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黏菌是什麼生物,真的有這麼神奇嗎?

2018年02月18日 知乎問答精選 暫無評論 閱讀 17 ℃ 次

【劉峻辰的回答(243票)】:

沒人提東京地鐵的實驗嗎?這篇文獻裡面有數學解釋而且是活生生的仿生學哎!

2010年1月22日 ScienceMag Vol.327

實驗用到的是實驗用到的是Physarum polycephalum,是最早人工培養的一批真核生物細胞,分類上暫時放到了變形蟲門。長什麼樣子大家也都見到了,他們一般會把真菌孢子、細菌等等作為食物。黏菌是真核生物!不是粘液細菌!

實驗很簡單,用黏菌避光的特性,用光斑模擬海岸線和地形,在東京附近重要的地鐵站對應的位置放上食物:

這是只有海岸線的時候,黏菌鋪張、求出最省連通路徑的過程圖:

下面是用光的強度模擬水域和地勢的結果,下面是用光的強度模擬水域和地勢的結果,灰度越高代表光強度越弱(海拔在海平面以上同時越低)。

專業的建模分析就不贅述了,科學家最後的原理是黏菌形成的微網絡當中,專業的建模分析就不贅述了,科學家最後的原理是黏菌形成的微網絡當中,「遠路」攜帶的營養運送過程中消耗大,因而流速低,直徑逐漸收縮;而「捷徑」流速更大,直徑逐漸增大。這樣,整個網格就逐漸收縮到最優解上。實際上是一種類似於蟻群算法的退火算法。

實驗者模擬了一下這個算法,解出來的結果和黏菌搜索的結果相差無幾:

PS:作為三者的邊緣性交集,這篇文章我看下來的感覺是這樣的:PS:作為三者的邊緣性交集,這篇文章我看下來的感覺是這樣的:

生物狗:哇這個數學模型建的好牛啊,還模擬,太厲害了!不過生物部分的實驗好簡單……

程序猿:哇這個數學模型和仿生學結合起來,太厲害了!不過算法有點老掉牙……

數學家:哇這個仿生學和程序結合的真是6,太厲害了!不過這個數學模型建的真是粗糙……

= =嗯,差不多就是這樣……

(所以我們老闆也在逼我們做類似的工作……簡單的實驗拿來忽悠三撥人……)

其實黏菌還有一個經常被提到的特點:在低密度的時候表現得像單細胞,而高密度或者食物告罄的時候,部分個體就會釋放出凝集素,吸引其他個體聚集成一個多細胞表現的整體,進而完成各種功能,尤其是繁殖。黏菌的子實體非常漂(mi)亮(kong):

這些平時的散兵游勇,到了繁殖的時候就聚集起來,像真菌一樣生長出子實體,產生孢子進行繁殖。想想還是挺有趣的。這些平時的散兵游勇,到了繁殖的時候就聚集起來,像真菌一樣生長出子實體,產生孢子進行繁殖。想想還是挺有趣的。

【LaurynGu的回答(443票)】:

黏菌是變形蟲門錐足亞門黏菌下門的生物總稱。和變形蟲是近親。系統發生學上變形蟲們應該是動物和真菌共同的姐妹群。

關於走迷宮是醬紫的:

Nakagaki et al., (2000, 2001, 2007) 發現黏菌會伸展自己的細胞質並覆蓋住整個迷宮平面直至發現食物,然後縮回多餘的部分只剩下最短路徑,如下圖所示(Nakagaki 2001):

白線是最短路徑,AG是起點和終點。黏菌先佈滿整個迷宮,然後依最短路徑縮回多餘的部分。白線是最短路徑,AG是起點和終點。黏菌先佈滿整個迷宮,然後依最短路徑縮回多餘的部分。

Reid et al.(2012) 進一步發現當黏菌無法事先佈滿整個空間的時候,它們會進行自由式的空間移動探索。在探索的過程中會在介質表面留下粘液標記,並會避免回到有粘液標記的地方,這樣就不會走回頭路。如圖:

D是已經被探索過並被粘液標記的地方,黏菌會避免再向那個方向生長並向新的空間探索。D是已經被探索過並被粘液標記的地方,黏菌會避免再向那個方向生長並向新的空間探索。

關於機器人的故事其實沒有那麼誇張啦。Tsuda et al.(2007)做了個機器人如下圖:

機器人有六條腿,黏菌也被關在下面一個六邊形的盒子裡面。盒子會模擬機器人感受到的光線方位和強度給黏菌以同樣的刺激。黏菌會往暗處跑,黏菌的移動方向會反饋給機器人控制它移動,最後機器人就跑到暗處去了。機器人有六條腿,黏菌也被關在下面一個六邊形的盒子裡面。盒子會模擬機器人感受到的光線方位和強度給黏菌以同樣的刺激。黏菌會往暗處跑,黏菌的移動方向會反饋給機器人控制它移動,最後機器人就跑到暗處去了。

這個故事告訴我們路癡連單細胞黏菌都不如。

路癡就是人間失格,嗷嗷嗷嗷。

做reference list 是因為今天做了泡菜罈子,感覺自己萌萌噠:

Nakagaki T. et al. 2000. Maze-solving by an amoeboid organism. Nature 407:470.

Nakagaki T. et al. 2001. Path finding by tube morphogenesis in an amoeboid organism. Biophys Chem 92: 47-52.

Nakagaki T. et al. 2007. Minimum-risk path finding by an adaptive amoebal network. Phys Rev Lett 99: 068104.

Reid CR. et al. 2012. Slime mold uses an externalized spatial "memory" to navigate in complex environments. PNAS 109: 17490-17494.

Tsuda S. et al. 2001. Robot control with biological cells. Biosystems 87:215-223.

【沙鷗的回答(6票)】:

我們看到的黏菌,準確的說是無細胞壁的多核原生質團,可以簡單的理解為許多單細胞的黏菌黏在一起,圖省事兒把中間的細胞壁都撤了 ╮(╯▽╰)╭ 所以切下來一點也沒有問題,只要有個細胞核就行

聽說過太歲不,百科裡解釋為黏菌與真菌及細菌的復合體,是我們植物學老師最感興趣的話題,總是在課上講關於它的故事,哪兒哪兒發現了大號太歲結果是宅男廢棄的飛機杯什麼的。。。老師說黏菌一路走一路吃,就像滾雪球一樣長大了,很有趣~(有點跑偏)

其實它能走電路板只是因為對光等環境因子敏感,然後調整自身避開障礙物啦

至於控制機器人。。。坐等大神來解釋

【南瓜拌雪條的回答(17票)】:

難道只有我一個人一直對黏菌的英文很在意嗎?

slime mould,尼瑪這不是史萊姆嗎。。。

【薛定諤的阿貓狗的回答(4票)】:

生物方面不大懂。。不過我覺得黏菌這種行為並不需要太「崇拜」。。

從最短路徑來說,黏菌說白了就是使用了窮舉;

至於視頻內說黏菌找到的地鐵路徑比人類更優,我覺得就更不妥當了,地鐵可不是說挖就挖的,鐵路也要考慮下地質的問題啊;

於是看到這裡就沒看往下機器人的例子了。。

【何子傑的回答(8票)】:

關於黏菌的尋路問題,雖然很有意思,但實在稱不上神奇吧?其他生物找食物基本也是最近距離去啊。只不過黏菌的路線可以明顯看到。

黏菌真正神奇之處我認為在其生殖過程。黏菌是有性生殖,在需要繁殖時候,黏菌會變成子實體。像這樣↓

子實體會將孢子釋放出去。放出的孢子變成生殖細胞,一個極其強悍的生殖細胞——可以吃東西。類似於,人類的精子游累了,半路埋鍋造飯,飽餐戰飯,養精蓄銳,繼續前進。

由於黏菌是同配生殖,所以生殖細胞需要找到另外一個異性的生殖細胞。

問題就出在異性這裡,由於黏菌的性別由三個基因座決定:matA(13種變型),matB(13種變型)和matC(3種變型)。所以黏菌的性別超過500種。

神奇之處出現:一般人聽到這裡都會說:那黏菌要找到對像豈不是太難了!(這種想法太神奇了!)

錯!黏菌不是gay!異性才能繁殖啊!黏菌找到另外一個和自己的三個基因座完全不同的生殖細胞的概率超大!如果人也有500多種性別,就不用非得找妹子了。。。

標籤:-生物學 -真菌


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