keskiviikko 13. joulukuuta 2017

Muistiinpanoja osa 3: Älykkyys yksisoluisissa eliöissä


Limanuljaskat ovat yksisoluisia eläimiä, jotka yhden elämän aikana (ennen lisääntymistä), kehittävät kykyjä välttää ikäviä ravintoaineita, kuten kofeiinia ja jotka oppivat ratkaisemaan labyrintteja siten, että ne löytävät labyrintin läpi lyhyimmän reitin saadakseen puuroa (esim. Nakagaki et al. 2000). Limanuljaskan kyky löytää optimoituja reittejä kahden pisteen välillä on pidetty yhtä tehokkaana kuin Tokion metrokarttoja ja sen tekemiä laskennallisia ratkaisuja on jo hyödynnetty liikenne järejestelmien suunnittelussa (Tero et al. 2010).

Tohvelieläimet puolestaan oppivat välttämään vesialtaan pimeää tai valoisaa puoliskoa, jos siellä saa sähköshokkeja (esim. Mingee, 2013). Viimeisimpien tutkimusten mukaan kykenevät kommunikoimaan sähkömagneettisilla pulsseilla lajitovereilleen (zzzz).

Pseudomonas aeruginosa puolestaan kykenee sitouttamaan itseensä rautaa kahdella eri tavalla. Kallis sitouttamismenetelmä (jonka aktivoiminen vaatii 14 geenin ilmenemistä) tuottaa monimutkaisen proteinin joka sitoo rautaa tehokkaasti (Dumas et al. 2013). Halvempi menetelmä vaatii vain 7 geenin aktivoimisen, mutta ei puolestaan ole kovin tehokas raudan sitomiseen. Pseudomonas aeruginosa käyttää yltäkylläisessä tilanteessaa halvempaa menetelmää ja niukassa tilanteessa kalliimpaa menetelmää. Tutkijat ovat myös huomanneet, että epävarmoissa tilanteissa (kun raudan gradientti ympäristössä on epäsäännöllinen), osa Pseudomonas aeruginosa populaatioiden yksilöistä valitsee yhden menetelmän ja osa toisen.

Älykkyyden minimivaade viittaisi siihen, että älykkyys muodostuu useiden komponenttien verkostomaisena vuorovaikutuksena. Yksisoluisten eliöiden kohdalla tuon verkoston muodostavat geeniekspressio yhdessä epigeneettisten tekijöiden, aineenvaihdunnan ja solun sisäisten viestintäkanavien kanssa (Westerhoff et al. 2014). Käyttäytymisen monimutkaisuus jota yksisoluisilla eliöillä havaitaan yhdessä solun sisäisen kompleksisuuden kanssa viittaisi siihen, että yksisoluisten eliöiden kohdalla on järkevää puhua ympäristön tarkkailusta, informaation prosessoinnista ja päätösten teosta.Yksisoluiset eliöt reagoivat ympäristöönsä tarkoituksenmukaisesti, tavoitteellisesti ja energiakustannuksia ja -hyötyjä punniten.

Olemme tässä tarkastelleet yksisoluisia eliöitä vain yksilötasolla, mutta viieisten vuosikymmenten aikana on mikrobiologiassa havaitty myös monimutkaista parviälyä yksisoluisten eliöiden keskuudessa. Joukko mikrobeja kykenee tekemään asioita, joita yksittäinen eliö ei yksinään kykene tekemään. Tässä suhteessa, ne eivät näytä poikkeavan ihmisistä. Lukuisat yksisoluiset eliölajit kykenevät tunnistamaan oman lajinsa väestöntiheyttä ja muuttamaan oman yksilöllisen sisäisen biokemiansa toimintaa sammuttamalla joitain geenejä ja käynnistämällä toisia. Tämä on mielenkiintoista sillä on havaittu, solukollektiivien kykenevän jopa kollektiiviseen puolustukseen esimerkiksi antibiootteja tuottamalla (Westerhoff et al 2014).

Seuraava esimerkki ei ole parviälyä, mutta esimerkki sosiaalisesta käyttäytymisestä, jota ei aikaisemmin ajateltu olevan alkueliöillä (engl. Protozoa). Spirostomum ambiguum on havaittu viestivän parittelukelpoisuuttaan siten, että ne uivat aktiivisesti välttäen lajitoveriensa kosketusta, tämä kuluttaa paljon energiaa ja toimii siten viestinä energeettisestä kosketuksesta. Lajin edustajat myös muuttavat käyttäytymistään tämän mainostamisen suhteen, mikäli olosuhteet sille eivät ole otolliset. Yksi yksilö kykenee siis käyttäytymään eri konteksteissa eri tavoin (Westerhoff et al. 2014; Clark, 2010a). Toisaalta taas vähemmän kelpoiset yksilöt oppivat hyväksikäyttämään tämän paritumisjärjestelmän porsaanreikiä uimalla kahden kosiskelevan alkueliön väliin, ja hyödyntämällä jo lähetettyjä kosiskelusignaaleja (joista ainakin osa on tärinäaaltoja; ks Clark, 2010b).

The physiological adaptive behavior of microorganisms is not stable and disappears when the environment does not support this behavior. Programs of adaptive behavior are imprinted on the population genome. When adaptation is lost, new training is required to regain this adaptation.



Lähdekirjallisuus

Clark K. B. (2010a). On classical and quantum error-correction in ciliate mate selection. Commun. Integr. Biol. 3 374–378 10.4161/cib.3.4.11974
Clark K. B. (2010b). Origins of learned reciprocity in solitary ciliates searching grouped ‘courting’ assurances at quantum efficiencies. Biosystems 99 27–41 10.1016/j.biosystems.2009.08.005

Dumas Z., Ross-Gillespie A., Kummerli R. (2013). Switching between apparently redundant iron-uptake mechanisms benefits bacteria in changeable environments. Proc. Biol. Sci. 280 20131055 10.1098/rspb.2013.1055

Mingee CM., 2013. Retention of a brightness discrimination task in Paramecia, P. caudatum. International Journal of Comparative Psychology, 26

Nakagaki T., Yamada H., Ueda T. (2000). Interaction between cell shape and contraction pattern in the Physarum plasmodium. Biophys. Chem. 84 195–204 10.1016/S0301-4622(00)00108-3

Tero A., Nakagaki T., Toyabe K., Yumiki K., Kobayashi R. (2010). A method inspired by Physarum for solving the Steiner problem. Int. J. Unconvent. Comput. 6 109–123

Westerhoff, H.V., Brooks, A.N., Simeonidis, E., García-Contreras, R., He, F., Boogerd, F.C., Jackson, V.J., Goncharuk, V. and Kolodkin, A., (2014). Macromolecular networks and intelligence in microorganisms. Frontiers in microbiology, 5.


Ei kommentteja:

Lähetä kommentti