走迷宮、做規劃、會學習…這個粘菌也太神奇了吧!

2021-02-25 中視和新創意

中視創意分享課又來啦!

不過今天的課程類別有些特殊

可以說是一節別樣的「生物課」

快來跟著此次為大家講解的設計師戴湖浩

一起了解「有趣的黏菌」

粘菌(slime mold)是一種單細胞生物體,但具有最原始的智慧和思考能力,平時像動物一樣四處爬動覓食,但又能像蘑菇一樣長出子實體來散播孢子,它們沒有大腦,卻能計劃出最佳的行走路線。

2000年,日本名古屋仿生控制中心的Nakagaki等科學家們完成了粘菌迷宮試驗。

在一個迷宮出入口處放上燕麥片(黏菌愛吃的東西),粘菌們可在四小時內,在迷宮出入口間形成幾條管狀通道。8小時內,粘菌細胞可以在各通道間找到最短的路線。

這一切到底是怎麼回事呢?

海外科技媒體gizmodo解釋稱,粘菌不會隨機地四處移動,如果一個粘菌移動到一個地方,沒有找到食物或水分,就不會再走那條路了,它會留下一條黏液的痕跡,如果其他粘菌探測到黏液,就會朝不同方向前進,這樣一來便能很有效地找到食物。

生物學家表示,粘菌的反應系統完全是基於化學信號的刺激, 這是一種非常原始的神經系統形式。

2010年,Nakagaki與英國牛津大學植物科學系Fricker等科學家們搭建了一個東京附近城市的模型,模仿日本在太平洋的海岸線搭建了模型的邊界。

將黏菌置於東京位置,每一個大城市則以一塊食物作為標誌,並以黏菌不喜的燈光強度來模仿地形起伏與障礙。

黏菌依然先以藤蔓狀瀰漫開來,再收歸為「城市」間的管狀通道,其建築「交通系統」的效率,與凝結無數人類智慧結晶的日本交通系統對比居然不相上下。

黏菌解決的遠不止最短路徑問題,它在擴張覓食的過程中,會依據環境變化不斷的權衡自己消耗能量的成本,在效率上持續的自我優化,以建造出最佳的路徑。

單細胞生物可以學習並在細胞層面保留學習記憶這一概念仍是飽受爭議的。傳統上來說,科學家們已經將「學習」這一現象與神經系統的存在相掛鈎。

2015年,法國國家科研中心的生物學家奧黛麗·杜索託團隊從日本獲取了黏菌的樣本並測試他它們習慣化的能力。研究人員將粘菌塊放置在實驗室中,並在不遠處放了幾碟燕麥片。要想到達燕麥處,粘菌必須沿著摻有奎寧的凝膠橋生長過去。這兩種化學物質雖然無害,但是對粘菌來說十分苦澀,通常粘菌會避免這樣的生長環境。但每天它嘗試過後發現這東西並不是無法跨越的,在第六天它終於得到食物。

黏菌沒有中樞神經系統,沒有大腦,卻能完成人類需要大腦功能的協助才能完成的行動,它能學習,能記憶,知道如何高效率的覓食,那麼它是如何工作的?

下面的視頻可以解答你的疑惑:

加泰隆尼亞高等建築學院(IAAC)對黏菌在建築上的應用進行了項目名為「生物屏風」的試驗,生物屏風可以出現在各種各樣的場景中,能在使用者與建築結構之間建立一種動態體驗。這些生物屏風能夠過濾空間中的陽光,同時還能夠改變光的顏色,從而實現透明、半透明、不透明以及影子投射等不同效果。

看完上面的內容,是不是覺得粘菌真的很神奇,它的各種特性,都擁有有很高的研究價值。其實自然界中不乏有其它的有趣生命體,你還知道哪些呢?

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