看似聪明:我们可以从黏菌身上学到什么

Tanya Latty 博士告诉我为什么黏菌可能是理解群体智能的最佳途径

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本文发表于 大众科学 以前的博客网络,仅反映作者的观点,不一定反映 大众科学 的观点


作为我对女性动物行为研究人员系列访谈的一部分,在这篇文章中,我将与 Tanya Latty 博士对话。Tanya Latty 博士是澳大利亚悉尼大学的科学家。她的背景是昆虫学,曾研究蚂蚁、蜜蜂和甲虫,最近她一直在研究一种更不寻常的生物——黏菌。

黏菌有两种类型:细胞型和无细胞型。过去,Latty 博士已经证明,无细胞黏菌的决策方式与我们人类相似,会在速度和准确性之间权衡,探索各种选择,然后再做出决定,但也会做出经济上“非理性”的决定。

在最近一篇论文中,Tanya Latty 和她的同事 Chris Reid 提出,黏菌也是研究集体行为的有用生物:许多个体的选择如何导致群体层面的特定模式。过去,昆虫、鱼类和鸟类等动物已被用于研究个体的行为如何导致群体层面的现象,例如白蚁高耸的巢穴和椋鸟的反捕食者队形。在大多数情况下,群体层面的现象出现时没有任何“群体领导者”,相反,个体仅根据它们在直接环境中可以检测到的信息做出决策。在这里,我询问 Tanya Latty 为什么细胞型和无细胞型黏菌可能帮助我们理解集体行为。 


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您最初是如何开始研究黏菌的?

我参与了一个更大的项目,该项目调查蜜蜂、蚂蚁和黏菌的解决问题能力——我受聘研究蜜蜂和蚂蚁。出于好奇,我决定养一只“宠物”黏菌会很有趣,并且很高兴地发现我可以在网上花 20 美元买到一只。我的第一只黏菌在我的办公桌抽屉里的一个盘子里住了几个星期。我开始注意到,我抽屉里的黏菌的行为方式与我当时正在研究的蚂蚁的行为方式相似。 所以我决定重新调整我的一些蚂蚁研究方案,以研究黏菌的行为。

到目前为止,就黏菌的能力而言,哪个发现最让您惊讶?

当我们发现黏菌容易受到我们在人类身上看到的相同“非理性”行为的影响时,我感到震惊。我开始这项实验时抱有相反的期望,并且我期待着开“黏菌比人类更理性”的玩笑。  我一直认为非理性与大脑处理信息的方式有关;一个单细胞生物也可能受到同样的认知怪癖的影响,这个想法真的让我大开眼界如今,我学到的关于黏菌行为的几乎所有东西都不会让我感到惊讶——它们在没有大脑的情况下完成如此多的工作,真是令人难以置信!

当提出关于个体决策如何导致集体行为的问题时,您认为黏菌比动物有什么优势?

黏菌在实验室中相对容易操作,这使我们能够同时运行多个重复实验。在无细胞黏菌(例如多头绒泡菌)中,也可以使用来自同一亲本变形虫的片段进行实验,因此您可以控制遗传背景(所有片段的基因应相同)。  另一方面,研究无细胞黏菌的缺点之一是“个体”的概念。  从主变形虫上切下的片段可以在几分钟内变成独立的个体。即使给予相同的决策任务,这些“个体”的行为方式也不总是相同。然而,如果你把这些片段再次放在一起,它们会愉快地融合回一个单一的实体。每个片段都由许多似乎控制黏菌运动的振荡区域组成。我们知道,当黏菌接触到它喜欢的东西(例如食物)时,脉冲会更快,而接触到它不喜欢的东西(例如光)时,脉冲会更慢。每个振荡区域都能够带动附近的振荡区域,我们认为正是这些区域之间的相互作用控制着黏菌的信息处理。  那么,振荡区域各自是“个体”吗?片段是个体吗?或者,我们是否最好将所有具有共同来源的黏菌片段都视为个体,而不管它们目前是否彼此连接(毕竟,它们可以再次融合在一起)。  整个个体概念在无细胞黏菌中非常不稳定,这使得很难思考集体行为实际上是如何产生的。

相比之下,细胞型黏菌(如Dictyostelium sp),一生中的大部分时间都以个体变形虫的形式生活。如果条件恶化(食物耗尽),单个细胞将聚集形成一个多细胞“蛞蝓”,然后爬走。然后,蛞蝓会变成孢子头,位于长长的茎秆之上——孢子部分的细胞可以分散开来寻找更好的条件,而茎秆中的细胞则被留在后面。这是一个惊人的合作例子,让我们深入了解多细胞性是如何产生的。  感谢Dictyostelium研究人员的伟大工作,我们对协调蛞蝓形成的分子信号传导有了相当多的了解。然而,我们对蛞蝓如何(甚至是否)做出决策知之甚少。 

您认为,如果我们能够更深入地了解如何利用黏菌做出复杂的决策,这是否有助于人工智能领域的发展?

黏菌是构建信息处理系统的绝佳模型,无需大脑的复杂性。  黏菌展示了一种行为和信息处理的替代模型,我认为它们有一天可以作为计算机算法的灵感。

对于正在考虑从事科学事业的女性,您有什么建议?

做你喜欢做的事!从学生到首席研究员的道路漫长而充满障碍、弯路和失望。但是,如果您对自己的研究充满热情,那么这段旅程,无论多么坎坷,都会变得更加愉快。并且不要害怕失败。每个人都会失败。而且经常失败。有时非常惨烈。不要让冒名顶替综合症阻止您冒险和突破您学科的界限。 

参考文献

Reid, C. R., & Latty, T. (2016). Collective behaviour and swarm intelligence in slime moulds. FEMS Microbiology Reviews, fuw033. doi: 10.1093/femsre/fuw033

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