Nu are creier, nu are neuroni, dar pare să învețe. Misterul organismului care îi pune pe oamenii de știință pe jar

Un organism unicelular care nu are creier, neuroni sau sistem nervos poate găsi trasee eficiente prin labirinturi, își poate modifica comportamentul după experiențele anterioare și poate construi rețele surprinzător de eficiente pentru a ajunge la hrană. Physarum polycephalum, o masă galbenă de protoplasmă cunoscută drept „mucegai de nămol”, a devenit astfel unul dintre cele mai neobișnuite subiecte de cercetare pentru oamenii de știință interesați de inteligență și de capacitatea de a învăța.

Un organism unicelular care nu are creier își poate modifica singur comportamentul Foto: Pixabay

La prima vedere, Physarum polycephalum nu pare să aibă nimic în comun cu ceea ce oamenii numesc inteligență. Nu are creier, nu are neuroni, nu are ochi sau urechi și nici măcar un sistem nervos. Este, în anumite stadii ale ciclului său de viață, o singură celulă gigantică, cu numeroase nuclee, care își schimbă permanent forma pe măsură ce se deplasează prin mediul înconjurător.

Și totuși, experimentele realizate în ultimele decenii au arătat că organismul poate face lucruri care, privite din exterior, seamănă cu rezolvarea unor probleme. Poate explora un labirint și găsi o rută eficientă către hrană, își poate reorganiza rețeaua internă și poate reacționa diferit după ce a fost expus unor anumite condiții.

De aici a apărut întrebarea care continuă să îi împartă pe cercetători: cât de departe poate merge procesarea informației într-un organism care nu are niciun neuron?

O pată galbenă care a atras atenția cercetătorilor

Povestea modernă a cercetărilor asupra Physarum este legată de biologul japonez Toshiyuki Nakagaki. În urmă cu aproximativ patru decenii, pe când era student în Hokkaido, acesta a observat într-o cutie Petri o pată de culoare galben-lămâie, relatează The Guardian.

Organismul nu părea, la prima vedere, să ofere prea multe motive de interes. Physarum făcea parte dintr-o categorie de organisme considerate simple, iar imaginea unei mase de protoplasmă care se hrănește și crește era departe de ideea de inteligență.

Nakagaki a observat însă că organismul se deplasa și explora mediul într-un mod remarcabil. Physarum poate avansa cu aproximativ un centimetru pe oră, o viteză mică pentru un observator uman, dar semnificativă pentru un astfel de organism.

Experimentele ulterioare aveau să arate că această simplă pată galbenă este capabilă să își reorganizeze permanent structura pentru a se adapta la mediul în care se află.

Cum a găsit drumul printr-un labirint

Unul dintre experimentele care au făcut celebru Physarum a fost cel în care organismul a fost pus într-un labirint, iar cercetătorii au plasat hrană la punctele care reprezentau intrarea și ieșirea.

Physarum a început să se extindă în mai multe direcții, explorând spațiul disponibil. Pe măsură ce a întâlnit diferite trasee, structura sa internă s-a modificat: conexiunile care nu duceau către hrană au devenit mai puțin importante, în timp ce traseele eficiente au fost consolidate.

În cele din urmă, organismul a ajuns să formeze o conexiune eficientă între sursele de hrană.

Rezultatul este cu atât mai spectaculos cu cât Physarum nu are un creier care să compare traseele și să aleagă unul dintre ele. Nu există un centru de comandă care să calculeze ruta optimă. Soluția apare din interacțiunea dintre procese locale, modificările structurii organismului și circulația substanțelor prin rețeaua sa.

Pentru unii cercetători, acesta este un exemplu de procesare a informației fără creier. Pentru alții, este o demonstrație impresionantă a modului în care procese biologice simple pot produce un comportament complex, fără ca organismul să fie nevoit să „gândească”.

Rețeaua care a semănat cu sistemul feroviar din Tokyo

Un alt experiment a dus această observație și mai departe.

Cercetătorii au plasat surse de hrană în poziții care reprezentau diferite orașe din zona metropolitană Tokyo. Physarum a început să se extindă între acestea, construind treptat o rețea de conexiuni.

Pe măsură ce organismul și-a reorganizat structura, unele dintre legături au dispărut, în timp ce altele s-au consolidat. La final, rețeaua formată avea caracteristici asemănătoare cu cele ale sistemului feroviar din regiunea Tokyo, conectând punctele importante și menținând în același timp o structură eficientă.

Experimentul a devenit una dintre cele mai cunoscute demonstrații ale capacității organismelor fără creier de a produce soluții complexe prin mecanisme descentralizate.

Totuși, cercetătorii sunt precauți în privința concluziei că Physarum ar fi „proiectat” o rețea. Organismul nu a avut o hartă și nu a făcut un plan în sensul uman al termenilor. Structura a apărut treptat, printr-o serie de modificări locale.

Tocmai aici se află însă interesul științific: un comportament complex poate apărea fără existența unui centru care să controleze întregul sistem.

O formă de memorie fără neuroni?

Și mai controversată este posibilitatea ca Physarum să manifeste o formă de memorie.

Cercetătorii au observat că organismul își poate modifica reacțiile după ce este expus anumitor condiții. Cu alte cuvinte, experiența anterioară poate influența comportamentul ulterior.

Pentru un organism care nu are neuroni, observația este importantă.

La oameni, memoria este asociată în mod obișnuit cu activitatea creierului și cu conexiunile dintre neuroni. Physarum nu dispune de niciuna dintre aceste structuri. În schimb, cercetătorii încearcă să afle dacă informația despre experiențele anterioare poate fi păstrată în structura organismului sau în modul în care acesta își modifică activitatea.

Dacă astfel de mecanisme pot fi confirmate și înțelese, ele ar putea sugera că unele forme elementare de învățare și memorie nu au apărut odată cu sistemul nervos, ci sunt mult mai vechi în istoria evoluției.

Cât de corect este să-i spunem „inteligent”?

De aici începe una dintre cele mai interesante dispute.

Există cercetători care consideră că termenii „inteligență”, „gândire” sau „capacitate de a învăța” trebuie utilizați cu mare atenție în cazul organismelor fără sistem nervos. Faptul că Physarum găsește o rută eficientă nu înseamnă automat că organismul gândește în același sens în care gândește un om.

Un proces fizic sau chimic poate produce, la rândul său, rezultate complexe fără existența unei intenții. Un râu își găsește drumul către mare, iar un sistem biologic se poate reorganiza ca răspuns la mediul înconjurător fără ca acest lucru să presupună conștiință.

În această perspectivă, descrierea comportamentului Physarum drept „inteligență” poate fi o formă de antropomorfizare, adică tendința de a interpreta comportamentul altor organisme prin raportare la propria experiență.

Există însă și cercetători care consideră că o astfel de definiție este prea restrictivă. Ei susțin că inteligența sau capacitatea de a învăța ar putea fi analizate și prin prisma capacității unui organism de a primi informații, de a răspunde la mediul înconjurător, de a-și modifica comportamentul și de a utiliza într-un fel experiențele anterioare.

În această interpretare, nu este obligatoriu ca toate formele de procesare a informației să depindă de neuroni.

Un organism mai vechi decât oamenii

Interesul pentru Physarum este amplificat și de istoria evolutivă a grupului din care face parte.

Slime moulds au o istorie foarte veche, primele astfel de organisme fiind estimate la aproximativ 600 de milioane de ani. Ele au existat cu mult înaintea apariției oamenilor moderni și au supraviețuit unor schimbări majore ale mediului și ale ecosistemelor.

Rude ale acestor organisme pot fi întâlnite astăzi în numeroase tipuri de habitate, de la păduri umede până la regiuni mai aride și zone reci.

Aspectul lor simplu ascunde un sistem biologic capabil să exploreze mediul și să își modifice structura în funcție de ceea ce întâlnește.

Cum poate apărea complexitatea fără un centru de comandă

Physarum nu are un „șef” care să decidă încotro trebuie să meargă. Organismul funcționează ca o rețea dinamică, în care structura se schimbă permanent.

Pe măsură ce explorează mediul, unele conexiuni se dezvoltă, iar altele dispar. Substanțele circulă prin rețea, iar modificările locale se propagă în organism.

Rezultatul este un comportament global care poate părea mult mai sofisticat decât procesele individuale care îl produc.

Același principiu poate fi observat, într-o formă diferită, și în alte sisteme biologice. Furnicile formează colonii complexe fără ca o singură furnică să coordoneze întreaga colonie, iar stolurile de păsări se pot deplasa sincronizat fără existența unui lider care să dirijeze fiecare mișcare.

Physarum oferă însă un exemplu aparte, deoarece toate aceste procese au loc în interiorul unui singur organism lipsit de sistem nervos.

Poate o singură celulă să gândească?

Întrebarea rămâne deschisă, iar răspunsul depinde în mare măsură de definiția pe care cercetătorii o dau termenului „gândire”.

Nu există dovezi că Physarum are conștiință sau gânduri în sens uman. Nu există motive să credem că organismul are o experiență subiectivă asemănătoare celei umane.

Există însă dovezi că poate reacționa la informațiile din mediul său, că își poate modifica structura și că anumite experiențe îi pot influența comportamentul ulterior.

Aceste observații au contribuit la apariția unui domeniu de cercetare preocupat de ceea ce este numit capacitate de a învăța non-neuronală: posibilitatea ca unele procese pe care oamenii le asociază în mod obișnuit cu creierul să apară și prin alte mecanisme biologice.

De la un organism microscopic la roboți și inteligență artificială

Cercetarea asupra Physarum nu este importantă doar pentru biologie. Modul în care organismul își construiește și își reorganizează rețeaua a atras atenția și în domeniul tehnologiei.

Cercetătorii au analizat posibilitatea ca principiile observate în comportamentul său să inspire soluții pentru probleme de optimizare și sisteme descentralizate, inclusiv:

• rețele de transport;
• algoritmi;
• robotică;
• inteligență artificială;
• sisteme descentralizate.

Ideea este că un sistem nu are întotdeauna nevoie de un centru de comandă pentru a ajunge la o soluție eficientă. În anumite situații, reguli locale și simple pot produce, prin interacțiunea lor, un rezultat complex.

Misterul nu este încă rezolvat

Physarum polycephalum nu este un „creier fără neuroni” și nu există dovezi că organismul gândește sau are conștiință. Ceea ce au arătat experimentele este însă suficient pentru a pune sub semnul întrebării o presupunere care mult timp a părut evidentă: aceea că formele complexe de procesare a informației trebuie să aibă la bază un sistem nervos.

Această masă galbenă de protoplasmă poate explora mediul, poate elimina traseele ineficiente, poate consolida conexiuni utile și își poate modifica comportamentul în funcție de experiențele anterioare. Toate acestea se întâmplă fără creier și fără neuroni.

Poate că Physarum este inteligent. Poate că termenul nu este potrivit pentru ceea ce face. Deocamdată, cercetătorii nu au un răspuns unanim.

Cert este însă că acest organism obligă știința să privească altfel relația dintre viață, informație și inteligență. Iar dacă o singură celulă poate produce un comportament atât de complex fără un sistem nervos, întrebarea nu mai este doar ce poate face Physarum, ci cât de multe forme de procesare a informației există în lumea vie pe care încă nu știm să le recunoaștem.