年輕人流行養(yǎng)黏菌當(dāng)寵物！網(wǎng)友傻眼：竟然怪可愛的

豢養(yǎng)寵物已經(jīng)逐漸成為不少年輕人生活的重要組成部分，繼養(yǎng)“臭水”“紙盒狗”“芒果核”之后，不少人又養(yǎng)起了黏菌。與電影《毒液》中黑色的外星生命不同，這是一種滑溜溜的黃色黏液。

黃色的黏菌在找食物（來源：文獻(xiàn)2）

黏菌是地球上最奇特的生命形式之一。它既不是植物，也不是動物，雖然名字里帶了個“菌”，但更不是真菌細(xì)菌，而是屬于原生生物界的一類。

原生生物（Protozoa或Protista）是指一類主要由單細(xì)胞組成的真核生物，它們不像動植物那樣歸入典型的多細(xì)胞分類群，但具有獨(dú)立的生命活動能力。原生生物廣泛分布于水環(huán)境、土壤、以及動植物體內(nèi)或表面，是一個多樣性極高的生物類群。

黏菌作為原生生物的一種，通常生活在濕潤的環(huán)境中，如腐爛的木材、土壤表面或樹葉上。它們不具備植物的光合作用能力，也不像典型的動物那樣具有復(fù)雜的組織結(jié)構(gòu)，但在生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用，尤其是在分解有機(jī)物質(zhì)方面。

黏菌到底有多好玩呢，竟會成為年輕人的新寵呢？

沒有大腦和眼睛卻能自己找食物

所謂“給吃貨食物，他就能創(chuàng)造奇跡”，實際上關(guān)于黏菌的很多研究正是基于這個思路。最新研究發(fā)現(xiàn)，多頭絨泡菌（又名多頭黏菌）會利用身體感知周圍環(huán)境，然后再“決定”要去哪里。這是這種單細(xì)胞生物最近給我們帶來的最新驚喜。

研究人員將黏菌樣本放在培養(yǎng)皿中，培養(yǎng)基為普通瓊脂膠。培養(yǎng)皿的一側(cè)放置一個小玻璃片，另一側(cè)則放置三個并排的玻璃片。玻璃片上都有黏菌的食物。培養(yǎng)皿被放置在一個黑暗的房間中，這是黏菌偏好的光線環(huán)境。最初的12小時里，黏菌向四周均勻生長。然而，到24小時時，70%的樣本向著三個并排的玻璃片生長，而不是單個玻璃片。

進(jìn)一步的實驗揭示了更多有趣的現(xiàn)象。當(dāng)三個玻璃片堆疊在一起而非并排放置時，黏菌的偏好消失了，向兩邊生長的幾率幾乎相同。這表明并非玻璃片的質(zhì)量導(dǎo)致黏菌選擇三個并排的玻璃片。

通過計算機(jī)模型，研究人員發(fā)現(xiàn)原因在于瓊脂膠的變形。當(dāng)玻璃片并排放置時，它們對瓊脂膠的變形方式與堆疊放置時不同，類似于多個重量并排放在蹦床上比堆疊重量產(chǎn)生不同的壓力模式。研究團(tuán)隊確定，黏菌是朝著這種變形模式移動的。

沒有大腦卻能走出迷宮

黏菌的迷宮解謎實驗，也是利用了上面的思路，這是一項由日本北海道大學(xué)的科學(xué)家中垣俊之及其團(tuán)隊于2000年開展的著名研究。黏菌是一種沒有神經(jīng)系統(tǒng)的單細(xì)胞生物，研究人員的實驗卻展示了黏菌在復(fù)雜環(huán)境中尋找食物的能力，他們實驗設(shè)計了一個復(fù)雜的迷宮，其中出口放置了燕麥片作為食物，黏菌起始時被放置在迷宮的一個入口處。

在實驗過程中，黏菌通過偽足的運(yùn)動，在迷宮中蔓延，逐漸覆蓋各個通道。在探索的過程中，它會感知環(huán)境中的變化，并調(diào)整其擴(kuò)展方向。當(dāng)它找到食物時，細(xì)胞質(zhì)流動會逐漸集中在最短的路徑上，而其余的偽足會逐漸收縮和消失。實驗結(jié)果表明，黏菌能夠高效地找到從入口到食物的最短路徑。

黏菌在迷宮中尋找食物的最短路徑（來源：文獻(xiàn)3）

這種行為令人驚訝，因為黏菌沒有神經(jīng)系統(tǒng)或大腦，卻表現(xiàn)出了類似分布式計算的能力?？茖W(xué)家們認(rèn)為，這與黏菌的細(xì)胞質(zhì)流動和化學(xué)感知機(jī)制有關(guān)，通過不斷試探和反饋，它能夠在復(fù)雜的環(huán)境中找到最優(yōu)解。這項研究為生物學(xué)家和計算機(jī)科學(xué)家提供了啟發(fā)，特別是在自然啟發(fā)的算法設(shè)計和分布式智能系統(tǒng)的研究中。

黏菌可以優(yōu)化復(fù)雜交通路線

在隨后的實驗中，科學(xué)家進(jìn)一步研究了黏菌在其他復(fù)雜問題中的表現(xiàn)，如模擬城市交通網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化問題。

黏菌模擬東京地鐵網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化實驗是2010年開展的一項創(chuàng)新性研究。實驗的目的是利用黏菌的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建能力，探索其在優(yōu)化復(fù)雜交通系統(tǒng)中的潛力。研究人員選擇了東京及其周邊區(qū)域的城市作為模型，這一地區(qū)交通網(wǎng)絡(luò)高度復(fù)雜，但必須確保高效和穩(wěn)健。為了模擬這一環(huán)境，科學(xué)家在類似東京地圖的瓊脂培養(yǎng)基上放置了燕麥片，模擬東京各大城市的交通樞紐，并觀察黏菌如何在這些點(diǎn)之間建立連接。

實驗中，黏菌被放置在中心點(diǎn)（模擬東京的核心樞紐），并開始在培養(yǎng)基上生長，逐步擴(kuò)展其偽足，連接各個“城市”（燕麥片）。隨著時間的推移，黏菌的網(wǎng)絡(luò)逐漸變得優(yōu)化：它消除了冗余的通道，同時保持了連接的穩(wěn)定性和高效性。黏菌最終形成的網(wǎng)絡(luò)在某些方面與實際的東京地鐵系統(tǒng)驚人地相似。黏菌的網(wǎng)絡(luò)布局不僅高效地連接了所有樞紐，還表現(xiàn)出了很強(qiáng)的魯棒性，即使某些路徑被破壞，它也能迅速通過其他通道進(jìn)行調(diào)整。

模擬城市交通的黏菌網(wǎng)絡(luò)（來源：文獻(xiàn)6）

這一研究結(jié)果表明，盡管黏菌沒有大腦或中央控制系統(tǒng)，但它能夠通過簡單的物理和化學(xué)反應(yīng)來優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)。這種分布式智能系統(tǒng)的表現(xiàn)，為城市規(guī)劃和交通網(wǎng)絡(luò)設(shè)計提供了重要啟發(fā)。黏菌的網(wǎng)絡(luò)不僅表現(xiàn)出較強(qiáng)的適應(yīng)性，還能夠在資源有限的情況下找到最短路徑，這與實際工程中的許多優(yōu)化問題有相似之處。研究人員認(rèn)為，黏菌的這種行為可以用于設(shè)計更高效、可持續(xù)的交通系統(tǒng)，尤其是那些需要考慮到冗余性和災(zāi)難恢復(fù)能力的系統(tǒng)。

黏菌有記憶和學(xué)習(xí)能力嗎？

2016年，法國國家科研中心的研究團(tuán)隊在奧黛麗·杜蘇圖爾（AudreyDussutour）的帶領(lǐng)下，發(fā)現(xiàn)黏菌能夠通過習(xí)慣化學(xué)習(xí)來適應(yīng)環(huán)境變化。

習(xí)慣化是指生物在多次暴露于某種無害刺激后，逐漸減少對該刺激的反應(yīng)。在實驗中，研究人員用含有苦味的化學(xué)物質(zhì)（如奎寧或咖啡因）阻擋黏菌的運(yùn)動路徑，盡管這些物質(zhì)對黏菌無害，但它們會最初避開這些區(qū)域。

在實驗初期，黏菌遇到這些化學(xué)物質(zhì)時表現(xiàn)出回避行為，選擇繞過這些區(qū)域來尋找食物。然而，隨著時間推移，研究人員觀察到黏菌逐漸“習(xí)慣”了這些化學(xué)物質(zhì)，越來越傾向于直接穿過這些區(qū)域。

兩組黏菌在跨越含有奎寧的瓊脂橋和不含奎寧的瓊脂橋時的行為反應(yīng)。圖中的黏菌分別為對照組（C）和實驗組（EXP）（來源：文獻(xiàn)7）

實驗表明，黏菌經(jīng)過4-6次接觸后，會顯著減少對這些無害化學(xué)物質(zhì)的回避反應(yīng)。這種行為顯示出黏菌具備某種簡單形式的學(xué)習(xí)能力，即能夠記住環(huán)境中的無害刺激，并調(diào)整自身行為以提高效率。

更令人驚訝的是，黏菌的這種習(xí)慣化學(xué)習(xí)行為可以持續(xù)幾天，甚至在休眠狀態(tài)下被“保存”。當(dāng)黏菌被重新激活時，它能夠繼續(xù)表現(xiàn)出對這些化學(xué)物質(zhì)的熟悉和適應(yīng)性行為。這種持久性記憶使得科學(xué)家進(jìn)一步思考黏菌的記憶機(jī)制，即使它沒有大腦或神經(jīng)系統(tǒng)，仍能通過分子和細(xì)胞反應(yīng)來記住和適應(yīng)環(huán)境變化。

對于沒有大腦或神經(jīng)系統(tǒng)的生物來說，這真是太不可思議了！黏菌的學(xué)習(xí)機(jī)制展示了自然界中簡單生物體如何通過環(huán)境適應(yīng)性來解決復(fù)雜問題。

玩黏菌有沒有風(fēng)險？

黏菌本身對人體并沒有危害，作為一種常見實驗生物，它們既無毒性，也不會引發(fā)疾病，對人類和寵物而言可以說是安全的。

然而，養(yǎng)黏菌的過程中需要保持環(huán)境適度濕潤；而在這種濕潤情況下，一旦環(huán)境衛(wèi)生條件不佳，就很容易滋生霉菌并產(chǎn)生大量孢子，進(jìn)而對人體健康造成威脅。在通風(fēng)不良的情況下，這些與黏菌伴生的霉菌孢子有可能隨著呼吸進(jìn)入我們的氣管和肺部，引發(fā)呼吸道問題、過敏反應(yīng)和其他健康風(fēng)險。

所以，養(yǎng)黏菌的時候，一定要定期檢查培養(yǎng)環(huán)境，保持清潔、通風(fēng)，盡量避免霉菌過度生長。

最后，如果你也在玩黏菌，還請把你的玩法分享出來，大家一起交流！

參考文獻(xiàn)

[1]KramarM,AlimK.Encodingmemoryintubediameterhierarchyoflivingflownetwork[J].Proceedingsofthenationalacademyofsciences,2021,118(10):e2007815118.

[2]MuruganNJ,KaltmanDH,JinPH,etal.Mechanosensationmediateslong‐rangespatialdecision‐makinginananeuralorganism[J].Advancedmaterials,2021,33(34):2008161.

[3]NakagakiT,YamadaH,Tóthá.Maze-solvingbyanamoeboidorganism[J].Nature,2000,407(6803):470-470.

[4]NakagakiT,KobayashiR,NishiuraY,etal.Obtainingmultipleseparatefoodsources:behaviouralintelligenceinthePhysarumplasmodium[J].ProceedingsoftheRoyalSocietyofLondon.SeriesB:BiologicalSciences,2004,271(1554):2305-2310.

[5]DussutourA,LattyT,BeekmanM,etal.Amoeboidorganismsolvescomplexnutritionalchallenges[J].ProceedingsoftheNationalAcademyofSciences,2010,107(10):4607-4611.

[6]TeroA,TakagiS,SaigusaT,etal.Rulesforbiologicallyinspiredadaptivenetworkdesign[J].Science,2010,327(5964):439-442.

[7]BoisseauRP,VogelD,DussutourA.Habituationinnon-neuralorganisms:evidencefromslimemoulds[J].ProceedingsoftheRoyalSocietyB:BiologicalSciences,2016,283(1829):20160446.

策劃制作

作者丨Denovo團(tuán)隊，邵文亞博士福建醫(yī)科大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院預(yù)防醫(yī)學(xué)系

審核丨李旭 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)副教授