Η συμπεριφορά αυτού του ζώου είναι μηχανικά προγραμματισμένη

Ο βιοφυσικός Manu Prakash θυμάται έντονα τη στιγμή, αργά ένα βράδυ σε εργαστήριο ενός συναδέλφου πριν από δώδεκα χρόνια, όταν κοίταξε σε ένα μικροσκόπιο και συνάντησε τη νέα του εμμονή. Το ζώο κάτω από τους φακούς δεν ήταν πολύ ενδιαφέρον, καθώς έμοιαζε με αμοιβάδα περισσότερο από οτιδήποτε άλλο:μια πεπλατυσμένη πολυκύτταρη μάζα, πάχους μόλις 20 μικρομέτρων και πλάτους μερικών χιλιοστών, χωρίς κεφάλι ούτε ουρά. Κινήθηκε πάνω σε χιλιάδες βλεφαρίδες που κάλυπταν το κάτω μέρος του για να σχηματίσουν το «κολλώδες τριχωτό πιάτο» που ενέπνευσε το λατινικό του όνομα, Trichoplax adhaerens .

Αυτό το περίεργο θαλάσσιο πλάσμα, που ταξινομείται ως πλακόζωο, έχει σχεδόν ένα ολόκληρο κλαδί στο εξελικτικό δέντρο της ζωής για τον εαυτό του, καθώς και το μικρότερο γνωστό γονιδίωμα στο ζωικό βασίλειο. Αλλά αυτό που ενθουσίασε περισσότερο τον Prakash ήταν η καλά ενορχηστρωμένη χάρη, ευκινησία και αποτελεσματικότητα με τα οποία τα χιλιάδες έως εκατομμύρια κύτταρα στο Trichoplax μετακινήθηκε.

Εξάλλου, αυτός ο συντονισμός απαιτεί συνήθως νευρώνες και μύες — και Trichoplax δεν έχει κανένα από τα δύο.

Αργότερα ο Prakash συνεργάστηκε με τον Matthew Storm Bull, τότε μεταπτυχιακό φοιτητή του στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ, για να κάνει αυτόν τον παράξενο οργανισμό το αστέρι ενός φιλόδοξου έργου με στόχο να κατανοήσει πώς θα μπορούσαν να είχαν εξελιχθεί τα νευρομυϊκά συστήματα - και πώς τα πρώιμα πολυκύτταρα πλάσματα κατάφερναν να κινηθούν, να βρουν τροφή και αναπαράγονται πριν από την ύπαρξη νευρώνων.

«Συχνά αστειευόμενος αποκαλώ αυτή τη νευροεπιστήμη χωρίς νευρώνες», είπε ο Prakash.

Σε μια τριάδα προεκτυπώσεων που συνολικά ξεπερνούν τις 100 σελίδες — που δημοσιεύτηκαν ταυτόχρονα στον διακομιστή arxiv.org πέρυσι — αυτός και ο Μπουλ έδειξαν ότι η συμπεριφορά του Trichoplax θα μπορούσε να περιγραφεί εξ ολοκλήρου στη γλώσσα της φυσικής και των δυναμικών συστημάτων. Οι μηχανικές αλληλεπιδράσεις που ξεκίνησαν στο επίπεδο ενός μόνο βλεφαριού και στη συνέχεια πολλαπλασιάστηκαν σε εκατομμύρια κύτταρα και επεκτάθηκαν σε υψηλότερα επίπεδα δομής, εξήγησαν πλήρως τη συντονισμένη κίνηση ολόκληρου του ζώου. Ο οργανισμός δεν «επιλέγει» τι να κάνει. Αντίθετα, η ορδή των μεμονωμένων βλεφαρίδων απλώς κινείται - και το ζώο ως σύνολο λειτουργεί σαν να κατευθύνεται από ένα νευρικό σύστημα. Οι ερευνητές έδειξαν μάλιστα ότι η δυναμική της βλεφαρίδας παρουσιάζει ιδιότητες που συνήθως θεωρούνται ως διακριτικά χαρακτηριστικά των νευρώνων.

Το έργο όχι μόνο καταδεικνύει πόσο απλές μηχανικές αλληλεπιδράσεις μπορούν να δημιουργήσουν απίστευτη πολυπλοκότητα, αλλά αφηγείται επίσης μια συναρπαστική ιστορία για το τι μπορεί να είχε προηγηθεί της εξέλιξης του νευρικού συστήματος.

«Είναι μια περιοδεία της βιοφυσικής», είπε η Orit Peleg από το Πανεπιστήμιο του Κολοράντο, Boulder, η οποία δεν συμμετείχε στις μελέτες. Τα ευρήματα έχουν ήδη αρχίσει να εμπνέουν τον σχεδιασμό μηχανικών μηχανών και ρομπότ, και ίσως ακόμη και έναν νέο τρόπο σκέψης για το ρόλο των νευρικών συστημάτων στη συμπεριφορά των ζώων.

Το σύνορο μεταξύ απλού και σύνθετου

Οι εγκέφαλοι είναι υπερεκτιμημένοι. «Ο εγκέφαλος είναι κάτι που λειτουργεί μόνο στο πολύ συγκεκριμένο πλαίσιο του σώματός του», είπε ο Bull. Στα πεδία που είναι γνωστά ως «μαλακή ρομποτική» και «ενεργή ύλη», η έρευνα έχει δείξει ότι η σωστή μηχανική δυναμική μπορεί να είναι το μόνο που χρειάζεται για να επιτευχθούν πολύπλοκες εργασίες χωρίς κεντρικό έλεγχο. Στην πραγματικότητα, τα μεμονωμένα κύτταρα από μόνα τους είναι ικανά για αξιοσημείωτες συμπεριφορές και μπορούν να αυτοσυναρμολογηθούν σε συλλογικά συστήματα (όπως καλούπια λάσπης ή xenobots) που μπορούν να επιτύχουν ακόμη περισσότερα, όλα αυτά χωρίς τη βοήθεια νευρώνων ή μυών.

Είναι όμως αυτό δυνατό στην κλίμακα ενός ολόκληρου πολυκύτταρου ζώου;

Trichoplax ήταν μια τέλεια μελέτη περίπτωσης:αρκετά απλή για να μελετηθεί με επίπονες λεπτομέρειες, αλλά και αρκετά περίπλοκη για να προσφέρει κάτι νέο στους ερευνητές. Παρατηρώντας το, «απλώς παρακολουθείς έναν χορό», είπε ο Prakash. «Υπάρχει απίστευτη πολυπλοκότητα σε αυτό». Περιστρέφεται και κινείται στις επιφάνειες. Συσφίγγεται πάνω από μπαλώματα φυκιών για να τα παγιδεύσει και να τα καταναλώσει για φαγητό. Αναπαράγεται ασεξουαλικά χωρίζοντας τον εαυτό του στα δύο.

«Ένας οργανισμός όπως αυτός βρίσκεται σε αυτό το ωραίο ενδιάμεσο καθεστώς ανάμεσα σε κάτι που είναι πραγματικά πολύπλοκο, όπως ένα σπονδυλωτό, και κάτι που μόλις γίνεται πολύπλοκο, όπως οι μονοκύτταροι ευκαρυώτες», δήλωσε η Kirsty Wan, ερευνήτρια στο Πανεπιστήμιο του Έξετερ στην Αγγλία που μελετά το ακτινωτό. κίνηση.

Μια μέση λύση μεταξύ μεμονωμένων κυττάρων και ζώων με μύες και νευρικά συστήματα φαινόταν το τέλειο μέρος για να κάνουν τις ερωτήσεις τους ο Prakash και ο Bull. "Για μένα, ένας οργανισμός είναι μια ιδέα", είπε ο Prakash - μια παιδική χαρά για τη δοκιμή υποθέσεων και μια κοιτίδα πιθανής διορατικότητας.

Ο Prakash κατασκεύασε για πρώτη φορά νέα μικροσκόπια που μπορούσαν να εξετάσουν το Trichoplax από κάτω και από το πλάι, και κατάλαβε πώς να παρακολουθεί την κίνηση υψηλής ταχύτητας των βλεφαρίδων του. (Αυτή δεν ήταν εντελώς νέα περιοχή για αυτόν, καθώς ήταν ήδη διάσημος για τη δουλειά του στην ανάπτυξη του Foldscope, ενός εύκολα συναρμολογούμενου μικροσκοπίου που κοστίζει λιγότερο από 1 $ για να κατασκευαστεί.) Μπορούσε στη συνέχεια να δει και να παρακολουθήσει εκατομμύρια μεμονωμένες βλεφαρίδες, καθεμία από τις οποίες εμφανιζόταν ως μια μικροσκοπική σπίθα στο οπτικό πεδίο του μικροσκοπίου για ένα κλάσμα του δευτερολέπτου τη φορά. "Βλέπετε απλώς τα ίχνη καθώς προσγειώνονται στην επιφάνεια", είπε ο Prakash.

Αυτός - και αργότερα ο Μπουλ, ο οποίος εντάχθηκε στο εργαστήριό του πριν από έξι χρόνια - ξόδεψε ώρες παρακολουθώντας μοτίβα στον προσανατολισμό αυτών των μικρών αποτυπωμάτων. Για να είναι δυνατά αυτά τα πολύπλοκα μοτίβα, οι επιστήμονες γνώριζαν ότι οι βλεφαρίδες πρέπει να εμπλέκονται σε κάποιο είδος επικοινωνίας μεγάλης απόστασης. Αλλά δεν ήξεραν πώς.

Και έτσι άρχισαν να συνθέτουν τα κομμάτια, μέχρι που πέρυσι αποφάσισαν τελικά ότι είχαν την ιστορία τους.

Περπάτημα στον αυτόματο πιλότο

Ο Prakash και ο Bull ξεκίνησαν περιμένοντας ότι οι βλεφαρίδες θα γλιστρήσουν πάνω από τις επιφάνειες, με ένα λεπτό στρώμα υγρού που διαχωρίζει το ζώο και το υπόστρωμα. Εξάλλου, οι βλεφαρίδες εμφανίζονται συνήθως στο πλαίσιο των υγρών:ώθηση βακτηρίων ή άλλων οργανισμών μέσω του νερού ή κίνηση βλέννας ή εγκεφαλονωτιαίου υγρού σε ένα σώμα. Αλλά όταν οι ερευνητές κοίταξαν μέσα από τα μικροσκόπια τους, είδαν ότι οι βλεφαρίδες φαινόταν να περπατούν, όχι να κολυμπούν.

Ενώ είναι γνωστό ότι ορισμένοι μονοκύτταροι οργανισμοί χρησιμοποιούν βλεφαρίδες για να σέρνουν, σημείωσε ο Wan, αυτού του είδους ο συντονισμός δεν είχε παρατηρηθεί ποτέ σε αυτήν την κλίμακα. "Αντί να χρησιμοποιούμε βλεφαρίδες για την προώθηση του υγρού, το θέμα είναι η μηχανική και η τριβή και η πρόσφυση και κάθε είδους ενδιαφέρουσα στερεά μηχανική", είπε.

Έτσι, ο Prakash, ο Bull και η Laurel Kroo, ένας μεταπτυχιακός φοιτητής του Stanford στη μηχανολογία, ξεκίνησαν να χαρακτηρίσουν το βάδισμα της βλεφαρίδας. Παρακολούθησαν την τροχιά της άκρης κάθε μεμονωμένου βλεφαρίδας με την πάροδο του χρόνου, βλέποντάς το να σαρώνει κύκλους και να σπρώχνει σε επιφάνειες. Καθόρισαν τρεις τύπους αλληλεπιδράσεων:ολίσθηση, κατά την οποία οι βλεφαρίδες μόλις βόσκουν την επιφάνεια. περπάτημα, όταν οι βλεφαρίδες προσκολλήθηκαν στην επιφάνεια για λίγο πριν σκάσουν. και στάσιμο, όταν οι βλεφαρίδες κόλλησαν στην επιφάνεια.

Στα μοντέλα τους, η δραστηριότητα του περπατήματος προέκυψε φυσικά από την αλληλεπίδραση μεταξύ των εσωτερικών κινητήριων δυνάμεων των βλεφαρίδων και της ενέργειας της πρόσφυσής τους στην επιφάνεια. Η σωστή ισορροπία μεταξύ αυτών των δύο παραμέτρων (υπολογιζόμενη από πειραματικές μετρήσεις του προσανατολισμού, του ύψους και της συχνότητας κτυπήματος των βλεφαρίδων) οδήγησε σε κανονική κίνηση, με κάθε βλεφαρίδα να κολλάει και μετά να ανασηκώνεται, σαν πόδι. Η λανθασμένη ισορροπία προκάλεσε τις φάσεις ολίσθησης ή ακινητοποίησης.

«Συνήθως πιστεύουμε, όταν συμβαίνει κάτι τέτοιο, ότι έχουμε ένα εσωτερικό σήμα που μοιάζει με ρολόι που λέει, «ΟΚ, πήγαινε, τώρα σταμάτα, τώρα πήγαινε, τώρα σταμάτα», είπε ο Simon Sponberg, βιοφυσικός στο Ινστιτούτο Τζόρτζια. της Τεχνολογίας. «Δεν είναι αυτό που συμβαίνει εδώ. Οι βλεφαρίδες δεν παίρνουν ρυθμό. Δεν υπάρχει κάποιο κεντρικό πράγμα που να λέει «Πήγαινε, πήγαινε, πήγαινε». Είναι οι μηχανικές αλληλεπιδράσεις που δημιουργούν κάτι που πηγαίνει, πηγαίνει, πηγαίνει.»

Επιπλέον, το περπάτημα θα μπορούσε να μοντελοποιηθεί ως ένα διεγερτικό σύστημα - ένα σύστημα στο οποίο, υπό ορισμένες συνθήκες, τα σήματα εξαπλώνονται και ενισχύονται αντί να μειώνονται προοδευτικά και να σταματούν. Ένας νευρώνας είναι ένα κλασικό παράδειγμα διεγέρσιμου συστήματος:Μικρές διαταραχές τάσης μπορεί να τον αναγκάσουν να πυροδοτηθεί ξαφνικά και πάνω από κάποιο όριο, η νέα διεγερμένη κατάσταση διαδίδεται στο υπόλοιπο σύστημα. Το ίδιο φαινόμενο φαινόταν να συμβαίνει στις βλεφαρίδες. Σε πειράματα και προσομοιώσεις, μικρές διαταραχές στο ύψος, αντί της τάσης, οδήγησαν σε σχετικά μεγάλες αλλαγές στη δραστηριότητα των γειτονικών βλεφαρίδων:μπορούσαν να αλλάξουν ξαφνικά τον προσανατολισμό τους, ακόμη και να αλλάξουν από μια κατάσταση στασιμότητας σε κατάσταση περπατήματος. "Είναι απίστευτα μη γραμμικό", είπε ο Prakash.

Στην πραγματικότητα, τα μοντέλα βλεφαρίδων των Prakash, Bull και Kroo αποδείχτηκαν ότι αντιστοιχούσαν πολύ καλά σε καθιερωμένα μοντέλα για δυναμικά δράσης στους νευρώνες. "Αυτό το είδος μοναδικού φαινομένου παραδέχεται ότι έχει μια πολύ ενδιαφέρουσα αναλογία με αυτό που βλέπετε στη μη γραμμική δυναμική των μεμονωμένων νευρώνων", είπε ο Bull.

Ο Σπόνμπεργκ συμφώνησε. «Είναι στην πραγματικότητα πολύ παρόμοιο», είπε. «Δημιουργείς λίγη ενέργεια, και μετά ποπ, και μετά ποπ, και μετά ποπ».

Cilia Flocking Like Birds

Με αυτή τη μαθηματική περιγραφή στα χέρια, οι Prakash και Bull εξέτασαν πώς κάθε βλεφαρίδα πίεζε και τραβούσε τους γείτονές του καθώς αλληλεπιδρούσε με την επιφάνεια — και πώς όλη αυτή η ανεξάρτητη δραστηριότητα θα μπορούσε να συνενωθεί σε κάτι συγχρονισμένο και συνεκτικό.

Μέτρησαν πώς το μηχανικό βάδισμα κάθε βλεφαρίδας οδήγησε σε μικρές, τοπικές διακυμάνσεις στο ύψος του ιστού. Στη συνέχεια έγραψαν εξισώσεις για το πώς αυτό θα τραβούσε τις κοντινές κυψέλες για να επηρεάσει τη συμπεριφορά τους, ακόμη και όταν οι βλεφαρίδες σε αυτές τις κυψέλες κινούνταν μέσα από τις δικές τους κινήσεις — σαν ένα δίκτυο ελατηρίων που δένουν μεταξύ τους μικροσκοπικούς ταλαντευόμενους κινητήρες.

Όταν οι ερευνητές μοντελοποίησαν «αυτόν τον χορό μεταξύ ελαστικότητας και δραστηριότητας», είπε ο Prakash, είδαν ότι οι μηχανικές αλληλεπιδράσεις - των βλεφαρίδων που πιέζουν ένα υπόστρωμα και των κυττάρων που τραβούν το ένα το άλλο - μεταδίδουν πληροφορίες γρήγορα σε όλο τον οργανισμό. Η διέγερση μιας περιοχής οδήγησε σε κύματα συγχρονισμένου προσανατολισμού βλεφαρίδων που κινούνταν μέσω του ιστού. «Αυτή η ελαστικότητα και η καταπόνηση στη φυσική ενός βλεφαριού που περπατά, που τώρα πολλαπλασιάζεται με εκατομμύρια από αυτά σε ένα φύλλο, στην πραγματικότητα προκαλεί συνεκτική κινητική συμπεριφορά», είπε ο Prakash.

Και τα συγχρονισμένα μοτίβα προσανατολισμού θα μπορούσαν να είναι περίπλοκα:Μερικές φορές η δραστηριότητα του συστήματος παρήγαγε δίνες, με τις βλεφαρίδες προσανατολισμένες γύρω από ένα μόνο σημείο. Σε άλλες περιπτώσεις, οι βλεφαρίδες επαναπροσανατολίστηκαν σε κλάσματα του δευτερολέπτου, δείχνοντας πρώτα τη μία κατεύθυνση και μετά την άλλη — συρρέουν όπως μια ομάδα ψαρονιών ή ένα κοπάδι ψαριών, και με αποτέλεσμα μια ευκινησία που επέτρεπε στο ζώο να αλλάζει μερικές φορές κατεύθυνση σε μια δεκάρα.

"Εκπλαγήκαμε από τα σαγόνια στο πάτωμα όταν είδαμε για πρώτη φορά αυτές τις βλεφαρίδες να επαναπροσανατολίζονται σε δεύτερη χρονική κλίμακα", είπε ο Bull.

Το εύστροφο κοπάδι ήταν ιδιαίτερα ιντριγκαδόρικο. Το σμήνος συμβαίνει συνήθως σε συστήματα που λειτουργούν σαν υγρά:Μεμονωμένα πουλιά και ψάρια, για παράδειγμα, μπορούν να ανταλλάξουν ελεύθερα θέσεις με τους συντρόφους τους. Αλλά αυτό δεν μπορεί να συμβεί στο Trichoplax , γιατί οι βλεφαρίδες του είναι συστατικά κυττάρων που έχουν σταθερές θέσεις. Οι βλεφαρίδες κινούνται ως «ένα συμπαγές κοπάδι», είπε ο Ricard Alert, φυσικός στο Ινστιτούτο Max Planck για τη Φυσική των Σύνθετων Συστημάτων στη Γερμανία.

Ο Prakash και ο Bull βρήκαν επίσης στις προσομοιώσεις τους ότι η μετάδοση πληροφοριών ήταν επιλεκτική:Μετά από ορισμένα ερεθίσματα, η ενέργεια που εγχύθηκε στο σύστημα από τις βλεφαρίδες απλώς διαλύθηκε αντί να εξαπλωθεί και να αλλάξει τη συμπεριφορά του οργανισμού. «Χρησιμοποιούμε τον εγκέφαλό μας για να το κάνουμε αυτό συνεχώς, για να παρακολουθούμε με τα μάτια μας, να αναγνωρίζουμε μια κατάσταση και να πούμε, «Πρέπει είτε να το αγνοήσω είτε να απαντήσω σε αυτό», είπε ο Σπόνμπεργκ.

Τελικά, οι Prakash και Bull διαπίστωσαν ότι μπορούσαν να γράψουν ένα σύνολο μηχανιστικών κανόνων για το πότε Trichoplax μπορεί να περιστρέφεται στη θέση του ή να κινείται σε λοξούς κύκλους, όταν μπορεί να ακολουθήσει μια ευθεία διαδρομή ή να στρίψει ξαφνικά προς τα αριστερά και όταν μπορεί να χρησιμοποιήσει τη δική του μηχανική για να σχιστεί σε δύο ξεχωριστούς οργανισμούς.

"Οι τροχιές για τα ίδια τα ζώα είναι κυριολεκτικά κωδικοποιημένες" σε αυτές τις απλές μηχανικές ιδιότητες, είπε ο Prakash.

Εικάζει ότι το ζώο μπορεί να εκμεταλλεύεται αυτές τις δυναμικές περιστροφής και σέρνεται ως μέρος μιας στρατηγικής «τρέξιμο και πέσιμο» για την εύρεση τροφής ή άλλων πόρων στο περιβάλλον του. Όταν οι βλεφαρίδες ευθυγραμμίζονται, ο οργανισμός μπορεί να «τρέχει», συνεχίζοντας προς την κατεύθυνση που μόλις απέδωσε κάτι ωφέλιμο. όταν αυτός ο πόρος φαίνεται να εξαντλείται, Trichoplax μπορεί να χρησιμοποιήσει την κατάσταση ακτινωτής δίνης του για να γυρίσει και να χαράξει μια νέα πορεία.

Εάν περαιτέρω μελέτες δείξουν ότι αυτό είναι αλήθεια, «αυτό θα ήταν ένα πολύ συναρπαστικό πράγμα», δήλωσε ο Jordi Garcia-Ojalvo, καθηγητής βιολογίας συστημάτων στο Πανεπιστήμιο Pompeu Fabra στη Βαρκελώνη. Ο μηχανισμός θα γεφυρώνει κλίμακες, όχι μόνο από μια μοριακή δομή σε έναν ιστό σε έναν οργανισμό, αλλά και στην οικολογία.

Στην πραγματικότητα, για πολλούς ερευνητές, αυτό είναι ένα μεγάλο μέρος του τι κάνει αυτό το έργο μοναδικό και συναρπαστικό. Συνήθως, οι προσεγγίσεις που βασίζονται στη φυσική στα βιολογικά συστήματα μπορεί να περιγράφουν δραστηριότητα σε μία ή δύο κλίμακες πολυπλοκότητας, αλλά όχι σε επίπεδο συμπεριφοράς για ένα ολόκληρο ζώο. «Είναι ένα επίτευγμα… αυτό είναι πραγματικά σπάνιο», είπε ο Alert.

Ακόμη πιο ευχάριστο, σε κάθε μία από αυτές τις κλίμακες, η μηχανική χρησιμοποιεί αρχές που απηχούν τη δυναμική των νευρώνων. «Αυτό το μοντέλο είναι καθαρά μηχανικό», είπε ο Sponberg. "Παρ' όλα αυτά, το σύστημα στο σύνολό του εξακολουθεί να έχει πολλές από αυτές τις ιδιότητες που συνδέουμε με νευρομηχανικά συστήματα" - είναι χτισμένο σε ένα θεμέλιο διεγερσιμότητας, επιτυγχάνει συνεχώς μια προσεκτική ισορροπία μεταξύ ευαισθησίας και σταθερότητας και είναι ικανό για περίπλοκες συλλογικές συμπεριφορές.

«Πόσο μακριά μπορούν να σας πάνε τα μηχανικά συστήματα;» αυτός πρόσθεσε. "Μπορούν να σε πάνε πολύ μακριά."

Αυτό έχει επιπτώσεις στο πώς σκέφτονται οι νευροεπιστήμονες για τη σύνδεση μεταξύ νευρικής δραστηριότητας και συμπεριφοράς γενικότερα. «Οι οργανισμοί είναι πραγματικά αντικείμενα στο διάστημα», δήλωσε ο Ricard Solé, βιοφυσικός στο ICREA, το Καταλανικό Ίδρυμα Έρευνας και Προηγμένων Σπουδών, στην Ισπανία. Εάν η μηχανική από μόνη της μπορεί να εξηγήσει πλήρως ορισμένες απλές συμπεριφορές, τότε οι νευροεπιστήμονες μπορεί να θέλουν να εξετάσουν πιο προσεκτικά πώς το νευρικό σύστημα εκμεταλλεύεται τη βιοφυσική ενός ζώου για να αναπτύξει περίπλοκες συμπεριφορές σε άλλες καταστάσεις.

"Αυτό που κάνει το νευρικό σύστημα μπορεί να μην είναι αυτό που πιστεύαμε ότι έκανε", είπε ο Sponberg.

Ένα βήμα στην πολυκυτταρικότητα

«Κοιτάζοντας το [Trichoplax ] μπορεί να μας δώσει πολλές γνώσεις για το τι χρειάστηκε για να εξελιχθούν πραγματικά πιο περίπλοκοι μηχανισμοί ελέγχου όπως οι μύες και τα νευρικά συστήματα», είπε ο Wan. «Πριν το έχεις αυτό, ποιο είναι το επόμενο καλύτερο πράγμα; Αυτό μπορεί να είναι."

Το Alert συμφωνήθηκε. «Είναι ένας τόσο απλός τρόπος να έχουμε οργανικές συμπεριφορές όπως η ευκινησία που ίσως αυτός είναι ο τρόπος που εμφανίστηκε νωρίς, μέσω της εξέλιξης, πριν αναπτυχθούν τα νευρικά συστήματα», είπε. "Ίσως αυτό που βλέπουμε να είναι απλώς ένα ζωντανό απολίθωμα αυτού που ήταν ο κανόνας τότε."

Ο Σολέ βλέπει το Trichoplax καθώς καταλαμβάνει μια «ζώνη του λυκόφωτος… στη μέση των μεγάλων μεταβάσεων σε πολύπλοκη πολυκυτταρικότητα». Το ζώο φαίνεται να έχει αρχίσει να δημιουργεί «προϋποθέσεις για την επίτευξη της πραγματικής πολυπλοκότητας, όπου οι νευρώνες φαίνεται να είναι απαραίτητοι».

Οι Prakash, Bull και οι συνεργάτες τους εξετάζουν τώρα εάν το Trichoplax μπορεί να είναι ικανός για άλλου είδους συμπεριφορές ή ακόμα και μάθηση. Τι άλλο μπορεί να επιτύχει σε διαφορετικά περιβαλλοντικά πλαίσια; Η εξέταση της βιοχημείας του εκτός από τη μηχανική του θα άνοιγε ένα άλλο επίπεδο συμπεριφοράς;

Οι ερευνητές χρησιμοποιούν επίσης μερικές από τις αρχές που αποκάλυψαν για να κατασκευάσουν αυτό που αποκαλούν «αντιληπτικές μηχανές» - ρομποτικά συστήματα και έξυπνα υλικά που εκτελούν ορισμένες εργασίες χωρίς κεντρικό έλεγχο, εκμεταλλευόμενοι τις μηχανικές τους ιδιότητες. "Τώρα έχουμε ένα σχέδιο δανεισμένο από αυτό το σύστημα και μπορούμε να προσθέσουμε πολλά σε αυτό μόνο από τη φαντασία μας επίσης", είπε ο Prakash.

Οι μαθητές στο εργαστήριο του Prakash έχουν ήδη αρχίσει να κατασκευάζουν λειτουργικά παραδείγματα αυτών των μηχανών. Ο Kroo, για παράδειγμα, κατασκεύασε μια ρομποτική συσκευή κολύμβησης που κινείται από ένα ιξωδοελαστικό υλικό που ονομάζεται ενεργός αφρός:Όταν τοποθετείται σε μη νευτώνεια υγρά όπως εναιωρήματα αμύλου αραβοσίτου, μπορεί να προωθηθεί προς τα εμπρός.

«Πόσο μεγαλειώδες θέλεις να πας;» ρώτησε ο Πέλεγκ. «Μπορείς να φτιάξεις έναν εγκέφαλο, μόνο από αυτά τα είδη μηχανικών δικτύων;»

Ο Prakash βλέπει αυτό ως μόνο το πρώτο κεφάλαιο σε αυτό που πιθανότατα θα είναι ένα έπος δεκαετιών. «Η προσπάθεια να καταλάβω αυτό το ζώο είναι για μένα ένα ταξίδι 30 ή 40 ετών», είπε. "Έχουμε τελειώσει την πρώτη μας δεκαετία… Είναι το τέλος μιας εποχής και η αρχή μιας άλλης."