점액 곰팡이는 세계에서 가장 이상한 유기체 중 하나입니다. 곰팡이로 오인, 그들은 이제 아메바의 유형으로 분류됩니다. 단일 세포 유기체로서, 그들은 뉴런이나 뇌가 없습니다. 그러나 약 10 년 동안 과학자들은 슬라임 곰팡이가 자신의 환경에 대해 배우고 그에 따라 행동을 조정할 수있는 능력이 있는지 토론했습니다.
프랑스 국립 과학 연구 센터의 생물 학자 인 오드리 다구 투르 (Audrey Dussutour)의 경우, 툴루즈 (Toulouse)의 폴 사바 티어 (Université Paul Sabatier)의 동물 인식 연구 센터의 팀 리더 인 오드리 (Audrey Dussutour)의 경우 토론이 끝났습니다. 그녀의 그룹은 슬라임 곰팡이를 가르쳤을뿐만 아니라 일반적으로 피할 수있는 유해한 물질을 무시하도록 가르쳤을뿐만 아니라 1 년간의 생리 학적으로 파괴적인 강제 수면 후 유기체 가이 행동을 기억할 수 있음을 보여주었습니다. 그러나 이러한 결과는 슬라임 곰팡이, 그리고 아마도 뇌가 부족한 광범위한 다른 유기체가 원시적 인식의 형태를 나타낼 수 있음을 증명합니까?
원생 동물이 Go와 같이 슬라임 곰팡이는 상대적으로 연구하기 쉽습니다. 그것들은 쉽게 조작하고 관찰 할 수있는 거시적 유기체입니다. 900 종 이상의 슬라임 곰팡이가 있습니다. 일부는 대부분의 시간 동안 단일 세포 유기체로 살지만, 떼에서 함께 모여 음식이 짧을 때 마초와 출산합니다. 소위 플라즈 모디 알 슬라임 곰팡이는 항상 수천 개의 핵을 함유 한 하나의 거대한 세포로 살고 있습니다. 가장 중요한 것은 슬라임 곰팡이에 새로운 트릭을 가르 칠 수 있습니다. 종에 따라, 그들은 카페인, 소금 또는 강한 빛을 좋아하지 않을 수도 있지만, 이것들로 표시된 영역이 습관화되는 것처럼 알려진 것만 큼 나쁘지 않다는 것을 알 수 있습니다.
.호주의 맥쿼리 대학 (Macquarie University)의 행동 생물 학자 인 크리스 리드 (Chris Reid)는“습관화에 대한 고전적인 정의에 의해,이 원시적 인 단세포 유기체는 뇌가있는 동물과 마찬가지로 학습하고있다”고 말했다. “Slime Molds에는 뉴런이 없으므로 학습 과정의 메커니즘은 완전히 달라야합니다. 그러나 결과와 기능적 중요성은 동일합니다.”
Dussutour의 경우, "그러한 유기체는 학습 할 수있는 능력이 있다는 것은 비 신경 시스템에서의 학습을 인식하는 것 이상으로 상당한 영향을 미칩니다." 그녀는 슬라임 곰팡이가 과학자들이 생명의 나무에서 언제 어디서 어디에 있는지 이해하는 데 도움이 될 수 있다고 믿는다.
Bonn 대학의 식물 세포 생물학자인 František Baluška는 더 흥미롭고 논란의 여지가있는 Dussutour와 다른 사람들의 연구에 따르면 점액 곰팡이가 획득 한 기억을 세포로 옮길 수 있다고 말했다. "이것은 동물, 인간 및 식물과 같은 훨씬 더 큰 유기체에 대한 이해에 매우 흥미 롭습니다."
습관의 역사
찰스 다윈 (Charles Darwin)과 그의 아들 프란치스코 (Francis)가 식물에서 뿌리 (뿌리 정점이라고 불리는 작은 지역)의 팁이 뇌 역할을 할 수 있다고 제안한 원시 유기체의 행동에 대한 연구는 1800 년대 후반으로 거슬러 올라갑니다. 영향력있는 동물 학자이자 초기 유전학자인 허버트 스펜서 제닝스 (Herbert Spencer Jennings)는 1906 년의 서적 하위 유기체의 행동에서 같은 주장을했다 .
그러나 단일 세포 유기체가 무언가를 배우고 세포 수준에서 기억을 유지할 수 있다는 개념은 새롭고 논란의 여지가 있습니다. 전통적으로 과학자들은 학습 현상을 신경계의 존재와 직접 연결했습니다. Dussutour는 많은 사람들이 그녀의 연구가“끔찍한 시간 낭비이며 막 다른 골목에 도달 할 것이라고 생각했다”고 생각했다.
그녀는“슬라임 곰팡이의 위치에”자신을 두어 칙칙한 얼룩을 연구하기 시작했다고 그녀는 말했다. 점액 곰팡이는 천천히 기어 다니며 너무 건조하거나 짠맛 또는 산성 인 환경에 쉽게 붙잡을 수 있습니다. Dussutour는 Slime Molds가 불편한 조건에 익숙해 질 수 있는지 궁금해했으며 습관화 능력을 테스트하는 방법을 생각해 냈습니다.
.습관화는 단순한 적응이 아닙니다. 가장 간단한 학습 형태로 간주됩니다. 그것은 동일한 조건을 반복적으로 만나면 유기체가 어떻게 반응하는지를 말하며, 그것이 깨달은 자극을 필터링 할 수 있는지 여부는 관련이 없습니다. 인간의 경우, 습관화의 전형적인 예는 옷을 입힌 후 피부의 순간에 대한 옷의 감각을 알아 차리지 않는다는 것입니다. 우리는 마찬가지로 많은 불쾌한 냄새 나 배경 소리를 알아 차릴 수 있습니다. 특히 그들이 우리의 생존에 중요하지 않을 때 변하지 않는 경우, 특히 변하지 않는 경우. 우리와 다른 동물들에게,이 형태의 학습은 우리의 신경계의 뉴런 네트워크에서 자극을 감지하고 처리하고 우리의 반응을 중재 할 수 있습니다. 그러나 뉴런이없는 단세포 유기체에서 습관화가 어떻게 일어날 수 있습니까?
2015 년부터 Dussutour와 그녀의 팀은 일본 하코 데이트 대학교 (Hakodate University)의 동료들로부터 슬라임 곰팡이 샘플을 얻었고 습관화 능력을 테스트했습니다. 연구원들은 실험실에 점액 곰팡이 조각을 설치하고 유기체가 가장 좋아하는 음식 중 하나 인 오트밀 요리를 짧은 거리에 놓았습니다. 오트밀에 도달하기 위해, 슬라임 곰팡이는 카페인 또는 퀴닌, 무해하지만 쓴 화학 물질로 묶인 젤라틴 교량을 가로 질러 자라야했습니다.
Dussutour는“첫 번째 실험에서 슬라임 곰팡이는 다리를 건너는 데 10 시간이 걸렸으며 실제로는 접촉하지 않으려 고 노력했습니다. 이틀 후, 슬라임 곰팡이는 쓴 물질을 무시하기 시작했고 6 일 후 각 그룹은 억제에 대한 반응을 중단했습니다.
점액 곰팡이가 배운 습관화는 물질에 특화되어 있었다. 카페인에 습관화 된 슬라임 곰팡이는 여전히 퀴닌을 함유 한 다리를 가로 지르는 것을 꺼려했으며 그 반대도 마찬가지였다. 이것은 유기체가 특정 자극을 인식하고 그것에 대한 그들의 반응을 조정하는 법을 배웠고, 다리를 무차별 적으로 밀어 내지 않는 것을 배웠다는 것을 보여 주었다.
.
마지막으로, 과학자들은 슬라임 곰팡이가 퀴닌이나 카페인에 노출 된 상황에서 이틀 동안 휴식을 취한 다음 유해한 다리로 다시 테스트했습니다. Dussutour는“우리는 그들이 회복하는 것을 다시 회피하는 것을 보았습니다. 점액 곰팡이는 원래 행동으로 되돌아갔습니다.
물론 유기체는 학습을 암시하지 않는 방식으로 환경 변화에 적응할 수 있습니다. 그러나 Dussutour의 연구는 점액 곰팡이가 경험뿐만 아니라 의사 소통의 형태를 통해 이러한 행동을 선택할 수 있다고 제안합니다. 후속 연구에서, 그녀의 팀은“순진한”비정규 점도 곰팡이가 세포 융합을 통해 습관화 된 행동으로부터 배운 행동을 직접 얻을 수 있음을 보여 주었다.
.복잡한 다세포 유기체와 달리 슬라임 곰팡이는 많은 조각으로 절단 될 수 있습니다. 그들이 다시 모여 들어, 그들은 융합하고 하나의 거대한 슬라임 곰팡이를 만들고, 연결할 때 조각 사이에 빠르게 흐르는 세포질로 채워진 정맥 모양의 튜브로 만듭니다. Dussutour는 그녀의 점액 곰팡이를 4,000 개 이상의 조각으로 자르고 소금으로 절반을 훈련 시켰습니다. 이는 유기체가 퀴닌과 카페인만큼 강하지는 않지만 유기체가 싫어하는 또 다른 물질을 훈련 시켰습니다. 이 팀은 다양한 조합으로 다양한 조합으로 분류 된 조각을 융합하여 슬라임 곰팡이를 혼합하지 않은 것과 소금에 습관화했습니다. 그런 다음 새로운 엔티티를 테스트했습니다.
그녀는“우리는 우리가 형성하고있는 실체에 습관화 된 점액 곰팡이가 하나 있었을 때 습관화를 보여주고 있음을 보여 주었다”고 말했다. "따라서 한 점액 곰팡이는이 습관화 된 반응을 다른쪽으로 전달할 것입니다." 그런 다음 연구원들은 3 시간 후에 다른 곰팡이를 다시 분리했습니다 (세포질의 모든 정맥이 제대로 형성되는 데 걸리는 시간)는 여전히 습관화를 보여주었습니다. 유기체는 배웠습니다.
원시 인식의 힌트
그러나 Dussutour는 더 나아가서 그 습관화 기억이 장기적으로 리콜 될 수 있는지 확인하기를 원했습니다. 그래서 그녀와 그녀의 팀은 블로브를 통제 된 방식으로 건조시켜 1 년 동안 잠을 자게했습니다. 3 월에 그들은 얼룩을 깨웠다. 거주지되지 않은 슬라임 곰팡이는 아마도 삼투 충격으로 사망했을 것입니다. 왜냐하면 그들은 수분이 세포에서 얼마나 빠르게 새는 지에 대처할 수 없었기 때문일 것입니다. Dussutour는“우리는 그런 점액 곰팡이를 많이 잃었습니다. "그러나 습관화 된 사람들은 살아 남았습니다." 그들은 또한 음식을 사냥하기 위해 짠 주변 환경을 가로 질러 빨리 확장하기 시작했습니다.
독일 브레멘 대학교 (University of Bremen)에서 열린 4 월 과학 회의 에서이 미공개 작품에 대해 설명한 Dussutour에 따르면, 슬라임 곰팡이는 배울 수 있다는 것입니다. 그리고 그것은 전환에 수반되는 세포의 광범위한 물리적, 생화학 적 변화에도 불구하고 휴면 중에 그 지식을 유지할 수 있다는 것입니다. 음식을 어디서 찾을 수 있는지 기억할 수 있다는 것은 환경이 위험 할 수 있기 때문에 점액 곰팡이가 야생에 가질 수있는 유용한 기술입니다. Dussutour는“습관을 가질 수있는 것은 매우 좋다. 그렇지 않으면 붙어있을 것”이라고 Dussutour는 말했다.
더 근본적으로,이 결과는 또한 뇌가있는 유기체에 국한되지 않는 인식의 형태 인“원시 인식”과 같은 것이 있음을 의미한다고 말했다.
과학자들은 어떤 메커니즘이 이런 종류의 인식을 뒷받침하는지 전혀 모른다. Baluška는 많은 과정과 분자가 관련 될 수 있으며 단순한 유기체에 따라 다를 수 있다고 생각합니다. 슬라임 곰팡이의 경우, 세포 골격은 감각 정보를 처리 할 수있는 똑똑하고 복잡한 네트워크를 형성 할 수 있습니다. "그들은이 정보를 핵으로 공급합니다."
배울 수있는 슬라임 곰팡이만이 아닙니다. 연구원들은 식물과 같은 다른 비 신경 유기체를 조사하여 가장 기본적인 학습 형태를 보여줄 수 있는지 알아 봅니다. 예를 들어, 2014 년에 Monica Gagliano와 이탈리아의 Firenze 대학교의 Monica Gagliano와 그녀의 동료들은 Mimosa Pudica 의 실험에 대한 미디어 열풍을 일으킨 논문을 발표했습니다. 식물. 미모사 식물은 만지거나 신체적으로 혼란스러워하는 것에 민감합니다. 그들은 즉시 섬세한 잎을 방어 메커니즘으로 말합니다. Gagliano는 식물을 약 1 발로 약 해제하지 않고 갑자기 떨어 뜨리는 메커니즘을 만들었습니다. 처음에는 식물이 떨어질 때 나뭇잎을 후퇴시키고 말릴 것입니다. 그러나 잠시 후, 식물은 반응을 멈추지 않았습니다.
전통적으로, 뇌 나 뉴런이없는 단순한 유기체는 최대의 단순한 자극-반응 행동을 할 수있는 것으로 생각되었다. Slime Mold Physarum Polycephalum 와 같은 원생 동물의 행동에 대한 연구 (특히 일본 호카이도 대학교에서 나카 가키의 토시 요키의 작업)는 이러한 단순한 유기체가 환경 내에서 복잡한 의사 결정과 문제 해결이 가능하다는 것을 시사합니다. 예를 들어, Nakagaki와 그의 동료들은 슬라임 곰팡이가 미로 문제를 해결하고 인간이 설계 한 것만 큼 효율적인 분포 네트워크를 배치 할 수 있음을 보여주었습니다 (유명한 결과에서 Slime Molds는 도쿄 철도 시스템을 재현했습니다).
뉴저지 기술 연구소 (New Jersey Institute of Technology)에서 스와르 랩 (Swarm Lab)을 이끌고있는 크리스 리드 (Chris Reid)와 그의 동료 인 시몬 가니에 (Simon Garnier)는 슬라임 곰팡이가 모든 부분 사이에서 정보를 전달하여 뉴런으로 가득 찬 뇌의 능력을 모방하는 일종의 집단 역할을하는 방법의 메커니즘을 연구하고있다. 슬라임 곰팡이의 각 작은 부분은 약 1 분 동안 수축하고 확장되지만 수축률은 지역 환경의 품질과 관련이 있습니다. 매력적인 자극은 맥동이 더 빠른 반면, 음성 자극은 맥동이 느려집니다. 각 펄스 부분은 또한 연결된 뉴런의 발사 속도가 서로 영향을 미치는 방식과 달리 이웃의 맥동 주파수에 영향을 미칩니다. MRI 뇌 스캔의 슬라임 곰팡이 버전에 비유 될 수있는 컴퓨터 비전 기술과 실험을 사용하여, 연구원들은 슬라임 곰팡이 가이 메커니즘을 사용하여 거대한 단세포 신체 주위의 정보를 전달하고 충돌하는 자극 사이의 복잡한 결정을 내리는 방법을 조사하고 있습니다.
.뇌를 특별하게 유지하기 위해 싸우는
그러나 일부 주류 생물 학자와 신경 과학자들은 그 결과에 비판적입니다. Tufts University의 생물 학자 인 Michael Levin은“신경 과학자들은 뇌의 특수성의 '평가 절하'에 반대하고 있습니다. “두뇌는 훌륭하지만 어디에서 왔는지 기억해야합니다. 신경성 세포에서 진화 한 뉴런은 마술처럼 나타나지 않았습니다.”
일부 생물 학자들은 또한“세포가 목표, 기억 등을 가질 수 있다는 생각에 반대한다”고 덧붙였다. 그러나 우리는 지난 세기 동안 통제 이론, 사이버네틱스, 인공 지능 및 기계 학습에 관한 연구가 기계 시스템이 목표를 달성하고 결정을 내릴 수 있음을 보여 주었다. Levin은“컴퓨터 과학은 오래 전에 정보 처리가 기질 독립적이라는 것을 알게되었습니다. "그것은 당신이 만든 것이 아니라 계산 방법에 관한 것입니다."
샌디에고 캘리포니아 대학의 통합 신경 과학 실험실 책임자 인 존 스미스 (John Smythies)에 따르면, 그것은 모두 학습을 정의하는 방법에 달려 있습니다. 그는 휴면이 많이 나온 후 Dussutour의 슬라임 곰팡이에 대한 실험이 소금에 습관화 된 후에 설득되지 않았다. “ '학습'은 행동과 죽어가는 것이 그렇지 않다는 것을 의미합니다! " 그는 말했다.
네덜란드의 그로 닝겐 대학의인지 과학자 인 프레드 카이즈 저 (Fred Kaijzer)에게,이 흥미로운 행동이 슬라임 곰팡이가 배울 수 있다는 것인지에 대한 문제는 플루토가 행성인지 여부에 대한 논쟁과 비슷하다는 것을 보여줍니다. 그 대답은 학습 개념이 경험적 증거에 어떻게 동의하는지에 달려 있습니다. 그럼에도 불구하고 그는“신경성 유기체가 실제로 배울 수있는 옵션을 부정하는 분명한 과학적 이유를 보지 못한다”고 말했다.
Baluška는 많은 연구자들이 식물이 추억, 학습 및 인식을 가질 수 있는지에 대해 격렬하게 동의하지 않는다고 말했다. 식물은 여전히“완전한 살아있는 유기체보다는 Zombielike Automata”로 간주됩니다.
그러나 일반적인 인식은 서서히 변화하고 있습니다. "식물에서 우리는 2005 년에 식물 신경 생물학 이니셔티브를 시작했으며, 여전히 주류에 의해 받아 들여지지 않았지만 이미 공장 신호, 의사 소통 및 행동과 같은 용어가 지금도 너무 많이 바뀌 었습니다."
토론은 과학에 관한 전쟁이 아니라 단어에 관한 것입니다. Reid는“슬라임 곰팡이 지능에 대해 이야기 한 대부분의 신경 과학자들은 실험이 유효하고 뇌가있는 동물에 대해 수행 된 동일한 실험과 유사한 기능적 결과를 보여주기 위해 매우 기쁘다”고 Reid는 말했다. 그들이 문제를 일으키는 것처럼 보이는 것은 전통적으로 심리학과 신경 과학을 위해 예약 된 용어를 사용하고 학습, 기억 및 지능과 같은 뇌와 거의 보편적으로 관련된 것입니다. "Slime Mold 연구자들은 Slime Mold에서 관찰 된 기능적으로 동등한 행동이 Brained Animal과 동일한 설명 용어를 사용해야한다고 주장하는 반면, 고전적 신경 과학자들은 학습과 지능의 정의에 신경 기반 아키텍처가 필요하다고 주장합니다."
Baluška는 결과적으로 원시 인식 연구를위한 보조금을 얻는 것은 쉽지 않다고 말했다. “가장 중요한 문제는 보조금 기관과 자금 조달 기관이 그러한 프로젝트 제안을 지원하기 시작한다는 것입니다. 지금까지 몇 가지 예외에도 불구하고 주류 과학은이 점에서 다소 꺼려합니다. 이는 정말 동정입니다.”
.주류 인식을 얻으려면 원시인인지 연구자들은 광범위한 자극에 대한 습관화를 입증해야하며 가장 중요한 것은 습관화가 달성되는 정확한 메커니즘과 단일 세포 사이에서 어떻게 전달 될 수 있는지 결정해야한다고 Reid는 말했다. "이 메커니즘은 뇌에서 관찰 된 메커니즘과는 상당히 달라야하지만 기능적 결과의 유사성은 비교를 매우 흥미롭게 만듭니다."
.이 기사는 Wired.com에서 재 인쇄되었습니다.
