(Nirosha Murugan, laboratoire Levin, Université Tufts et Institut Wyss de l'Université Harvard) Une vase jaune glissante qui vit dans les sous-bois humides continue de tester notre compréhension de ce que signifie prendre des décisions.
Physarum polycéphale , alias la moisissure visqueuse à plusieurs têtes, utilise son corps pour ressentir physiquement son environnement avant de prendre une décision quant à l'endroit où elle veut aller, selon de nouvelles recherches. C'est le dernier d'une liste impressionnante defaçons dont l'organisme unicellulaire nous a époustouflésdernièrement.
'Les gens s'intéressent de plus en plus à Physarum parce qu'il n'a pas de cerveau, mais qu'il peut quand même exécuter un grand nombre des comportements que nous associons à la pensée,' a déclaré le neuroscientifique Nirosha Murugan de l'Université Algoma au Canada.
'Comprendre comment la vie proto-intelligente parvient à faire ce type de calcul nous donne un meilleur aperçu des fondements de la cognition et du comportement des animaux, y compris les nôtres.'
P. polycéphale est un curieux petit organisme. Ce n'est pas du tout un champignon; ce n'est pas non plus un animal ou une plante. Il appartient au protiste royaume - essentiellement tout ce qui n'appartient pas aux trois autres royaumes. Il vit dans des environnements sombres et humides comme les sols forestiers, aidant à la décomposition de la matière organique et la recyclant dans le réseau trophique.
Physarum commence sa vie sous forme de plusieurs cellules individuelles, chacune avec son propre noyau. Ces cellules fusionnent pour former le plasmodium, une grande cellule unique contenant des millions, voire des milliards de noyaux nageant dans un liquide cytoplasmique. C'est le stade végétatif de la vie, au cours duquel le protiste se déplace, se nourrit et grandit.
C'est aussi l'étape où P. polycéphale présente des comportements curieux. Les scientifiques l'ont observérésoudre des labyrinthes, etse souvenir de nouvelles substances pendant des mois. Il peut également mémoriser des lieuxdans lequel il trouvait auparavant de la nourriture, etpartager des souvenirs avec d'autres gouttes de moisissure visqueuse. C'est assez incroyable pour quelque chose qui n'a ni cerveau ni système nerveux.
La plupart des recherches précédentes impliquaient une sorte d'incitation, comme un produit chimique que le protiste n'aimait pas, de la lumière ou une récompense alimentaire. Muruga et son équipe voulaient savoir comment P. polycéphale prend des décisions en l'absence de ces indices, en se basant uniquement sur son environnement physique, ils ont donc conçu une expérience pour le découvrir.
(Nirosha Murugan, laboratoire Levin, Université Tufts et Institut Wyss de l'Université Harvard)
Ils ont déposé des échantillons de P. polycéphale en boîtes de pétri, sur un gel de gélose ordinaire. D'un côté du plat, un seul petit disque de verre a été placé. De l'autre, trois disques de verre ont été placés côte à côte. Les plats ont été placés dans une pièce sombre - le réglage de lumière préféré de la moisissure visqueuse - et laissés à eux-mêmes.
Pendant les 12 premières heures environ, P. polycéphale pousse uniformément dans toutes les directions. Puis, au bout de 24 heures, 70% des échantillons avaient tous poussé vers les trois disques au lieu d'un seul.
Une expérimentation plus poussée a révélé encore plus de bizarreries. Lorsque les trois disques étaient empilés les uns sur les autres, plutôt que côte à côte, la moisissure visqueuse perdait sa préférence, se développant d'un côté ou de l'autre à peu près au même rythme. Cela semblait suggérer que ce n'était pas la masse seule qui causait la préférence de la moisissure visqueuse pour les trois disques côte à côte.
Le facteur supplémentaire a été révélé par la modélisation informatique. Lorsqu'ils sont placés côte à côte sur le gel d'agar élastique, les trois disques déforment le gel différemment que lorsqu'ils sont placés dans une pile, un peu comme trois poids placés les uns à côté des autres sur un trampoline provoqueront un modèle de tension différent de celui d'un poids empilé. .
Ce modèle de souche dans le gel d'agar, l'équipe a déterminé, est ce qui P. polycéphale se dirige vers.
'Imaginez que vous conduisez sur l'autoroute la nuit et que vous cherchez une ville où vous arrêter. Vous voyez deux arrangements différents de lumière à l'horizon : un seul point brillant et un groupe de points moins brillants. Alors que le point unique est plus lumineux, le groupe de points éclaire une zone plus large qui est plus susceptible d'indiquer une ville,' a déclaré l'ingénieur Richard Novak de l'Institut Wyss.
'Les modèles de lumière dans cet exemple sont analogues aux modèles de contrainte mécanique produits par différents arrangements de masse dans notre modèle.'
(Nirosha Murugan, laboratoire Levin, Université Tufts et Institut Wyss de l'Université Harvard)
Étant donné que P. polycéphale n'a pas de système nerveux, la question suivante était, naturellement, comment la moisissure visqueuse est-elle capable de détecter ce schéma de souche. Il s'avère que cela a à voir avec le mouvement et la communication interne de l'organisme.
Le cytoplasme à l'intérieur P. polycéphale n'est pas statique, mais se déplace par impulsions. Les parois de ses veines se contractent pour agir comme une pompe péristaltique, poussant le fluide d'une région à l'autre. D'autres animaux, comme les mammifères, ont des molécules appelées protéines TRP dans leurs membranes cellulaires qui peuvent détecter l'étirement.
Ainsi, les chercheurs ont décidé de donner P. polycéphale un bloqueur de TRP pour voir ce qui se passerait.
Effectivement, le protiste a perdu sa capacité à discerner entre un disque de verre et trois disques de verre côte à côte. Dans un nouvel essai, 71 % des échantillons se sont déplacés vers les deux côtés de la boîte de Pétri. Cela suggère que quelque chose comme les protéines TRP sont en jeu dans P. polycéphale .
«Notre découverte de l'utilisation de la biomécanique par cette moisissure visqueuse pour sonder et réagir à son environnement environnant souligne à quel point cette capacité a évolué tôt dans les organismes vivants et à quel point l'intelligence, le comportement et la morphogenèse sont étroitement liés», a déclaré le biologiste Mike Levin de l'Institut Wyss.
'Ce travail dans Physarum propose un nouveau modèle… pour explorer les façons dont l'évolution utilise la physique pour mettre en œuvre la cognition primitive qui pilote la forme et la fonction.
La recherche a été publiée dans Matériaux avancés .