Простейшие тоже могут
Это крайне любопытное явление, и пока что плохо нами понятое.
Некоторые организмы, чрезвычайно примитивные в некоторых отношениях ведут себя так, как будто имеют нечто, вроде разума.
Хотя разума у них нет. А может следует иначе определять разум?
В общем, тут нет сенсации, но есть некий интерес.
Материал где рассматривается организм примитивно-разумный подготовлен Татьяной Храмовой для журнала«Химия и жизнь» №4, 2016 и размещен на сайте Э Л Е М Е Н Т Ы.ру
там вначале чисто биологические вещи - описание плазмодия и т.п., но я советую читателю не пугаться - главное тут вовсе не в этом, а забавное будет потом
Рис. 1. Жизненный цикл Physarum polycephalum
На первой стадии своего жизненного цикла P. polycephalum - почвенная амеба (рис. 1). При этом в условиях низкой влажности из споры появляется обычная подвижная миксамеба, а при избытке влажности - миксофлагеллят, амеба в жгутиковой форме. У этих амеб гаплоидный набор хромосом, они - половые клетки слизевика. Сначала амебы живут отдельно, но, когда пищи в среде становится недостаточно, начинается их агрегация - формируется псевдоплазмодий.
Каждая амеба оставляет особый химический след, другие ползут по нему и образуют скопления, что повышает концентрацию активных веществ и привлекает еще больше амеб. При слиянии половых клеток возникает зигота и превращается в вегетативное тело - плазмодий. По форме он похож на сосудистую сеть или дерево с широкой кроной - за ведущим веерообразным фронтом следует сеть разветвленных трубочек (тяжей). На стадии плазмодия миксомицет становится виден невооруженным глазом, он выглядит как желтоватая масса, которая стремительно разрастается до внушительных размеров. Но весь плазмодий - одна гигантская клетка. В 1989 году плазмодий P. polycephalum занесли в Книгу рекордов Гиннесса как самый большой одноклеточный организм - толщиной около 2 мм и площадью 5,54 м2! Деление ядер в плазмодии не сопровождается делением клетки, в результате получается клетка с множеством ядер, окруженных единой мембраной. При этом деление ядер хорошо синхронизировано, что делает миксомицета идеальным инструментом для изучения этого процесса.
На стадии плазмодия организм обычно имеет желтую окраску (ее интенсивность может меняться в зависимости от условий среды), предпочитает влажную среду и чаще всего встречается на гниющей древесине и листьях. Не брезгуя ничем, это чудовище поглощает все на своем пути - бактерии, споры грибов и различные микробы. Обволакивая пищу и образуя пищеварительные вакуоли, он получает необходимые питательные вещества (этот процесс называется фагоцитозом). Чем больше пищи и, следовательно, благоприятнее среда, тем крупнее он станет. Быстрый рост пульсирующих и передвигающихся плазмодиев - зрелище жутковатое, наводящее на мысли о хищниках из космоса и вдохновляющее авторов фильмов ужасов.
В лабораториях плазмодий выращивают по стандартному методу в чашке Петри, используя в качестве влажной подложки агаровый гель (тот самый агар-агар, применяемый в производстве мармелада или зефира), а любимая пища плазмодия в неволе - обычные овсяные хлопья. Так что, имея склероций или споры плазмодия, каждый может завести себе этого неприхотливого питомца.
Оказывается, в теле плазмодия есть своего рода мускулы, сокращение которых позволяет ему двигаться.
IQ-тесты для плазмодия
Не так давно в СМИ поднялся шум о существовании «интеллекта у плесени», и речь в многочисленных публикациях была именно о Physarum polycephalum. Какие же исследования стали основой для сенсации?
Рис. 2. Эксперимент по преодолению лабиринта плазмодием Physarum polycephalum: а - синие линии показывают возможные наикратчайшие пути между блоками агара с измельченными овсяными хлопьями (AG): α1=41±1 мм, α2=33±1 мм, β1=44±1 мм, β2=45±1 мм, б - через 4 часа плазмодий нашел все возможные маршруты между агаровыми блокам, плазмодиальные тяжи в тупиковых ходах утончаются и исчезают; в - еще через 4 часа выбран самый короткий путь; г - цифры показывают частоту, с которой плазмодий выбирал тот или иной маршрут
Этот несложный эксперимент провел вместе с коллегами Тосиюки Накагаки из университета Хоккайдо (Nature, 2000, 407, 470; doi:10.1038/35035159). Отдельные кусочки плазмодия поместили в небольшой лабиринт, спустя некоторое время они начали разрастаться, сливаясь друг с другом и заполняя весь лабиринт (рис. 5а). Затем на входе и выходе положили агаровые блоки, содержащие измельченные овсяные хлопья, и всего через четыре часа плазмодий начал оптимизировать свою сеть (б): тяжи в тупиковых ходах и на более длинных путях постепенно истончались и исчезали. Еще через четыре часа миксомицет сформировал утолщенный тяж по наикратчайшему пути между источниками еды (в). Стоит отметить, что сначала плазмодий нашел еду, затем, прогнав питательные вещества по телу, принял оптимальную конфигурацию - соединил оба источника питания. При этом он сумел выбрать более короткое расстояние из различающихся на 22% (α1 и α2 на рисунке), но небольшую разницу в 2% (β1 и β2) уже не учитывал. Авторы сделали логичный вывод, что плазмодий, чтобы повысить свои шансы на выживание, выбирает самый эффективный способ получения питательных веществ, а также отважились на формулировку, которая и привлекла внимание журналистов: «...одноклеточные создания могут проявлять примитивный интеллект». В 2008 году участники исследования удостоились Игнобелевской премии в области когнитивных наук.
В 2009 году Тосиюки с коллегами поместил плазмодий в Токио, и спустя 23 часа плазмодий захватил все крупные города Японии! К счастью для местных жителей, плазмодий распространился всего лишь на карте, концентрируясь вдоль основных транспортных маршрутов, а на месте 36 крупных городов ученые расположили овсяные хлопья. Как видно на фото эксперимента, плазмодий сначала занимает всю площадь, находя источники питания (как и в исследовании 2000 года), а затем формирует основную структуру. Получилась почти точная копия железнодорожной сети, соединяющей города Японии. Расчеты показали, что в местах несовпадений слизевик разработал более выгодный маршрут, чем уже существующий. Работа была опубликована в журнале Science (2010, 327, 5964, 439-442, doi: 10.1126/science.1177894), но Тосиюки не удалось избежать повторного присуждения Игнобелевской премии в 2010 году, на этот раз в области транспортного планирования.
Рис. 3. Э Оптимизация железнодорожной сети Японии. Овсяные хлопья были размещены на крупных городах, и через 26 часов плазмодий сформировал единую сеть тяжей между хлопьями.
Хотя задача соединения точек не кажется трудной, на самом деле поиск оптимального способа требует сложных математических вычислений. Эксперимент вызвал немало сомнений, его повторили во многих других лабораториях, так, например, были получены модели сетей шоссейных дорог на картах Англии и Испании, причем слизевик воспроизвел расширения и изменения, сделанные в последнее время из-за неоптимального изначального планирования. Исследование наглядно продемонстрировало способность одноклеточного планировать транспортные маршруты не хуже профессиональных инженеров. Естественно, он не способен учитывать ландшафтные особенности местности, поэтому дает картину только для идеальных условий. Однако это не умаляет перспектив применения Physarum polycephalum для поиска оптимальных решений как в инженерных, так и биологических системах. Возможно, в будущем он поможет строить инфраструктуру с улучшенной архитектурой, создавать более эффективные и быстрые информационные сети, линии электропередач, или же его будут применять в исследовании самоорганизующихся сетей (массивы датчиков, беспроводные ячеистые системы).
Группа молодого исследователя Кристофера Рида из университета Сиднея обнаружила, что плазмодий при движении оставляет за собой след из слизи и в дальнейшем при поиске пищи избегает уже пройденных участков.
Можно допустить, что подобная внешняя пространственная память - ответная реакция на химические вещества, накопленные в окружающей среде, свойственная примитивным организмам, - была первым эволюционным шагом, функциональным предшественником внутренней памяти высших организмов. Простейшие механизмы памяти, открытые у P. polycephalum, будут полезны инженерам и программистам, работающим над усовершенствованием системы преодоления препятствий у роботов.
Было показано, что плазмодий каким-то загадочным способом умудряется выбирать именно ту пищу, что соответствует его потребностям. Известно, что он предпочитает соотношение углеводов к белку 1:2, а углеводной пищей не злоупотребляет. Позже ученые из уже упомянутого университета Сиднея продемонстрировали, как он перебирает варианты и делает лучший выбор. Способность принимать решение с учетом компромисса между скоростью и точностью есть у многих высших животных. Аналогичную задачу предложили нашему одноклеточному: плазмодий должен был выбрать наилучшую пищу в стандартных условиях и в условиях стресса (под ярким светом). Ему дали на выбор питательные блоки, содержащие овсянку в концентрациях 2, 6 и 10% . Ожидания оправдались - голодный плазмодий всегда выбирал более калорийный блок, однако, когда пищу размещали вокруг него на непродолжительное время или же при повышенном освещении, выбор часто оказывался ошибочным. Важно отметить, что абсолютно такое же поведение свойственно и нам.
Исследование сложного поведения примитивных организмов очень важно для понимания общих механизмов поведенческих реакций и их эволюции. Понятие памяти принято связывать с наличием нервной системы и мозга, но, как можно видеть, лишенный мозга организм тоже справляется с задачей запоминания информации.
В общем тут есть интересные моменты.
Когда эра вычислительной техники только начиналась, некоторое время (ветераны о таком помнят) наблюдалась конкуренция между цифровыми и аналоговыми вычислительными устройствами, потом цифра победила, а сейчас она побеждает не только полностью нор и окончательно. В компьютерах уже давно, в ТВ недавно, но уже явно, отчаянно сопротивляется последний оплот - звукозапись, где число любителей аналогового звука (граммзапись) все еще велико, но уже понятно, что это ненадолго.
А вот тут перед нами природный аналоговый компьютер, который способен достаточно быстро решать некоторые задачи. Разума у него не больше, чем у любого аналогового компьютеора где-то так 60-х годов, в общем, даже меньше.
Однако тут же возникает любопытная мысль.
В конечном счете наш мозг - тоже всего лишь коллектив одноклеточных. Правда это не сборище, а сложно организованная сеть, к тому же принцип организации скорее цифровой чем аналоговый. Но пока что эта сеть выигрывает у устройств с центральным процессором. Идело не только в том, что мозг пока что эффективнее.
Главное его преимущество - он бесконечно более устойчив по отношению к повреждениям.
И куда в какую сторону пойдет дальнейшая эволюция интеллектуальных устройств - в сторону иерархических или сетевых - я сказать не берусь.Ближайшее будущее очевидно за централизованными устройствами, но будет ли такая тенденция вечной?
Тут я сильно сомневаюсь. А вот то, что искусственный интеллект очень скоро превзойдет достаточно слабый наш естественный - вот тут сомнений нет ни у кого.
И каково после этого будет будущее естественного интеллекта - и будет ли у него вообще будущее?
Мне лично кажется, что будущего у него не будет. Что через 200 лет - а может раньше - людей - в том смысле как мы сегодня понимаем это слово - на планете Земля не останется.
Потому так комично выглядят фантасты, рассказывающее о путешествиях ЛЮДЕЙ в космосе и контактах с ЛЮДЬМИ ИНЫХ ПЛАНЕТ.
Или о маленьких зеленых человечках