生物在沒有大腦的情況下可以產生認知學習能力嗎？
酷似“九頭蛇”的水螅，沒有腦子和神經元
問題的產生來源於美國心理學家阿特麗斯·蓋爾伯所開展的一項雙核草履蟲實驗，為了研究草履蟲的捕食行為，她向草履蟲培養液中插入了帶細菌的電線。
在草履蟲眼中，細菌不亞於一場饕餮盛宴，所以當電線插入後，它們很快朝著食物遊了過去。而經過幾次試驗後，她發現只要將電線插入草履蟲培養液中，即便上面沒有細菌，也會引發同樣的覓食行為。
因此她認為草履蟲正在學習將電線和食物建立聯絡，更重磅的是，透過她的研究或許能表明：某些認知學習過程所需的生物機制可能並一定存在於動物大腦神經元之間的連線中，而是存在於單個細胞本身。
草履蟲
結論一出，立馬引發了科學界的震動，儘管有不少同仁對她的想法很感興趣，但在這之前，科學界普遍認為只有高度進化、具有中樞神經系統的多細胞生物才具備學習行為。
因此當時大部分科學家完全不認可此結論，認為她的實驗中缺失重要的對照組，從而無法排除其他因素對實驗的影響，比如有機體對簡單刺激（如電流或食物）產生本能反應的趨向性。
於是，這個問題也成為了科學界遲遲未能攻克的一個難題。直到黏菌這種“神秘”生物給了科學家一些新的思路。
單個網柱細胞黏菌
首先，黏菌既不是細菌，也不是真菌，它的名稱來源於這種生命體某一段生命週期的“體態特徵”。當它們處於生長期的時候，由於缺少細胞壁的存在，它們無包裹的原生質團看起來就像是一團成凝膠狀的“黏液”，由此而得名。
處於原生質團時期的絨泡黏菌
實際上，黏菌屬於原生動物門，與草履蟲、變形蟲等生物互為“同門師兄弟”，它們都以自然界的微生物為食，但不同之處在於黏菌可以作為單細胞自由生活，也可以聚集在一起形成多細胞生殖結構。
比如常見的多頭絨泡菌，當食物充足的時候，它們更傾向於單獨活動，自己一個人吃頓好的；但在食物短缺時，大量的單細胞個體會慢慢聚集起來並作為一個整體移動，我們暫且稱之為“黏菌團”吧。在這種狀態下，它們對空氣中的化學物質更敏感，可以找到哪個方位有食物存在。
培養中的黏菌正在尋找食物
那麼有意思的來了，這麼多單細胞聚集在一起，大家都是“沒腦子”的，到底應該聽誰的呢？
其實，當黏菌聚集在一起後，彼此之間已經透過細胞質連線在了一起，由於細胞質會在“黏菌團”內部有節奏地進行流動，這樣一來整體才能進行移動，另外，每個單細胞的分子也會隨著細胞質流動而擴散到其他細胞中“串串門”。
延時記錄黏菌活動速度
看到這，是不是感覺有點大腦神經元連線內味兒了，那麼這種流動是否還能傳輸資訊呢？來自日本和匈牙利的研究人員做了一個“迷宮實驗”，他們把多頭絨泡菌放在一個迷宮盒子中，並將食物分別放在迷宮的出口和入口，然後觀察黏菌的擴散情況。
黏菌迷宮實驗
一開始黏菌們四處碰壁，但憑藉著對食物的敏感性，它們還是很快地就找到了食物的所在地，接著神奇的一幕出現了，當接觸到食物後，黏菌們迅速在兩處食物之間做出反應，收回死衚衕中的細胞質，並且在迷宮中四條長短不一的正確路線中選擇了最短的一條。
黏菌細胞質集中在了正確的迷宮路線上
這意味著黏菌之間不光會傳輸資訊，甚至還能對資訊做出處理，選出最佳路線。
顯然，有了這個發現，科學家不會就此“善罷甘休”，他們提高了實驗難度，把食物源增加到兩種以上，同時按照東京及其周邊36個城鎮的地理分佈進行擺放，讓黏菌們玩起了東京版“模擬城市交通”。
黏菌團向著食物“進攻”
結果黏菌果然沒有讓人失望，在20多個小時後，黏菌不僅完成了對所有食物的蒐集工作，還在進行自我組織、向外擴散的過程中形成了一個穩定食物網，而這個網路，不論在功能上，還是能源成本上都堪比現實中東京鐵路網。
東京鐵路網是世界上合理佈局且高效利用的系統之一，由幾代工程師透過大量模擬而成
除此之外，黏菌還完美通關了“模擬城市交通”英國版、葡萄牙版和西班牙版，成績喜人。
儘管黏菌沒有神經系統，但它們具有特定的計算規則來支配這些複雜行為，因此科學家們嘗試使用分散式規則來模擬黏菌的網路結構進行簡單的機械操控。或許在不久的未來，黏菌將取代人工智慧（AI）成為控制機器人的核心“大腦”。
在晶片內部，黏菌模具被幾個檢測電導率的電極包圍
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魚魚 中國科普作家協會優秀科普作品銀獎獲得者，清蒸魚頭、麻辣魚頭等各種魚頭愛好者。
主要參考來源：
【1】 https://doi.org/10.1016/j.biosystems.2011.03.007
【2】 https://web.archive.org/web/20130421004038/http://wiki.cs.unm.edu/
【3】pibbs/lib/exe/fetch.php?media=slimemold.pdf
【4】 Wikipedia——slime mold
【5】 Wikipedia——Physarum polycephalum
圖片皆來源於網路
排版 | 蘿蔔娟
稽核 | 蘇蘇、六朵、蒼翼蝴蝶
