplamaları gerçekleştirdi.

“Bu unsurlar ve birbirlerini nasıl etkiledikleri bilgisayarda simüle edildi ve bir genetik algoritma ile ayarlandı: Sanal tek hücreli organizmaların hareket stratejisi, nesil nesil değiştirildi” diyor Hübl.

Tek hücreli organizmalar, hareketlerini istenen kimyasallara yönlendirdiklerinde, ‘üreyebilirlerdi’, ancak bunu başaramayanlar ‘yok oldu’. Birçok nesil sonra, bir tür evrim gerçekleşti ve bir kontrol ağı ortaya çıktı. Bu ağ, sanal tek hücreli bir organizmanın kimyasal algılarından hedeflenen hareketi dönüştürmesine olanak sağladı ve bunu basit ve temel devrelerle yaptı.

“Bunu, yüksek düzeyde gelişmiş bir hayvan olarak düşünmemelisiniz, bu hayvan bilinçli olarak bir şey algılar ve ona doğru koşar” diyor Zöttl. “Daha çok, rastgele bir sallantı hareketi gibi. Ancak bu, ortalama olarak doğru yönde sonuçlanır. Ve doğada tek hücreli organizmalarda da tam olarak bunu gözlemliyorsunuz.”