Cómo el moho de lodo de una celda toma decisiones inteligentes

Moho de fango Polysephalum poli Consiste en una célula biológica. ICSI permite distinguir el fundente en el color Physarum. Crédito: Bjoern Kscheschinski / MPIDS

Cómo un moho de limo unicelular toma decisiones inteligentes sin un sistema nervioso central.

Conservar una memoria de eventos pasados ​​nos permite tomar decisiones más inteligentes sobre el futuro. Investigadores del Instituto Max Planck de Dinámica y Autorregulación (MPI-DS) y la Universidad Técnica de Múnich (TUM) ahora han determinado cómo el moho de lodo Physarum polycephalum conserva los recuerdos, a pesar de que no tiene sistema nervioso.

La capacidad de almacenar y recuperar información le da al organismo una clara ventaja cuando busca comida o evita ambientes dañinos. Tradicionalmente se ha atribuido a seres vivos que tienen sistema nervioso.

Un nuevo estudio de Mirna Kramar (MPI-DS) y la profesora Karen Aleem (TUM y MPI-DS) desafía este punto de vista al descubrir las sorprendentes capacidades de un organismo vivo y unicelular altamente dinámico para almacenar y recuperar información sobre su entorno.

Una ventana al pasado

El moho de lodo Physarum polycephalum ha desconcertado a los investigadores durante muchas décadas. Ubicada en una encrucijada entre los reinos de los animales, las plantas y los hongos, esta criatura única brinda información sobre la historia evolutiva temprana de los eucariotas, a la que también pertenecen los humanos.

Karen Alim

La profesora Karen Allem, de la Universidad Técnica de Munich, y Mirna Kramar, del Instituto Max Planck de Dinámica y Autoorganización, han descubierto cómo el moho de limo Physarum polycephalum entrelaza sus recuerdos de los alimentos directamente en la estructura del cuerpo en forma de red y sus usos de información almacenada al tomar decisiones futuras. Crédito: Bilderfest / TUM

Su cuerpo es una única célula gigante formada por tubos interconectados que forman redes complejas. Esta única célula parecida a una ameba puede abarcar varios centímetros o incluso metros, y tiene la distinción de ser la célula más grande de la Tierra en el Libro Guinness de los Récords.

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Arquitectura de red como memoria

“Es muy emocionante cuando el proyecto evoluciona a partir de una simple observación experimental”, dice Karen Allem, presidenta del Grupo de Biofísica y Formación en MPI-DS en Göttingen y profesora de teoría de redes biológicas en la Universidad Técnica de Munich.

Cuando los investigadores siguieron el proceso de migración y alimentación del organismo y observaron una huella distintiva de una fuente de alimento en el patrón de tubos más gruesos y delgados de la red después de un largo período de alimentación.

Polysephalum viscerum en una placa de Petri

El moho de lodo Physarum polycephalum consiste en una sola célula biológica. Debido a su ingeniosa capacidad para adaptar su red tubular a un entorno cambiante, se le ha calificado de “inteligente”. Los investigadores de TUM y MPI-DS ahora han descubierto cómo almacenar información, incluso sin un sistema nervioso o cerebro. Crédito: Niko Schrama / MPI-DS

“Debido a la realineación de la red altamente dinámica en P. polycephalum, la persistencia de esta huella lanzó la idea de que la propia arquitectura de la red podría servir como memoria del pasado”, dice Karen Alim. Sin embargo, primero necesitaban explicar el mecanismo detrás de la formación de huellas dactilares.

Las decisiones se guían por los recuerdos

Para ello, los investigadores combinaron observaciones microscópicas para adaptar la red tubular al modelado teórico. El encuentro con la comida desencadena la liberación de una sustancia química que viaja desde el lugar donde se encontró la comida en todo el organismo y alisa los tubos de la red, provocando que todo el organismo redirija su migración hacia la comida.

“La mitigación gradual es donde se reproducen las huellas digitales actuales de fuentes de alimentos pasadas y donde se almacena y recupera la información”, dice la primera autora Myrna Kramar. “Los eventos de alimentación anteriores se han incluido en la jerarquía de los diámetros de los tubos, específicamente en la disposición de los tubos más gruesos y delgados en la red”.

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“Para el suavizante químico que se transporta ahora, los tubos más gruesos de la red actúan como carreteras en las redes de tráfico, lo que permite un transporte rápido a través de todo el organismo”, agrega Mirna Kramar. “Por lo tanto, los encuentros anteriores impresos en la arquitectura de la red influyen en la decisión sobre la dirección futura de la migración”.

Diseño basado en principios universales

“Dada la simplicidad de esta red viviente, la capacidad de Physarum para formar recuerdos es muy interesante. Es notable que un organismo se base en un mecanismo tan simple y, sin embargo, lo controle de una manera precisa”, dice Karen Alim.

Estos hallazgos presentan una pieza importante del rompecabezas para comprender el comportamiento de esta antigua criatura y, al mismo tiempo, apuntan a los principios universales subyacentes al comportamiento. Visualizamos las aplicaciones potenciales de nuestros resultados en el diseño de materiales inteligentes y la construcción de robots blandos que se mueven en entornos complejos ”, concluye Karen Aleem.

Referencia: “Codificación de memoria en la jerarquía del diámetro del tubo de la red de flujo en vivo” por Mirna Kramar y Karen Alim, 23 de febrero de 2021, procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.
DOI: 10.1073 / pnas.2007815118

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