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大腦是唯一的智能基礎嗎?

大腦是唯一的智能基礎嗎?

2013-03-26 11:58:38

  黏液菌雖然叫做“菌”,卻跟真菌、細菌沒什么關系,而是一種膠狀的變形蟲,它們會破壞酵母菌和面包。目前,生物學家把黏液菌歸為原生動物門,這類動物保留著“我們尚未真正理解的一切”。澳大利亞悉尼大學克里斯·雷德說:“它們正在重新定義智能的性質。”

  黏液菌比它們外表看起來更有智慧。尤其是其中一種被稱為“海綿寶寶”的黃色多頭絨泡菌(Physarum polycephalum),它們也能記憶、決策、預測變化,能解決迷宮問題、模擬人造運輸網絡設計、挑選最好的食物。它們能做到所有這些事,但它們卻沒有大腦,或者說神經系統。這一現象不得不讓科學家重新思考,智能的本質究竟是什么?

  變形“海綿寶寶”

  園丁們經常會在后院里發現黏液菌,這是一種像海綿似的黃色物質,它們附著在垃圾上或腐爛木頭上。在野生狀態下,多頭絨泡菌沿著樹葉垃圾尋找食物,并在走過的地方留下黏液。一旦發現細菌、真菌孢子及其他微生物,它們就像1958年那部著名恐怖電影《變形怪體》(The Blob)中的外星怪物那樣,包圍住獵物并把它們消化掉。

  在一般情況下,多頭絨泡菌像是由許多個體組成的一個大集體,它們互相合作、尋找食物,但事實上,它們都是作為一個單細胞獨自生活的。這一個細胞中包含了數百萬的核酸、DNA小液囊、酶和蛋白質,一個細胞就是一個變形專家。

  多頭絨泡菌會呈現不同的形狀,這取決于它生長的位置和方式:如果在森林里,它可能長得很胖,變成一個巨大的黃色的球,也可能很不起眼,在樹葉下面留下一片芥末似的黃斑;而在實驗室培養皿中,它們會沿著瓊脂變成薄薄一層,并長出像珊瑚似的漂亮分枝。

  早在30多年前,生物學家就把黏液菌帶進了實驗室,研究它們的運動方式,發現它們的肌肉是在分子水平上運作。一開始,人們根本想不到它們會發出聲音,而且還表現得好像很有智慧。

  穿越迷宮能手

  2000年,日本北海道大學的中垣俊之(音譯)和三枝哲(音譯)等人把一個多頭絨泡菌切碎了撒在一個塑料迷宮中,結果發現每一小點都開始生長,去尋找其他同伴,迅速充滿了整個迷宮。他們又在迷宮入口和出口處分別放了幾塊瓊脂,4小時后,黏液菌就從那些沒有口的死路上撤回了分枝,只沿著兩塊食物之間的最短路徑生長。

  去年10月,雷德小組也發表了論文,揭示黏液菌在環境中是如何辨別方向的,它們所用的方式比人們所想的更高級。當多頭絨泡菌沿著迷宮或森林的地面爬行時,會在身后留下半透明的黏液。雷德和同事注意到,尋食黏液菌會避開它已經通過的黏液區域。雷德推測,這種胞外黏液是黏液菌外部化的空間記憶,對它們起著提示作用,以便開拓新的地方。

  為了驗證這一點,雷德和同事把多頭絨泡菌放在培養皿中,并在其前面放一個干燥的醋酸纖維做的U型障礙物,擋在它們和食物之間。黏液菌無法黏在上面,或在上面爬行,只能沿著U型輪廓走才能到達食物。最后,實驗中的24個黏液菌有23個都到達了目標。而在第二次實驗中,雷德先用黏液菌的胞外黏液把培養皿涂了一層,然后才把黏液菌放進來,結果只有8個找到了食物。

  事先涂好的黏液迷惑了它們,讓黏液菌無法做標記來區分走過的和沒走過的路。雷德認為,多頭絨泡菌在迷宮里所依靠的也是黏液,先用黏液標出迷宮入口,然后再記得哪條路是死胡同。

  模擬交通網絡

  這種在迷宮里辨認方向的本事固然令人贊嘆,但黏液菌還能解決更復雜的問題:它們能有效地再現東京地鐵網以及加拿大、英國和西班牙的高速路網!

  研究人員按照地圖,在大城市的位置放了燕麥片等食物,黏液菌先是包圍了整個可吃的地方,但幾天之內它們就縮小變細,只留下與食物連在一起的黏液分枝,而這些黏液分枝相互連接的方式,幾乎與人造的公路、鐵路線完全一致,將東京、歐洲和加拿大的大型中心城市連在一起。

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