Aldebaran bulletin

Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie.
Vydavatel: AGA & Štefánikova hvězdárna v Praze
Číslo 26 (vyšlo 5. července, ročník 17 (2019)
© Copyright Aldebaran Group for Astrophysics
Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno.
ISSN: 1214-1674,
Email: bulletin@aldebaran.cz

Hledej

Inteligentné améby

Vladimír Scholtz

Meňavky sú veľmi zaujímavé organizmy, ktoré môžu žiť na rôznych miestach a v rôznych formách. Pokiaľ sú meňavky v obvyklej jednobunkovej forme, môžu niektoré dorásť do veľkosti až 1,5 mm. Vybrané druhy ale môžu vytvoriť tzv. plazmódium, čo je bunková masa obsahujúca mnoho bunkových jadier, ktorá vznikla delením jadier, ale bez delenia samotnej bunky. Okrem množstva iných zaujímavých vlastností boli popísané aj také, ktoré pripomínajú inteligentné chovanie a ktoré by sme u jednobunkových organizmov pôvodne neočakávali. Medzi hlavné znaky inteligentných bytostí patrí učenie, prispôsobenie sa a riešenie problémov. Obľube sa už dlhú dobu teší slizovka druhu Physarum polycephalum, u ktorej boli všetky tieto znaky pozorované.

Slizovka Physarum polycephalum v štádiu plazmódia

Obr. 1. Slizovka Physarum polycephalum v štádiu plazmódia v prirodzenom
prostredí na vlhkom pni, prevzaté z wikimedia.org.

Eukaryota – jedna ze tří domén (nadříší) organizmů (archea, bacteria, eukaryota), jednobuněčné i vícebuněčné organizmy, které obvykle mají obsah buňky rozdělený membránami na oddělené prostory a genetickou informaci umístěnou v podobě lineárních řetězců DNA v formovaném jádře. Rozmnožují se pohlavně i nepohlavně.

Měňavka – jednobuněčný eukaryotní organizmus měnící téměř libovolně svůj tvar a pohybující se pomocí panožek. Měňavky vysunují své panožky (vychlípeniny buňky) kupředu a pak za nimi přitahují celé tělo. Panožky slouží rovněž k přijímání potravy. Typicky může žít ve vodě nebo ve vlhké půdě, některé mohou žít neškodně nebo patogenně v trávicí soustavě jiných živočichů. Některé druhy, například Physarum polycephalum, mohou vytvářet mnohojaderná plazmodia o plochách až několik metrů čtverečních. Plazmodium vzniká procesem mnohonásobného dělení buněčných jader, přičemž se poslední fáze rozdělení samotné buňky vynechá.

Cesta v bludisku

Prehľadávanie priestoru a hľadanie cesty, najkratšej cesty, najrýchlejšej cesty a podobne patrí k základným problémom umelej inteligencie. Slizovka si vie s týmto problémom taktiež poradiť. V práci [1] je popísaný prípad, keď bola slizovka inokulovaná do bludiska, ktoré v zapätí vyplnila (obr. 2a). Potom bola na dvoch miestach do bludiska vložená potrava (veľmi obľúbenou potravou sú ovsené vločky), na čo slizovka reagovala a začala sa sťahovať zo slepých uličiek bez potravy (obr. 2b). Záujmom slizovky bolo v tomto prípade sústrediť čo najviac svojho tela na potravu a zároveň zostať jedným spojitým organizmom. V začiatku sa teda stiahla zo slepých uličiek, ale spojov medzi oboma miestami s potravou zostalo viac. Na to reagovala „logicky“ stiahnutím sa z dlhších ciest a jej výsledné telo ukazuje najkratšiu cestu v bludisku medzi dvoma bodmi (obr. 2c).

Slizovka hľadá cestu v bludisku

Obr. 2. Slizovka hľadá cestu v bludisku, na začiatku zaplnila celé bludisko (a), po vložení potravy „ד sa stiahla zo slepých uličiek (b) a následne svojim telom vytvorila najkratšiu cestu v grafe (c). Prevzaté a upravené z [1].

Predvídanie udalostí

Vypozorovať z okolia periodicky sa opakujúce situácie a naučiť sa ich predvídať je tiež jedným z prejavov inteligencie. V práci [2] je popísaný zaujímavý experiment, kde sa slizovka presúvala po povrchu agarového média a pri konštantných a vhodných podmienkach si v pokoji hľadala svoje ovsené vločky. Potom jej ale znížením teploty podmienky na krátky čas zhoršili, na čo reagovala spomalením pohybu. Toto schladenie sa opakovalo periodicky trikrát po sebe a slizovka vždy dočasne spomalila svoj rast (obr. 3). Slizovka tento periodický dej „vyhodnotila“ a v čase, kedy by mala nastúpiť štvrtá perióda ochladenia sama spomalila, aj keď ochladenie nenastalo. Pri dobrej vôli je možné vidieť pokles v rýchlosti aj pri piatom márne očakávanom schladení. O tom, že sa slizovka naozaj niečo „naučila“, svedčí aj schladenie v 600. minúte, keď začala na jednu udalosť opäť reagovať s očakávaním jej periodického opakovania.

Reakcia rastu slizovky na periodické kolísanie teploty

Obr. 3. Reakcia rastu slizovky na periodické kolísanie teploty.
Prevzaté a upravené z [2].

Učenie sa (a zabúdanie)

Ďalším príkladom „inteligencie“ je učenie. V práci [3] sa slizovka naučila, že za nepriateľským prostredím je potrava. Miska so slizovkou bola spojená agarovým mostom s inou miskou s potravou (zase vločky). Most bol tvorený čistým agarom a agarom s prídavkom kofeínu alebo chinínu, ktoré slizovky odpudzujú. V prípade mostu z čistého agaru ho slizovky bez problémov prekročili a dorazili k potrave. K nepriateľskému agaru sa najprv stavali odpudivo, počas piatich dní sa ale postupne naučili hrozbu ignorovať a dostať sa k potrave. Na obr. 4 sú znázornené rýchlosti prekročenia mostu pre jednotlivé dni, na obr. 5 sú fotografie vybraných situácií. Most s čistým agarom prekročili slizovky najrýchlejšie a v jeho celej šírke (obr. 5, deň 1, A). Chinínový most prekročili zo začiatku za násobne dlhší čas a iba v tenkom pruhu, až postupne sa naučili hrozbu ignorovať (obr. 4Ch; obr. 5, dni 1–5, Ch). Prekročenie kofeínového mostu boli síce rýchle, ale iba tenkým kanálikom (pozri originálny článok).

Znázornenie doby potrebnej na prekročenie mostu

Obr. 4. Znázornenie doby potrebnej na prekročenie mostu v jednotlivých dňoch,
farebne je odlíšený druh mostu, podrobnosti v texte. Prevzaté a upravené z [3].

V šiestom dni sa už nacvičeným slizovkám vymenil most za iný. Ako vidieť, netrénovaná slizovka (obr. 4A) bola podľa očakávania zadržaná chinínovým kanálom, kofeínový prekročila opäť iba tenkým kanálikom. Podobne prekročila most aj slizovka trénovaná chinínom (obr. 4Ch). Kofeínom trénovaná slizovka bola zdržaná chinínovým mostom (obr. 4K).

Potom dostali slizovky siedmy a ôsmy deň na oddych a všetky prekračovali iba agarový most. Deviaty deň boli opäť nútené prekračovať nepriateľské mosty a ako je vidieť, tieto dva dni stačili chinínom trénovanej slizovke, aby čiastočne zabudla na skúsenosti a prekročenie mostu jej opäť zabralo výrazne viac času (obr. 4Ch). Toto učenie a zabúdanie je prehľadne znázornené aj na obr. 5. Kontrolná netrápená slizovka prekračuje v prvých piatich dňoch most rýchlo a celej šírke; v šiestom a deviatom dni musela prekročiť chinínový most, ten prekročila iba v úzkom kanáliku. Slizovky, ktoré boli nútené prekračovať chinínový most ho prekračovali najskôr tenkým kanálikom, ktorý sa v nasledujúcich dňoch rozširoval. Následne v siedmom a ôsmom dni prekračovali iba agarový most, čo spôsobilo, že na svoj chinínový tréning zabudli a v deviatom dni prekročili chinínový most opäť iba tenkým kanálikom.

Reakcia rastu slizovky na periodické kolísanie teploty

Fotografie vybraných slizoviek v jednotlivých dňoch pre rôzne mosty (A – agar, Ch – chinín), červeným rámikom sú zvýraznené prechody mostu tenkým kanálikom, podrobnosti v texte. Prevzaté a upravené z [3].

To boli vybrané príklady niekoľkých zaujímavých vlastností podivného organizmu, ktoré pripomínajú známky inteligentného správania. Rozhodnúť, či ide o inteligenciu, alebo iba správanie pripomínajúce inteligenciu, je ťažké už z toho dôvodu, že neexistuje jedna a už vôbec nie jednoznačná definícia inteligencie. Pokiaľ by sme na tomto mieste prijali pracovnú definíciu, že inteligenciou je schopnosť prispôsobiť sa, môžeme konštatovať, že slizovky určite inteligentné sú. Schopnosť prispôsobiť sa majú všetky živé organizmy. Tie vyššie aj vďaka nervovej sústave, tie nižšie to zvládajú vďaka veľkému množstvu malých entít. Napríklad prispôsobovanie sa baktérií okoliu je založené na ich veľkom množstve a občasných mutáciách. Tie sú väčšinou škodlivé, niekedy sa však objaví mutácia prospešná a táto mutovaná baktéria lepšie prežíva v kolónii a časom môže prevládnuť – tým vzniká dojem, že baktérie ako kolónia našli lepšie riešenie a prispôsobili sa. Inteligentnou teda môžeme označiť kolóniu baktérií, nie však jednu baktériu. Podobne môžeme chápať aj celú biosféru a evolúciu ako formu inteligencie. Inteligentné chovanie slizoviek môžeme vidieť v tom, že sa s istým zveličením jedná o „mnohobunkový“ organizmus, akúsi kolóniu buniek, ktoré však zostali spojené. Každá z nich sa hypoteticky môže chovať do istej miery nezávisle a zvoliť si nejakú možnosť (nech už to znamená čokoľvek), pri tak veľkom množstve už môže byť celkom dobre možné, aby si niektorá z nich zvolila tú správnu možnosť. Tie ostatné to potom nejakým spôsobom rozpoznajú a taktiež vyberú tú správnu možnosť. V tomto prípade by teda inteligencia spočívala v jednoduchom algoritme prehľadávania do šírky.

Tak si slizovka žije vo svete. Jej čas je na jeseň, keď je vhodná teplota
a vlhkosť, pri nepriaznivých podmienkach vytvorí spóry. BBC One.

Odkazy

Valid HTML 5 Valid CSS!

Aldebaran Homepage