科普热点丨年轻人流行养黏菌当宠物！网友傻眼：竟然怪可爱的
文摘
2024-11-15 18:10
四川
饲养宠物已经渐渐成为众多年轻人生活中不可或缺的一部分，继养育“臭水”、“纸盒狗”和“芒果核宠物”之后，不少人又开始了黏菌的养殖。与电影《毒液》里那黑色的外星生物截然不同，黏菌是一种滑不溜手的黄色黏液状生物。黏菌是地球上最奇特的生命形式之一。它既不是植物，也不是动物，虽然名字里带了个“菌”，但更不是真菌细菌，而是属于原生生物界的一类。原生生物（Protozoa 或 Protista）是指一类主要由单细胞组成的真核生物，它们不像动植物那样归入典型的多细胞分类群，但具有独立的生命活动能力。原生生物广泛分布于水环境、土壤、以及动植物体内或表面，是一个多样性极高的生物类群。黏菌，作为原生生物界的一员，普遍栖息于湿润的环境，比如腐朽的木材、土壤表层或落叶之上。它们没有植物那样的光合作用机能，也不具备动物典型的复杂组织结构，然而，在生态系统中，它们扮演着举足轻重的角色，尤其是在有机物的分解过程中起着关键作用。![]()
所谓“满足吃货对食物的需求，他们就能展现出惊人的创造力”，实际上，这一理念也启发了许多关于黏菌的研究。最新的研究成果揭示，多头绒泡菌（也称作多头黏菌）能够利用其身体来感知周遭的环境，并据此“决定”自己的行进方向。这是这种单细胞生物近期为我们带来的又一新奇发现。研究人员将黏菌样本放在培养皿中，培养基为普通琼脂胶。培养皿的一侧放置一个小玻璃片，另一侧则放置三个并排的玻璃片。玻璃片上都有黏菌的食物。培养皿被放置在一个黑暗的房间中，这是黏菌偏好的光线环境。最初的 12 小时里，黏菌向四周均匀生长。然而，到 24 小时时，70%的样本向着三个并排的玻璃片生长，而不是单个玻璃片。
进一步的实验揭示了更多有趣的现象。当三个玻璃片堆叠在一起而非并排放置时，黏菌的偏好消失了，向两边生长的几率几乎相同。这表明并非玻璃片的质量导致黏菌选择三个并排的玻璃片。通过计算机模型，研究人员发现原因在于琼脂胶的变形。当玻璃片并排放置时，它们对琼脂胶的变形方式与堆叠放置时不同，类似于多个重量并排放在蹦床上比堆叠重量产生不同的压力模式。研究团队确定，黏菌是朝着这种变形模式移动的。
黏菌的迷宫解谜实验，也是利用了上面的思路，这是一项由日本北海道大学的科学家中垣俊之及其团队于 2000 年开展的著名研究。黏菌是一种没有神经系统的单细胞生物，研究人员的实验却展示了黏菌在复杂环境中寻找食物的能力，他们实验设计了一个复杂的迷宫，其中出口放置了燕麦片作为食物，黏菌起始时被放置在迷宫的一个入口处 。在实验过程中，黏菌通过伪足的运动，在迷宫中蔓延，逐渐覆盖各个通道。在探索的过程中，它会感知环境中的变化，并调整其扩展方向。当它找到食物时，细胞质流动会逐渐集中在最短的路径上，而其余的伪足会逐渐收缩和消失。实验结果表明，黏菌能够高效地找到从入口到食物的最短路径。这种行为令人惊讶，因为黏菌没有神经系统或大脑，却表现出了类似分布式计算的能力。科学家们认为，这与黏菌的细胞质流动和化学感知机制有关，通过不断试探和反馈，它能够在复杂的环境中找到最优解。这项研究为生物学家和计算机科学家提供了启发，特别是在自然启发的算法设计和分布式智能系统的研究中 。
在后续的实验进程中，科学家们深入探究了黏菌在解决更为复杂问题上的表现，其中一个案例便是模拟并优化城市交通网络的问题。特别值得一提的是2010年开展的一项创新研究——黏菌模拟东京地铁网络优化的实验。该实验旨在通过利用黏菌的自然网络形成能力，挖掘其在优化错综复杂交通系统方面的潜力。为了这一目的，研究人员选择了东京及其周边地区这一交通网络极为复杂但又需保持高效与稳定的城市作为研究模型。为了模拟这样的环境，他们在一块类似东京地图布局的琼脂培养基上，用燕麦片代表东京的主要交通枢纽，随后观察黏菌如何在这些模拟的交通枢纽之间构建连接。实验开始时，黏菌被置于代表东京核心枢纽的中心点，随后在培养基上开始生长，逐渐伸展其伪足，以连接各个“城市”（即燕麦片）。随着时间的推移，黏菌所构建的网络逐渐展现出优化的特性：它去除了多余的通道，同时确保了连接的稳固与高效。最终，黏菌所形成的网络在某些关键方面与东京实际的地铁系统呈现出惊人的相似性。这一网络布局不仅有效地连接了所有交通枢纽，还展现出了极高的鲁棒性，即便某些路径被破坏，它也能迅速通过其他路径进行调整，维持整体网络的连通性。这项研究揭示了一个事实：尽管黏菌不具备大脑或中心控制机构，但它能利用基础的物理和化学作用来完善其网络布局。这种分散的智能体系所展现出来的特性，为城市规划师和交通网络设计者提供了宝贵的灵感。黏菌构建的网络不仅具备高度的适应性，还能在资源受限的条件下寻找到最优路径，这与许多实际工程优化问题具有共通之处。研究人员认为，借鉴黏菌的这种行为模式，可以设计出更为高效、环保的交通系统，特别是那些需要兼顾冗余度和灾难应对能力的系统。2016 年，法国国家科研中心的研究团队在奥黛丽·杜苏图尔（Audrey Dussutour）的带领下，发现黏菌能够通过习惯化学习来适应环境变化。习惯化是指生物在多次暴露于某种无害刺激后，逐渐减少对该刺激的反应。在实验中，研究人员用含有苦味的化学物质（如奎宁或咖啡因）阻挡黏菌的运动路径，尽管这些物质对黏菌无害，但它们会最初避开这些区域。在实验初期阶段，当黏菌首次遇到这些化学物质时，它们会选择避开这些区域以寻找食物，表现出回避的行为。但是，随着时间的推移，研究人员注意到黏菌逐渐对这些化学物质产生了“适应性”，越来越倾向于直接穿越这些原本会回避的区域。两组黏菌在跨越含有奎宁的琼脂桥和不含奎宁的琼脂桥时的行为反应。图中的黏菌分别为对照组（C）和实验组（EXP）（来源：文献 7）实验表明，黏菌经过 4-6 次接触后，会显著减少对这些无害化学物质的回避反应。这种行为显示出黏菌具备某种简单形式的学习能力，即能够记住环境中的无害刺激，并调整自身行为以提高效率。更加令人惊奇的是，黏菌展现出的这种习惯化学习能力能够维持数天之久，并且在进入休眠状态时，这种学习成果还能被“留存”。一旦黏菌被再次唤醒，它仍能展现出对那些化学物质的认知与适应行为。这种记忆的长久保持促使科学家们对黏菌的记忆机制产生了更深入的思考，尽管它没有大脑或神经系统，却能够通过分子与细胞的相互作用来记忆并适应环境的变化。对于没有大脑或神经系统的生物来说，这真是太不可思议了！黏菌的学习机制展示了自然界中简单生物体如何通过环境适应性来解决复杂问题。
黏菌本身对人体并没有危害，作为一种常见实验生物，它们既无毒性，也不会引发疾病，对人类和宠物而言可以说是安全的。然而，在培养黏菌的过程中，必须确保环境维持适度的湿润度；但这样的湿润环境，如果卫生状况不达标，就会成为霉菌滋生的温床，导致大量孢子产生，这可能对人类健康构成危害。特别是在通风状况不佳的环境中，这些与黏菌共存的霉菌孢子可能通过呼吸被吸入气管和肺部，从而引发呼吸道疾病、过敏反应等健康隐患。所以，养黏菌的时候，一定要定期检查培养环境，保持清洁、通风，尽量避免霉菌过度生长。![]()
