神奇的粘液菌

章江

大千世界，无奇不有。一些微小生物獨特的生活方式往往有着人类意想不到的科学行为，粘液菌便是其中的一种。它们在地球上存活了数亿年，具有某种令人难以置信的智慧，进化出了应对危险环境的能力。粘液菌是一个由名为原生生物的微生物组成的混杂群体，包括原生质粘液菌和细胞粘液菌两个主要的种群。

走迷宫  游刃有余

日本公立函馆未来大学中垣俊之教授领导的研究团队发现，粘液菌会走迷宫。他们设计了一个邮票大小的迷宫，共有4条长短不一的正确路线。研究人员在迷宫出入口和内部放上粘液菌爱吃的琼脂。结果发现，粘液菌不断将身体往迷宫各角落扩散，迅速充满了整个迷宫。4小时内就轻而易举地寻得迷宫的出入通道，并将处于迷宫其他部位的身体收起。8小时后，粘液菌找到走出迷宫的最短路线，收回其他路线中的“触角”。迷魂“八卦阵”完全没能阻碍它们原始的贪吃冲动，与此同时，粘液菌还记住了有危险的区域，避免了光等元素会给自己带来的伤害。

中垣俊之说：“这种单细胞生物的信息处理加工能力出乎大多数人的意料，因为有些任务连高端计算机和软件都无法完成。简单生物可以解决某些难题，如果你想了解智慧的精髓，那么从这种简单的生物入手更容易。”

中垣俊之与英国牛津大学植物科学系的马克·弗里克等科学家们搭建了一个东京一带的城市群落模型，并模仿日本在太平洋的海岸线搭建了模型的边界，将粘液菌置于模型中的东京位置，每个大城市则以一块食物作为标志，并以其不喜欢的灯光强度来模仿地形起伏与障碍。粘液菌先以藤蔓状滋蔓开来，再收归为“城市”间的管状通道。这时会发现，它呈现出的如现代社会错综复杂的“交通系统”，其效率与凝结无数人类智慧结晶的日本交通系统对比居然不相上下。

中垣俊之教授和他的粘液菌迷宫实验

与拥有中央控制系统的日本交通规划不同，粘液菌完全没有调控意识，生长扩散仅靠局部判断。研究人员推断，它们没有大脑或神经系统，无中央控制，也许是用相当简单的规则进行判断，运行系统无需事先规划，可以随机适应环境的变化。而所有这些，正是人类在进行交通系统设计时所缺少的。中垣俊之证明了粘液菌具有建立如东京铁路网这样的高效运输网络的能力，这项研究使他们获得了2010年的“搞笑诺贝尔奖”。

弗里克展望道，在完全理解粘液菌搭建交通系统原理的基础上，科学家们也许可以建造远程传感器阵列、随建即连网络和无线网状网等。无线系统在自然灾害中遭受破坏后，粘液菌的算法模型或许能够帮助快速计算其他有效的网络线路，使得系统维持高效的信号传输。

能记忆  技高一筹

澳大利亚悉尼大学复杂系统生物学家查理斯·里德教授和他的研究团队，研究了一种名为“多头绒泡菌”的粘液菌。事实上它是一种个体尺寸超过约0.09平方米的巨大单细胞生物集落，内部含有数百万相同的细胞。这种粘液菌移动时会留下一层半透明的浓厚粘液，随后它会根据这些粘液的路径来判断自己是否曾经到过这里，避免重复自己之前走过的路径。里德把它比作《奇幻森林历险记》中的面包痕迹或者希腊神话中提修斯用于逃离弥诺陶洛斯迷宫的线团。

为了弄清楚粘液菌是否具备借助某种“外部空间记忆”实现导航的能力，研究团队对其进行了测试。他们将粘液菌置于一个U型容器内，在一个未经处理的表面，96%的粘液菌可以在设定的120小时期限内，顺利地通过容器找到糖水溶液。随后，科学家们让它们事先爬过容器壁，目的是留下粘液痕迹，这样后来的粘液菌便无法追踪自己的粘液路径。结果在同样的条件下，仅有大约1/3的粘液菌最终在设定的时间期限内成功穿过容器抵达了糖水溶液。实验结果还显示，粘液菌能够识别其它粘液菌留下的粘液痕迹并对此做出反应。

“粘液菌拥有神奇的空间记忆能力，正在改变人们对于智力的理解。”里德指出，“可能早期的低等生物已经具备了记忆外部空间的能力，它们借此来解决和我们的大脑每天所面对的类似问题，这是记忆能力进化的开端。”

英国西英格兰大学计算机科学家安德鲁·亚达马特兹基发现，粘液菌在繁殖过程中能够根据食物的分布情况，用最有效的方式将所有食物源链接起来，形成一张跟我们交通运输系统相似的食物消化网，堪称大自然的“杰作”。

利用粘液菌这种异乎寻常的能力，亚达马特兹基尝试模拟不同城市的运输网络构建。他在地球仪上敷上一层琼脂，再把盖住海洋的琼脂切掉，之后根据远近和城市大小，在24个城市点放上燕麦片。通过30多次的重复试验，发现粘液菌在地球仪和地图上建立的网络与实际的运输网络相似。特别是在亚洲，76%的粘液菌传送食物的路线居然跟中国古代的丝绸之路以及亚洲高速公路高度相似。粘液菌网络还具有高效的自修复性，只要其中一个食物源被拿掉，整个食物网络也将根据之前提到的“最优化”原则重新排布。

科学家认为，除了物流外，粘液菌网络对电子领域同样有深远的启示。亚达马特兹基与德国科学家特蕾莎·舒伯特的最新研究表明，粘液菌在繁殖过程伸出的触管能够吸收环境中的物质。例如研究人员放置了两种颜色的染料，粘液菌特有的系统会将这两种颜色运送到整块网络的其他分支上，最后转化成第三种颜色。整个工作原理就像电脑的逻辑运算一样拥有输入和输出机制，整块粘液菌网络如同一块电路逻辑板。

“我对利用粘液菌创建生物计算机的研究十分感兴趣，因为它的信息处理系统与人类大脑的信息处理系统十分接近。”日本埼玉县理化学研究所的研究员青野正秀展望说，“以这种原理为基础，科学家可能会研制出全新的生物计算机。”

粘液菌创建起一个能够标注出存在危险信号的网络，解决了电脑都处理不了的导航难题，该网络创建的原理是研发新一代生物计算机的关键。科学家因此认为，它们可能成为设计新一代生物计算机的关键参考。“以粘液菌为契机，也许人类未来对‘电路板的概念会因此而改写，工程师将设计出一种以生物为基础的‘柔软电脑。”亚达马特兹基指出，“未来的电脑很有可能并不像现在这样冰冷，有朝一日它会成为自成长且具有自修复性的运算设备。”

会学习  兼收并蓄

世界上有900多种粘液菌，有些多数时候都是以单细胞形态存在的，但偶尔它们会在食物匮乏时聚集在一起，进行猎食和繁殖。而其他所谓的合胞体粘液菌则拥有一个巨大的细胞，其中含有数千个原子核。不同种类的粘液菌喜好不同，有的不喜欢咖啡因或奎宁，有的不喜欢食盐或强光。但它们可以通过学习意识到有这些物质的“禁区”似乎并没有那么危险，这一学习过程被称为“习惯化”。

法国科学研究中心的生物学家奥德丽·杜苏托尔领导的研究团队，教会了粘液菌无视和回避不喜欢的物质，即使让它们从生理上保持破坏性的强制休眠一年后，它们仍然能记得之前习得的行为。更有意思的是，粘液菌能够将自己获得的记忆从一个细胞转移给另一个细胞。

与复杂的多细胞生物不同，粘液菌能被分割成很多片。而它们一旦被放在一起，又会产生黏合，成为一个单一的大型粘液菌。杜苏托尔将粘液菌切成了4000片，使用食盐来训练其中一半的粘液菌，尽管食盐它们也不喜欢。之后研究人员以各种组合将习惯了食盐的与没有习惯食盐的粘液菌混合在一起，然后测试了新的组合物的特点。结果发现，当新的组合物中有一个“习惯化”了的粘液菌时，那么整个组合物都会显示出“习惯化”的特征。一个粘液菌会将这种习惯化反应转移给另一个粘液菌。过了3个小时（这是细胞质静脉形成的时间），研究人员将这些粘液菌再分成两部分，发现这两部分仍然显示了“习惯化”特征，这说明它们不会因此忘记学过的东西。