Imagina que estás entrando en un bosque y das vueltas sobre un tronco caído con el pie. En abanico en la parte inferior, hay algo húmedo y amarillo, un poco como algo que puedes haber estornudado, si ese algo fuera de color amarillo plátano y se extendiera en elegantes ramas fractales.
Lo que estás viendo es la forma plasmodium de Physarum polycephalum, el moho de lodo de muchas cabezas. Al igual que otros mohos de limo que se encuentran en la naturaleza, cumple un papel ecológico importante, ayudando en la descomposición de la materia orgánica para reciclarla en la red alimentaria.
Este pequeño y extraño organismo no tiene cerebro ni sistema nervioso; su cuerpo lleno de manchas y de color amarillo brillante es solo una célula. Esta especie de moho de lodo ha prosperado, más o menos sin cambios, durante mil millones de años en sus hábitats húmedos y en descomposición.
Y, en la última década, ha cambiado nuestra forma de pensar sobre la cognición y la resolución de problemas.
“Creo que es el mismo tipo de revolución que ocurrió cuando la gente se dio cuenta de que las plantas podían comunicarse entre sí”, dice la bióloga Audrey Dussutour del Centro Nacional de Investigación Científica de Francia.
“Incluso estos pequeños microbios pueden aprender. Te da un poco de humildad”.
P. polycephalum en su hábitat natural. (Kay Dee / iNaturalist, CC BY-NC)
P. polycephalum – adorablemente apodado “The Blob” por Dussutour – no es exactamente raro. Se puede encontrar en ambientes oscuros, húmedos y frescos como la hojarasca en el suelo de un bosque. También es realmente peculiar; aunque lo llamamos “moho”, en realidad no es un hongo. Tampoco es un animal o una planta, sino un miembro del reino protista, una especie de grupo general para cualquier cosa que no pueda clasificarse claramente en los otros tres reinos.
Comienza su vida como muchas células individuales, cada una con un solo núcleo. Luego, se fusionan para formar el plasmodio, la etapa de la vida vegetativa en la que el organismo se alimenta y crece.
De esta forma, desplegándose en las venas para buscar alimento y explorar su entorno, sigue siendo una sola célula, pero contiene millones o incluso miles de millones de núcleos nadando en el líquido citoplasmático confinado dentro de la membrana de color amarillo brillante.
Cognición sin cerebro
Como todos los organismos, P. polycephalum necesita poder tomar decisiones sobre su entorno. Necesita buscar comida y evitar el peligro. Necesita encontrar las condiciones ideales para su ciclo reproductivo. Y aquí es donde nuestro pequeño amigo amarillo se pone realmente interesante. P. polycephalum no tiene un sistema nervioso central. Ni siquiera tiene tejidos especializados.
Sin embargo, puede resolver acertijos complejos, como laberintos, y recordar sustancias novedosas. El tipo de tareas que solíamos pensar que solo l os animales podían realizar.
“Estamos hablando de cognición sin cerebro, obviamente, pero también sin ninguna neurona. Así que los mecanismos subyacentes, todo el marco arquitectónico de cómo trata la información es totalmente diferente a la forma en que funciona tu cerebro”, dice el biólogo Chris Reid. de la Universidad Macquarie en Australia, dice Heaven32.
“Al proporcionarle los mismos desafíos de resolución de problemas que tradicionalmente les hemos dado a los animales con cerebro, podemos comenzar a ver cómo este sistema fundamentalmente diferente podría llegar al mismo resultado. Es donde queda claro que para muchos de estos cosas, que siempre pensamos que requerían un cerebro o algún tipo de sistema de procesamiento de información superior, eso no siempre es necesario “.
(David Villa / ScienceImage / CBI / CNRS)
P. polycephalum es bien conocido por la ciencia. Hace décadas, fue, como explica el físico Hans-Günther Döbereiner de la Universidad de Bremen en Alemania, el “caballo de batalla de la biología celular”. Fue fácil de clonar, mantener y estudiar.
Sin embargo, a medida que evolucionaron nuestros conjuntos de herramientas de análisis genético, organismos como ratones o líneas celulares como HeLa se hicieron cargo, y P. polycephalum cayó por el camino.
En 2000, el biólogo Toshiyuki Nakagaki de RIKEN en Japón sacó a la pequeña bestia de su retiro, y no para la biología celular. Su papel publicado en Naturaleza, llevaba el título “Resolución de laberintos por un organismo ameboide”, y eso es exactamente lo que P. polycephalum habia hecho. Nakagaki y su equipo habían puesto un trozo de plasmodio en un extremo de un laberinto, una recompensa de comida (avena, porque P. polycephalum ama bacterias de avena) en el otro, y vio lo que sucedió.
Los resultados fueron asombrosos. Este pequeño y extraño organismo acelular logró encontrar la ruta más rápida a través de todos los laberintos que se le presentaban.
“Eso desencadenó una ola de investigación sobre con qué otros tipos de escenarios más difíciles podemos probar el moho de lodo”, dice Reid.
“Prácticamente todos ellos han sido sorprendentes de una forma u otra, y sorprendieron a los investigadores en cómo se comportó realmente el moho de lodo. También reveló algunas limitaciones. Pero sobre todo, ha sido un viaje de revelación sobre cómo esta simple criatura puede realizar tareas que siempre se ha dado y se ha pensado que son el dominio de los organismos superiores “.
Lleno de sorpresas
Nakagaki recreó el metro de Tokio, con los nodos de la estación marcados con avena; P. polycephalum lo recreé casi exactamente – excepto que la versión de moho de lodo era más resistente a los daños, en la que si un enlace se cortaba, el resto de la red podía continuar.
Otro equipo de investigadores descubrió que el protista podía resolver de manera eficiente el problema del viajante, una tarea matemática exponencialmente compleja que los programadores utilizan habitualmente para probar algoritmos.
A principios de este año, un equipo de investigadores descubrió que P. polycephalum Puede “recordar” dónde ha encontrado alimentos anteriormente basándose en la estructura de las venas en esa área. Esto siguió a una investigación previa de Dussutour y sus colegas, quienes descubrieron que las manchas de moho de lodo podían aprender y recordar sustancias que no les gustaban y comunicar esa información a otras manchas de moho de lodo una vez que se fusionaban.
“Todavía me sorprende lo complejos que son, en cierto modo, porque siempre te sorprenden en un experimento, nunca harían exactamente lo que eliges hacer”, dice Dussutour.
En un caso, su equipo estaba probando un medio de crecimiento utilizado para células de mamíferos y quería ver si al limo le gustaría.
“Eso odiado eso. Comenzó a construir esta extraña estructura tridimensional para poder ir a la cabeza y escapar. Y yo digo, ‘Dios mío, este organismo’ “.
Una red de procesamiento
Aunque técnicamente es un organismo unicelular, P. polycephalum se considera una red, que exhibe un comportamiento colectivo. Cada parte del molde de lodo funciona de forma independiente y comparte información con sus secciones vecinas, sin un procesamiento centralizado.
“Supongo que la analogía sería neuronas en un cerebro”, dice Reid. “Tienes este cerebro que está compuesto por muchas neuronas, es lo mismo para el moho de baba”.
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Physarym polycephalum, “La mancha”
Emergencia de la red
Ondas de oscilación#gota pic.twitter.com/kJUhH0w05a– Audrey Dussutour (@Docteur_Drey) 3 de abril de 2021
Esa analogía cerebral es realmente intrigante, y no sería la primera vez P. polycephalum se ha comparado con una red de neuronas. La topología y estructura de las redes cerebrales y las manchas de moho de lodo son muy similares, y ambos sistemas exhiben oscilaciones.
No está del todo claro cómo se propaga y comparte la información en el moho de lodo, pero sabemos que P. polycephalumLas venas se contraen para actuar como una bomba peristáltica, empujando el líquido citoplasmático de una sección a otra. Y las oscilaciones en este fluido parecen coincidir con encuentros con estímulos externos.
“Se cree que estas oscilaciones transmiten información, procesan información, por la forma en que interactúan y realmente producen el comportamiento al mismo tiempo”, dice Döbereiner a Heaven32.
“Si tiene una red de Physarum ir a un determinado alimento, cambia el patrón de oscilación cuando se encuentra con el azúcar: comienza a oscilar más rápido. Debido a estas oscilaciones más rápidas, todo el organismo comienza a cambiar su patrón de oscilación y comienza a fluir en la dirección donde se encontró la comida “.
El y sus colegas publicó recientemente un artículo demostrando que estas oscilaciones son extraordinariamente similares a las oscilaciones que se ven en un cerebro, solo un sistema hidrodinámico en lugar de señales eléctricas.
“Lo que es relevante no es tanto qué oscila y cómo se transporta la información”, explica, “sino que oscila y que una topología es relevante: una neurona conectada a 100 neuronas o solo a dos; una neurona conectada solo a sus vecinos o está conectado a otra neurona muy lejana “.
P. polycephalum creciendo en un modelo de tamaño natural de un cráneo humano. (Andrew Adamatzky, Vida artificial, 2015)
Definiendo la cognición
Por muy emocionantes que parezcan sus aventuras, cualquier investigador que trabaje con él le dirá que P. polycephalum no es, en sí mismo, un cerebro. No es capaz de un procesamiento de alto nivel o un razonamiento abstracto, por lo que sabemos.
Por más intrigante que parezca la noción, tampoco es probable que se convierta en algo parecido a un cerebro. El organismo ha tenido mil millones de años para hacerlo y no muestra signos de ir en esa dirección (aunque si a algún escritor de ciencia ficción le gusta la idea, no dude en seguirla).
En términos de biología general, el moho del limo es extremadamente simple. Y por ese mismo hecho, está cambiando la forma en que entendemos la resolución de problemas.
Al igual que otros organismos, necesita alimento, necesita navegar por su entorno y necesita un lugar seguro para crecer y reproducirse. Estos problemas pueden ser complejos y, sin embargo, P. polycephalum puede resolverlos con su arquitectura cognitiva extremadamente limitada. Lo hace a su manera simple y con sus propias limitaciones, dice Reid, “pero eso en sí mismo es una de las cosas hermosas del sistema”.
En cierto sentido, nos deja con un organismo, una mancha húmeda, viscosa y amante de la humedad, cuya cognición es fundamentalmente diferente a la nuestra. Y, al igual que el metro de Tokio, eso puede enseñarnos nuevas formas de resolver nuestros propios problemas.
“Nos está enseñando sobre la naturaleza de la inteligencia, realmente, desafiando ciertos puntos de vista y básicamente ampliando el concepto”, dice Reid.
“Nos obliga a desafiar estas creencias antropocéntricas arraigadas de que somos únicos y capaces de mucho más que otras criaturas”.
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