無腦生物解開宇宙謎團

2021-07-01 22:54裴雅明
大科技·百科新說 2021年4期
關鍵詞:瘧原蟲暗物質燕麥

裴雅明

形態各異的黏菌

煤絨黏菌

圖片中這些一團團、一簇簇或一攤的東西就是黏菌。它們形態怪異,有的如同外星怪獸,有的如同珊瑚,有的如同魚子;它們的顏色異常豐富,有鮮艷亮麗的明黃或粉紅,也有暗淡的灰白或暗紅;有的黏菌頗具觀賞性,有的卻如同嘔吐物一樣令人反胃。

巨大的單細胞生物

黏菌其實是單細胞生物,每一團黏菌是由無數個黏菌細胞核組成的一個巨大的細胞,它們共用一個巨大的細胞壁,就像一個裝滿了細胞核的大袋子。

本來,大多數黏菌以單細胞的形式生活,小到肉眼看不見;但當食物短缺時,它們開始聚積,這才形成一個大細胞,以方便節約能量、探索周圍的環境、尋找食物。隨著繁殖,它們會越長越大,有的可重達20千克。

它們生活在地球的各個角落,林地上、土壤里、樹干上、樹葉堆里、排水管中,甚至空調里。它們以細菌為食,是自然界中分解死亡生物的重要成員。它們也非常愛吃燕麥,燕麥是人們培養黏菌的食物。

進入生殖期,黏菌會長出孢子囊,里面裝著無數肉眼看不見的孢子,孢子囊打開后,孢子會隨風飄到各處。

無腦的學習者

銹色團網菌的孢子囊。

科學家最感興趣的黏菌是瘧原蟲,它們在尋找食物的過程中表現出驚人的智能。

尋找食物時,瘧原蟲會讓后面的部分避開已經探索過的路徑,提高覓食的效率。當科學家在它行經的途中撒上鹽或咖啡后,它會避開這些位置;然而,一旦它發現走過這些物質就能找到食物,而且這種物質也不會殺死自己,那么,它會改變以往的習慣,不再避開。更有趣的是,如同朋友之間分享經驗,不同的瘧原蟲個體之間也會傳遞上述尋找食物的訣竅。

走迷宮高手

瘧原蟲中的明星是多頭絨泡菌,呈明黃色。在尋找食物時,它們會向四周輻射鋪展,一旦某個分支接觸到了食物,其他的分支就會死亡、消失,而最有效的路徑則得到加強,形成一個最佳食物網。科學家曾做過實驗,將黏菌放在一個迷宮中,如果沒有任何食物,它們會充滿迷宮中的所有路徑;如果分別放置兩片燕麥在迷宮中的進出口,它們最終會留下這兩點之間最短的路線。

線路規劃師

假設你們家庭要進行一次全國自駕游,游覽目的地有20個,你們游覽每個地方后將返回出發地,要怎樣規劃路線,才能保證總體行程距離最短?不需要計算機模型,多頭絨泡菌就能為你解答。

日本東京地鐵網被公認為效率最高的地鐵網絡。科學家曾經將燕麥按照東京地鐵網各市郊站點的位置縮小比例布局在一塊培養皿上,再將一團多頭絨泡菌放置在“中心站點”,即東京站。科學家發現,黏菌尋找燕麥留下的最終路徑與東京地鐵的路線奇跡般地吻合。而日本工程師、規劃師等花費了許多年才得出的最佳路線,黏菌只花了1天。

科學家們還用黏菌測評各國的道路網,發現美國的道路網非常差,英國的也好不到哪去。總之,越來越多的機構將黏菌網絡規劃能力應用在城市道路、鐵路系統以及行車路線的規劃上。

尋找暗物質的“星際獵犬”

黏菌的網絡規劃能力甚至吸引了宇宙學家的關注,他們研究出黏菌做出選擇時的判斷方式,并將之用在尋找暗物質上。

宇宙在塑造過程中,靠引力構建了一個巨大的絲狀網絡,被稱為“宇宙網”。宇宙中的各個星系或星系團相距往往達數億光年,卻通過這個網絡相連。宇宙網就像宇宙的骨骼,主要由暗物質(一種看不見的神秘物質)組成。然而,暗物質很難被探測到。

在黏菌的啟發下,一個研究小組設計出一種計算機算法,來勾勒宇宙網。它們將37000個星系的位置信息輸入這種算法,得到了宇宙網的三維地圖。

有趣的黏菌

瘧原蟲正呈輻射狀鋪展,移動速度約為每小時1厘米。

黏菌是哪種生物? 黏菌會動卻不是動物,也不是植物,與真菌也大不同,如何給它們分類,真是難壞了科學家們。目前,它被歸為原生生物。目前全球已發現的黏菌有900多種。

自己養殖細菌? 就像人類種植農作物供應食物一樣,黏菌這種超級簡單的生物也有同樣的行為。當它們遇到細菌時,不會全部吃掉,而是留一部分與自己隨行,讓其生長,等合適的時候再吃或者為后代提供營養。

多頭絨泡菌“畫”出東京地鐵網

性別多達720種? 人類和許多常見的生物只有雌、雄兩種性別,然而,黏菌的性別大約有720種之多,任何兩種不同性別交配,都能繁殖出后代。

專家們的新寵

一種無腦的簡單生命體居然可以表現出如此非凡的能耐,讓擁有生物界最強大腦的人類極受震撼。

黏菌的魅力自從被發現之后,不僅城市專家和宇宙學家,藝術家、計算機科學家、工程師、社會學家等各界專家也將它帶回實驗室或家里,創作藝術作品、研究3D打印,甚至設計無人駕駛汽車的通訊系統等。

人們往往認為只有高級生物才具有智慧,黏菌的表現卻與這個論斷相反。看來,人類對這個世界還只是一知半解。

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